ПРОВОЛОКА ДЛЯ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ РАСПЛАВОВ Российский патент 2008 года по МПК C21C7/00 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к внепечной обработке металлургических расплавов порошко-гранулообразными реагентами.

Известна проволока для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящая из стальной оболочки и наполнителя в виде смеси гранулированного кальция и железного порошка в соотношении, мас.%: кальций 25-45, железный порошок 50-75, а соотношение между составляющими частями проволоки, мас.%: порошковый наполнитель 51-70, стальная оболочка 30-49 (см. патент РФ №2242521, С21С 7/00, опубликовано 2004.12.20).

Недостатком указанного состава порошковой проволоки является то, что при стабильном и экономичном усвоении кальция расплавом металла производство проволоки является опасным, поскольку мелкодисперсные фракции порошка железа могут взрываться в состоянии аэровзвеси.

Известна проволока для внепечной обработки металлургических расплавов, выбранная за прототип и состоящая из стальной оболочки и наполнителя из механической смеси кальция и железа в соотношении, мас.%, соответственно 25-45 и 55-75, при этом железо в наполнителе присутствует в виде дроби чугунной или стальной, или стальных гранул, или сечки стальной, а соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%: наполнитель 45-80, стальная оболочка 20-55 (см. пат. РФ №2283874, МПК С21С 7/00, заявлено 2005.01.24, опубликовано 2006.09.20).

При этом проволока-прототип имеет более широкий диапазон диаметра от 8 до 16 мм и при вводе ее в расплав металла усвоение кальция повышается, т.к. железная дробь, имеющая значительно меньшую по сравнению с порошком железа удельную поверхность, расплавляется медленнее, что обеспечивает более плавное и длительное протекание эффекта «температурного балласта», ведущее к повышению усвоения кальция, локально вводимого в большом количестве в расплав металла. Но, как и при внепечной обработке металлургических расплавов проволокой-аналогом, при обработке расплавов проволокой-прототипом усвоение дорогостоящего кальция расплавом металла не может превышать 20-25%. В этом случае актуальным становится вопрос снижения стоимости кальция в одной тонне порошковой проволоки без существенного снижения полноты его усвоения расплавом металла.

В качестве показателя полноты усвоения кальция могут служить две взаимозависящие величины: изменение концентрации кальция в стали после введения порошковой проволоки или коэффициент усвоения k_Ca, рассчитанный по формуле (1):

где [Са] - концентрация кальция в стали после присадки, %;

[Са]₀ - концентрация кальция в стали до присадки, %;

М₀ - масса стали в ковше, т;

m_Ca - масса введенного кальция, т.

Усвоение кальция расплавом металла, т.е. степень его использования из порошковой проволоки, зависит от интенсивности испарения кальция на различной глубине расплава при температурах сталеварения. Стальная оболочка порошковой проволоки обеспечивает доставку кальция на такую глубину стальной ванны (около 1,2 м), где ферростатическое давление примерно равно упругости его пара (около 0,15 МПа при 1600°С) (Внепечная обработка чугуна и стали. Кудрин В.А. - М.: Металлургия, 1992. - 336 с.), что снижает потери кальция на испарение. Кроме того, в проволоке, выбранной за прототип, применение в составе наполнителя стальной дроби позволяет обеспечить более плавное и длительное протекание эффекта «температурного балласта», ведущее к повышению усвоения кальция, локально вводимого в глубину стальной ванны.

В ноябре 2004 г. в ОАО «Волжский трубный завод» были проведены 33 опытные плавки, при которых в расплав металла с определенной скоростью вводилась в качестве модификатора проволока диаметром 14 мм с компенсатором с толщиной оболочки 0,4 мм с наполнителем в виде механической смеси из гранул кальция и стальной дроби в соотношении 40 и 60 мас.% соответственно. Вес наполнителя в одном погонном метре проволоки в среднем составлял 0,218 кг, а коэффициент заполнения (отношение массы наполнителя в одном погонном метре проволоки к массе одного погонного метра проволоки) был равен 0,533. Усвоение кальция расплавом металла было высоким и составило в среднем 18,9%. При этом количество кальция в одной тонне проволоки составило 213,2 кг, т.е. соотношение между весом кальция и суммарным весом железа (стальная оболочка и дробь стальная) равно 0,213. Высокое усвоение кальция (18,9%) расплавом металла при соотношении 0,213 подтверждает, что потери кальция на испарение минимальные, т.е. ферростатическое давление примерно равно упругости паров кальция.

