PL179788B1

PL179788B1 - Sposób i maszyna rozlewnicza do wytwarzania pólwyrobu w procesie odlewania stali PL

Info

Publication number: PL179788B1
Application number: PL95316843A
Authority: PL
Inventors: Genrikh Alexeevich Dorofeev; Serafim Zakharovich Afonin; Alexei Grigorievich Zubarev; Evgeny Nektarievich Ivashina; Alexandr Vladimirovich Makurov; Alexandr Nikolaevich Panfilov; Vyacheslav Vasilievich Ryabov; Anatoly Georgievich Sitnov; Jury Viktorovich Utkin; Evgeny Khristoforov Shakhpazov; Mark Aronovich Tseitlin
Original assignee: Aktsionernoe Obschestvo Zakryt; Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa Intermet Service & Co
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 2000-10-31
Also published as: AU686771B2; WO1995023660A1; US5817164A; SK283412B6; CN1139889A; ATE226492T1; EP0755736A1; CN1047336C; NO963666D0; CA2183262A1; NO963666L; SK113196A3; BR9506945A; EP0755736B1; HU9602381D0; AU1964295A; FI963447A7; RO119865B1; DE69528641D1; HUT74971A

Abstract

1. Sposób wytwarzania pólwyrobu w procesie odlewa nia stali, który to wyrób stanowi ciekly stop zelaza z we- glem, korzystnie w postaci surówki w gaskach i stala substancja napelniajaca o mniejszej gestosci niz stop zelaza z weglem, przy czym w sposobie tym formuje sie pólwyrób we wlewnicy maszyny odlewniczej, a nastepnie chlodzi, znamienny tym, ze w procesie wytwarzania, po zalaniu sto- pem zelaza z weglem, zarówno stala substancje napelniajaca, jak i stop zelaza z weglem poddaje sie dzialaniu rozlozonej sily mechanicznej, której wielkosc w kierunku prostopadlym, d o górnej powierzchni cieklego sto- pu zelaza z weglem jest co najmniej równa wielkosci maksi- mum, sily wypychajacej dzialajacej na stala substancje napelniajaca w cieklym stopie zelaza z weglem. 7. Maszyna rozlewnicza do otrzymywania pólwyrobu w procesie odlewania stali, majaca zmontowany na ramie przenosnik z zainstalowanymi na nim wlewnicami, urzadze- nie do zalewania do wlewnic cieklego stopu zelaza z we- glem, i zbiornik zasilajacy dla zasypywania do wlewnic stalej substancji napelniajacej, znamienna tym, ze dodatko- wo posiada urzadzenie (8,9,10), przykladajace sile do stalej substancji napelniajacej i cieklego stopu zelaza z weglem. PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób i maszyna rozlewnicza do wytwarzania półwyrobu w procesie odlewania stali. Wynalazek odnosi się również do obróbki metali w stanie ciekłym lub ciągliwym, w formach odlewniczych z wykorzystaniem ciśnienia, w szczególności, z wykorzy179 788 staniem urządzeń mechanicznych. Wynalazek, w szczególności, odnosi się do przeróbki surówki, w celu otrzymania żelaza i stali, dokonywanej zarówno w konwertorach jak i w piecach elektrycznych, na przykład, w piecach łukowych.

W trakcie procesu wytapiania stali, z dodatkiem złomu metalowego, różnymi znanymi sposobami - martenowskim, konwertorowym, topieniem elektrotermicznym - do odpowiedniego pieca do topienia, oprócz surówki i złomu metalowego, załadowuje się również wsad, to znaczy mieszaninę materiałów, potrzebnych dla zapewnienia wymaganego składu chemicznego uzyskiwanego metalu i żużlu. Z reguły, wsad przede wszystkim zawiera utleniacze, potrzebne do wiązania chemicznego i wyprowadzenia z kąpieli węgla i innych niepożądanych składników stopu, takich, jak siarka, fosfor, mangan i innych.

Ważnym etapem przygotowania wsadu jest jego formowanie, to znaczy nadanie jemu postaci właściwej zarówno dla transportowania i przechowania, jak i załadowania do odpowiedniego pieca do topienia. I tak, w szerokim zakresie stosuje się granulowanie, aglomerację i brykietowanie składników rozproszonych, do których dodaje się materiały wiążące. (M.A. Nieczyporenko „Grudkowanie koncentratów drobnych”, Leningrad, 1958 r.; L.A. Lourie „Brykietowanie w hutnictwie”, Moskwa, Państwowy Naukowo-Techniczny Instytut literatury o metalurgii żelaza i stali oraz metalurgii metali nieżelaznych, 1968 r.; B.M. Rawig „Brykietowanie rud oraz wsadów rudno-paliwowych”, Moskwa, Bogactwa naturalne, 1968 r.).

W szeregu przypadków właściwym będzie formowanie wsadu w postaci gąski ze stopu żelaza z węglem, z reguły, surówki, z włączeniem do nich substancji napełniających żądanego składu, mianowicie, grudek, zawierających rudę żelaza (świadectwo autorskie SU 985063), lub grudek rudo-węglowych (świadectwo autorskie SU 1250582 z dnia 15 sierpnia 1986 r., Biuletyn wynalazków nr 30,1986 r.), w istocie przedstawiających półwyrób do procesu odlewania stali. Takie gąski otrzymuje się we wlewnicach, wypełnianych grudkami z odpowiednich zasilaczy i zalewanych surówką. Przy tym chłodzenie surówki ciekłej odbywa się w związku z nagrzewaniem grudek, redukcją tlenków i nagrzewaniem powierzchni roboczej wlewnicy, która ma kontakt z gąską (świadectwo autorskie SU 1105273), które wydaje się najbardziej zbliżonym do niniejszego wynalazku.

