способ производства ферросплавов катаных композиционных

Формула изобретения

1. Способ производства ферросплавов катаных композиционных, включающий формирование оболочки, заполнение ее порошковым наполнителем с последующим уплотнением путем деформации, отличающийся тем, что уплотнение оболочки и наполнителя ведут в условиях совместной неравномерной деформации, при твердости частиц порошкового наполнителя меньшей твердости металла оболочки наполнитель деформируют в оболочке, поверхности которой и рабочие поверхности прокатных валков выполнены в виде соответственно чередующихся выступов и впадин, а при твердости кусков и частиц порошкового наполнителя большей твердости металла оболочки наполнитель деформируют в оболочке, внутренние противолежащие поверхности которой выполнены в виде соответственно чередующихся выступов и впадин, а наружные ее поверхности и рабочие поверхности валков выполнены гладкими.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что за каждый проход порошковый наполнитель деформируют в оболочке до размера максимальных частиц меньшего минимальной толщины ферросплавов катаных композиционных в направлении деформации.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину деформации оболочки и наполнителя за один проход устанавливают в пределах разности высот выступов и впадин, равной или меньшей толщины ферросплавов катаных композиционных.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что оболочку формируют из этих же ферросплавов.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что при твердости кусков и частиц порошкового наполнителя большей твердости металла оболочки наполнитель деформируют в оболочке, внутренние противолежащие поверхности которой выполнены в виде попеременно чередующихся участков с выступами и впадинами и гладких сплошных участков, предназначенных для образования мест изгиба ферросплава.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству ферросплавов, и может найти применение в производстве катаных композиционных ферросплавов.

Введение ферросплавов в жидкий металл необходимо для придания металлу специальных эксплуатационных свойств и снижения угара легирующих элементов.

Известен способ производства ферросплавов, предназначенных для последующего введения их в жидкий металл, включающий подготовительную операцию дробления предварительно выплавленного ферросплава на куски необходимого размера (см. кн. "Теория и технология производства ферросплавов", М.И.Гасик, Н.П.Лякишев, Б.И.Емлин. - М.: Металлургия, 1988, 784 с.).

Недостатком известного способа является невысокая степень усвоения ферросплавов во время легирования жидкого металла в связи с плохим распределением легирующих элементов порошкового наполнителя в легируемом металле и частичном его выгорании.

Известен способ нанесения покрытий из металлического порошка на пересекающиеся поверхности изделий значительной протяженности, обеспечивающий высокую точность геометрии покрываемых прямолинейных поверхностей ( см. описание изобретения к а.с.СССР 1424976, М.Кл.6: В 22 F 7/04, опубл. 23.09.88, "Установка для нанесения металлических покрытий на пересекающиеся поверхности изделий").

Известный способ включает нанесение покрытия из металлического порошка на изделие под давлением, создаваемым сопряженными роликами.

Для этого на покрываемые поверхности изделия устанавливают предварительно сформованную гофрированную полосу из пластифицированного порошка. Ролики опускают на поверхность полосы и накатывают полосу на изделие.

Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает формования гофрированного покрытия непосредственно на изделии (оболочке). Предварительное формование гофрированной полосы вне изделия усложняет способ и снижает производительность нанесения покрытия на изделие.

Другим недостатком известного способа является сложность его конструктивного осуществления.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к заявляемому техническому решению является способ производства ферросплавов, включающий выплавку ферросплавов, их дробление до порошкообразной фракции, заключение полученного порошкового материала в металлическую оболочку круглого или прямоугольного сечения с последующим его уплотнением путем протяжки через фильеры или калибры валков прокатного стана ( см. кн.: "Технико-экономический анализ внепечной обработки стали порошковой проволокой", А.П. Шкирмонтов и др. - М.: Черметинформация, 1991, с. 105), выбранный в качестве прототипа.

Заключение ферросплавов в металлическую оболочку в данном случае является подготовительной операцией для повышения эффективности введения ферросплавов в расплав жидкого металла за счет:

- защиты порошкообразных материалов от воздействия атмосферы и влаги во время хранения и транспортирования;

- предохранения от окисления при прохождении проволоки через слои шлака на поверхности легируемого металла;

- обеспечения жесткости, необходимой для пробивания проволокой шлакового слоя;

- защиты непосредственного контакта порошкообразного материала с жидким металлом, что позволяет путем изменения скорости подачи проволоки и предварительного изменения толщины ее оболочки регулировать глубину погружения порошкообразного материала в жидкий металл.

