Проволока с наполнителем и способ ее получения
Владельцы патента RU 2439167:
НАРАЯН Года Сурия (IN)
ХЕРАЕУС ЭЛЕКТРО-НИТЕ ИНТЕРНАЦИОНАЛЬ Н.В. (BE)
Изобретение относится к одножильной проволоке большого сечения, содержащей раскисляющий материал, находящийся в сердцевине проволоки, для раскисления стали. При этом упомянутый раскисляющий материал имеет вид мелко измельченных алюминиевых гранул или алюминиевого порошка, покрытых защитным покрытием, а диаметр упомянутой проволоки с наполнителем варьируется от 19 до 34 мм, при этом раскисляющий материал частично или полностью покрыт защитным покрытием. Данное изобретение также относится к способу получения упомянутой проволоки. Техническим результатом является повышение эффективности производства стали с сохранением оптимального уровня алюминия в стали. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 табл.
Настоящее изобретение относится к проволоке с наполнителем большого сечения, содержащей раскислитель (или добавку для удаления кислорода). Кроме того, данное изобретение относится к способу получения проволоки с наполнителем большого сечения.
Раскисление играет важную роль в процессе изготовления стали, для которого традиционно использовали ряд раскислителей. Термин "раскислитель" означает химическое соединение, сплав или элемент, удаляющие активный кислород, который присутствует в жидком металле (например, сталь), и образующие оксид в качестве конечного продукта, обычно в виде жидкой фазы, легко отделяемый от жидкого металла. Кислород, при его наличии в стали в активном/элементарном виде, приводит к образованию газовых пор и газовых пузырей в литье, а также к затруднению процесса непрерывной разливки стали в современных непрерывных литейных машинах. Сталелитейщики находятся в постоянном поиске лучшего и более экономичного способа удаления кислорода из стали, который, в конце концов, снизит уровень расхода раскислителей.
Обычно раскисление стали осуществляли путем добавления ферросплавов или алюминиевых слитков, брикетов или одножильной алюминиевой проволоки. При использовании брусков и слитков восстановление (т.е. соотношение фактического содержания и теоретического количества алюминия) находится на низком уровне, что вызывает более высокий расход алюминия. При использовании алюминиевой проволоки уровень восстановления выше, однако продолжительность ее загрузки выше и зачастую проволока не может достичь дна расплавленной стальной ванны.
Для осуществления первичного раскисления или объемного удаления кислорода в стали с более высокого уровня, например, 800-2000 м.д. и выше, до более низкого уровня, составляющего около 100-200 м.д., используют, хотя и навалом, такие сплавы, как ферросилиций, ферромарганец, силикомарганец, и кокс, при этом упомянутые материалы достаточно хорошо выполняют свою задачу. Упомянутые ферросплавы или соединения имеют ограничения по количеству, до которого они могут быть использованы при получении стали, а также ограничены условиями спецификации, которым должна отвечать получаемая сталь. Почти во всех марках стали такие элементы, как кремний и марганец, используют в различных формах для первичного раскисления наряду с алюминием в различных формах, таких как бруски, слитки, брикеты или одножильная проволока и т.д.
Для вторичной обработки стали с целью удаления остатков кислорода использовали ряд раскислителей, выбранных из группы, включающей силицид алюминия, титана и кальция. Однако было установлено, что алюминий является наиболее подходящим раскислителем по следующим двум причинам: (i) сродство алюминия с активным кислородом и (ii) требование по содержанию алюминия в заданных количествах в некоторых сортах литой стали. Алюминий способен удалять кислород, присутствующий в расплавленной стали в очень небольшом количестве, составляющем около 4 м.д. или даже меньше. Он также является наиболее экономичным раскисляющим элементом, сплавом или соединением, известным в настоящее время.