Załadowanie różnych pieców do topienia podobnymi gąskami, okazuje się właściwym i odpowiada technologii. Jednocześnie istnieje problem osiągnięcia stabilności składu danego półwyrobu do procesu odlewania stali, szczególnie aktualny dla wytopu małej objętości, oraz dla otrzymania kształtowników stalowych, w szczególności, w konwertorach tlenowych i w piecach elektrycznych łukowych, ponieważ wykorzystanie niestabilnych, z punktu widzenia składu, oraz własności fizycznych kęsów, nie sprzyja stabilności technologii odlewania stali.

Przedmiotem wynalazku jest sposób wytwarzania półwyrobu w procesie odlewania stali, który to wyrób stanowi ciekły stop żelaza z węglem, korzystnie w postaci surówki w gąskach i stała substancja napełniająca o mniejszej gęstości niż stop żelaza z węglem. W sposobie tym wytwarza się półwyrób we wlewnicy maszyny odlewniczej, a następnie chłodzi.

Istota wynalazku polega na tym, że w procesie wytwarzania, po zalaniu stopem żelaza z węglem, zarówno stałą substancję napełniającą, jak i stop żelaza z węglem poddaje się działaniu rozłożonej siły mechanicznej, której wielkość w kierunku prostopadłym, do górnej powierzchni ciekłego stopu żelaza z węglem jest co najmniej równa wielkości maksimum, siły wypychającej działającej na stalą substancję napełniającą w ciekłym stopie żelaza z węglem.

Korzystnie, wytwarzanie półwyrobu realizuje się poprzez odlewanie we wlewnicach stopu żelaza z węglem obciążając jego powierzchnię stałą substancją napełniającą i zanurzając tę substancję w ciekłym stopie pod działaniem rozłożonej siły mechanicznej, której wielkość przewyższa o nie mniej niż 5% wielkość minimalnej siły wypychającej działającej na substancję napełniającąw ciekłym stopie żelaza z węglem, przy czym siła ta ma wielkość 100 - 1000 N/m² przy czym siłę tę przykłada się po upływie 1 -60 sekund po zalewaniu stałej substancji napełniającej ciekłym stopem żelaza z węglem.

Utleniacze stałe stanowiące stałą substancję napełniającą zawierają sumaryczną ilość tlenu, potrzebnego do utleniania 5 do 95 procent węgla i pełnego utleniania obliczeniowego pozo4

179 788 stałych składników stopu żelaza z węglem, mających powinowactwo do tlenu większe, niż węgiel.

Korzystnie, zasypu stałej substancji napełniającej dokonuje się kawałkami wielkości 0,025 do 0,300 wysokości wlewnicy, a zalewanie stopem żelaza z węglem dokonuje się przy stosunku jego średniej prędkości liniowej do liniowej prędkości ruchu wlewnic, równym 3:10 do 6:10.

Przedmiotem wynalazku jest również maszyna rozlewnicza do otrzymywania półwyrobu, mająca zmontowany na ramie przenośnik z zainstalowanymi na nim wlewnicami, urządzenie do zalewania do wlewnic ciekłego stopu żelaza z węglem, i zbiornik zasilający dla zasypywania do wlewnic stałej substancji napełniającej.

Istota tego wynalazku polega na tym, że maszyna dodatkowo posiada urządzenie, przykładające do stałej substancji napełniającej i ciekłego stopu żelaza z węglem, siłę, przeszkadzającą wypływaniu stałej substancji napełniającej z ciekłego stopu żelaza z węglem.

Korzystnie, maszynajest zaopatrzona w rozpylacze, połączone z przewodem dla doprowadzenia czynnika chłodzącego, a urządzenie, przykładające siłę do stałej substancji napełniającej i ciekłego stopu żelaza z węglem, przeszkadzającą wypływaniu stałej substancji napełniającej z ciekłego stopu żelaza z węglem, stanowi wspornik o osi wzdłużnej i wydrążona zamocowana obrotowo rolka oraz materiał obciążający, zainstalowany na wsporniku z możliwością przesuwu wzdłuż jego osi wzdłużnej, przy czym wspornikjednym końcem zainstalowany jest przegubowo w podporach na ramie, przy czym długość wydrążonej rolki równa się 0,80 do 0,95 długości roboczej wlewnicy, a średnica zewnętrzna rolki równa się 1,1 do 1,4 szerokości wlewnicy, przy czym rozpylacze są zainstalowane w pobliżu rolki i orientowane na jej powierzchnię boczną

Sposób według zaproponowanego wynalazku posiada wiele zalet. Stosując przedstawione rozwiązanie uzyskuje się półwyrób przeznaczony do dalszego procesu odlewania stali, zawierający stałą substancję napełniającą i ciekły stop żelaza z węglem, o stałym składzie.