Технико-экономической задачей, решаемой изобретением, является повышение экономической эффективности использования кальция при внепечной обработке металлургических расплавов с обеспечением сопоставимого с прототипом коэффициента усвоения кальция.

Поставленная задача решается путем производства проволоки для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящей из стальной оболочки и наполнителя, причем в качестве наполнителя служит металлический кальций в виде гранул или крупки, а соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%:

наполнитель23-28; стальная оболочка72-77.

Общим с прототипом существенным признаком является наличие в составе проволоки стальной оболочки и наполнителя.

Отличным от прототипа существенным признаком является отсутствие в наполнителе проволоки железа в любом виде при заполнении оболочки только гранулами или крупкой металлического кальция.

Соотношение между составляющими - наполнителем и стальной оболочкой - в заявляемой проволоке находится в пределах 0,299-0,389 (23/77-28/72), что сопоставимо со средним соотношением (0,271) между весом кальция и суммарным весом стальной оболочки и стальной дроби в проволоке - прототипе.

При соотношении свыше 0,389 изготовление проволоки становится экономически нецелесообразным, так как при вводе ее в расплав металла возрастают потери кальция на его испарение, т.е. понижается усвоение кальция.

При этом сопоставимые с проволокой-прототипом в заявляемой проволоке соотношения между весом кальция в ней и весом ее оболочки, т.е. соотношения, обеспечивающие практически одинаковые концентрации кальция в стали после его введения в расплав металла (в среднем 0,0024%), означают, что коэффициент усвоения кальция (k_Са, %) из заявляемой проволоки будет близок к его среднему значению (18,9%), полученному в результате проведения опытных плавок в ноябре 2004 г. в ОАО «Волжский трубный завод».

Учитывая то, что основной номенклатурой проволоки-прототипа, потребляемой металлургическими предприятиями, является порошковая проволока диаметром 14 мм с компенсатором толщиной оболочки 0,4 мм с наполнителем, состоящим из механической смеси гранул металлического кальция и железа в виде дроби стальной в соотношении, мас.%, соответственно 40 и 60, проведем сравнительный расчет экономической эффективности использования кальция при внепечной обработке расплава металла. Данные расчета сведены в таблицы.

В таблице 1 приведен расчет веса одного погонного метра оболочек проволок различных диаметров, таблице 2 - расчет соотношения между весом кальция в заявляемой проволоке и весом ее оболочки.

Таблица 1.Диаметр проволоки, смТолщина оболочки, смДлина окружности оболочки, смШирина замкового соединения оболочки, смПлощадь оболочки длиной 1 м, см²Объем оболочки длиной 1 м, см³Удельный вес стальной ленты, кг/см³Вес одного погонного метра оболочки, кг1,4 с комп.0,0404,3981,0+0,66 (15%) комп.605,8 ((4,398+1,0+0,66)·100)24,230,00790,1910,80,0302,5120,5301,2 ((2,512+0,5)·100)9,0360,00790,0710,80,0402,5120,5301,212,0480,00790,0950,90,0402,8260,6342,613,7040,00790,1081,00,0403,1400,7384,015,3600,00790,1211,1 с комп.0,0303,4540,7+0,52467,4 ((3,454+0,7+0,52)·100)14,0220,00790,1111,10,0403,4540,7415,416,6160,00790,1311,1 с комп.0,0403,4540,7+0,52467,418,6960,00790,1481,10,0503,4540,7415,420,7700,00790,1641,3 с комп.0,0304,0820,9+0,61559,2 ((4,082+0,9+0,61)·100)16,7760,00790,1331,3 с комп.0,0404,0820,9+0,61559,222,3680,00790,1771,30,0504,0820,9498,224,9100,00790,1971,30,0554,0820,9498,227,4010,00790,2171,4 с комп.0,0304,3981,0+0,66605,818,1740,00790,1441,40,0504,3981,0539,826,9900,00790,2131,40,0554,3981,0539,829,6890,00790,235

