ЧУШКА ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ ЧУГУНА И СТАЛИ

Полезная модель относится к черной металлургии и предназначена для использования в сталеплавильном производстве при раскислении стали, чугуна и легирования стали алюминием.
Из уровня техники известны многочисленные устройства, композиты с преимущественным содержанием в их составе алюминия, его сплавов различных классов (по физическим признакам), групп и марок сплавов (по химическому составу), сорта (по показателям качества), классифицированных ГОСТ 1639-2009, ГОСТ 295-98, и предназначенных для раскисления и рафинирования сталей и чугунов.
Для целей раскисления стали предлагают катанку (RU 2206625 С1), проволоку, изготовленную из первичного алюминия (RU 2156309 С1), из вторичного алюминия (RU 43872 U1). Однако реализация известных технических решений при производстве сталей требует специального технологического оборудования, например трайб аппаратов, большого расхода алюминия.
Известны более простые технические решения для раскисления стали. Например, чушка (RU 2152440 С1), выполненная таким образом, что она имеет стальную оболочку, в которую заключены алюминий и слои чугуна, при этом слой алюминия ассиметрично расположен в средней части между слоями чугуна при соотношении массы алюминия к массе чугуна равного 1:(1,5-8,5) соответственно. Заявленный технический результат от использования изобретения является снижение угара алюминия и улучшение качества стали.
Предложен брикет для раскисления стали (RU 2259405 С1), полученный прессованием измельченного алюминиевого лома (25-32 мас.%) и частиц сплава на основе железа (68-75 мас.%). Плотность брикета составляет не менее 0,9 от плотности жидкой стали. Поставлена задача получить брикет для раскисления стали с меньшей себестоимостью.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату предлагаемой полезной модели является брикет для раскисления и рафинирования стали (RU 2226556 С1). Сущность изобретения состоит в том, что в брикете, выполненном в виде спрессованных алюминиевых частиц, состоящих из алюминия и оксида алюминия, образующие брикет частицы представляют собой алюминиевую стружку толщиной 1-2 мм, покрытую оболочкой из оксида алюминия. Объемная (средняя) плотность брикета составляет 0,85-0,95 плотности стружки, а отношение по массе алюминия и оксида алюминия находится в диапазоне (100:6) - (100:13). Масса брикета составляет 2-15 кг, а соотношение закрытой и открытой пористости равно 3:1.
Однако, как показывает анализ опыта использования известных технических решений в виде брикетов, чушек по реализации поставленной задачи, эффективно в гарантированный временной интервал (3-6 месяцев) от даты их изготовления. При транспортировке, длительном хранении резко снижаются прочностные и технологические характеристики изделия из-за ослабления межграничных связей составляющих его компонентов, что приводит к разрыхлению и полному разрушению изделия.
В предлагаемой полезной модели поставлена задача получить качественное изделие, сохраняющее длительное время механические и технологические свойства необходимые для раскисления стали, чугуна.
3
Поставленная задача решается тем, что для ракисления металла алюминием используется изделие в виде чушки, включающую матрицу из алюминия или его сплава, армирующего наполнителя и связующего, причем литая алюминосодержащая матрица содержит армирующий наполнитель в виде частиц сплава (преимущественно размером 2,0-10 мм) на основе железа с поверхностной оболочкой из связующего на основе интерметаллида алюминия, в частности интерметаллида соединения FeАl и (или) FeAl, при соотношении массовых долей матричного и армирующего составляющих равного 30/70-50/50. Толщина (t) оболочки связующего связана средним диаметром частиц (d) соотношением t=(0,09-0,20)d,a соотношение закрытой пористости (совокупность замкнутых, взаимно не сообщающихся пор) и открытой пористости (объем связанных (сообщающихся) между собой пор) макроструктуры заявленного изделия равно 5:1.
3
Сущность заявленной полезной модели заключается в том, что использование в качестве связующего между матрицей и армирующим наполнителем интерметаллидов соединения FеАl и (или) FeAl за счет устойчивой химической связи оболочки как с поверхностью армирующего наполнителя, так и с компонентом матрицы дает возможность получать композиционный литой армированный раскислитель, например в виде чушки, с учетом конкретных требований заказчика к количественному составу, прочностным и технологическим характеристикам изделия для раскисления металла, сохраняющего раскисляющую способность после длительного срока хранения.
