Чушка біметалічна для розкислення сталі

Реферат: UA 83414 U UA 83414 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Запропонована корисна модель стосується чорної металургії і призначена для використання у сталеплавильному виробництві при розкисленні і легуванні сталі алюмінієм і кремнієм. Відома чушка для розкислення сталі алюмінієм (патент на корисну модель РФ № 57745, "Чушка для раскисления стали алюминием", С21С 7/06, опублікований в 2006 р.) містить алюміній і сталеву оболонку, де алюміній рівномірно з усіх боків укладений в сталеву оболонку, при цьому співвідношення маси алюмінію до маси сталевої оболонки дорівнює 1:(0,7-1,4) відповідно. Ця чушка за рахунок рівномірного розміщення сталевої оболонки по периферії дозволяє забезпечити надійну ізоляцію алюмінію від окислювального шлаку і навколишнього середовища, а також рівномірне розплавлення сталевої оболонки при заглибленні в метал. Алюміній до цього моменту вже знаходиться в розплавленому стані, що сприяє розкисленню глибинних шарів металу і підвищенню засвоєння алюмінію. Однак виробництво даної чушки трудомістке і вимагає додаткового спеціального обладнання, що позначається на ціні самої чушки і відповідно на собівартості одержуваної сталі. Також відома чушка для розкислення сталі алюмінієм (деклараційний патент на винахід UA № 59212 "Чушка для розкислення сталі алюмінієм", С21С 7/06, публікація в 2003 р., Бюл. № 8), яка складається з алюмінієвого злитка, на поверхні якого розташована ізолююча оболонка. При цьому зовнішня поверхня ізолюючої оболонки виконана у вигляді хвиль, ребер або граней. Також у вигляді хвиль, ребер або граней може бути виконана поверхня алюмінієвого злитка і вся ізолююча оболонка. За рахунок наявності хвиль, ребер або граней зовні чушки, збільшується площа контакту з розплавом сталі, що призводить до зменшення тривалості нагрівання і розплавлення ізолюючої оболонки. Незважаючи на певні переваги, головною негативною ознакою цієї чушки є складність її виробництва, пов'язана з формуванням складної поверхні, як злитка, так і самої зовнішньої поверхні оболонки. Відома чушка для розкислення сталі алюмінієм (патент РФ № 2152440, "Чушка для раскисления стали алюминием", С21С 7/06, B22D 3/00, опублікований в 2000 p.), що складається з шару алюмінію і шарів чавуну, а також сталевої оболонки, в яку укладені шар алюмінію і шари чавуну, при цьому шар алюмінію асиметрично розташований в середній частині чушки між шарами чавуну, а співвідношення маси алюмінію до маси чавуну в ній дорівнює 1:(1,5-8,5), відповідно. Використання даної чушки призводить до зниження угару алюмінію і поліпшення якості сталі, але значна кількість в ній чавуну збільшує час, необхідний для його повного розплавлення в рідкій сталі. Це призводить до необхідності підтримувати в проміжному ковші більш високу температуру розплаву або збільшувати час доведення, що позначається на економічних показниках виробництва. Прототипом запропонованої корисної моделі, як найбільш близькою за своєю технічною суттю і результатом, що досягається, є чушка для розкислення сталі алюмінієм (А.с. СРСР № 1089147, "Способ раскисления стали алюминием и чушка для раскисления", С21С 7/06, опубліковано в 1984 p.), що складається з шару алюмінію та шару чавуну обважнювача, де співвідношення маси алюмінію до маси чавуну дорівнює 1:(2,5-5,0). При цьому обважнювальний шар чавуну розміщений всередині чушки, а шар алюмінію рівномірно розподілений по периферії. Недоліком відомої чушки (прототипу) є те, що в процесі розкислення сталі і повільного занурення чушки через шлак значна частина алюмінію окислюється оксидами шлаку, засвоєння алюмінію сталлю при цьому знижується. Крім того, при глибинному розкисленню сталь спочатку розкислюється алюмінієм чушки, а потім йде розчинення обважнювального шару чавуну і розкислення вуглецем. Підвищена кількість чавуну, яка бере участь у реакції з киснем, веде до зниження засвоєння алюмінію сталлю. Пропонована корисна модель вирішує задачу удосконалення конструкції і складу чушки для підвищення засвоєння розкислювача і зниження його витрат при розкисленні сталі. Поставлена задача вирішується тим, що запропонована чушка біметалічна для розкислення сталі, складається з обважнювача, розташованого