В известном способе производства ферросплавов имеет место относительно небольшая площадь контакта порошкового наполнителя и металла оболочки, определяемая значением площади поперечного сечения проволоки. Это обстоятельство препятствует ускорению процессов растворения порошкообразного материала и более равномерному распределению ферросплавов в объеме жидкого металла.

Недостатком известного способа является то, что он не предусматривает производства ферросплавов с большей поверхностью контакта как между частицами порошкового наполнителя и металла оболочки, так и между частицами порошкового наполнителя.

Другим недостатком известного способа является низкая степень уплотнения порошкового наполнителя в оболочке, что снижает эффективность применения ферросплавов из проволоки из-за малой скорости растворения, усвоения и распределения легирующих элементов в объеме жидкого металла.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в устранении указанных недостатков прототипа, а именно в увеличении контактной поверхности как между частицами порошкового наполнителя и металлом оболочки, так и между частицами порошкового наполнителя, и в более высокой степени уплотнения порошкового наполнителя в оболочке.

Технический результат состоит также в ускорении растворения и более равномерном распределении ферросплава в объеме жидкого металла.

Технический результат достигается тем, что в способе производства ферросплавов катаных композиционных, включающем формирование оболочки, заполнение ее порошковым наполнителем с последующим уплотнением путем деформации, согласно изобретению уплотнение оболочки и наполнителя ведут в условиях совместной неравномерной деформации, при твердости частиц порошкового наполнителя меньшей твердости металла оболочки деформацию наполнителя ведут в оболочке, поверхности которой и рабочие поверхности прокатных валков выполнены в виде соответственно чередующихся выступов и впадин, а при твердости кусков и частиц порошкового наполнителя большей твердости металла оболочки деформацию наполнителя ведут в оболочке, внутренние противолежащие поверхности которой выполнены в виде соответственно чередующихся выступов и впадин, а наружные ее поверхности и рабочие поверхности валков выполнены гладкими.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе производства ферросплавов катаных композиционных за каждый проход порошковый наполнитель деформируют в оболочке до размера максимальных частиц меньшего минимальной толщины ферросплавов катаных композиционных в направлении деформации. Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе производства ферросплавов катаных композиционных величину деформации оболочки и наполнителя за один проход устанавливают в пределах разности высот выступов и впадин равной или меньшей толщины ферросплавов катаных композиционных.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе производства ферросплавов катаных композиционных оболочку формируют из этих же ферросплавов.

Кроме того, технический результат достигается тем, что в способе производства ферросплавов катаных композиционных при твердости кусков и частиц порошкового наполнителя большей твердости металла оболочки наполнитель деформируют в оболочке, внутренние противолежащие поверхности которой выполнены в виде попеременно чередующихся участков с выступами и впадинами и гладких сплошных участков, предназначенных для образования мест изгиба ферросплава.

Сущность предлагаемого технического решения заключается в увеличении площади контакта как порошкового наполнителя и металла оболочки, так и площади контакта между частицами порошкового наполнителя за счет увеличения их внешней поверхности и неравномерности деформации порошкового наполнителя и металла оболочки, благодаря чему и происходит увеличение площади контакта ферросплавов катаных композиционных с расплавом жидкого металла.

При этом металл оболочки может выполнять не только защитные функции при хранении, транспортировании и вводе ферросплава в жидкий металл, но и наряду с этим одновременно являться одним из компонентов ферросплава катаного композиционного.

Увеличение неравномерности деформации оболочки и контактирующих с ней частиц порошкового наполнителя интенсифицирует процессы разрушения оксидной пленки, увеличивает контактную поверхность частиц порошкового наполнителя между собой и металлом оболочки, что приводит к увеличению межчастичной адгезии и холодной сварке как между частицами порошкового наполнителя, так и между указанными частицами и оболочкой.

Возникающее при этом увеличение искажений кристаллической решетки и появление структурных дефектов частиц порошкового наполнителя и металла оболочки способствуют ускорению процессов растворения и более равномерному распределению ферросплавов катаных композиционных в легируемом металле.

Этому способствует также улучшение смачиваемости частиц порошкового наполнителя жидким металлом в связи с внедрением частиц наполнителя в металл оболочки.

В предлагаемом изобретении рельеф внутренней или внешней поверхности оболочки формируется как за счет ее деформации в валках, рабочая поверхность которых выполнена в виде выступов и впадин, так и путем деформации в валках, имеющих гладкую поверхность.

