Капсула для ввода реагентов в металлический расплав

 

Изобретение может быть использовано для легирования и модифицирования. Капсула имеет корпус, головку, крышку, в корпус помещен порошкообразный реагент, отделенный от внутренней поверхности корпуса капсулы зазором величиной 0.1-3.0 мм. Зазор заполнен малотеплопроводным материалом.

н9) он

tslls &21 С 1/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ й

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21) 4954730/02 (22) 21.06,91 (46) 07.09.93. Бюл. M 33-36 (71) Акционерная компания "Тулачермет" (72) Дорофеев Г.А.. Макуров А.В., Соломин Н.fl., Панфилов А.Н„Мазуров Е.Ф., Цейтлин М.А.„Пухов А.П., Ширяев В,А., Данилович Ю.А., Белкин А.С. (73) Акционерная компания "Тулачермет"

Изобретение относится к металлургии, в частности к доменному и сталеплавильному производствам, и может быть использовано при выплавке металлов для их легирования, микролегирования, модифицирования, раскисления и внесения добавок с другими целями.

Для проведения эффективного раскисления, десульфурации, модифицирования в жидкий металл, находящийся в ковше, внедряют металлические пули, капсулы и т.д.

Известен ввод реагентов в расплав. заключающийся в подаче в ковш с жидким металлом путем выстреливания однородных металлических пуль, состоящих либо из одного высокоактивного элемента типа алюминия или кальция (Iron and Steel Inst.

1978, 51, N 5, 307, 309, 311-312, 315-317.

"Черная металлургия", 1979, ЗВ563), либо иэ нескольких элементов, например бора или ферробора (РЖ "Черная металлургия", 1988. М 12, реф. В358П, Патент США hk

4728361, эаявл. 23.10.86, М 922244; опубл.

01.03.88 г. Mi .Il (., 21 С 7/02, НКИ 75/53). (54) КАПСУЛА ДЛЯ ВВОДА РЕАГЕНТОВ В

МЕТАЛЛИЧЕСКИЙ РАСПЛАВ (57) Изобретение может быть использовано для легирования и модифицирования. Капсула имеет корпус. головку, крышку, в корпус помещен порошкообраэный реагент, отделенный от внутренней поверхности корпуса капсулы зазором величиной 0,1-3.0 мм. Зазор заполнен малотеплопроводным материалом.

Применение указанной технологии в практике ныне действующих цехов влечет повышен н ые расходы на изготовление специального нестандартного оборудования, на повышение стоимости исходных материалов.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является капсула для ввода реагентов в металлический расплав путем выстреливания в жидкий расплав с помощью метательного устройства.

Капсула содержит головку, крышку, корпус. порошкообраэный реагент, помещенный корпус капсулы и соприкасающийся с ее внутренней поверхностью по всей площади их контакта, т.е, составляет с наполнителем-металлическим порошкообразным реагентом одно целое тело (Япония. Заявка Q

55-31814. Публикация 1986 г. 21.08., М 3796. Заявлено 15,07.76 r., М 51--84806 МКИ

С 22 В 9/10, С 21 С 1/02. Рис. 1-про10тип).

Недостатком известной капсули является то, что при вводе таких тел в жидкий

2000333 а d

Bi —; —, 45

55 расплав на поверхность капсулы намерэает слой охлажденного расплава. Вследствие этого, а также больших величин критерия

БиО, которая может быть выражена формулой где а — коэффициент теплоотдачи от жидкого расплава к наружной поверхности капсулы; д- радиус капсулыЯ вЂ” средняя теплопроводность материала капсулы и реагента, время расплавления капсул возрастает и может превысить длительность пребывания капсул в контакте с жидким расплавом. Это вынуждает ограничивать . размер капсул, массу отдельной капсулы и массовую скорость ввода капсул. В соответствии с законами теплофиэики тела; имеющие В » 0,1, относятся к массивным, для которых характерным является большая длительность нагрева и расплавления. При увеличении продолжительности расплавления материала оболочки капсулы сокращается путь и время контакта порошков реагента с расплавом в процессе их всплывания в толще металла, что снижает степень усвоения вводимых реагентов, стабильность и точность легирования.

Цель изобретения — сокращение продолжительности расплавления оболочки капсул, повышение степени усвоения вводимых реагентов, стабильности и точности . легирования..

