Порошковий дріт для обробки металургійних розплавів

Реферат: Порошковий дріт для обробки металургійних розплавів складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, який містить кальцій, кремній, алюміній і щонайменше один лужноземельний метал, переважно барій. Крім цього, наповнювач додатково містить щонайменше один рідкісноземельний метал і залізо при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцій 1-15 щонайменше один лужноземельний метал, переважно барій 3-18 кремній 20-50 алюміній 5-30 щонайменше один рідкісноземельний метал 5-30 залізо решта, співвідношення між складовими частинами дроту встановлено таким, мас. %, порошковий наповнювач 35-80, металева оболонка 20-65, розмір часток наповнювача становить 0,01-6 мм, а коефіцієнт заповнення порошкового дроту - 0,35-0,80. UA 90630 U (12) UA 90630 U UA 90630 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель стосується металургії і ливарного виробництва, а саме технології обробки металургійних розплавів, і може бути використана переважно для модифікування і легування сталей і сплавів при їх позапічній обробці. Відомий порошковий дріт для обробки металургійних розплавів, який складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, що містить кальцій і кремній. Вміст кальцію становить 36-56 мас. %, причому відношення між кальцієм і кремнієм є в межах (0,6-1,3):1, а співвідношення між вмістом кальцію в наповнювачі і вмістом самого наповнювача у дроті становить 0,7-1,2. Кальцій міститься у наповнювачі у вигляді сплаву з кремнієм або у вигляді суміші кальцію у чистому вигляді і сплаву, а співвідношення між наповнювачем і сталевою 7 оболонкою встановлено, мас. %: 45-61 і 39-55 відповідно (RU 2234541 С1, МПК С21С 7/00, оп. 20.08.2004). Відомий дріт, завдяки глибинній пасивації кальцію, дозволяє охопити реакцією взаємодії кальцію з розплавом максимальний об'єм металу в ковші, синхронізувати в часі процеси вивільнення кальцію в розплав і розплавлювання утвореного в наповнювачі сплаву, що значно підвищує ефективність використання кальцію, забезпечуючи повну глобуляризацію неметалічних включень. Однак, недоліками відомого порошкового дроту є його низька ефективність для модифікування, пов'язана із наявністю лише одного модифікуючого елемента - кальцію, час взаємодії якого з рідким розплавом обмежений. У відомому дроті не регламентується склад фаз, у яких цей елемент перебуває в наповнювачі, що важливо для модифікуючого впливу на розплав. Зазначені недоліки призводять до зниження міцності, пластичності і в'язкості модифікованої сталі. Найбільш близьким аналогом порошкового дроту для обробки металургійних розплавів, що заявляється, вибраним як прототип, є дріт, який складається зі сталевої оболонки і наповнювача, що містить (мас. %) кальцію 5-18, барію 5-15, магнію 3-9, кремнію 25-45, алюмінію - решта. Наповнювач являє собою крупку та/або гранули розміром 0,1-2,5 мм. При цьому співвідношення між складовими частинами дроту встановлено таким, мас. %: наповнювач 4070, сталева оболонка 30-60. А кальцій, барій і магній містяться у наповнювачі у вигляді силіцидів (RU 2375462 С1, МПК (2006.01) С21С 7/00, оп. 10.12.2009). Спільними суттєвими ознаками відомого дроту і дроту, що заявляється, є металева оболонка і порошковий наповнювач, що містить кальцій, кремній, алюміній, барій та/або щонайменше один інший лужноземельний метал. У відомому дроті, завдяки наявності у складі наповнювача барію як хімічно активного елемента, що має велику спорідненість до кисню і більшості його сполук і впливає на тип, розмір, форму, кількість і характер розподілу неметалевих включень, як основних джерел зародження мікротріщин, досягається деяке підвищення холодостійкості, пластичності і в'язкості литих сталей, зменшення анізотропії властивостей деформованого металу. Однак, недоліками відомого порошкового дроту є низька корозійна стійкість оброблених сталей за рахунок високого вмісту корозійно-активних неметалевих включень, недостатні холодостійкість, пластичність і міцність внаслідок високого вмісту шкідливих домішок, наявності великої кількості неметалевих включень подовженої форми. В основу корисної моделі поставлено задачу вдосконалення порошкового дроту для обробки металургійних розплавів, в якому шляхом введення нових компонентів наповнювача при певному співвідношенні інгредієнтів, розширення співвідношення між складовими частинами дроту і збільшення граничного розміру часток наповнювача, а також встановлення коефіцієнта заповнення дроту забезпечується при застосуванні дроту одержання сталі з високим рівнем міцності, пластичності, холодостійкості, корозійної стійкості, зниження розвитку бактеріальної корозії за рахунок нейтралізації дії шкідливих домішок (сірки, фосфору, водню, миш'яку, кольорових металів), модифікування форми неметалевих включень, значного зниження забруднення надлишковими фазами, що надають крихкості границям зерен, використання бактерицидних властивостей церію. Поставлена задача вирішується тим, що у порошковому дроті для обробки