Ранее первичное раскисление, помимо использования ферросплавов, осуществляли путем добавления алюминиевых сплавов или брусков и одножильной проволоки с диаметром 13 мм, а вторичное или окончательное раскисление - путем добавления слитков, брусков с надрезами и иногда даже одножильной алюминиевой проволоки. Добавление одножильной алюминиевой проволоки обеспечивает более высокий процент восстановления алюминия по сравнению с брусками и слитками. В данном описании, при отсутствии иных указаний, термин "восстановление" означает отношение действительного количества алюминия, добавляемого для удаления активного кислорода, к необходимому теоретическому количеству алюминия. При использовании брусков и слитков уровень восстановления является очень низким и, соответственно, расход алюминия повышается. При использовании одножильной алюминиевой проволоки, несмотря на то, что уровень восстановления выше, чем при использовании брусков и слитков, продолжительность загрузки выше. Нормальный размер алюминиевой проволоки, которая может быть инжектирована в расплавленную сталь, составляет около 3, 6, 9, 13 или 16 мм.
Другая проблема, возникающая при использовании одножильной алюминиевой проволоки, заключается в том, что из-за высокой температуры, используемой при получении стали, алюминий под воздействием высоких температур становится очень мягким и не способен глубоко проникать в ванну из расплавленной стали, что впоследствии приводит к более низкому уровню восстановления.
Для решения данной проблемы в CN 1498975 предложено подавать одножильную алюминиевую проволоку непосредственно в расплавленную сталь для раскисления.
Следующий способ добавления алюминия к стали в ковше с целью раскисления известен из GB 892375. Данный способ включает постепенную подачу прутка или проволоки из добавляемого материала на заметную глубину под поверхностью стали. Материал может иметь вид порошка или гранул, заключенных в стальную тубу.
Способ изготовления различных видов проволоки с наполнителем, содержащей раскисляющие составляющие в виде пылевидного материала внутри металлической тубы, известен из US 3915693.
Целью данного изобретения является устранение вышеприведенных недостатков и получение проволоки с наполнителем большого сечения, а также разработка способа получения проволоки с жилой большого сечения.
Достижение такой цели обеспечивают признаки независимых пунктов изобретения. Предпочтительные варианты осуществления данного изобретения описаны в подпунктах формулы изобретения.
В попытке устранить вышеупомянутые недостатки в настоящем изобретении предлагаются различные виды проволоки с наполнителем большого сечения, содержащей раскисляющий материал/добавки для удаления кислорода, предпочтительно полученные из холоднокатаного тонколистового стального материала, при этом упомянутый раскисляющий материал имеет форму тонко измельченных гранул или порошка, по меньшей мере частично покрытых описанным здесь защитным материалом для покрытий, а диаметр упомянутых различных видов проволоки с наполнителем варьируется от 13 до 40 мм, предпочтительно от 19 до 34 мм. Раскисляющий материал с покрытием, используемый в качестве наполнителя сердцевины, предпочтительно удерживается на месте в уплотненном виде при помощи закаточных замков, устанавливаемых во время формирования упомянутой проволоки с наполнителем после заполнения. Проволока может быть также получена путем полного сваривания обмотки таким образом, что в ней отсутствует шов.
Данное изобретение также предлагает способ получения вышеописанных различных видов проволоки с наполнителем, содержащей раскислитель с нанесенным на него защитным покрытием в уплотненном виде, обеспечивающий лучшее восстановление и быструю загрузку раскисляющего материала в заданных количествах.
Иными словами, настоящее изобретение относится к различным видам проволоки с наполнителем большого сечения, содержащей раскисляющий материал/добавки для удаления кислорода, и к способу ее получения. Более конкретно, данное изобретение относится к различным видам проволоки с наполнителем большого сечения, заполненной удаляющим кислород материалом, выбранным из группы, включающей салицид алюминия, титана, циркония и кальция, предпочтительно мелких гранул реакционноспособного алюминиевого порошка, имеющего покрытие из неорганического и/или органического материала, при этом данное покрытие может также представлять собой смесь или сочетание различных материалов, или даже без покрытия и простых гранул, а также к способу получения таких различных видов проволоки с наполнителем большого сечения.