Опытным путем оптимизированы требования к другим параметрам изделия для раскисления:
3
3
1. Отношение массовых долей матричного (алюминий или его сплавы) и армирующего наполнителя (сплавы на основе железа) используют в пределах 30/70-50/50. При указанном относительном содержании компонентов плотность раскислителя (4000-5300 кг/м) превышает плотность металлургического шлака (2800-3200 кг/м) раскисляемого металла. После короткого временного контакта со шлаком раскислитель вступает в реакцию с жидким металлом, а по мере растворения алюминия плотность раскислителя повышается и он плавно погружается к донной части емкости металлического расплава. При этом осуществляется равномерная объемная обработка жидкого металла раскисляющими компонентами с высокой степенью усвоения алюминия.
2. Использование армирующего наполнителя с размером частиц в интервале 2,0-10 мм позволяет формировать равномерную макроструктуру по распределению составляющих компонентов по объему изделия. При размере частиц наполнителя менее 2,0 мм при получении изделия уже на начальном этапе формирования при контакте с жидким алюминосодержащим сплавом частицы наполнителя склонны к образованию конгломератов, которые не рассредоточиваются даже после длительного интенсивного перемешивания. Кроме этого возникают технические возможности и технико-экономическая целесообразность нанесения на частицы размера менее 2,0 мм связующей оболочки. При размере частиц наполнителя более 10 мм в процессе формирования изделия в период с конца разливки в изложницы жидкого расплава матрицы с твердым наполнителем до начала затвердевания наблюдаются тенденции осаждения частиц к донной части матрицы. Неравномерность распределения наполнителя в матрице негативно влияет на раскисляющую способность металлических расплавов.
3. Толщина оболочки связующего на поверхности наполнителя устанавливается исходя из конкретно используемого размера его частиц по соотношению t/d=0,09-0,20. Использование соотношения t/d менее 0,09 нецелесообразно по технико-экономическим показателям из-за необходимости использования высокотехнологических инновационных технологий нанесения покрытия. При соотношении t/d более 0,2 увеличивается относительное количество в составе раскислителя, связующего которое негативно влияет на тепловой баланс выплавки стали, так как растворение интерметаллида алюминия происходит с поглощением тепла.
4. Отмеченное сочетание параметров элементов композиции полезной модели позволяет получать высокие значения соотношения закрытой и открытой пористости чушки равного 5:1, что достигается плотной упаковкой между элементами по границе контакта составляющих изделия за счет устойчивой связи оболочки как с поверхностью наполнителя, так и с алюминиевой матрицей. Это главный фактор сохранности механической прочности и раскисляющих свойств при транспортировке и после длительного хранения.
На фигуре приведен общий вид чушки с частичным разрезом, где 1 - поверхность тела изделия, 2 - алюминосодержащая литая матрица, 3 - наполнитель в виде частиц (дроби) из железоуглеродистого сплава, 4 - поверхностная оболочка из интерметаллида алюминия. На производственных площадях заявителя полезной модели освоено изготовление и поставка изделия по заказам потребителей по согласованным техническим условиям «Раскислитель композиционный литой».
Для изготовления матрицы раскислителя используют алюминий марок АВ87 или АВ91 по ГОСТ 295, лом и кусковые отходы алюминия и алюминиевых сплавов вида «Алюминий 1», «Алюминий 2», стружку алюминия и алюминиевых сплавов вида «Алюминий 20» по ГОСТ 1639.
3
В качестве наполнителя используют частицы размером 2-10 мм, преимущественно в виде дроби из низкоуглеродистого железного сплава. В качестве связующего материала для поверхностной оболочки используют в частности техногенные мелкофракционные отходы производства ферроалюминия, содержащие интерметаллиды соединений FeAl и FeAl. Нанесение связующей оболочки на наполнитель осуществляют с применением известных методов и оборудования.
Раскислитель изготавливают в виде чушек, разлитых в изложницы в виде сотов из чугуна марки СЧ-18, размером от 20 до 100 мм.
Марка раскислителя
Массовая доля компонентов, %
Алюминосодержащая матрица
Наполнитель
Плотность, г/см<sup>3</sup>
РКЛ-30
26-30
70-74
4,99-5,25
РКЛ-40
34-40
60-66
4,45-4,76
РКЛ-50
43-50
50-57
4,02-4,30
При хранении раскислитель в чушках нетоксичен, негорюч и пожаровзрывобезопасен. Гарантированный срок хранения не менее 12 месяцев с момента отгрузки.
Раскислитель используется на ряде предприятий при выплавке чугуна и стали различного марочного состава. Рекламаций на качественные характеристики, раскисляющую способность изделия в виде чушек от потребителей не поступало.