Осуществление деформации наполнителя в оболочке, поверхности которой, так же как и рабочие поверхности прокатных валков, выполнены в виде соответственно чередующихся выступов и впадин, при твердости частиц порошкового наполнителя меньшей твердости металла оболочки, позволяет увеличить взаимодействие метала оболочки с наполнителем и в целом - ферросплавов катаных композиционных с расплавом металла за счет неравномерности их совместной деформации.

Осуществление деформации наполнителя в оболочке, внутренние противолежащие поверхности которой выполнены в виде соответственно чередующихся выступов и впадин, а наружные ее поверхности и рабочие поверхности валков выполнены гладкими, при твердости кусков и частиц порошкового наполнителя большей твердости металла оболочки, позволяет также увеличить взаимодействие метала оболочки с наполнителем за счет неравномерности их совместной деформации.

Во втором случае формирование выступов и впадин на внутренней поверхности оболочки может достигаться за счет внедрения более прочных частиц порошкового наполнителя в материал оболочки, однако максимальный размер кусков и частиц наполнителя после каждого прохода деформации не должен превышать толщины ферросплавов катаных композиционных в направлении деформации.

Несоблюдение данного условия приводит к разрыву в местах выхода кусков или частиц наполнителя на поверхность оболочки, что нарушает ее защитные функции при хранении и транспортировании ферросплавов. Величину деформации оболочки и наполнителя за один проход задают в пределах, меньших разности высот выступов и впадин. Разность высот между выступами и впадинами устанавливают не более толщины Н ферросплавов катаных композиционных, что позволяет сохранить защитные функции оболочки ферросплава.

Для формирования сложного строения ферросплавов катаных композиционных возможно использование в качестве исходной оболочки ранее изготовленных по предлагаемому изобретению ферросплавов.

Деформирование наполнителя в оболочке, внутренние противолежащие поверхности которой выполнены в виде попеременно чередующихся участков с выступами и впадинами и гладких сплошных участков, при твердости кусков и частиц порошкового наполнителя большей твердости металла оболочки, позволяет исключить налипание частиц порошкового наполнителя в местах последующего изгиба ферросплава.

Для увеличения неравномерности деформации возможно применение валков с выступами и впадинами на рабочей поверхности в обоих из перечисленных вариантах.

В известном способе производства ферросплавов, выбранном в качестве прототипа, внешняя и наружная стороны оболочки имеют гладкую поверхность, что при незначительном уплотнении порошкового наполнителя обеспечивает только точечный или линейный контакт между оболочкой и частицами порошкового наполнителя, а следовательно, и низкую величину взаимодействия как между оболочкой и частицами, так и между частицами порошкового наполнителя.

Заявляемый способ производства ферросплавов катаных композиционных прошел лабораторные испытания, результаты которых выявили возможность изменения толщины и формы ферросплавов катаных композиционных в широком диапазоне.

К достоинствам предлагаемого изобретения относится также разрушение частиц порошкового наполнителя, т.е. уменьшение их размера в процессе совместной деформации, что снижает трудозатраты на дробление исходного материала.

Заявляемый способ производства ферросплавов катаных обладает новизной и изобретательским уровнем, так как при проведении поиска по источникам патентной и научно-технической документации заявителем не выявлены технические решения, аналогичные решениям по предлагаемому изобретению.

Заявляемый способ осуществляется на штатном оборудовании металлургических заводов. Способ применим также в порошковой металлургии и литейном производстве машиностроительных предприятий.

Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "промышленная применимость".

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами. На фиг. 1 показаны варианты поперечных сечений ферросплавов катаных композиционных в виде порошковой проволоки а, б с, когда рельеф внешней и внутренней поверхности оболочки, содержащей порошковый наполнитель, формируют одновременно в виде выступов и впадин.

На фиг.2 показан фрагмент сечения ферросплава катаного композиционного, когда рельеф внешней поверхности оболочки формируют в виде выступов и впадин с расстояниями между ними, меньшими толщины ферросплава катаного композиционного.

На фиг.3 показан фрагмент сечения ферросплава катаного композиционного, когда рельеф внешней поверхности оболочки с одной из деформируемых сторон формируют в виде выступов и впадин с расстояниями между ними, меньшими толщины ферросплава катаного композиционного.

На фиг. 4 показан фрагмент сечения оболочки, когда рельеф одной из ее внутренних поверхностей перед заполнением порошковым наполнителем формируют в виде выступов и впадин.

На фиг. 5 показан фрагмент сечения ферросплава катаного композиционного после предварительного формирования выступов и впадин на внутренних поверхностях оболочки и последующей совместной деформации с порошковым наполнителем.