При использовании проволоки большого сечения, предлагаемой в настоящем изобретении, загрузка такой одножильной алюминиевой проволоки большего сечения при помощи известных механизмов для подачи проволоки становится весьма затруднительной.
Целью настоящего изобретения является устранение упомянутых недостатков известных способов и более эффективное осуществление производства стали с сохранением оптимального уровня алюминия в стали.
Преимуществом данного изобретения также является дальнейшее повышение уровня восстановления алюминия с одновременным снижением уровня расхода и продолжительности загрузки алюминия в жидкий металл.
Дальнейшее преимущество настоящего изобретения заключается в разработке методики использования алюминиевых скрапов в качестве раскислителя после превращения их в гранулы с последующим нанесением на них защитного покрытия из такого материала, как графит, полиэтилен низкой плотности, полиамид, низкомолекулярный полимер винилацетата, тальк, стеатит, силицид кальция, порошковая известь и т.п., с целью предотвращения слияния или адгезии гранулированных частиц в единую массу при их прессовании и вытягивании в проволоку. Алюминиевые гранулы также могут быть использованы без нанесения на них покрытия.
Следующее преимущество данного изобретения заключается в разработке различных видов проволоки с наполнителем большого сечения, содержащих алюминиевые гранулы, покрытые графитом, содержимое которых после прохождения через формовочную машину становится плотно спрессованным, тем самым придавая проволоке объемную устойчивость и жесткость размеров.
Другое преимущество настоящего изобретения заключается в разработке способа получения различных видов проволоки с наполнителем большого сечения, содержащей раскислители в гранулированном виде с нанесенным на них защитным покрытием с целью предотвращения их склеивания и слияния в единую массу во время их прессовании и вытягивании в проволоку. Более того, во время погружения проволоки в расплавленную сталь проволока начинает плавиться и (органическое) покрытие быстро испаряется, тем самым вызывая однородное и быстрое распределение раскисляющего материала внутри расплавленной стали.
Данное изобретение также касается способа получения различных видов проволоки с наполнителем большого сечения, содержащей вышеописанный раскисляющий материал/добавки для удаления кислорода, включающего, в частности, следующие стадии:
(a) разрезание в продольном направлении холоднокатаного тонколистового стального материала толщиной от 0,2 до 1 мм и требуемой шириной, составляющей 90-110 мм, позволяющей получить двойные закаточные замки;
(b) подача разрезанных на узкие полосы рулонов на прокатные валки, придавая нарезанным полосам желаемую, почти круглую форму диаметром от 13 до 40 мм, предпочтительно от 19 до 34 мм;
(c) заполнение реакционноспособным алюминиевым порошком/гранулами или иными раскислителями из бункеров или загрузочных устройств пустого пространства в проволоке;
(а) однократное или двукратное запаивание заполненной порошком/гранулами проволоки к тому моменту, когда она выходит из последнего прокатного валка;
(е) прессование содержимого проволоки с наполнителем прессовочными валками с целью уменьшения диаметра проволоки с наполнителем и придания ей объемной прочности и стабильности размеров;
(f) наматывание сформованной таким образом проволоки на шпиндель с внутренним диаметром от 200 мм до 2,5 метров, обычно диаметром около 1 м, в зависимости от требований заказчика;
(g) нанесение тонкой пленки масла или антикоррозийного раствора на открытую поверхность на наружный слой катушки для предотвращения возникновения ржавчины; и
(h) обвязывание и/или обертывание катушек пластмассовой/растягивающейся пленкой для предотвращения проникновения влаги, а затем их размещение на деревянных или стальных поддонах для доставки заказчику.