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе ввода реагентов в металлический расплав, включающем выстреливание в жидкий металл с помощью метательного устройства капсул, содержащих головку, крышку, корпус, порошкообразный реагент, помещенный корпус капсулы, отделен от внутренней поверхности корпуса капсулы по всей площади их контакта зазором величиной 0,1 — 3,0 мм, который заполнен теплоиэоляционным материалом с коэффициентом теплопроводности 0,02-0,70 Вт/м град (см, чертеж). Благодаря наличию зазора 1, заполненного малотеплопроводным веществом или материалом, отвод тепла от оболочки вглубь капсулы снижается во много раз. Поэтому тонкая металлическая оболочка капсул (толщина 0,4-1 мм) в процессе нагрева ведет себя как отдельное тонкое тело, имеющее малое значение критерия В! (менее 0,1). Вследствие этого материал оболочки как тонкое тело быстро прогревается, 5

40 исключается намерзание на ней корочки затвердевшего расплава. резко сокращается время расплавления оболочки капсулы. Ускоренное расплавление оболочки обеспечивает поступление находящегося в корпусе 2 капсулы реагента 3 в жидкий расплав в точке максимального эаглубления капсулы. Это увеличивает до максимума путь, проходимый порошками в металле при их всплывании, а также время контакта порошков реагента с расплавом, Следствием этого является повышение степени усвоения вводимых материалов, стабильности и точности легирования расплава. Толщина зазора 0,1 — 3 мм отвечает условию минимального отвода тепла от стенок корпуса капсулы через зазор в объем реагента, находящегося внутри капсулы, при использовании в качестве теплоизолирующего материала широкого класса веществ и материалов, начиная от газов и заканчивая твердыми огнеупорными материалами с пористым строением. Нижнее значение зазора относится к случаю, когда промежуток между корпусом капсулы и порошкообразным наполнителем заполнен газом. теплопроводность которого по сравнению с жидкостью ипи твердым материалом на несколько порядков меньше и лежит в пределах 0,01-0,10 Вт/м град. При меньшем значении величины зазора теплоотвод от стенок капсулы к реагенту начинает заметно расти, что способствует увеличению продолжительности расплавления капсулы, Верхнее значение зазора относится к применению теплоизоляционных материалов в виде твердых тел (например, картона, глины, асбеста, ткани и т.д,), теплопровод-. ность которых лежит в пределах 0,02—

0,70 Вт/м град. Это влечет за собой необходимость увеличения толщины зазора и теплоизоляционного слоя. Дальнейшее увеличение толщины слоя сверх 3 мм, хотя несколько снижает интенсивность отвода тепла от поверхности внутрь капсулы, является нежелательным, так как уменьшает полезный объем капсулы и количество реагента. содержащегося в капсуле.

Изложенные положения были подтверждены результатами экспериментов. Опыты показали. что толщина изоляционного слоя

0,1 — 3,0 мм соответствует достижению наилучших технико-экономических показателей.

Применение в качестве теплоизоляционных материалов различных сред, имеющих коэффициент теплопроводности в пределах 0,02-0,70 Вт/ м град, охватывает область от газов до материалов, обычно при2000333 меняемых для тепловой изоляции. Эти материалы относительно недороги и недефицитны,.что имеет важное практическое значение.

Нижнее значение коэффициента теплопроводности 0,02 Вт/м . град. принадлежит воздуху. Его использование в качестве слоя, замедляющего перенос тепла от поверхности стенки капсул в обьем находящегося в ней реагента, является наиболее рациональным, поскольку в процессе размещения реагента капсуле зазор между реагентом и внутренней поверхностью заполняется воздухом автоматически, не требуя никаких дополнительных мер. Использование аргона, обладающего несколько меньшим коэффициентом теплопроводности (0,014 Вт/м . град,) по сравнению с воздухом с позицией сокращения отвода тепла, предпочтительнее. Однако заполнение зазора аргоном требует герметизации капсулы и наличия специального оборудования, что удорожает стоимость изготовления капсул. Поэтому применение воздуха более целесообразно, чем аргона, не говоря уже о. других газах, обладающих окислительным потенциалом по отношению к материалу наполнителя (диоксиды углерода и водорода).

