Капсула для легирования металлических расплавов

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к конструкции капсулы, наполненной легкоплавкими и быстроокисляющимися легирующими компонентами или присадками, имеющими температуру плавления ниже температуры расплава. Оболочка капсулы (К) выполнена из металла - основы расплава или из металлов, входящих в состав металлического расплава (МР). К имеет груз, корректирующий ее общую плотность до значения, превышающего плотность (МР) на 0,5 - 1,0 г/см³. Стенки оболочки К выполнены с толщиной, обеспечивающей полное расплавление капсулы в МР, и могут иметь осевые, радиальные и тангенциальные отверстия диаметром 1,0-3,0 мм. Технический результат - обеспечение самопроизвольного погружения К в расплав, равномерное распределение легирующих компонентов или присадок и их полное расплавление или диссоциацию. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности, к вопросу обработки металлических расплавов и их легирования.

Нередко при изготовлении сплавов возникает необходимость введения в расплав легкоплавких и быстро окисляющихся компонентов, имеющих температуру плавления и плотность, которые отличаются от соответствующих характеристик расплава. Так, введение свинца в расплав железа при выплавке конструкционных автоматных сталей, содержащих свинец (например, АС35Г2), является крайне затруднительным, так как свинец мало растворим в железе даже при высоких температурах и расплавы свинца и железа не смешиваются [1], значительная часть свинца, еще не успев достигнуть расплава, испаряется и окисляется с образованием окиси свинца, отравляющей окружающую атмосферу.

Еще большие трудности в условиях открытой плавки вызывает введение силикокальция (плотность 2 г/см³ при 30 мас.% Ca) в стали типа АЦ 35 ГАФ; АЦ 35 ГАФТ и др.

Известен способ введение магния в расплав жаропрочной стали [2], заключающийся в изготовлении методами порошковой металлургии из вольфрама и гранулированного магния лигатуры W - 4% Mg (плотность ≥ 12 г/см³) и введении лигатуры в расплав. Высокая плотность лигатуры обеспечивает плавление магния в расплаве без контакта с кислородом воздуха. Этот способ применим только для легирующих компонентов в виде порошка и при наличии в составе сплава или стали элемента с высокой плотностью (плотность вольфрама - 19,3 г/см³). Известен также способ [3] введения присадок с низкой температурой кипения (по отношению к температуре расплава), когда присадку покрывают оболочкой из тугоплавкого пористого материала и принудительно погружают в расплав.

По окончании процесса испарения защитная оболочка всплывает и ее удаляют. Принудительное погружение присадки в оболочке в расплав, удержание ее в течение процесса легирования и удаление всплывшей оболочки делают этот способ неприемлемым в массовом производстве. Этот способ совершенно непригоден для использования в установках непрерывной разливки стали.

Наиболее близким решением задачи введения в раствор компонентов с указанными выше особенностями логично считать использование капсулы по патенту JP-61-177313A, C 21 C 7/00, C 22 O 33/00, 09.08.1986 г. [6]. В капсулу по этому патенту помещают Ca, Pb, Bi, Те и доводят ее кажущуюся плотность до ≥ 8 г/см³. Наполненную капсулу погружают в жидкую сталь. Использование такой капсулы неприменимо к случаю введения Pb в расплав железа, при изготовлении, например, автоматных сталей типа АС35Г2, так как капсула быстро утонет на дно емкости с расплавом и весь свинец, плотность которого значительно выше плотности расплава, окажется внизу.

Целью настоящего изобретения является разработка конструкции капсулы, наполненной легирующими компонентами или присадками, обеспечивающей самопроизвольное погружение ее в расплав, равномерное распределение легирующих компонентов или присадок и их полное расплавление или диссоциацию.

Это достигается тем, что известная капсула, наполненная легирующими компонентами, имеющая плотность, выше плотности расплава, и стенки из железа, по изобретению снабжена грузом, корректирующим ее общую плотность до значения, превышающего плотность расплава на 0,5-1,0 г/см³ и имеет толщину стенок, обеспечивающую полное ее расплавление. Кроме того, для дополнительного равномерного распределения легирующих компонентов стенки капсулы имеют отверстия ⊘ 1,0-3,0 мм.

Самопроизвольное погружение наполненной капсулы обеспечивается корректирующими ее вес (при заданных внешних размерах) грузами (4, 5). При известной навеске легирующих компонентов или присадок определяют расчетным или опытным путем занимаемый ими объем и, соответственно, размеры внутреннего пространства капсулы. Толщина торцевой (1) и корпуса (2) стенки капсулы обусловлена временем, необходимым для полного расплавления или разложения легирующих компонентов или присадок, и определяется расчетным или опытным путем. Иначе говоря, время, необходимое для расплавления стенки капсулы, не должно превышать время, необходимое для расплавления или разложения содержимого капсулы (3, 7), находящейся внутри расплава.