Okazało się, że rozwiązanie według wynalazku jest konieczne, ponieważ niejednorodność składu otrzymywanych gąsekjest związana z tym, że z powodu różnicy gęstości stałej substancji napełniającej i ciekłego stopu żelaza z węglem, w procesie zalewania substancji napełniającej stopem (surówką), odbywa się wypływanie substancji napełniającej i wynoszenie jej z wlewnicy, przy czym mała ciągliwość stopu w stanie gorącym jest niedostateczna, żeby temu zapobiec. Natomiast w przypadku zalewania substancji napełniającej krzepnącym stopem żelaza z węglem (o odpowiednio podwyższonej ciągliwości), stop ten (surówka) nie jest zdolny wypełnić wszystkich przestrzeni między kawałkami substancji napełniającej.

W związku z tym w czasie krzepnięcia, stop żelaza z węglem nie wiąże jej i w czasie wyładowania gąsek z wlewnicy następuje niekorzystne zjawisko - osypywanie się części substancji napełniającej. I w pierwszym i w drugim przypadku doprowadzało to do niekontrolowanej zmiany składu półwyrobu do procesu odlewania stali.

Przy otrzymaniu półwyrobu bez wspomnianego oddziaływania, stała substancja napełniaj ąca w obj ętości gąski, rozkłada się nierównomiernie w związku z różnicąpozornych gęstości stopu żelaza z węglem (na przykład, gęstość surówki równa się 7 g/cm³) i substancji napełniającej (na przykład, dla grudek, gęstość równa się 3,7 g/cm3). Górna część gąski zawiera bardzo mało stopu żelaza z węglem i dużo substancji napełniającej, dolna część gąski, odwrotnie, składa się prawie całkowicie ze stopu żelaza z węglem i prawie nie zawiera substancji napełniającej. W górnej części gąski, cząstki substancji napełniającej bardzo słabo połączone są stopem żelaza z węglem, i przy spadaniu gąsek z maszyny rozlewniczej na rampę ładunkową, cząstki substancji napełniającej odlączaąsię od gąski i tworząosypisko, nie posiadające właściwości magnetycznych i które przy załadunku dla użytkownika, pozostaje na rampie. W wyniku tego gąski zawierają niedostateczną, w porównaniu z obliczeniową, ilość stałej substancji napełniającej. To doprowadza, na przykład, do tego, że przy następnym wytopie, na przykład, w piecu elektrycznym, okres utleniaj ący wytopu stali zwiększa się o 10-15 procent, z powodu braku wprowadzanego przez grudki tlenu dla utleniania domieszek.

179 788

Zamiast stopu żelaza z węglem w praktyce w większości przypadków wykorzystuj e się żeliwo, jednak nie można tego traktować, jako warunek, który ogranicza zakres przedmiotowego wynalazku.

Pod stała substaicjąnapełniającąw niniejszym wynalazku, rozumie się jakąkolwiek substancję napełniającą, potrzebną do zapewnienia zadanego składu chemicznego uzyskiwanego metalu, w tym i to w pierwszej kolejności, mogąto być stałe utleniacze, które są źródłem tlenu do wiązania chemicznego, i wyprowadzania węgla i innych niepożądanych składników stopu.

Przy wskazanej sumarycznej ilości tlenu w czasie dokonania następnego przerobu, osiąga się jednocześnie potrzebny stopień odwęglania, podwyższony współczynnik odfosforowywania metalu i wystarczające spienianie żużla, z powodu pęcherzy tlenku węgla, wydzielających się w wyniku reakcji utleniania węgla, zapewniających mu efekt ochronny, w szczególności, w piecach elektrycznych - osłonę łuku żużlem. Jeśli sumaryczna ilość tlenujest mniejsza, niż ilość, potrzebna dla utleniania 5 procent węgla i pełnego utleniania pozostałych domieszek metalu, to przebieg reakcji utleniania węgla i fosforujest utrudniony. Przy tym metal posiada podwyższoną ilość fosforu i węgla. Jeśli sumaryczna zawartość tlenujest większa, niż ilość, potrzebna dla utleniania 95 procent węgla i pełnego utleniania innych pierwiastków, to zawartość węgla w kąpieli okazuje się zbyt niska, a zawartość tlenu, odwrotnie, wysoka, co jest niepożądane, zarówno z punktu widzenia warunków wydajności pieca, zużycia odtleniaczy i jakości metalu, jak i asortymentu wytapianych gatunków stali.

Zgodnie z prawem Archimedesa, na ciało, zanurzone do cieczy, działa siła wypychająca, skierowana pionowo w górę, która pod względem liczbowym równa się masie cieczy, wypieranej przez ciało, oraz przyłożona do środka ciężkości objętości zanurzonej części ciała. Zgodnie z tym, żeby zanurzyć grudki i równomiernie rozłożyć je w objętości masy stopu żelaza z węglem, uprzednio zalanej do wlewnicy, należy na stałą substancję napełniającą oddziaływać siłą, która przekracza siłę wypychającą. Parametr przekroczenia (5 i więcej procent) określono drogą eksperymentalną.

W miarę przesunięcia przenośnika wlewnic w kierunku wyładunkowego końca maszyny, twarda skorupka surówki, która szybko krzepnie na całej masie półwyrobu, mocno przytrzymuje grudki w masie surówki. Przy podej ściu do końca wyładunkowego, masa półwyrobu tworzy j ednolitą bryłę, składającą się z grudek, mocno związanych już zastygłą surówką. W czasie uderzenia takiego półwyrobu o dno platformy, grudki nie wysypująsię z niego, a mocno utrzymująsię w masie półwyrobu, bo jeszcze w stadium krzepnięcia grudki były całkowicie zanurzone do masy surówki, która natychmiast zastygła na zimnej powierzchni grudek. Krzepnięcie surówki w półwyrobie przyspiesza się za pomocą doprowadzenia wody do urządzenia ładunkowego i do strefy chłodzenia bezpośrednio na gąskę, znajdującą się we wlewnicy.