металургійних розплавів, що складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, який містить кальцій, кремній, алюміній і щонайменше один лужноземельний метал, переважно барій, згідно з корисною моделлю новим є те, що наповнювач додатково містить щонайменше один рідкісноземельний метал і залізо при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: кальцій 1-15 щонайменше один лужноземельний метал, переважно барій 3-18 1 UA 90630 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 кремній 20-50 алюміній 5-30 щонайменше один рідкісноземельний метал 5-30 залізо решта, співвідношення між складовими частинами дроту встановлено таким, мас. %, порошковий наповнювач 35-80, металева оболонка 20-65, розмір часток наповнювача становить 0,01-6 мм, а коефіцієнт заповнення порошкового дроту-0,35-0,80. Новим також є те, що як рідкісноземельний метал використаний церій або лантан, або празеодим, або неодим, або комбінації цих металів або їх сплавів. Новим також є те, що кальцій міститься у наповнювачі у вигляді металевого кальцію або у вигляді сплаву з кремнієм, або суміші сплаву із металевим кальцієм, або у вигляді сплаву з усіма складовими наповнювача. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, існує наступний причинно-наслідковий зв'язок. Додаткове введення до складу наповнювача щонайменше одного рідкісноземельного металу при певному співвідношенні компонентів призводить до підвищення міцності, пластичності, холодостійкості, корозійної стійкості литої сталі, наближення її властивостей до аналогічних характеристик деформованого металу, зниження розвитку бактеріальної корозії за рахунок: - здрібнення структури металу і, як наслідок, покращення механічних і технологічних властивостей; - очищення від шкідливих домішок, таких як кисень, сірка, фосфор, миш'як, які видаляються у вигляді шлаку, причому шкідливі домішки видаляються у першу чергу з границь зерен металу, по яких насамперед відбувається крихкий злам; - зняття лікваційної неоднорідності; - модифікування форми неметалевих включень, що залишилися, їх глобуляризація; - утворення тугоплавких сполук при взаємодії із шкідливими легкоплавкими домішками, що підвищує механічну міцність металу; - бактерицидних властивостей церію. Експериментально встановлено, що зниження вмісту РЗМ менше 5 мас. % є недостатнім для його впливу на диспергування структури металу, відчутного очищення металу від шкідливих домішок і модифікування неметалевих включень, а вміст більше 30 мас. % призводить до нераціонального використання РЗМ. Додаткове введення до складу наповнювача дроту заліза забезпечує у міру занурювання дроту в метал швидке утворення всередині дроту міцної однорідної сполуки з відносно високою температурою розплавлення (понад 1300 °C), що дозволяє значно підвищити ступінь використання наповнювача, повністю модифікувати всі неметалеві включення, що також сприяє підвищенню міцності, пластичності, холодостійкості, корозійної стійкості литої сталі, призводить до зменшення витрат дроту і пилогазоутворення. При використанні наповнювача дроту саме такого складу відбувається взаємний вплив і підсилення властивостей компонентів порошкового наповнювача, насамперед барію або іншого лужноземельного металу і РЗМ. При меншому вмісту кальцію й алюмінію зазначений наповнювач використовують переважно для модифікування та/або легування сталі із попереднім її глибоким розкисленням іншим розкислювачем, а при більшому вмісту кальцію й алюмінію наповнювач використовують як для модифікування та/або легування сталі, так і для її розкислення. Встановлення співвідношення між складовими частинами дроту таким: порошковий наповнювач - 35-80 мас. %, металева оболонка - 20-65 мас. %, забезпечує введення дроту на глибину, достатню для розплавлення і потрапляння у розплав усього складу наповнювача і для охоплення реакцією його взаємодії з розплавом максимально можливого об'єму металу, при збереженні жорсткості дроту, що також збільшує ефективність використання модифікатора для підвищення міцності, пластичності, холодостійкості, корозійної стійкості литої сталі, знижує витрати дроту. Відхилення від цього співвідношення призводить, з одного боку, до того, що ще до розплавлення оболонки складові наповнювача всередині дроту будуть переходити у парову фазу, що призведе до значного зменшення ефективності їх використання, а з другого, до збільшення витрат дроту. Виконання наповнювача з розміром часток 0,01-6 мм забезпечує щільніше і компактніше заповнення оболонки дроту за рахунок того, що між частками більшого розміру утворюються невеликі порожнини, які заповнюються дрібнішими частками, внаслідок чого підвищуються 2 UA 90630 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 щільність заповнення дроту комплексним модифікатором (коефіцієнт заповнення становить 0,35-0,80) і, відповідно, збільшується ступінь його засвоєння розплавом оброблюваного металу, що сприяє більш ефективній обробці розплавленого металу, що також сприяє підвищенню міцності, пластичності, холодостійкості, корозійної