Таблица 2.
Расчет соотношения между весом кальция в заявляемой проволоке и весом ее оболочки.Диаметр проволоки, смТолщина оболочки, смВес составных частей одного погонного метра проволоки, кгКоэффициент заполненияВес кальция в одной тонне проволоки, кгВес оболочки в одной тонне проволоки, кгОтношение веса кальция к весу оболочки проволокиОбщий вес одного п.м. проволоки, кгВес гранул кальция, кгВес оболочки проволоки, кг80,300,10130,03030,0710,2992997010,42780,400,12370,02870,0950,2322327680,30290,400,14520,03720,1080,2562567440,344100,400,16780,04680,1210,2802807200,38911 с комп.0,300,17100,06000,1110,3513516490,54111 с комп.0,400,20550,05750,1480,2802807200,389110,400,18850,05750,1310,2752757250,379110,500,21930,05530,1640,2522527480,33713 с комп.0,300,21800,08500,1330,3903906100,63913 с комп.0,400,25900,08200,1770,3173176830,464130,500,27700,08000,1970,2892897110,407130,550,29500,07800,2100,2642647360,35914 с комп.0,300,24300,09900,1440,4074075930,686140,500,30600,09300,2130,3043046960,437140,550,32700,09200,2350,2812817190,391

Наиболее близкие, т.е. сопоставимые с прототипом, соотношения между весом кальция и весом оболочки в заявляемой проволоке имеют следующие ее номенклатуры:

Таблица 3.
Номенклатуры заявляемой проволоки, имеющие сопоставимые с проволокой-прототипом соотношения между весом кальция в проволоке и весом ее оболочкиДиаметр проволоки, ммТолщина оболочки, ммВес кальция, кгСоотношение между весом кальция и весом оболочки80,402320,302110,502520,33790,402560,344130,552640,359110,402750,379100,402800,38911 с комп.0,402800,389140,552810,391

Сопоставимые с проволокой-прототипом в заявляемой проволоке соотношения между весом кальция в ней и весом ее оболочки, т.е. соотношения, обеспечивающие практически одинаковые концентрации кальция в стали после его введения в расплав металла (в среднем 0,0024%), означают, что коэффициент усвоения кальция (k_Ca, %) из заявляемой проволоки будет близок к его среднему значению (18,9%), полученному в результате проведения опытных плавок в ноябре 2004 г. в ОАО «Волжский трубный завод».

Проведем расчет сравнительных затрат при использовании заявляемой проволоки для внепечной обработки металлургических расплавов на примере проволоки диаметром 11 мм при толщине ее оболочки 0,4 мм.

В одной тонне проволоки диаметром 11 мм при ее цене, равной 59015 руб./т, находится 275 кг кальция по сравнению с 213 кг кальция в одной тонне проволоки-прототипа при ее цене 54000 руб./т.

Для ввода в расплав металла 275 кг кальция необходимо использовать

проволоки-прототипа, стоимость которой составит 54000·1,291=69714 руб., что на 10699 руб. (69714-59015=10699) или на 18,1% (10699:59015·100%) превышает затраты по сравнению с затратами при использовании одной тонны заявляемой проволоки при сопоставимом усвоении кальция расплавом металла.

В таблице 4 приведены данные по расчету сравнительного экономического эффекта применения выбранных номенклатур заявляемой проволоки на основе рассчитанной стоимости ее одной тонны.

Таблица 4.
Расчет сравнительного экономического эффекта на основе рассчитанной стоимости одной тонны заявляемой проволокиДиаметр проволоки, ммТолщина оболочки, ммВес кальция, кгСоотношение веса кальция к весу оболочкиСтоимость 1 т проволоки, руб.Экономический эффектруб.%80,402320,3025494738597,0110,502520,33756840704212,490,402560,34457218769013,4130,552640,35957975893115,4110,402750,379590151069918,1100,402800,389594901152019,411 с комп.0,402800,389594901152019,4140,552810,391529831824334,4

Для оценки экономической эффективности использования кальция при внепечной обработке металлургических расплавов с обеспечением сопоставимого его усвоения, проведем сравнительный расчет стоимости кальция в проволоке.

