ПРОВОЛОКА ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ДЛЯ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ

Полезная модель относится к области металлургии и предназначена для раскисления, легирования и модифицирования черных металлов вторичным алюминием, полученным переплавом отходов производства первичного или технического алюминия, лома и других алюминийсодержащих материалов.
В настоящее время в производстве сталей для раскисления жидкого металла широко используют катанку [1] или проволоку [2], изготовленных из первичного алюминия, который обладая пластичностью не вызывает затруднений в промышленном производстве указанных изделий. Недостатком известных материалов - удорожание процесса производства сталей и чугунов из-за высокой стоимости и дефицита первичного алюминия.
Известны изделия, позволяющие заменять первичный алюминий для процесса раскисления металла вторичным алюминием. В виду того, что указанный алюминий содержит различные примеси, снижающие его пластичность, производство из него катанки или проволоки проблематично. Для раскисления вторичный алюминий используют в виде чушек, сечки, дроби [3], запаивают в герметические оболочки или контейнеры из металла большей плотности [4, 5]. Процесс раскисления металла известными изделиями проходит неравномерно, с большим угаром алюминия и его расходом, что негативно отражается на качестве металла.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к заявленной полезной модели является порошковая проволока [6], которая состоит из металлической оболочки и наполнителя из порошкообразного сплава, например системы железо-кремний-магний-алюминий.
Известная проволока предназначена для десульфурации чугуна. Недостатком известной проволоки является то, что конструктивные особенности (трубчатая металлическая оболочка, насыпной порошкообразный наполнитель) и высокая стоимость ограничивают ее применение для печной или ковшевой обработки металлического расплава в больших емкостях, что снижает производительность технологического процесса, получения стабильных технико-экономических показателей.
В настоящей заявке на полезную модель поставлена задача при сохранении основных принципов раскисления, модифицирования и легирования металлических расплавов в печных или ковшевых агрегатах, в том числе большой емкости и при длительных непрерывных процессах (производство стали на машинах непрерывного литья), создать и использовать проволоку из вторичного алюминия или его сплавов с металлами раскислителями - кремний, магний, кальций, РМЗ и др.).
Поставленная задача и сущность полезной модели выражаются тем что, а известной проволоке, состоящей из металлической оболочки и наполнителя, в заявленной полезной модели металлическая оболочка выполнена из вторичного алюминия или его сплава с металлами раскислителями, модификаторами, а наполнитель выполнен из сплошного металлического сердечника, при этом внешний диаметр металлической оболочки и диаметр сердечника связаны между собой соотношением (2-5):1, а по длине сердечника металлическая оболочка разделена по поперечному сечению до поверхности сердечника на отрезки равные 5-10 внешнего диаметра металлической оболочки.
Интервал соотношения диаметра металлического сердечника и мерных отрезков оболочки с диаметром оболочки установлены экспериментально с учетом бесперебойного ввода проволоки через трайб-аппарат со скоростями, обеспечивающими полное расплавление проволоки в придонной части металлургического агрегата. В этом случае осуществляется равномерная, объемная обработка жидкого металла раскисляющими компонентами. Нижние границы заявленных соотношений гарантируют устойчивую жесткость проволоки при вводе в жидкий металл, а верхние границы соотношения параметров проволоки - необходимую эластичность при намотке ее в бухты трайб-аппарата.
Ввод проволоки в жидкий металл с использованием трайб-аппарата осуществляется со скоростью 2,5-4 м/с. Проволока испытывает растягивающие (при смотке с барабана), сжимающие и изгибающие (при входе в жидкий металл) нагрузки. Указанные нагрузки заявленная проволока выдерживает за счет металлического сердечника. Сердечник может быть выполнен из стальной проволоки диаметром 2-4 мм из углеродистых, низколегированных (содержание легирующих элементов до 2,5%), легированных (содержание легирующих элементов до 10%) и высоколегированных (содержание легирующих элементов более 10%) марок сталей [7]. Функциональное назначение сердечника из стальной проволоки - несущий элемент, обеспечивающий прочностные и пластические характеристики, и как дополнительный легирующий материал.