Как отмечалось ранее, раскислители могут быть выбраны из силицида металлов, алюминия, титана, циркония и кальция, однако было установлено, что наилучшие результаты дает использование алюминия, поскольку образующийся оксид может быть легко удален благодаря разделению фаз и его тугоплавкости. Алюминий используют в виде гранул или порошка, покрытых графитом. Алюминиевый скрап, получаемый из выброшенных использованных банок из-под различных напитков, листов/фольги/полос/старого электрического кабеля и т.п., плавят или измельчают и превращают в гранулы с последующим нанесением на них защитного материала для покрытий, такого как графит, тальк, порошок известняка, кальцит, стеатит, ПЭНП (полиэтилен низкой плотности) и т.п., для предотвращения слияния или адгезии гранул во время их прессования и вытягивания в проволоку. Лакокрасочное покрытие на использованных банках из-под различных напитков также может служить в качестве защитного покрытия. Оптимальный размер алюминиевых гранул должен составлять около 40 меш, однако также могут быть использованы гранулы меньшего или большего размера, при этом должны быть приняты меры для предотвращения потерь при транспортировке. При протягивании алюминиевой, заполненной гранулами проволоки через формовочную машину ее содержимое сильно уплотняется, тем самым придавая проволоке устойчивость и жесткость размеров, а также обеспечивая легкость транспортировки катушек.
Раскисление алюминия путем изменения вида его добавления, включающего инжектирование проволоки с наполнителем большого сечения, заполненной высокореакционноспособным алюминием в мелкогранулированном виде и покрытого органическим материалом, таким как графит, для улучшения восстановления и достижения оптимального уровня кислорода и алюминия с меньшими затратами алюминия, представляет собой уникальный признак данного изобретения. Покрытие не ограничено органическими материалами и может также включать неорганические материалы для покрытия, такие как оксид кальция, тальк, порошок мела и т.п. Раскисление согласно настоящему изобретению может быть осуществлено как на первичном, так и на вторичном уровне, в зависимости от требований сталелитейщиков.
Как отмечалось ранее, алюминиевый порошок превращают в мелкие гранулы, а затем покрывают их инертным органическим материалом для покрытий, таким как графитовые хлопья, либо иным органическим или неорганическим материалом для покрытий с целью предотвращения слипания или слияния алюминиевых частиц в единую массу при их прессовании и вытягивании в проволоку. При вытягивании наполненной алюминиевым порошком проволоки ее содержимое становится плотно спрессованным, тем самым придавая проволоке объемную устойчивость и жесткость размеров. Это также облегчает транспортировку катушек.
Отличительным признаком данного изобретения является использование в качестве раскислителя алюминиевого скрапа любого сорта в гранулированном или порошковом виде, соответствующим образом покрытого описанным выше органическим или неорганическим материалом для покрытий. Использование алюминиевого скрапа/отходов существенно повышает экономичность всего процесса.
В качестве дополнительного признака данного изобретения наматывание наполненной порошком катушки включает "наматывание без сердечника" таким образом, что катушка может быть размотана от внутреннего диаметра стационарной катушки, обычно называемой "переворотная катушка", вертикальная или горизонтальная. Катушка может также иметь вид бобины с сердечником, изготовленным из деревянного, синтетического, металлического или любых подобных материалов.
Новый продукт согласно данному изобретению, а именно проволока с наполнителем большого сечения, заполненная мелкими гранулами алюминиевого порошка, покрытых графитом и надежно удерживаемых внутри, снабжена закаточными замками. Под "большим сечением" подразумевается, что размеры проволоки с наполнителем варьируются от 13 до 40 мм, оптимально от 19 мм до 34 мм, внутренний диаметр проволоки, намотанной на шпиндель может варьироваться от 200 мм до 2,5 метров, а вес каждой катушки может варьироваться от 1 МТ до приблизительно 20 МТ (МТ - метрическая тонна, обычно сокращаемая до т) в зависимости от требований заказчика.
Далее настоящее изобретение проиллюстрировано экспериментальными данными, включенными в следующий пример и таблицу, однако подразумевается, что данное изобретение не ограничивается приведенными в нем результатами.