Стоимость 213 кг кальция в одной тонне проволоки - прототипа при ее стоимости 54000 руб./т будет равна: 54000:0,213=253521 руб.

Стоимость 232 кг кальция в одной тонне заявляемой проволоки диаметром 8 мм при ее стоимости 54947 руб./т будет равна: 54947:0,232=236841 руб., т.е. на 16680 руб. (253521-236841=16680) меньше, что составляет 6,6% (16680:253521·100%=6,6).

В таблице 5 приведены данные по расчету стоимости кальция в заявляемой проволоке по сравнению со стоимостью кальция в проволоке-прототипе (253521 руб.) и получаемый при этом экономический эффект.

Таблица 5.
Сравнительный расчет стоимости кальция в заявляемой проволокеДиаметр проволоки, ммТолщина оболочки, ммСтоимость одной тонны проволоки, руб.Стоимость кальция в проволоке, руб.Экономический эффектруб.%80,4054947236841166806,6110,50568402255562796511,090,40572182235083001311,8130,55579752196023391913,4110,40590152146003892115,4100,40594902124644105716,211 с комп.0,40594902124644105716,2140,55529831885526496925,6

Из данных, приведенных в таблице 5, видно, что стоимость кальция в одной тонне заявляемой проволоки меньше стоимости кальция в одной тонне проволоки-прототипа (253521 руб.) при сопоставимых коэффициентах его усвоения расплавом металла.

Определение экономической эффективности использования заявляемой проволоки проведем по суммарному экономическому эффекту на основе данных таблиц 4, 5. Данные сведены в таблицу 6.

Таблица 6.Экономический эффект применения порошковой проволоки с наполнителем из гранул кальцияДиаметр проволоки, ммТолщина оболочки, ммЭкономический эффект от уменьшения расхода проволоки, руб.Экономический эффект от уменьшения стоимости кальция в проволоке, руб.Общий экономический эффектОтношение веса кальция к весу оболочки проволокируб.в % к стоимости одной тонны проволоки-прототипа14 с комп.0,40----0,27180,403859166802053938,00,302110,507042279653500764,80,33790,407690300133770369,80,359130,558931339194286079,40,359110,4010669389214962091,90,379100,4011520410575257797,40,28011 с комп.0,4011520410575257797,40,389140,55182436496983212154,10,391

Таким образом, по сравнению с прототипом заявляемая проволока для внепечной обработки металлургических расплавов существенно повышает экономическую эффективность использования кальция.

За счет сопоставимого соотношения между весом кальция и суммарным весом стальной дроби и стальной оболочки в проволоке-прототипе с соотношением между весом кальция и весом стальной оболочки в заявляемой проволоке коэффициент усвоения кальция (k_Са) расплавом металла в заявляемой проволоке сопоставим с таким же коэффициентом проволоки-прототипа.

Наиболее востребованной потребителями является заявляемая проволока диаметром 11 мм и толщиной оболочки 0.40 мм с наполнителем из гранул кальция. Применение этой проволоки при внепечной обработке металлургических расплавов позволит получить дополнительные преимущества по сравнению с проволокой-прототипом:

- расплав металла при его обработке заявляемой проволокой не загрязняется оксидами железа в связи с отсутствием в ней стальной дроби, что повышает качество металла при снижении его себестоимости.

- исключение из состава наполнителя стальной дроби упрощает для производителя технологию производства заявляемой проволоки и снижает себестоимость ее изготовления при повышении качества готовой продукции.

Изобретение может быть использовано в черной металлургии, а именно при внепечной обработке металлургических расплавов гранулообразными реагентами. Проволока состоит из металлической оболочки и наполнителя в виде гранул или крупки металлического кальция, а соотношение между составляющими проволоки установлено следующим, мас.%: наполнитель 23-28, стальная оболочка 72-77. Изобретение позволяет повысить экономическую эффективность использования кальция при внепечной обработке металлургических расплавов за счет исключения из состава наполнителя стальной дроби. 6 табл.

Проволока для внепечной обработки металлургических расплавов, состоящая из стальной оболочки и наполнителя, отличающаяся тем, что в качестве наполнителя используют металлический кальций в виде гранул или крупки, а соотношение между составляющими частями проволоки установлено следующим, мас.%:

наполнитель23-28стальная оболочка72-77.