стійкості литої сталі, зменшенню витрати дроту і часу обробки металу. Зазначений коефіцієнт заповнення порошкового дроту, визначений як відношення маси наповнювача в одному погонному метрі дроту до маси одного погонного метра дроту, сприяє підвищенню ступеня засвоєння розплавом металу компонентів модифікатора. Таким чином, технічний результат, отримуваний при застосуванні заявленого порошкового дроту, полягає у підвищенні корозійної стійкості сталі, її технологічних і фізико-механічних властивостей, насамперед міцності, пластичності і холодостійкості, зменшенні витрат дроту. Порошковий дріт діаметром 8-20 мм складається з оболонки із сталевої стрічки, що виготовляється переважно з холоднокатаної низьковуглецевої сталі марки 08ПС, 08СП або 08Ю, і порошкового наповнювача, що містить, мас. %: кальцію 1-15, щонайменше одного лужноземельного металу, переважно барію 3-18, кремнію 20-50, алюмінію 5-30, щонайменше одного рідкісноземельного металу 5-30, заліза решту. При цьому як лужноземельний метал, крім барію, може бути також використаний магній або берилій, або стронцій, або радій, або їх комбінації. Як РЗМ можуть бути використані церій або лантан, або празеодим, або неодим, або комбінації цих металів, або їх сплавів, наприклад сплав церію і лантану, а також цирконію й інших РЗМ, наприклад празеодиму і неодиму. А кальцій міститься у наповнювачі у вигляді металевого кальцію, або у вигляді сплаву з кремнієм, або суміші сплаву із металевим кальцієм, або у вигляді сплаву з усіма складовими наповнювача. Співвідношення між складовими частинами дроту встановлено таким, мас. %, порошковий наповнювач 35-80, металева оболонка 20-65. Товщина сталевої оболонки становить близько 0,4-0,5 мм, при цьому вона залежить від маси порошкового наповнювача, яка в середньому становить близько 322±20 г на 1 м довжини дроту (для діаметра 13 мм), і має бути достатньою, щоби забезпечити необхідну жорсткість порошкового дроту для його введення у розплав на достатню глибину. Розмір часток наповнювача (це може бути порошок та/або гранули, та/або крупка) становить 0,01-6 мм, а коефіцієнт заповнення порошкового дроту-0,35-0,80. Виготовлення порошкового дроту здійснюють таким чином. Стальну стрічку профілюють у жолобоподібну оболонку. Дозованими порціями з бункера заповнюють оболонку порошком комплексного модифікатора, який рівномірно розподіляється по жолобу оболонки. Після цього за допомогою роликових клітей обтискують оболонку і формують замок. Готовий дріт намотують на котушку і поставляють у бухтах. Порошковий дріт необхідної довжини, розрахованої у залежності від кількості модифікатора, необхідної для обробки сталі або сплаву, вводять у розплав за допомогою трайбапарата з розрахованою для кожного випадку швидкістю, необхідною для того, щоб складові модифікатора розчинилися на певній глибині. На одному з металургійних комбінатів проведені випробування запропонованого дроту. Заповнення дроту діаметром 13 мм складало 322 г/м (кальцію - 5 мас. %, барію - 10 мас. %, кремнію - 31 мас. %, алюмінію -11 мас. %, церію - 8 мас. %, лантану - 12 мас. %, заліза - 23 мас. %). Співвідношення між порошковим наповнювачем і металевою оболонкою становило 62:38 мас. %. Розмір часток наповнювача 2,2-4,5 мм, а коефіцієнт заповнення порошкового дроту становив 0,62. Зазначений дріт під час виробництва сталі марки 20ГЛ вводили за допомогою трайбапарата в сталь-ківш на установці доводки металу після попередньої обробки розплаву порошковим дротом з наповненням алюмінієм та кальцієм та продувкою аргоном. Було проведено 10 обробок сталі. В усіх випадках метал добре розливався, мав покращену структуру та підвищені механічні властивості. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 55 1. Порошковий дріт для обробки металургійних розплавів, що складається з металевої оболонки і порошкового наповнювача, який містить кальцій, кремній, алюміній і щонайменше один лужноземельний метал, переважно барій, який відрізняється тим, що наповнювач додатково містить щонайменше один рідкісноземельний метал і залізо при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: 3 UA 90630 U 5 10 кальцій 1-15 щонайменше один лужноземельний метал, переважно барій 3-18 кремній 20-50 алюміній 5-30 щонайменше один рідкісноземельний метал 5-30 залізо решта, співвідношення між складовими частинами дроту встановлено таким, мас. %, порошковий наповнювач 35-80, металева оболонка 20-65, розмір часток наповнювача становить 0,01-6 мм, а коефіцієнт заповнення порошкового дроту - 0,35-0,80. 2. Дріт за п. 1, який відрізняється тим, що як рідкісноземельний метал використаний церій, або лантан, або празеодим, або неодим, або комбінації цих металів, або їх сплавів. 3. Дріт за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що кальцій міститься у наповнювачі у вигляді металевого кальцію або у вигляді сплаву з кремнієм, або суміші сплаву із металевим кальцієм, або у вигляді сплаву з усіма складовими наповнювача. Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4