Siła dodatkowa, działająca na materiał we wlewnicy, jest potrzebna dla zanurzania (zatopienia) wypływającego (z powodu różnicy gęstości substancji napełniającej i surówki) materiału do dolnej części wlewnicy, co gwarantuje równomierne rozłożenie substancji napełniającej w objętości gąski. Wielkość siły określa się głębokością zanurzania materiału we wlewnicy i masą „wyciskanego” w wyniku tego stopu, odniesioną do powierzchni przyłożenia siły. Na przykład, materiał - grudki - należy zanurzyć w głąb wlewnicy na 3 cm. Powierzchnia przyłożenia siły - powierzchnia boczna powierzchni walcowej rolki, stykająca się z układem heterogenicznym (grudki, surówka) gąski będzie się równała 10 x 50 = 500 cm², gdzie 10 cm - długość łuku rolki, stykająca się z materiałem we wlewnicy, 50 cm - długość rolki. Gęstość surówki - 7 g/cm³. Objętość surówki, wyciskanej siłą, równa się 500 x 3 = 1500 cm3, (przyjęto orientacyjne obliczenie), a jego masa 1500 cm3 x 7 g/cm3 = 10,5 kg = 105 N. Ciśnienie jednostkowe równa się 105 : 500 = 0,20 N/cm2 lub 2000 N/m2. Ciśnienie faktyczne powinno być większe o siłę, skierowaną na odkształcenie tworzącej się skorupki metalu.

W przypadkach pracy z surówką z podwyższoną ciągliwością (surówka o temperaturze zbliżonej do krzepnięcia) dla zatopienia (zanurzenia) materiału we wlewnicy, będzie potrzebne znacznie większe ciśnienie niż przytoczone w obliczeniu - do 10000 N/m2.

179 788

Przy wielkości ciśnienia działającego na materiał we wlewnicy mniejszego niż 100 N/m², efekt zanurzania utleniacza stałego - grudek - będzie nieznaczny, i grudki nie będą rozłożone równomiernie w objętości gąski (w dolnej części wlewnicy grudek praktycznie nie będzie). Przy wielkości ciśnienia działającego na materiał, większego niż 10000 N/m2 komplikuje się mechanizm zanurzania grude'k, zwiększająsię gabaryty jego węzłów, ogólnie rzecz biorąc, wpływa to niekorzystnie na maszynę rozlewniczą, co komplikuje jej eksploatację.

Czas od momentu zalewania materiału surówką, a początkiem przyłożenia siły w celu zanurzenia (zatopienia) materiału we wlewnice zależy, w zasadzie, od temperatury zalewanego do wlewnic stopu. W przypadku, gdy temperatura surówki znajduje się w strefach blisko krzepnięcia (1473 - 1533 K), to dla zatopienia materiału we wlewnicy należy siłę przyłożyć praktycznie natychmiast po skończeniu zalewania, to znaczy po jednej sekundzie. Po tym, jak surówka zastygnie we wlewnicy, nie można do niego praktycznie zanurzyć materiału.

W przypadku, gdy surówkę rozlewa się na gorąco, to czas przyłożenia siły dla zatopienia (zanurzenia) materiału w głąb wlewnicy może być równym jednej minucie od zakończenia zalewania surówki. Żeby zmienić czas przyłożenia siły do materiału, w celu jego zanurzenia (zatopienia) we wlewnicy, urządzenie zaciskające (rolka ze wspornikiem i ciężarem) w razie konieczności może być przesunięte, przybliżając lub odsuwając się od miejsca zalewania surówki do wlewnic. Przyłożenie siły do powierzchni materiału we wlewnicy po jednej minucie od momentu zakończenia zapełniania wlewnicy praktycznie nie jest potrzebne, bo w danej sytuacji zdarzy się krzepnięcie surówki w górnej części gąski.

Pod średnią prędkością liniową stopu żelaza z węglem rozumie się objętość ciekłego stopu żelaza z węglem, napływającą do wlewnicy w jednostce czasu (w literaturze fachowej wielkość ta nazywa się zużyciem objętościowym), odniesioną do przekroju poprzecznego wlewnicy. Ten stosunek (m³/sek : m2 = m/sek), mający wymiarowość prędkości, charakteryzuje średnią prędkość liniową ruchu stopu żelaza z węglem wzdłuż przekroju wlewnicy, ponieważ przekrój poprzeczny samego strumienia stopu żelaza z węglem jest nieznany i trudno go określić. Ta wielkość nie jest prawdziwą faktyczną prędkością strumienia stopu żelaza z węglem, a stanowi prędkość umowną, uśrednionąna przekroju wlewnicy, zachowując jednocześnie znaczenie fizyczne właśnie prędkości liniowej ruchu stopu żelaza z węglem.