Определив внутренние и наружные размеры капсулы и ее вес, с помощью корректирующих грузов (4, 5) добиваются общей плотности капсулы, превосходящей плотность расплава на 0,5-2 г/см³ Равномерное распределение легирующих элементов обеспечивается поступлением в раствор легкоплавких и легкоокисляющихся компонентов капсулы в виде жидкой фазы, и применением большого количества капсул, погружаемых в разные части емкости с расплавом и содержащих в сумме заданное количество легирующих компонентов. Дополнительно улучшение равномерности распределения легирующих компонентов достигается благодаря отверстиям (8, 9) ⊘ 1-3 мм в стенке капсулы, "разбрызгивающим" легирующие элементы. Эффект "разбрызгивания" усиливается при наличии тангенциальных отверстий (10) ⊘ 1-3 мм, за счет реактивной силы капсула вращается.

На чертеже приведена схема конструкции капсулы.

Капсула содержит оболочку из металла, соответствующего основе расплава или металлов, входящих в его состав, состоящую из корпуса капсулы (2), торцевых стенок (1) и (4) и корректирующего груза (5). В корпусе капсулы могут присутствовать отверстия (8, 9 и 10), закрываемые при необходимости (например, для предотвращения высыпания порошковых легирующих компонентов при транспортировке) пробками (6) из легкоплавкого легирующего компонента. Легирующие компоненты в виде монолита (3), стружки, порошка (7) и т.п. в произвольном порядке размещаются внутри капсулы и, при необходимости, спрессовываются.

Пример предлагаемой капсулы.

Были изготовлены капсулы, содержащие свинец (монолит и порошок), сернистое железо (порошок), алюминий (стружка), магний (стружка и монолит). Капсулы имели плотность 6,5 г/см³; 6,6 г/см³; 6,7 г/см³; 6,8 г/см³; 6,9 г/см³; 7,0 г/см³; 7,1 г/см³; 7,3 г/см³. Капсулы имели четыре осевых (8) отверстия ⊘ 2 мм, четыре тангенциальных отверстия ⊘ 1 мм и два радиальных отверстия ⊘ 2 мм. Корпус (2), торцевая стенка (1) и груз - он же торцевая стенка (4) были изготовлены из стали Ст.3.

Капсулы вводили в расплав стали А 12 за 5-6 мин до выпуска в ковш. Капсулы с плотностью 6,5 г/см³ в расплав не погрузились и плавали сверху. Капсулы с плотностью ≥ 6,6 г/см³ погрузились в расплав.

Были отлиты слитки с применением капсул с плотностью 7,1 г/см³. При выплавке слитков заметного выделения в виде окиси свинца не отмечалось. Среднеарифметическое содержание свинца в слитках составляло 0,18 мас.%. при равномерном его распределении (пределы колебания содержания свинца соответствовали 0,13-0,18 мас.%), слитки имели химический состав, соответствующий составу стали марки АС 14 по ГОСТ 1414-75 (5).

Литература 1. Диаграммы, состоящие из двойных и тройных систем на основе железа. Сб. под ред. О.А. Банных, П.Б. Будберга и др. М.: Металлургия, 1986.

2. В.Г. Паршиков, Л.Н. Комиссарова и др. Авт. св. N 1821037 МКИ⁴ C 21 C 7/00.

3. Д.Н. Худокормов, В.К. Винокуров и др. Авт. св. N 367157, МКИ⁴ C 21 C 7/00.

4. А.А. Вертман, А.В. Новодворский и др. Авт. св. N 503928, МКИ² C 21 C 7/00 5. ГОСТ 1414-75. Прокат из конструкционной стали высокой обрабатываемости резанием. Технические условия.

6. Патент Японии JP 61-177313A, C 21 C 7/00, C 22 O 33/04, 09.08.1986 г.

Формула изобретения

1. Капсула для легирования металлических расплавов, содержащая оболочку со стенками из металла, являющегося основной расплава, или из металлов, входящих в состав металлического расплава, наполненную легирующими компонентами, при этом капсула выполнена с возможностью корректировки ее плотности до значения, превышающего плотность металлического расплава, отличающаяся тем, что она снабжена грузом, корректирующим ее общую плотность до значения, превышающего плотность расплава на 0,5-1,0 г/см³, а стенки оболочки выполнены толщиной, обеспечивающей полное расплавление капсулы в металлическом расплаве.

2. Капсула по п.1, отличающаяся тем, что стенки оболочки выполнены с осевыми, радиальными и тангенциальными отверстиями диаметром 1,0 - 3,0 мм.

РИСУНКИ

Рисунок 1