На фигуре 1 изображен общий вид проволоки в продольном сечении. Проволока состоит из металлической оболочки 1, выполненной из алюминия, полученного преимущественно пирометаллургическим переплавом отходов от производства первичного или технического алюминия, алюминиевого лома и др. материалов. Вторичный алюминий имеет низкую пластичность. Для придания изделию свойств характерных для проволоки оболочка 1 разделена в поперечном сечении на мерные отрезки (L).
Металлический сердечник 2 является наполнителем и несущим элементом. Диаметр сердечника (d) и длина (L) отрезков оболочки взаимосвязаны с величиной внешнего диаметра (D) оболочки соотношением, соответственно: D/d=(2-5)/1 и L/D=(5-10)/1.
Проволока для раскисления, модифицирования и легирования может использоваться в длительном непрерывном режиме обработки жидкого
металла через трайб-аппарат, а низкая стоимость проволоки (за счет применения вторичного алюминия) по сравнению с известными (катанка из первичного или технического алюминия, порошковая проволока) обеспечивают высокие технико-экономические показатели при производстве качественного металла.
Производство заявленной проволоки может быть организовано с применением существующего оборудования металлургического машиностроения и других отраслей промышленности.
Известны устройства для производства оцинкованной, омедненной, алюминированной, луженной проволоки [8]. В производстве проволоки используют нагревательные печи, соляные ванны и ванны с жидким металлом, прокатное оборудование. Назначение технологии - получение проволоки с антикоррозионным покрытием. Для процесса раскисления металла указанная проволока по технико-экономическим показателям непригодна.
Наиболее близкой по технической сущности, достигаемому результату является технологическая линия с устройствами для получения биметаллической проволоки при непрерывном нанесении алюминия на стальной сердечник путем проведения его через расплав алюминия. Стальной сердечник (проволока) поступает в соляную ванну с температурой 870-900°С, затем пропускается через несколько ванн с таким же солевым расплавом, но с понижением температуры в каждой последующей ванне, а в последней ванне - с температурой расплава соли на 14-28°С выше температуры расплава алюминия. Далее проволока поступает в рабочую ванну, разделенную теплоизоляционными перегородками на три камеры. В последней камере поверх расплава соли находится слой расплавленного алюминия толщиной 25-40 мм. В зависимости от назначения и требований к качеству биметаллическая проволока сталь-алюминий может подаваться на волочильные или калибровочные станы и далее на намоточный аппарат для формирования бухты проволоки. Содержание в биметаллической проволоке алюминия может составлять до 25%. Для производства используются первичный или технический алюминий с высокими пластическими свойствами. Высокие требования к качеству биметаллической проволоки обуславливают сложность технологического процесса, а использование дорогостоящего первичного или технического алюминия ограничивают применение известного технологического оборудования для продукции иного назначения.
В настоящей заявке поставлена задача при сохранении основных принципов использования технологического оборудования при производстве биметаллической проволоки сталь-алюминий, создать технологическую линию для рентабельного производства проволоки с металлической оболочкой, выполненной преимущественно из вторичного алюминия, полученного переплавом отходов от производства на алюминиевых заводах первичного или технического алюминия, алюминиевого лома и др. алюминийсодержащих материалов.
Переплавленный алюминий не выдерживает нагрузок пластической деформации, склонен к хрупким разрушениям. Однако низкая стоимость и высокая раскисляющая способность вторичного алюминия позволяет успешно использовать изделия из него в металлургии черных металлов.
Поставленная задача решается тем, что в известной технологической линии, содержащей размоточные и намоточные аппараты, емкость для жидкого алюминия, в заявленной полезной модели емкость размещена за размоточным аппаратом. В емкости установлены направляющие центрирующие ролики для проводки сердечника через расплавленный алюминий. Емкость через отверстие в донной части сообщается с металлоприемником, который в свою очередь связан с кристаллизатором. В осевом направлении после кристаллизатора линия снабжена делителем, на входе и выходе которого установлены прижимные центрирующие ролики. Линия заканчивается аппаратом для смотки готового изделия.