Zalewanie ciekłego stopu żelaza z węglem do wlewnic ze wskazanym stosunkiem prędkości liniowych doprowadzenia stopu żelaza z węglem i ruchu wlewnic, równym 3:10 do 6:10, gwarantuje równomierne filtrowanie stopu żelaza z węglem wewnątrz objętości wlewnicy, zapełnionej cząstkami stałej substancji napełniającej. Przy tym wyklucza się zjawisko przelewu stopu żelaza z węglem do sąsiednich wlewnic, uwarunkowanego przewyższeniem prędkości zalewania stopu nad prędkościąruchu wlewnic, to znaczy wypełnienia przestrzeni między cząstkami stałej substancji napełniającej. Wyklucza się również lokalne, nierównomierne i niepełne zapełnienie wlewnic stopem żelaza z węglem, oraz krzepnięcie porcji stopu żelaza z węglem w przestrzeniach między cząstkami stałej substancji napełniającej, powstające w wyniku niedostatecznej prędkości doprowadzenia stopu żelaza z węglem do wlewnic, szybkiego jego stygnięcia i krzepnięcia, nie zapełniając wlewnic. Stosunek liniowych prędkości ruchu (zalewania) stopu żelaza z węglem i wlewnic, równy 3:10 do 6:10, odpowiada warunkowi otrzymania materiału wsadowego ze stałym stosunkiem stopu żelaza z węglem i stałej substancji napełniającej.

Stwierdzono, że jeżeli ten stosunek będzie większy niż 6:10, to stop żelaza z węglem nie nadąża wypełnić wszystkich przestrzeni między cząstkami stałej substancji spełniającej rudy i powstaje zjawisko niedolewu wlewnicy stopem żelaza z węglem. Część stałej substancji napełniającej nie będzie zalana stopem żelaza z węglem i przy wywracaniu wlewnicy wysypie się, a stosunek mas stopu żelaza z węglem i stałej substancji napełniającej zostanie naruszony, a przez co nie będzie spełniony warunek stałości składu materiału.

Natomiast, gdy stosunek prędkości liniowych jest mniejszy niż 3:10, to materiał wsadowy przepełnia się stopem żelaza z węglem, który przelewa się do sąsiednich wlewnic, co również doprowadza do naruszenia stałości składu materiału.

179 788

Stwierdzono również, że wielkość cząstek, z których składa się warstwa stałej substancji napełniającej, i która równa się 0,025 do 0,300 wysokości wlewnicy, jest optymalna dla zachowania w stanie nieruchomym warstwy cząstek stałej substancji napełniającej we wlewnicy w czasie jej zalewania (przy zachowaniu wyżej wymienionego ograniczenia prędkości).

Gdy wielkość cząstek i materiałów, zawierających rudę żelaza, była mniejsza niż 0,025 wysokości wlewnicy, stawało się trudnym zapełnienie wlewnicy stopem i została naruszona równomierność mieszania stopu i materiału, zawierającego rudę żelaza, stabilność stosunku między stopem i materiałem, zawierającym rudę żelaza, obserwowano zwiększony wydmuch drobnych cząstek materiału, zawierającego rudę żelaza, oraz gąski wyraźnie wyróżniały się pod względem składu.

W przypadku, gdy wielkość cząstek materiału, zawierającego rudę żelaza, przekraczała 0,30 wysokości wlewnicy, warstwa cząstek stałej substancji napełniającej, szczególnie tak, która znajduje się nad wlewnicą, była zmywana stopem. To doprowadzało do nierównomiemości rozkładu materiału, zawierającego rudę żelaza, w objętości wlewnicy oraz do naruszenia jednorodności jego składu.

Stosunek wymiarów rolki i wlewnicy ma istotne znaczenie do rozwiązania postawionego zadania - otrzymania jednorodnego systemu heterogenicznego, to znaczy równomiernego rozkładu utleniacza w matrycy.

Gdy długość rolki jest mniejsza niż 0,80 długości roboczej wlewnicy, to nie będzie osiągnięty równomierny rozkład utleniacza.

Gdy długość rolki jest większa niż 0,95 długości roboczej wlewnicy, to rolka będzie naciskać na ścianki wlewnicy, i nie zostanie osiągnięty proces zanurzania materiału do ciekłego stopu.

Stosunki średnicy zewnętrznej rolki do szerokości wlewnicy określono drogąeksperymentalnąprzy rozlewaniu metalu do wlewnic różnej pojemności. Jednocześnie, jeśli średnica zewnętrzna rolki jest mniejsza niż 1,1 szerokości wlewnicy, to może zaistnieć wyciskanie materiału i stopu z wlewnicy. Gdy średnica zewnętrzna rolkijest większa niż 1,4 szerokości wlewnicy, to rolka zacznie naciskać na ścianki wlewnicy i w dolnej części gąski nie będzie jednorodnego systemu heterogenicznego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym jest pokazana maszyna rozlewnicza dla otrzymania półwyrobu do procesu odlewania stali zgodnego z wynalazkiem.

Maszyna rozlewnicza składa się z przenośników łańcuchowych 1 z umocowanymi na nich wlewnicami 2, urządzenia do zalewania 3, ramy 4, zbiornika zasilającego do podawania stałych mas napełniających 5, przewodu do podawania czynnika chłodzącego 6, połączonego z rozpylaczami 7, wspornika 8 z wydrążoną rolką. 9 i materiałem obciążającym 10, zainstalowanym na wsporniku 8 z możliwością przesuwu wzdłużjego osi wzdłużnej. Przy tym wspornik jednym końcem jest przegubowo ustawiony w podporach 11 na ramie 4, a drugim, za pomocą ustawionej na osi z możliwością obracania rolki, opiera się o wlewnicę.

