SK500572009A3

SK500572009A3 - Zariadenie na privádzanie legovacích prímesí a spôsob privádzania legovacej prímesi do roztaveného kovu

Info

Publication number: SK500572009A3
Application number: SK50057-2009A
Authority: SK
Inventors: Leslie W. Niemi; Gregory P. Marzec
Original assignee: Affival, Inc.
Priority date: 2007-05-17
Filing date: 2008-05-19
Publication date: 2010-03-08
Also published as: GB2461239A; GB0919971D0; DE112008001288T5; CZ2009857A3; SE0901523L; SE0901523A0; MX2009012438A; RU2529132C2; AT507365A2; EP2158337A4; EP2158337A1; CA2686285A1; ES2343302B1; JP2010527410A; CN101688260A; US20080314199A1; WO2008144617A1; ZA200908515B; KR20100029078A; PL390678A1

Description

Oblasť techniky

Tento vynález sa vo všeobecnosti týka pridávania legovacích prímesí do roztaveného kovu a zvlášť ocele. Konkrétnejšie sa tento vynález týka pridávania legovacích prímesí a deoxidantov do roztavenej ocele, aby sa zvýšil výťažok v kove.

Doterajší stav techniky

Je dobre známe pridávanie legovacích prímesí a iných aditív do roztavenej ocele, aby sa zlepšili vlastnosti materiálu, vrátane pevnosti a húževnatosti konečného oceľového produktu.

V známom stave techniky pridávanie legovacích prímesí a aditív do roztavenej ocele sa často uskutočňuje zapuzdrením práškových legovacích prímesí a aditív do kovového plášťa, aby sa vytvoril „drôt s jadrom“, ktorý sa v podstate „privádza“ do roztavenej ocele, obsiahnutej v panve v rafinačnom zariadení väčšiny oceliarní. US patent č. 4,128,414 opisuje takýto proces privádzania. Niektoré materiály privádzané do ocele v oceli nezostávajú. Aby sa efektívne vytvorila roztavená oceľ vylepšená aditívami alebo legovacími prímesami, je žiaduce zvýšiť „výťažok“ v roztavenej oceli.

„Výťažok“ je miera množstva legovacích prímesí a aditív, obsiahnutých v roztavenej oceli po privedení. Výťažok sa vyjadruje ako percento legovacej prímesi alebo aditíva privedeného do ocele, ktorý je obsiahnutý v oceli po privedení. Čím väčšie je percento obsiahnuté v oceli po privedení, tým väčší bude výťažok. Väčšie výťažky znamenajú nižšie náklady pre výrobcu ocele kvôli tomu, že sa privádza menej drôtu s jadrom. Taktiež väčší výťažok zvyčajne znamená, že konečný chemizmus ocele bude predvídateľnejší a opakovateľnejší.

Je dobre známe, že legovacie prímesi (typicky pomleté na prášky priemeru pod 1 mm), zapuzdrené do drôtu s oceľovým plášťom a jadrom, ktoré sa privádzajú hlboko do

-2roztavených kúpeľov, vedú k významnému vylepšeniu výťažku. Avšak taktiež je dobre známe, že výťažok určitých legovacích prímesí je negatívne ovplyvnený obsahom kyslíka tak v roztavenom kúpeli, ako aj v roztavenej troske na vrchu roztaveného kúpeľa. Je možné znížiť obsah kyslíka v roztavenom kúpeli a v troske; avšak nikdy ho nemožno priviesť na nulu. Všeobecnejšie, vždy zostáva určité množstvo kyslíka v roztavenom kove a troske, ktoré negatívne ovplyvňuje výťažok legovacích prímesí. Čím vyššia je hladina kyslíka, tým je negatívnejší účinok.

Predpokladá sa, že kyslík 13 v roztavenom kove 10 spôsobuje, že povrch legovacej prímesí 16 zoxiduje skôr, než častica 16 prášku legovacej prímesí sa môže rozpustiť v roztavenom kove 10. Toto je zobrazené na obrázku 1. V tomto prípade zoxidovaná vrstva 19 pokrýva časticu 16 prášku legovacej prímesi a tým znižuje celkovú hustotu častice 16, čo ju robí ľahšou než oceľ 10. Napríklad Nb má hustotu 8,57 g/m³a hustota Nb2O5 je 4,47 g/m³, avšak hustota ocele je 7,6 g/m³. Obrázok 2 zobrazuje zoxidovanú legovaciu prímes, ktorá má nižšiu hustotu, stúpajúci k povrchu roztavenej ocele 10. V ostatných prípadoch sa oxidová vrstva 19 stáva bariérou pre roztavené jadro 16 legovacej prímesi. Napríklad 70% FeTi má teplotu tavenia 1085 °C, pričom TiO2 má teplotu tavenia 1850 °C, avšak teplota roztavenej ocele W je zvyčajne nad 1600°C. Tento problém je zobrazený na obrázku 3. Tieto mechanizmy majú účinok nedovoliť, aby sa častica 16 legovacej prímesi úplne rozpustila v roztavenom kove 10 skôr, než častica 16 stúpne na povrch trosky, kde sa absorbuje.