Предложенная компоновка и функциональное использование оборудования в заявленной последовательности технологической линии обеспечивает достижение поставленной задачи - производство дешевой, технологичной проволоки на основе вторичного алюминия для широкого использования в металлургии, в том числе при производстве качественной стали.
На фигуре 2 изображен общий вид компоновки оборудования технологической линии для получения проволоки на основе вторичного алюминия для раскисления, модифицирования, легирования жидкой стали и чугуна.
Устройство содержит аппарат размотки 1, емкость (ванна) для жидкого алюминия 2, направляющие центрирующие ролики 3, металлоприемник 4, кристаллизатор 5, прижимные направляющие ролики 6, делитель 7, аппарат намотки 8.
Устройство работает следующим образом. С аппарата размотки 1 сердечник (проволока) 9 через направляющие ролики 3 пропускается через ванну 2 с расплавом вторичного алюминия (например, марки АВ-87) 10. За время пребывания в ванне на поверхности сердечника формируется относительно тонкий слой алюминиевого покрытия. Далее через сообщающие соединения 11 сердечник 9 пропускается через металлоприемник 4 и поступает в кристаллизатор 5. Толщина кристаллизуемой алюминиевой оболочки регулируется скоростью движения сердечника и конструктивными параметрами кристаллизатора. Из кристаллизатора 5 выходит проволока с непрерывной сплошной оболочкой алюминия 12 по длине сердечника 9. Ввиду низкой пластичности алюминиевой оболочки движение проволоки 12 на участки от кристаллизатора 5 до делителя 7 осуществляется преимущественно в осевом направлении кристаллизатора. Проходя через делитель 7 (с центровкой на входе и выходе за счет прижимных направляющих роликов 6) малопластичная алюминиевая оболочка разделяется по поперечному сечению до поверхности сердечника на заданные мерные длины 13. На
выходе из делителя проволока, состоящая из мерных длин хрупкой алюминиевой оболочки, приобретает эластичность и без проблем наматывается на бухту на аппарате намотки 8. Полученная проволока готова к использованию, в том числе и на трайб-аппаратах, для раскисления черных металлов.
Пример выполнения. В полупромышленных условиях на модельной технологической линии при реализации функционального назначения и последовательности размещения основных устройств заявленной линии из вторичного алюминия марки АВ-87 изготовлена проволока с внешним диаметром алюминиевой оболочки равным 12 мм. В качестве сердечника использовали проволоку из стали марки 3сп диаметром 3 мм. После выхода из кристаллизатора на стальном сердечнике сформирована прочная сплошная по длине и сечению круглая оболочка из алюминия. Такое изделие характеризуется жесткостью на большой длине проволоки и непригодно для намотки на барабан. После прохождения через делитель жесткая, склонная к хрупким разрушениям алюминиевая оболочка в поперечном сечении до поверхности сердечника разделена на отрезки длиной около 70 мм. После делителя проволока с алюминиевой оболочкой, разделенной на отрезки, намотана на барабан в бухту и передана заказчику для использования в производстве стали.
Использованные источники информации
1. Патент РФ №2206625
2. Патент РФ №2156309
3. Патент РФ №2204613
4. Заявка на патент РФ №2001131208/02 (БИПМ №24, 2003 г.)
5. Патент РФ №2152439
6. Патент РФ №2187560
7. Стали и сплавы. Марочник: Справ. изд. / В.Г.Сорокин и др.; Науч. С77 ред. В.Г.Сорокин, М.А.Гервасьев - М.: Интернет Инжиниринг; 2001. - С.10-18.
8. Волочильщик проволоки. Красильников Л.А., Красильников С.А. М., «Металлургия», 1977. 240 с.
9. Биметаллическая проволока. Тарнавский А.Л., Гурылев В.В., Щуровский Б.Б. М., Из-во литерат. по черной и цветной металлургии, 1963, С, 110-117