Maszyna rozlewnicza pracuje w następujący sposób. Do maszyny rozlewniczej podaje się kadź z ciekl^ą surówką, a do zbiornika zasilającego załadowuje się grudki. Otwierają się zamknięcia zasilaczy i grudki trafiają do wlewnic. Prędkość ruchu wprost proporcjonalnie zależy od zużycia grudek. Wypełnione grudkami wlewnice przemieszczają się i są zalewane surówką. Po 1 -60 sekundach po zalewaniu, na materiał we wlewnicy dodatkowo oddziaływuje się ciśnieniem o wielkości 100-1000 N/m².

Czas od momentu skończenia zalewania stopu do wlewnicy dennej do przyłożenia siły omówiono wyżej, tak samo, jak i wielkość przyłożonej siły w zależności od warunków /ulewania.

Przykład I

Na eksperymentalno-przemysłowej maszynie rozlewniczej został wypróbowany proponowany sposób otrzymania półwyrobu przy wykorzystaniu wariantu oddziaływania siły mechanicznej i maszyny rozlewniczej w celu jego realizacji z zastosowaniem różnych wielkości siły na powierzchnię materiału we wlewnicach i czasu przyłożenia siły, oraz przy różnych stosunkach długość rolki do roboczej długości wlewnicy i zewnętrznej średnicy rolki do szerokości wlewnicy. Wyniki prób przytoczono w tabeli 1.

179 788

Tabela 1

Numer próby	Temperatura surówkr (K)	Opóżmeeme przy przyłożeniu siły, (sek.)	Wiekkośr siły, (N/m²)	Stostmek średn. rolkr do szer. wlewnicy	Stosunkk dług. rolkr do dług. wlewnicy	Masa gąskk (kg)	Równomierność rozJdauu substancji wypełniającej w gąsce, (punkty)
prototyp	1653	-	-	-	-	27,5	1
1	1533	1	1000	1,4	0,80	16,0	4
2	1653	20	100	1,35	0,85	25,5	3
3	1573	50	10000	1,25	0,90	27,0	5
4	1673	60	7500	1,1	0,95	26,0	4
5	1553	70	9000	1,9	0,7	25,0	2
6	1633	30	10000	1,5	1,0	27,5	1

Analiza wykonanych prób wykazała, że zgłoszony sposób i maszyna rozlewnicza dlajego realizacji dająmożliwość otrzymania gąsek półwyrobu do procesu odlewania stali jednorodnego składu heterogenicznego z równomiernym rozkładem grudek w objętości gąski (4 punkty według opracowanego pięciostopniowego systemu ocen).

Przykład II

Sposób, zgodnie z wynalazkiem, realizował się na maszynie rozlewniczej surówki długości 35 m i szerokości 5,8 m, mającej dwa przenośniki, każdy z 292 wlewnicami. Maszyna rozlewnicza jest wyposażona w urządzenie do zasypu dozowanego materiału, zawierającego rudę żelaza w kawałkach do wlewnic obu przenośników. Gąskę otrzymano we wlewnicach wysokości 12,5 cm, z powierzchnią przekroju poprzecznego 318 cm2, przy prędkości ich ruchu 10 cm/sek. Jako materiał, zawierający rudę żelaza, wykorzystano utlenione grudki wyprażone, zawierające rudę żelaza i spiek z wymiarem kawałków 0,3 do 3,8 cm, to znaczy w granicach 0,025 do 0,300 wysokości wlewnicy.

Prędkość zalewania surówki, w stosunku do powierzchni przekroju poprzecznego wlewnicy i do prędkości ruchu przenośnika wlewnic, regulowano w granicach (3-6): 10. Zauważono, że przy stosunku prędkości liniowych zalewania surówki i ruchu wlewnic większym niż 6:10, surówka nie nadąża wypełniać wszystkich przestrzeni między cząstkami materiału, zawierającego rudę żelaza, i wyroby w wyniku tego okazywały się porowate i z nierównomiernym rozkładem stopu w objętości wyrobu. Część cząstek stałej substancji napełniającej nie została związana surówkąi przy wywracaniu wlewnic wysypała się, co doprowadziło do otrzymania wlewka złej jakości.

Natomiast, gdy stosunek prędkości liniowych był mniejszy niż 3:10, to wlewnice przepełniały się surówką i surówka przelewała się do sąsiednich wlewnic, co doprowadzało do naruszenia stałości składu i zwiększenia masy wlewka.

W czasie wykonania prób otrzymano ponad 1500 ton formowanego materiału wsadowego dla pieców do wytapiania stali. Wlewki miały masę 31-33 kg każdy i zawierały 20-25 procent wagowo materiału, zawierającego rudę żelaza, a pozostałą część stanowiła surówka.

Otrzymany materiał wsadowy został przetopiony na stal w 3,6 i 100-tonowych piecach elektrycznych i w 65-tonowym piecu martenowskim. We wszystkich przypadkach otrzymano efekt pozytywny: skrócił się czas topienia o 30-50 procent, zużycia paliwa - o 14-25 procent, materiałów ogniotrwałych - o 1-2 kg na tonę stali, zmniejszyły się koszty własne stali w porównaniu z wytapianą z wsadu tradycyjnego: złomu metalowego i grudek metalizowanych.

179 788

Przykład III

W pojemnikach hutniczych dla załadowania do konwertora przygotowano złom metalowy, półwyrób, zawierający 20 procent grudek i 80 procent stopu żelaza z węglem.