На фиг.6 показан фрагмент сечения оболочки в случае, когда прочность частиц порошкового наполнителя выше прочности металла оболочки.

На фиг. 7 показан фрагмент сечения ферросплава катаного композиционного после деформации в случае, когда прочность частиц порошкового наполнителя выше прочности металла оболочки.

На фиг.8 показан фрагмент сечения ферросплава катаного композиционного, в местах последующего изгиба которого исключают налипание порошкового наполнителя.

На фиг.9 показан фрагмент сечения ферросплава катаного композиционного с изгибом в месте, исключающем наличие частиц порошкового наполнителя.

На фиг.10 показан фрагмент сечения ферросплава катаного композиционного, когда оболочка формируется из ранее изготовленного по предлагаемому изобретению ферросплава катаного композиционного из исходного или иного металла.

Заявляемый способ осуществляется следующим образом.

Формирование оболочки 1, заполнение ее порошковым наполнителем 2 ведут в валках в условиях совместной неравномерной деформации оболочки 1 и наполнителя 2, определяемой соответственно твердостью их частиц.

В зависимости от твердости частиц порошкового наполнителя 2 и твердости металла оболочки 1 рельеф внутренней или внешней поверхности оболочки 1 формируют за счет ее деформации в валках, рабочая поверхность которых выполнена либо в виде выступов и впадин (фиг.1,2,3,4,5), либо в валках, имеющих гладкую рабочую поверхность (фиг.6,7). Если твердость частиц порошкового наполнителя 2 меньше твердости металла оболочки 1, то рельеф внешней поверхности оболочки с двух деформируемых сторон формируют в виде выступов и впадин с расстояниями между ними h, меньшими толщины h ферросплава катаного композиционного.

Рельеф внешней поверхности оболочки с одной из деформируемых сторон формируют в виде выступов и впадин с расстояниями между ними h, меньшими толщины Н ферросплава катаного композиционного.

Если твердость частиц порошкового наполнителя 2 больше твердости металла оболочки 1, то формируют рельеф внутренней поверхности в виде выступов и впадин перед заполнением порошковым наполнителем. При этом максимальный размер В кусков или частиц порошкового наполнителя после деформации должен быть меньше толщины ферросплава h в направлении деформации (фиг.7).

Кроме того, если необходимо предусмотреть участки, предназначенные для образования мест изгиба ферросплавов, то внутренние противолежащие поверхности оболочки выполняют в виде попеременно чередующихся участков с выступами и впадинами и гладких сплошных участков С (фиг.8), тем самым исключая налипание частиц порошкового наполнителя в местах участков С последующего изгиба ферросплава (фиг.8).

Когда необходимо сформировать сложную структуру ферросплавов катаных композиционных (фиг.10), то в качестве исходной оболочки 1 используют ранее изготовленные по предлагаемому изобретению ферросплавы катаные композиционные, а порошковый наполнитель 3 выбирают из исходного или иного материала. Изгиб исходной оболочки 1 при формировании профиля для последующего заполнения таким же или другим порошковым материалом осуществляют в местах, где отсутствует порошковый наполнитель (фиг. 8,9).

Пример конкретного осуществления предлагаемого способа и сравнения с прототипом.

Осуществляли ввод в контрольный ковш с жидкой сталью массой 10 кг и температурой расплава 1600^oС порошковой проволоки, изготовленной по прототипу, и в экспериментальный ковш с теми же параметрами - ферросплавов катаных композиционных, изготовленных по предлагаемому способу. Площади сечений порошковой проволоки круглого сечения и ферросплавов катаных композиционных сложного сечения (фиг.1,2,3,5 ) составляли соответственно по 130 мм², толщина оболочки была равна 0,4 мм, материал оболочки - Ст. 3, размер частиц порошкового наполнителя - до 2 мм. Материалом порошкового наполнителя был ферромарганец высокоуглеродистый ФМн 70, ферротитан Фти70, ферробор ФБ20.

В результате исследований установлено для ферросплавов катаных композиционных снижение времени полного их расплавления в жидкой стали при одновременном увеличении степени усвоения легирующих элементов в сравнении с прототипом. Результаты исследований приведены в таблице.

Предлагаемый способ производства ферросплавов катаных композиционных позволяет по сравнению с прототипом:

- увеличить контактную поверхность как между частицами порошкового наполнителя и металлом оболочки, так и частицами порошкового наполнителя;

- повысить степень уплотнения порошкового наполнителя в оболочке;

- ускорить растворение и более равномерно распределить ферросплавы в жидком металле.