Пример
| Таблица | |||||
| проволоки с наполнителем большого сечения | |||||
| Диаметр проволоки (мм) | Объемная плотность (мин.) г/см3 | Объемная плотность (макс.) г/см3 | Толщина обмотки (мм) | Скорость заполнения (мин.) г/м | Скорость заполнения (макс.) г/м |
| 19 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 364 | 650 |
| 20 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 405 | 724 |
| 21 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 449 | 801 |
| 22 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 494 | 883 |
| 23 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 542 | 968 |
| 24 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 592 | 1057 |
| 25 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 644 | 1150 |
| 26 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 698 | 1247 |
| 27 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 755 | 1348 |
| 28 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 814 | 1453 |
| 29 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 875 | 1562 |
| 30 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 938 | 1674 |
| 31 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1003 | 1791 |
| 32 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1070 | 1912 |
| 33 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1140 | 2036 |
| 34 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1212 | 21650 |
| 35 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1286 | 2297 |
| 36 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1363 | 2433 |
| 37 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1441 | 2573 |
| 38 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1522 | 2718 |
| 39 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1605 | 2866 |
| 40 | 1,4 | 2,5 | 0,4 | 1690 | 3018 |
Различные преимущества полученных согласно настоящему изобретению изделий могут быть вкратце определены следующим образом.
1. Повышенное количество раскислителя, такого как алюминий, может быть заполнено на единицу длины проволоки, и, поскольку большее количество материала уплотняется на метр проволоки большего диаметра, стоимость стальной оплетки уменьшается.
2. Скорость загрузки проволоки существенно повышается, тем самым сокращая продолжительность загрузки и высвобождая дополнительное время для получения стали.
3. Благодаря большему размеру, более высокой устойчивости и жесткости проволока большого сечения способна глубже проникать в сталь, что обеспечивает более высокую степень восстановления и гомогенизации алюминия.
4. Для получения проволоки с наполнителем большого сечения в качестве материала-наполнителя используют покрытые графитом мелкие гранулы алюминия (известные как "РЕДАКЦИОННОСПОСОБНЫЙ АЛЮМИНИЙ"), что обеспечивает на 15-20% более высокое расчетное восстановление, чем известная алюминиевая проволока с наполнителем. Реакционноспособность достигается за счет более мелких алюминиевых зерен и, следовательно, большей площади поверхности для реакции. Уровень восстановления может быть еще больше в зависимости от способа получения стали при используемой системе добавления алюминия в расплавленную сталь.
5. Поскольку алюминиевая проволока с наполнителем является "переворотной", происходит экономия благодаря отсутствию необходимости расходов на превращение алюминиевой проволоки с наполнителем в "переворотную".
6. Меньшее потребление алюминия в свою очередь снизит себестоимость получения стали, особенно относительно возможности использования вместо определенного сорта алюминиевого скрапа любого сорта алюминия, покрытого защитным материалом для покрытий.
7. Меньшие затраты упаковочного материала снижают себестоимость.
Поскольку настоящее изобретение может иметь несколько вариантов своего осуществления без нарушения его сущности или существенных отличий, следует также подчеркнуть, что представленные выше экспериментальные данные, при отсутствии иных указаний, не ограничены никакими подробностями данного описания, а должны рассматриваться широко в рамках его сущности и объема, определенных в прилагаемой формуле изобретения, и поэтому предполагается, что все изменения и модификации, подпадающие под требования и ограничения формулы изобретения, или эквиваленты таким требованиям и ограничениям входят в объем прилагаемой формулы изобретения.
1. Проволока с наполнителем диаметром от 19 до 34 мм, содержащая раскисляющий материал, находящийся в сердцевине проволоки, причем упомянутый раскисляющий материал выполнен в виде мелко измельченных алюминиевых гранул или алюминиевого порошка, частично или полностью покрытых защитным покрытием.
2. Проволока с наполнителем по п.1, которая сформирована из стального листового материала, предпочтительно холоднокатаного стального листового материала.