V iných známych spôsoboch je účelom legovacej prímesi 16, ktorá sa privádza do roztaveného kúpeľa 10, vytvoriť nitridy a/alebo karbidy prospešné pre finálny produkt. Roky výrobcovia ocele používajú kyanamid vápenatý (CaCN₂) na zvýšenie obsahu dusíka v roztavenom kúpeli W. Pozrite napríklad US patent č. 3,322,530. Ďalej sa zistilo, že výťažok dusíka sa do veľkej miery vylepší, keď sa CaCN₂ pridá do roztaveného kúpeľa 10 pomocou privádzania drôtu s jadrom, ako je to opísané v US č. 4,897,114.

Napriek vylepšeniam súčasného stavu techniky zostáva potreba vylepšiť výťažok v roztavených kovoch a v oceli zvlášť.

Podstata vynálezu

Podstatou vynálezu je zariadenie na privádzanie legovacích prímesí. Privádzacie zariadenie môže obsahovať zmiešanú hmotu, ktorá má najmenej jednu legovaciu prímes a najmenej jedno dezoxidačné činidlo. Zmiešaná hmota sa môže prikryť pozdĺžnym puzdrom. Puzdro môže byť v podstate dutý drôt, v ktorom spočíva zmiešaná hmota.

-3Najmenej jedna legovacia prímes môže byť FeNb, FeV alebo FeTi. Najmenej jedno dezoxidačné činidlo môže byť Ca, CaSi, Si, Al alebo CaCN₂. Dezoxidačné činidlo môže byť prášok, typicky tvorený z častíc, ktoré majú priemer menej než jeden milimeter. Legovacou prímesou môžu byť častice pomletého prášku, ktoré typicky majú priemer menej než jeden milimeter. Dezoxidačné činidlo môže byť prítomné v množstve typicky od 5 % do 50 % hmotnostných alebo objemových zmesi.

Vynález ďalej poskytuje spôsob privádzania legovacej prímesi do roztaveného kovu, pričom sa najmenej jedno dezoxidačné činidlo zmieša s najmenej jednou legovacou prímesou, aby sa poskytla zmiešaná hmota. Zmiešaná hmota sa môže zapuzdriť do kovového puzdra, aby sa poskytlo zariadenie na privádzanie legovacej prímesi. Možno vytvoriť roztavený kov a do roztaveného kovu možno priviesť zariadenie na privádzanie legovacej prímesi. Privádzacie zariadenie možno privádzať do roztaveného kovu a puzdru sa môže umožniť, aby sa roztavilo v roztavenom kove. Keď je roztavené, zmiešanej hmote sa umožní zmiešať sa s roztaveným kovom, čo vedie k dispergovaniu zmiešanej hmoty v roztavenom kove.

V jednom uskutočnení tohto vynálezu výťažok legovacieho aditíva v roztavenej oceli sa zvýši zmiešaním dezoxidačných práškov s legovacími prímesami, ako sú, avšak nie obmedzené na Ca, CaSi, Si, Al, CaCN₂, atď. v rôznych množstvách (typicky, ale nie obmedzené na 5 % až 50 % hmotnostných alebo objemových zmesi). Bez úmyslu byť viazaný teóriou sa predpokladá, že keď sú zmiešané s legovacími činidlami a obsiahnuté v drôte s jadrom, ktorý sa privádza do roztaveného kúpeľa, dezoxidačné prášky sa uvoľňujú v tesnej blízkosti práškov legovacích prímesí. Dezoxidačné prášky reagujú s obsahom rozpusteného kyslíka v roztavenom kove, čím vytvoria zónu ochudobnenú o kyslík v rovnakej oblasti ako častice legovacích prímesí. Podobne v prípade zmiešania práškov CaCN₂ s legovacími prímesami, vytvárajúcimi nitridy a/alebo karbidy v drôtoch s jadrom, zóna kde sa prášky uvoľňujú v roztavenom kúpeli je aj ochudobnená o kyslík, aj obohatená o uhlík a dusík. Teda tento vynález poskytuje roztavenú oceľ, vylepšenú aditívami alebo legovacími prímesami so zlepšeným výťažkom.

