Комбинированная инжекционная проволока

Заявленное техническое решение относится к черной металлургии, в частности к инжекционным проволокам для обработки стали и чугуна. Данные проволоки вводятся в расплав с помощью специального инжекционного оборудования с целью его рафинирования, а также модифицирования неметаллических включений и состоят из стальной оболочки и наполнителя, при этом наполнитель находится внутри замкнутого объема, образуемого оболочкой.
Различные виды инжекционных проволок для обработки металлургических расплавов известны достаточно длительное время, а их основное назначение состоит в том, чтобы вводить в расплав строго необходимое количество требуемых реагентов. Стальная оболочка инжекционной проволоки служит, в том числе и для того, чтобы доставлять реагенты в расплав посредством инжекционного оборудования [1]. Потребительские же свойства инжекционных проволок определяются конструкцией (дизайном) и качественными характеристиками наполнителя.
Из существующего уровня техники известна инжекционная проволока, состоящая из стальной оболочки и наполнителя, причем наполнитель состоит из двух и более порошковых реагентов [2], расположенных внутри замкнутого объема, образуемого оболочкой. Данное техническое решение имеет ряд существенных недостатков, основные среди которых:
- неравномерный химический состав наполнителя по длине проволоки. При физическом смешении двух и более реагентов и проведении с наполнителем дальнейших технологических операций, таких как транспортировка, дозировка и других, происходит расслоение реагентов в объеме наполнителя вследствие их различного гранулометрического состава и плотности, что, в конечном счете, отрицательно сказывается на потребительских характеристиках и эффективности применения инжекционной проволоки;
- низкая плотность наполнителя. При изготовлении инжекционной проволоки порошковый наполнитель уплотняется как правило до 60-75% своей физической плотности, в результате чего во внутреннем объеме проволоки имеются микрообъемы - пустоты, заполненные воздухом. Со временем, при взаимодействии воздуха с наполнителем, например при хранении проволоки, происходит снижение качественных характеристик активных реагентов, входящих в состав порошкового наполнителя, в частности, за счет реакций окисления между находящимся в микропустотах кислородом воздуха. Это приводит к тому, что потребители инжекционных проволок, особенно с активными реагентами, должны ограничивать сроки их хранения и применения;
- дополнительные затраты при изготовлении инжекционной проволоки, направленные на снижение активности кислорода в объеме наполнителя. С этой целью дозировку порошкового наполнителя ведут в атмосфере инертного газа, в результате чего микропустоты наполнителя имеют пониженную концентрацию воздуха и снижается скорость реакции взаимодействия активных реагентов с кислородом.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленному техническому решению является инжекционная проволока, содержащая наполнитель из двух порошковых реагентов, причем первый порошковый реагент размещен в осевой зоне и заключен в промежуточную металлическую оболочку, а второй порошковый реагент расположен в кольцевой зоне между промежуточной и внешней оболочкой инжекционной проволоки [3]. При этом осевая зона преимущественно содержит наиболее активные, по сродству к кислороду, реагенты.
Такое устройство инжекционной проволоки обеспечивает относительную защиту активного и легкоплавкого реагента, например кальция или его сплава, от взаимодействия его с кислородом воздуха, находящегося в микропустотах наполнителя, позволяет равномерно распределять активный реагент в объеме инжекционной проволоки, а также увеличивает жизненный цикл проволоки в результате более позднего ее расплавления в жидкой стали. Данное обстоятельство положительно сказывается на эффективности обработки стали, так как реагенты взаимодействуют с расплавом в глубине ковша.
Однако данное техническое решение имеет также ряд существенных недостатков, в частности:
- порошковый наполнитель, содержащий активные реагенты, например кальций или его сплавы, имеет развитую удельную поверхность;
- активные реагенты, входящие в состав порошкового наполнителя, имеют повышенное содержание кислорода и азота на своей поверхности;
- закатка активных реагентов в промежуточную металлическую оболочку, расположенную внутри инжекционной проволоки, является весьма затратной технологической операцией.
Назначение заявленного технического решения заключается в сохранении качественных характеристик активных реагентов, равномерном их распределении по длине инжекционной проволоки, а также в повышении эффективности обработки металлургических расплавов активными реагентами.
Данная задача решается за счет того, что инжекционная проволока состоит из стальной оболочки и расположенного внутри нее комбинированного наполнителя имеющем в своем составе несколько реагентов, один из которых является порошковым и как минимум один из реагентов имеет форму монолитной проволоки, причем реагент в виде монолитной проволоки расположен внутри порошкового реагента по центру сечения и на одной оси инжекционной проволоки. Наполнитель комбинированной инжекционной проволоки может состоять из имеющих более высокую температуру плавления порошковых реагентов, таких как кремний или кремний - барийсодержащие сплавы или плавиковый шпат с размером частиц до 2,5 мм и из активных, легкоплавких реагентов, таких как кальций, магний и их сплавы. Диаметр комбинированной инжекционной проволоки может составлять 11-18 мм, а отношение диаметров комбинированной инжекционной и монолитной проволок может находиться в диапазоне 1:2,1-3,6.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является улучшение потребительских характеристик комбинированной инжекционной проволоки за счет использования активных реагентов в виде монолитной проволоки, а также высокая эффективность активных реагентов при рафинировании металлургических расплавов, модифицировании неметаллических включений и повышении чистоты стали.
Устройство комбинированной инжекционной проволоки в ее поперечном разрезе представлено на фигуре.
Комбинированная инжекционная проволока включает стальную оболочку 1 толщиной S, внутри замкнутого объема которой находится наполнитель 2, состоящий из порошкового реагента 3, например ферросилиция, и активного реагента в форме монолитной проволоки 4, например из металлического кальция [4]. Края стальной оболочки соединены с помощью фальцевого замка 5, высота которого равна 4S. Отношение диаметров комбинированной инжекционной и монолитной проволок обеспечивает оптимальный объем для заполнения его порошковым реагентом 3. Необходимое количество порошкового реагента 3, например ферросилиция, имеющего температуру плавления около 1300°С, обеспечивает более позднее расплавление легкоплавкого реагента в форме проволоки 4 в нижних горизонтах ковша. Данная конструкция позволяет использовать стальную ленту толщиной S, равной 0,3-0,6 мм, при этом фальцевый замок 5, конструктивно расположен внутри объема, заполняемого порошковым реагентом 3 и не оказывает негативного влияния на потребительские свойства комбинированной инжекционной проволоки. Комбинированная инжекционная проволока может быть смотана в бунты, размеры которых наряду с диаметром проволоки определяют ее длину.
Полезная модель работает следующим образом. Стационарно комбинированная инжекционная проволока находится в форме бунта, один конец которой заправлен в тянущий механизм инжекционной машины. Перед разливкой, после завершения основных технологических операций, сталь обрабатывается кальцийсодержащими реагентами. В этом случае на пульте управления инжекционной машины программируются длина и скорость ввода проволоки, затем включается привод и проволока по направляющей проводке инжектируется в ковш. Результаты применения комбинированной инжекционной проволоки и их сравнение представлены в таблице 1.
Из таблицы видно, что обусловленная новизной конструкции, эффективность рафинирования стали комбинированной инжекционной проволокой выше, чем у прототипа практически в четыре раза.
[1] М.В. Дзудза "Анализ видов металлургической порошковой проволоки", Известия ВУЗов. Серия Машиностроение. №5, 2011.
[2] DE 102006048028 В3 2008.03.27
[3] FR 2610331
[4] RU 2152834