3. Проволока с наполнителем по п.2, которая дополнительно включает один или более закаточных замков, предпочтительно расположенных вдоль оси проволоки.
4. Проволока с наполнителем по п.1, в которой заполняющий сердцевину раскисляющий материал удерживается на месте в уплотненном виде закаточным замком, получаемым во время формирования упомянутой проволоки с наполнителем.
5. Проволока с наполнителем по п.4, в которой раскисляющий материал удерживается на месте в уплотненном виде закаточным замком, получаемым во время формирования упомянутой проволоки с наполнителем после ее заполнения.
6. Проволока с наполнителем по одному из пп.1-5, в которой мелко измельченные алюминиевые гранулы или алюминиевый порошок в качестве раскисляющего материала получают из скрапа алюминия предпочтительно в виде листов, фольги, полос.
7. Проволока с наполнителем по п.6, в которой мелко измельченные алюминиевые гранулы или алюминиевый порошок в качестве раскисляющего материала получают механическим способом или плавлением.
8. Проволока с наполнителем по п.6, в которой мелко измельченные алюминиевые гранулы или алюминиевый порошок в качестве раскисляющего материала получают в процессе измельчения.
9. Проволока с наполнителем по п.1, в которой покрытие содержит одно или более таких веществ, как графит, тальк, стеатит, порошок известняка, кальцит, полиэтилен низкой плотности (ПЭНП).
10. Проволока с наполнителем по п.6, в которой при протягивании проволоки с заполненным раскисляющим материалом последний становится спрессованным, тем самым придавая проволоке объемную устойчивость и жесткость, а также облегчая транспортировку намотанной на катушку проволоки.
11. Способ получения проволоки с наполнителем диаметром от 19 до 34 мм по любому из предыдущих пунктов, содержащий следующие этапы, на которых:
(a) разрезают в продольном направлении холоднокатаный тонколистовой стальной материал толщиной от 0,2 до 1 мм и требуемой шириной от 90 до 110 мм, позволяющей получить двойные закаточные замки,
(b) подают разрезанные на узкие полосы рулоны на прокатные валки, придавая нарезанным полосам требуемую, почти круглую форму диаметром от 19 до 34 мм,
(c) заполняют сердцевину проволоки раскисляющим материалом в виде мелко измельченных алюминиевых гранул или алюминиевого порошка, частично или полностью покрытых защитным покрытием, из бункеров или загрузочных устройств в пустое пространство в проволоке,
(d) осуществляют однократное или двукратное запаивание заполненной мелко измельченными алюминиевыми гранулами или алюминиевым порошком проволоки к моменту выхода из последнего прокатного валка,
(e) выполняют прессование содержимого проволоки с наполнителем прессовочными валками для уменьшения диаметра проволоки с наполнителеми, придания ей объемной прочности и стабильности размеров,
(f) наматывают сформованную таким образом проволоку на шпиндель с внутренним диаметром от 200 мм до 2,5 м,
(g) наносят тонкую пленку масла или антикоррозийного раствора на открытую поверхность или наружный слой катушки для предотвращения возникновения ржавчины и
(h) обвязывают и/или обертывают катушки пластмассовой/растягивающейся пленкой для предотвращения проникновения влаги, а затем их размещают на деревянных или стальных поддонах.
12. Способ по п.11, в котором толщину холоднокатаного тонколистового стального материала (сорт DD и мягкий) варьируют от 0,2 до 1 мм, при этом предпочтительной является толщина листа, равная 0,4 мм, в котором вес каждой катушки варьируется предпочтительно от 1 до 20 МТ (метрическая тонна).
13. Способ по любому из пп.11 и 12, в котором проволоку наматывают на шпиндель с внутренним диаметром, составляющим около 1 м.
14. Способ по любому из пп.11 и 12, в котором наматывание проволоки, заполненной раскисляющим материалом, на катушки осуществляют без использования сердечника, тем самым позволяя разматывать или развертывать упомянутую катушку от внутреннего диаметра стационарной катушки.