всередині чушки і оболонки розкислювача, розташованої по периферії, де обважнювач являє собою металевий сердечник з чавуну або сталі завдовжки рівний 0,30…0,90 довжини чушки, який розташований зі зміщенням до одного з торців, а шар розкислювача являє собою алюміній або сплав алюмінію і кремнію, або сплав алюмінію, кремнію і заліза, при цьому обважнювач ірозкислювач по масі взяті в співвідношенні (4,1…1,20):1, відповідно. До того ж обважнювач може являти собою лом чавуну або сталі, а шар розкислювача, рівномірно розподілятися по периферії з трьох або чотирьох сторін обважнювача. Технічним результатом запропонованої корисної моделі є вдосконалена конструкції чушки, а також оптимізація її складу, що забезпечує підвищення засвоєння розкислювача і зниження його витрат при розкисленні сталі. 1 UA 83414 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Досягнення зазначеного технічного результату забезпечується набором відмінних ознак, а саме тим, що в запропонованій біметалічній чушці для розкислення сталі, обважнювач являє собою металевий сердечник з чавуну або сталі завдовжки рівний 0,30…0,90 довжини чушки, який розташований зі зміщенням до одного з торців, а шар розкислювача являє собою алюміній, або сплав алюмінію і кремнію, або сплав алюмінію, кремнію і заліза, при цьому обважнювач і розкислювач по масі взяті в співвідношенні (4,1…1,20):1, відповідно. Обважнювач може являти собою лом чавуну або сталі, а шар розкислювача, рівномірно розподілятися по периферії з трьох або чотирьох сторін обважнювача. Удосконалення конструкції біметалічної чушки, шляхом розміщення в ній обважнювача довжиною менше, ніж довжина чушки, зі зміщенням до одного з торців призводить до зміщення центру ваги. Та частина чушки, де зосереджений зміщений обважнювач має щільність, вище ніж щільність рідкого металу. Тому в момент завантаження чушки до ковша або плавильного агрегату з рідкою сталлю, за рахунок зміщеного у неї центру ваги, проявляється ефект "ванькивстаньки" і чушка, як при досягненні поверхні, так і в розплаві прагне зайняти вертикальне положення з одночасним зануренням в рідкий метал. При цьому відбувається миттєве поверхневе розчинення («стікання») розкислювача і подальше занурення чушки за рахунок постійного перевищення питомої ваги решти чушки над питомою вагою розплаву. Це збільшує швидкість занурення і зменшує час перебування чушки на поверхні розплавленого металу, що знижує втрати розкислювача. Далі розчинення чушки відбувається в глибинних шарах металу, причому асиметрично розташовані шари обважнювача і розкислювача надають їй при зануренні обертальний рух, що збільшує швидкість розчинення. Через невеликий проміжок часу від біметалічної чушки залишається тільки обважнювач, який з часом також розчиняється. Оптимізація складу біметалічної чушки, в якій шар розкислювача являє собою алюміній, або сплав алюмінію і кремнію, або сплав алюмінію, кремнію і заліза сприяє раціональному використанню розкислювача. Це проявляється в тому, що застосування біметалічних сплавів системи залізо-розкислювач має ряд переваг в порівнянні з використанням чистого 3 розкислювача - вторинного алюмінію марки АВ-87 (щільність ≈ 2,7 т/м ). Більш висока щільність 3 цих сплавів (6,3…4,2 т/м ) сприяє підвищенню технологічних показників використання. Перш за все, це пов'язано зі зменшенням угару розкислювача (алюмінію) при зануренні чушки в металевий розплав через шар шлаку, що в свою чергу визначає збільшення коефіцієнта використання елемента розкислювача і більш рівномірний розподіл присадки по висоті розплаву. Додаткове введення кремнію до складу розкислювача в невеликих кількостях (3…7 %) дозволяє ефективно керувати формою і розміром неметалічних включень при введенні комплексного силіко-алюмінію як розкислювача залізовуглецевих розплавів. Утворені при розкисленні такими чушками алюмінати легко видаляються із сталі в шлак. Використання як обважнювача брухту чавуну або сталі, сприяє зниженню витрат на виробництво біметалічної чушки і підвищує економічну ефективність її використання у сталеплавильному виробництві. Якщо як обважнювач використовується сталь (або лом сталі) то виключається навуглецьовування, тобто підвищення вмісту вуглецю в рідкому металі від розплавлених