Wsad stały do 160-tonowego konwertora składał się z 25 ton złomu metalowego i 12 ton półwyrobu; do konwertora zalano 135 ton ciekłej surówki. Zużycie topników było w takim samym składzie, jak i przy pracy z zastosowaniem w charakterze wsadu stałego tylko złomu metalowego: wapna 12 ton, fluorytu 0,2 tony, grudek rudy 0,8 ton. Przedmuchiwanie wytapiania odbywało się według zwykłej technologii zgodnie z instrukcją technologiczną Wytapianie przebiegało spokojnie, żadnych odchyleń od warunków cieplnych lub niezbędnego składu chemicznego nie zaobserwowano. Wytapiano stal węglową gatunku St20. Po skończeniu przedmuchiwania do kąpieli ciekłej wprowadzano odtleniacze, metal spuszczano do kadzi, którą przekazywano do maszyny ciągłego rozlewania metalu.

Wyjście metalu ciekłego było na poziomie zwykłych wytapiań, otrzymanych przy wykorzystaniu we wsadzie metalicznym tylko złomu metalowego i wynosiło na wyżej wskazanym wytapianiu 87,4 procent.

Wytapianie próbno-przemysłowe z wykorzystaniem półwyrobu zamiast złomu metalowego w charakterze ochladzacza wykazały efektywność zamiany, zapewniając przy tym potrzebne warunki cieplne prowadzenia wytopu, obniżenie zawartości miedzi o 25 procent, niklu o 29 procent w porównaniu z wytopami, przeprowadzonymi z wykorzystaniem w charakterze wsadu stałego tylko złomu metalowego.

Przykład IV

Tabela 2 ilustruje wpływ przyłożenia siły w postaci obciążenia mechanicznego, o 10 procent przewyższającego siłę wypychającą, na stabilność składu półwyrobu (gąski) do procesu odlewania stali i odpowiednio na wskaźniki wytopu.

Wartości podane w pierwszej części tabeli 2 opisują efekt oddziaływania siły mechanicznej przewyższającej o 10% maksymalną siłę wypychającą działającą na stałą substancję napełniającą znajdującą się w ciekłym stopie, na stabilność półwyrobu. Jak to wynika z podanych wielkości, ilość osypujących się grudek w gąskach wytwarzanych bez obciążenia wynosiła 7 -10%. Przy oddziaływaniu siły mechanicznej ilość osypujących się grudek stanowiła 0,2 - 0,3%. Obecność planowanej ilości substancji napełniającej w półwyrobie i jej równomierne rozłożenie w objętości gąski (patrz druga kolumna tabeli 2) nie ma wpływu na niedobór tlenu podczas procesu wytapiania stali przy użyciu takiego półwyrobu jak również na czas trwania wytopu.

Tabela 2

Ilość grudek w procentach masowych osypujących się w półwyrobie

Nimeer próby	Planowana	Faktyczna	bez obciążenia	Deficyr tlenu w wyniku osypywania się grudek, kg na 100 kg półwyrobu	Zwiększenie czasu trw^arnaa okresu utlemama wytopu, minuty
1	25	17	8	2,10	8
2	25	15	10	2,60	10
3	25	18	7 z obciążeniem:	1,80	7
4	25	25,0	-	-	brak
5	25	24,7	0,3	0,06	brak
6	25	25,0	-	-	brak
7	25	25,0	-	-	brak
8	25	24,8	0,2	0,04	brak

179 788

Wyroby doświadczalne były prowadzone w 100-tonowych elektrycznych piecach łukowych. Asortyment stali - elektrotechniczna stal anizotropowa. Zasyp metalowy składał się ze złomu (odpad z walcowni, kęsiska płaskie wybrakowane, złom amortyzatorów) i wsadu przy ich różnych stosunkach.

Wsad, który składa się z kęsa i złomu, warstwowo załadowywano do kubła i załadowywano do pieca. Do zasypu dodano również wapno w ilości 1,5 - 4 tony, spiek 2-4 tony, a na poszczególnych wytopach - fluoryt w ilości 300 - 500 ton na wytop. Po przetopieniu wyj ściowego zasypu dokonywano załadowania, przy tym załadowując do kubła wsad nad złomem. Wytop stali odbywał się z wykorzystaniem dyszy sklepieniowej dla wdmuchiwania tlenu do kąpieli. W trakcie topienia w razie potrzeby dodawano spiek i fluoryty. W celu otrzymania wsadu wykorzystywano surówkę przeróbczą i grudki, zawierające rudę żelaza, ze stosunkiem surówki i grudek w granicach (81-84):(19-16). Po roztopieniu wsadu w próbce 1 otrzymano metal, który miał następujący skład chemiczny (w procentach według masy): C = 0,18-1,00; Mn = 0,10-0,20; P = 0,009-0,016; S = 0,005-0,027; Cr = 0,03-0,09; Ni = 0,05-0,09; Cu = 0,05-0,13.

Po rafinacji i uprzednim odtlenianiu metal spuszczano do kadzi.

Wskaźniki techniczno-ekonomiczne topienia elektrotermicznego stali elektrotechnicznej, wytopionej zgodnie z proponowanym sposobem w porównaniu do wytopów produkcji bieżącej (średnie z 20 wytopów), przytoczono w tabeli 3.