Верхнее значение коэффициента теплопроводности отвечает условию применения глин и других огнеупорных материалов, имеющих повышенное значение коэффициента теплопроводности, равное 0,7-1,05

Вт/м град. Эти значения близки к коэффициенту теплопроводности порошков различных ферросплавов, изменяющемуся в зависимости от марки сплава и пористости в пределах 0,9 — 2,8 Втlм град. Поэтому применение в качестве теплоизоляционных материалов твердых тел и веществ с коэффициентом теплопроводности выше 0,7

Вт/м град слабо сказывается на уменьшении отвода тепла и не дает положительных результатов.

Пример. Предлагаемый способ ввода реагентов в металлический расплав опробовали на опытах в индукционной печи, Рас5

45 плав имел температуру 1600 — 1610ОС, химсостав металла отвечал стали 3. Капсулы изготавливали из стали 08КП с толщиной оболочки 0,5 мм на трубосвврочном стэне.

Диаметр капсул составлял 50 мм, длина 650 мм. Величина зазора (от внутренней стенки капсулы до порошкообразно а оеагентв) составляет 0.1 мм. В качестве теплоиэоляционного вещества испольэовали воздух с коэффициентом теплопроводности 0,02

Вт/м ° град. Наполнитель — порошкообраэный силикокальций СК 30 фракции 0,5 мм.

Капсула введена с помощью пневматического„метательного устройства. Время расплавления капсулы составляет 6,3 с.

Степень усвоения кальция металлом равна

12,8ф».

Данные экспериментов (примеры 5-9) и прототипа (1-4) приведены в таблице.

Как видно иэ таблицы, в 3-6 раэ сокращается время растворения капсулы в жидком расплаве, повышается на 25-50$ степень усвоения высокореакционных элементов (типа кальция), а также в 2-3 раза снижаются колебания степени усвоения элементов и повышается точность легирования на 30-45 . Применительно к обработке стали силикокальцием зкономия за счет лучшего исповьзовэния кальция и сокращения его расхода составляет 0,3-0,6 руб./т стали.

Одновременно с этим улучшается изотропность свойств металла и повышается стабильность механических свойств металла в пределах плавки и от плавки к плавке.

Формула изобретения

Капсула для ввода реагентов в металлический расплав, состоящая из корпуса с помещенным внутрь порошкообразным реагентом, головки и крышки, о тл и ч в ющ а я с я тем, что, С целью сокращения времени расплавления корпуса, повышения степени усвоения вводимых реагентов, стабильности и точности легирования, внутренняя поверхность корпуса капсулы отделена от порошкообрэзного реагента по всей площади их контакта зазором, равным 0.1-3,0 мм, заполненным теплоизоляционным материалом.

2000333

Толщмма зазора. Време распела- среамт ° стемемь омос а ле1мр» мме нателла мломачтом усзлемма ааоЗьм залолмаммото лемме обозом ° и з, телломзолацмом торлуса тапсулм. мото злемемта Ilo обьену зюото мым матармалом

° oa. отм !!

t ьтм

Зазор отсутстау.

30 з 34.1

То жа

0.0045

8,1

Эб

+119

0.0024

12,6

11,7

+ 14.Э

+ 16.1

10,9

3,50

7.4

10.Э

+ 17.4

Ь,9

+ ЭО.!

Составитель Г.Дорофеев

Редактор M.Ñòðå7!üíèêîåà Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Н.Ревска!!

Тираж Подписное

НПО Поиск",Роспатента

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Заказ 3065

Производственно-издагельскии кобзГэи11ат "Патент", !. Уж!1>!17;,". м „... ); !

0,05

0.10

0.50

2,50

Э.50

0.06

0,10

О. 30

О. 50

2.10

3.20

3.50

0,15

0,90

1.95

2,40

0.08

0.13

1.70

2. 30

4.00

О. 09

0.20

0.80

1,50

2.40

2.98

3.ЭО

7,4

63

5.8

4.6

4,7

8.4

7.6

6.9

6.6

6.1

6.0

5.9

1О,B

9.1

6.1

7.6

12,1

10.9

96

9.2

9.0

8.6

17.8

16.8

16,1

15.3

13.Ь

12.6

12.2 аолебамме лье мм усаоеммз з

«емта ло обье отм