обважнювачів, так як масова частка вуглецю в сталі в порівнянні з чавуном значно менша, що дозволяє отримувати готову сталь високої якості. Розподіл розкислювача по периферії з трьох сторін обважнювача призводить до додаткового зміщення центру ваги у вертикальній площині біметалічної чушки, що підсилює обертальний рух при зануренні в розплав сталі. Всі відмітні ознаки корисної моделі, що заявляється, взаємопов'язані і сприяють забезпеченню досягнення поставленої задачі. Так, якщо обважнювач являє собою металевий сердечник з чавуну або сталі завдовжки рівний 0,30…0,90 довжини чушки, який розташований зі зміщенням до одного з торців, то досягається зміщення центру ваги і чушка в розплаві буде прагнути зайняти вертикальне положення з одночасним зануренням у рідкий метал, що збільшує швидкість занурення і зменшує час перебування чушки на поверхні розплавленого металу, а також знижує витрату розкислювача. При використанні обважнювача довжиною рівною менше 0,30 довжини чушки, неможливо розмістити в чушці необхідну масу чавуну або сталі, що призведе до невиконання інших параметрів. Використання обважнювача довжиною рівною більш 0,90 довжини чушки практично виключає зміщення центру ваги і ефект "ванька-встанька" не проявляється. Чушка в розплаві не прагне зайняти вертикальне положення і швидкість її занурення в рідкий метал зменшується, що призводить до втрат розкислювача. Так, якщо шар розкислювача являє собою алюміній або сплав алюмінію і кремнію, при цьому обважнювач і розкислювач по масі взяті в співвідношенні (4,1…1,20):1, відповідно, то досягається ефективне використання розкислювача при високій технологічності процесу. При 2 UA 83414 U 5 10 15 20 25 30 35 40 складі чушки, коли обважнювач і розкислювач по масі взяті в співвідношенні більше 4,1:1 існує небезпека, що обважнювач з чавуну або сталі не встигне розплавитися в рідкому металі при недостатній початковій його температурі. При складі чушки, коли обважнювач і розкислювач по масі взяті в співвідношенні менше 1,2:1, то знижується питома вага чушки і проблематично її занурення в розплав, що призводить до підвищення витрат розкислювача. Використання розкислювача, який являє собою сплав алюмінію, кремнію і заліза дозволяє перерозподілити масу необхідного заліза між обважнювачем і розкислювачем, що сприяє виконанню заявлених параметрів по їх співвідношенню. Порівняльний аналіз пропонованої корисної моделі з прототипом дозволяє зробити висновок, що біметалічна чушка відрізняється від відомої тим, що металевий обважнювач зміщений до одного з торців, а шар розкислювача являє собою алюміній або сплав алюмінію і кремнію, або сплав алюмінію, кремнію та заліза при різному співвідношенні по масі обважнювача і розкислювача. До того ж обважнювач може являти собою лом чавуну або сталі, а шар розкислювача, може рівномірно розподілений по периферії з трьох або чотирьох сторін обважнювача. Корисна модель пояснюється кресленнями. На фіг. 1 зображений вид запропонованої біметалічної чушки, в якій шар розкислювача, рівномірно розподілений по периферії з чотирьох сторін обважнювача. На фіг. 2 зображений вид запропонованої біметалічної чушки, в якій шар розкислювача, рівномірно розподілений по периферії з трьох сторін обважнювача. Біметалічна чушка містить розкислювач 1, який рівномірно розподілений по периферії щодо обважнювача 2 з трьох або чотирьох сторін. Обважнювач 2 виконаний з чавуну або сталі. Технологічний процес отримання біметалічної чушки включає початкове виготовлення обважнювача з чавуну або сталі (1 етап) і подальше отримання безпосередньо чушки для розкислення сталі (2 етап). На етапі 1 обважнювач заданої форми і розмірів отримують з розплаву чавуну або сталі, який виплавляють з брухту чорних металів (ДСТУ 4121-2002) в індукційній печі. Далі здійснюється розливання розплаву в підготовлену оснастку (мініливарниці). Після охолодження проводять вибивання і розкладання металевих обважнювачів в виливниці під заливання розплаву розкислювача. У разі застосування як обважнювача шматків брухту чавуну або сталі, то процес переплавлення і розливання не здійснюють, а здійснюють порізку брухту на фракції (шматки) потрібного розміру і форми, укладку останніх у виливниці. На етапі 2 здійснюють отримання розплаву