Tabela 3

Numrry wytopów doświadczalnych	Ilość zabiegów załadowania	Iloćć wsadu (w % do mayy wsadu pieca)	Stosunek wsadu i złomu metalowego (w udziałach)	Zużycie energii eleetlryc5πeej na wytop (kW/godz.)	Czas trwania topienia (godz.-min.)
porów- nawczy	1	50	1:1,0	51838	3-08
1	2	2	1:30	51120	3-02
2	2	3	1:20	49800	2-55
3	2	10	1:5,4	48240	2-53
4	2	20	1:0,8	47100	2-49
5	2	30	1:0,2	46800	2-45
6	2	32	1:0,1	47460	2-51
7	2	34	1:0,007	49830	2-57

Jak widać z tabeli, proponowany sposób wytopu stali w piecu łukowym gwarantuje zwiększenie wskaźników techniczno-ekonomicznych wytopu kosztem skracania czasu trwania topienia o 7-12 procent zużycia jednostkowego energii elektrycznej o 4-10 procent.

Sposób otrzymywania półwyrobu do procesu odlewania stali, zgodnie z wynalazkiem, i maszyna rozlewnicza dlajego realizacji mogąbyć wykorzystane w dziedzinie metalurgii żelaza i stali, konkretnie, przy otrzymaniu uprzednio przygotowanych materiałów wsadowych dla stalownictwa.

Półwyrób do procesu odlewania stali w postaci gąski ze stopu żelaza z węglem ze stałą substancją napełniającą, zgodnie z wynalazkiem, może być wykorzystany tak bezpośrednio w miejscach jego otrzymania, jak i dla przechowania i transportowania do miejsc odległych, gdzie odbywa się proces odlewania stali.

Wynalazek może być wykorzystany przy wytopie stali w różnych zespołach do wytapiania stali, w szczególności, w piecach elektrycznych lub konwertorach.

179 788

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób wytwarzania półwyrobu w procesie odlewania stali, który to wyrób stanowi ciekły stop żelaza z węglem, korzystnie w postaci surówki w gąskach i stała substancja napełniająca o mniejszej gęstości niż stop żelaza z węglem, przy czym w sposobie tym formuje się półwyrób we wlewnicy maszyny odlewniczej, a następnie chłodzi, znamienny tym, że w procesie wytwarzania, po zalaniu stopem żelaza z węglem, zarówno stałą substancję napełniającą, jak i stop żelaza z węgłem poddaje się działaniu rozłożonej siły mechanicznej, której wielkość w kierunku prostopadłym, do górnej powierzchni ciekłego stopu żelaza z węglem jest co najmniej równa wielkości maksimum, siły wypychającej działającej na stałą substancję napełniającą w ciekłym stopie żelaza z węglem.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wytwarzanie półwyrobu realizuje się poprzez odlewanie we wlewnicach stopu żelaza z węglem obciążając jego powierzchnię stałą substancją napełniającą i zanurzając tę substancję w ciekłym stopie pod działaniem rozłożonej siły mechanicznej, której wielkość przewyższa o nie mniej niż 5% wielkość minimalnej siły wypychającej działającej na substancję napełniającą w ciekłym stopie żelaza z węglem.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że działa się z siłąo wielkości 100 -1000 N/m².

4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że siłę przykłada się po upływie 1-60 sekund po zalewaniu stałej substancji napełniającej ciekłym stopem żelaza z węglem.

5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że utleniacze stałe stanowiące stałą substancję napełniającą zawierają sumaryczną ilość tlenu, potrzebnego do utleniania 5 do 95 procent węgla i pełnego utleniania obliczeniowego pozostałych składników stopu żelaza z węglem, mających powinowactwo do tlenu większe, niż węgiel.

6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że zasypu stałej substancji napełniającej dokonuje się kawałkami wielkości 0,025 do 0,300 wysokości wlewnicy, a zalewanie stopem żelaza z węglem dokonuje się przy stosunku jego średniej prędkości liniowej do liniowej prędkości ruchu wlewnic, równym 3:10 do 6:10.

7. Maszyna rozlewnicza do otrzymywania półwyrobu w procesie odlewania stali, mająca zmontowany na ramie przenośnik z zainstalowanymi na nim wlewnicami, urządzenie do zalewania do wlewnic ciekłego stopu żelaza z węglem, i zbiornik zasilający dla zasypywania do wlewnic stałej substancji napełniającej, znamienna tym, że dodatkowo posiada urządzenie (8,9,10), przykładające siłę do stałej substancji napełniającej i ciekłego stopu żelaza z węglem.

8. Maszyna rozlewnicza według zastrz. 7, znamienna tym, że urządzenie, przykładające siłę do stałej substancji napełniającej i ciekłego stopu żelaza z węglem, przeszkadzającą wypływaniu stałej substancji napełniającej z ciekłego stopu żelaza z węglem, stanowi wspornik (8) o osi wzdłużnej i wydrążona, zamocowana obrotowo rolka (9) oraz materiał obciążający (10), umocowany przesuwnie, wzdłuż jego osi wzdłużnej, na wsporniku (8), przy czym wspornik (8) jednym końcem zamocowany jest przegubowo w podporach na ramie (4), przy czym długość wydrążonej rolki (9) równa się 0,80 do 0,95 długości roboczej wlewnicy (2), a średnica zewnętrzna rolki równa się 1,1 do 1,4 szerokości wlewnicy, przy czym rozpylacze (7) są zainstalowane w pobliżu rolki (9) i orientowane na jej powierzchnię boczną oraz połączone z przewodem (6) dla doprowadzenia czynnika chłodzącego.

* * *