алюмінію з брухту алюмінію (ДСТУ 3211:2009) з додаванням первинного або вторинного алюмінію. Для отримання розкислювача з вмістом кремнію використовується відповідний лом алюмінію з вмістом кремнію 6-12 %, або з додаванням кремнію марки КР-1, КР-2. Коли розкислювач являє собою сплав алюмінію, кремнію і заліза, то шихту доповнюють ломом заліза та виплавку ведуть за спеціальною технологією. Далі здійснюється розливання рідкого розкислювача в підготовлені виливниці, в яких розміщені обважнювачі. Після охолодження здійснюється вибивка готової продукції з виливниць, маркування та упаковка в пакети вагою близько 1 т. В залежності від вимог замовника біметалічні чушки виготовляються в широкому діапазоні за хімічним складом. Характерні склади чушки наведені в таблиці. Таблиця Марка, вага та склад чушки Марка ФАл20, ФСАл20*) ФАл25 Фал30, ФСАл30 ФАл35 ФАл40, ФСАл40 Вага чушки, кг 24,44 22,77 21,33 20,15 19,18 Обважнювач об'єм, л вага, кг 2,499 19,62 2,176 17,08 1,904 14,93 1,666 13,08 1,479 11,61 Розкислювач об'єм, л вага, кг 1,785 4,82 2,108 5,69 2,38 6,40 2,618 7,07 2,805 7,57 Fe, % Al+Si, % 80,28 75,01 69,93 64,91 60,52 19,72 24,99 30,07 35,09 39,48 *) Ф - залізо, С - кремній (3…7 %), Ал - алюміній (решта з суми Al+Si, %) 45 Приклад розрахунку виготовлення біметалічної чушки марки Фал30 для розкислення сталі з вмістом ≈ 30 % алюмінію і ≈ 70 % заліза (сталь). Розливання рідкого алюмінію здійснюється в виливниці довжиною 680 мм перетином у вигляді трапеції, де нижня підстава дорівнює 80 мм, 3 верхня - 100 мм, а висота - 70 мм. Об'єм 0,004284 м . Розрахункова щільність чушки (ρFeAl) = 3 UA 83414 U 3 5 10 15 4979 кг/м . Тоді вага чушки (m = ρFeAl × V) дорівнює 21,33 кг. Де алюмінію 30 %, тобто 21,33 × 30 % = 6,40 кг, а заліза 70 %, тобто 21,33 × 70 % = 14,93 кг. Випробування запропонованої біметалічної чушки проводили в умовах металургійного виробництва при виплавці спокійних марок конструкційних сталей типу сталь 20, 20ГС, 25Г2С у 60 т конверторі. Розкислення стали пропонованими чушками здійснювали в ковші. Співвідношення маси залізного обважнювача в чушці до маси з алюмінію дорівнювало 3,5:1. Ступінь засвоєння алюмінію рідкою сталлю становила 37 %, при його витраті 0,77…0,82 кг/т сталі, залишковий вміст алюмінію в готовій сталі становив 0,02…0,06 %. При розкисленні сталі в ковші чушками за прототипом витрата алюмінію була значно вище і становили 1,62 кг/т, а засвоєння нижче - 25 %. Отримані результати показують, що використання запропонованої корисної моделі дозволяє в порівнянні з розкисленням металу чушками за прототипом, при досягненні однакового заданого вмісту алюмінію в готовій сталі 0,02…0,06 %, збільшити ступінь засвоєння у 1,5 рази та відповідно значно зменшити неефективні витрати розкислювача. Пропонована корисна модель промислово здійсненна і забезпечує виготовлення біметалічної чушки для розкислення сталі, яка може широко застосовуватися в металургії при виробництві вуглецевих та низьколегованих сталей різноманітного призначення. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 20 25 30 35 1. Чушка біметалічна для розкислення сталі, що складається з обважнювача, розміщеного всередині чушки і шару розкислювача, розподіленого по периферії, яка відрізняється тим, що обважнювач являє собою металевий сердечник з чавуну або сталі завдовжки рівний 0,30…0,90 довжини чушки, який розташований зі зміщенням до одного з торців, а шар розкислювача являє собою алюміній або його сплав з одним і більше компонентів, при цьому обважнювач і розкислювач по масі взяті в співвідношенні (4,1…1,20):1, відповідно. 2. Чушка за п. 1, яка відрізняється тим, що обважнювач являє собою лом чавуну або сталі. 3. Чушка за п. 1, яка відрізняється тим, що шар розкислювача являє собою сплав алюмінію і кремнію. 4. Чушка за п. 1, яка відрізняється тим, що шар розкислювача являє собою сплав алюмінію і заліза. 5. Чушка за п. 1, яка відрізняється тим, що шар розкислювача являє собою сплав алюмінію, кремнію і заліза. 6. Чушка за п. 1, яка відрізняється тим, що шар розкислювача рівномірно розподілений по периферії з трьох або чотирьох сторін обважнювача. 4 UA 83414 U 5 UA 83414 U Комп’ютерна верстка А. Крулевський 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 6