Stručný opis obrázkov na výkresoch

Pre plnšie pochopenie povahy a cieľov vynálezu treba odkázať na doložené výkresy a následný opis. Stručne, výkresy sú:

-4Obrázok 1 zobrazuje spôsob podľa známeho stavu techniky, pričom kyslíkom obohatený roztavený kúpeľ reaguje s legovacou prímesou, čím vytvorí vrstvu oxidu nad jadrom legovacej prímesi.

Obrázok 2 demonštruje, že v spôsoboch podľa známeho stavu techniky, oxidová vrstva zníži hustotu, čím zvýši nadľahčovanie legovacej prímesi v kúpeli roztavenej ocele.

Obrázok 3 zobrazuje oxidovú vrstvu s vysokou teplotou tavenia, ktorá pôsobí ako bariéra rozpúšťaniu jadra legovacej prímesi s nízkou teplotou tavenia.

Obrázok 4 zobrazuje uskutočnenie podľa tohto vynálezu, pričom častice CaCN₂, reagujúce s kyslíkom v kúpeli, spôsobujú zónu ochudobnenú o kyslík. Zároveň sa uhlík a dusík uvoľňujú do roztaveného kúpeľa, čo spôsobuje obohatenia v zóne ochudobnenej o kyslík.

Obrázok 5 zobrazuje uskutočnenie podľa tohto vynálezu, v ktorom dezoxidačné činidlo neuvoľňuje uhlík alebo dusík do roztaveného kúpeľa.

Obrázok 6 je bloková schéma spôsobu podľa vynálezu.

Podrobný opis vynálezu

Tento vynález možno použiť na poskytnutie zvýšeného výťažku v roztavenej oceli vylepšenej aditívami alebo legovacími prímesami. Bez úmyslu byť viazaný teóriou sa predpokladá, že pridávanie dezoxidačných práškov 31 do práškov 28 legovacích prímesí v drôtoch s jadrom na privádzanie do roztavených kúpeľov, spôsobuje chemickú reakciu medzi dezoxidačným práškom 31 a atómami kyslíka, obsiahnutými v roztavenom kúpeli 10. Táto reakcia znižuje obsah kyslíka v lokalizovanej zóne 34, v ktorej sa uvoľňujú prášky 28 legovacích prímesí. Toto možno vidieť na obrázku 4 a 5. Znížením obsahu kyslíka v kúpeli v zóne 34, v ktorej sa uvoľňujú prášky 28 legovacích prímesí, sa množstvo, ktorým sa oxidovali tieto prášky 28 legovacích prímesí do veľkej miery zníži, čím sa zvýši výťažok legovacej prímesi 28. Zvýšením výťažku legovacej prímesi 28 sa zníži množstvo vyžadované na privedenie do roztaveného kovu 10, čo šetrí čas a peniaze výrobcu kovu. Ďalej sa konečný chemizmus roztavenej ocele stáva predvídateľnejším a opakovateľnejším - čo sú obe želané rysy spôsobu.

V jednom uskutočnení podľa tohto vynálezu je poskytnuté zariadenie na privádzanie legovacích prímesí. Zariadenie na privádzanie legovacích prímesí môže obsahovať zmes legovacích prímesí ako FeNb, FeV alebo FeTi, a dezoxidačné činidlo Ca, CaSi, Si, Al alebo CaCN₂. Táto zmes môže byť zapuzdrená v pozdĺžnom kovovom puzdre.

-5Na rozdiel od známeho stavu techniky tento vynález pripúšťa dezoxidačný a/alebo karbonizačný a nitridizačný potenciál, ak sa CaCN₂ kombinuje s určitými oxidovateľnými nitridovými a/alebo karbidovými matricami (napríklad FeNb, FeV, FeTi), a potom sa privádza do roztaveného kúpeľa privádzaním drôtu s jadrom. Obrázok 4 ilustruje, že keď sa častice 31 CaCN₂ zmiešajú s legovacími prímesami 28 tvoriacimi nitridy a/alebo karbidy v drôtoch s jadrom, častice 31 CaCN₂ vytvorili zónu 34 okolo častice 28 s legovacou prímesou, pričom obsah kyslíka sa znížil a obsahy uhlíka a dusíka sa obohatili.

Vo výhodnom uskutočnení vynálezu dezoxidačné činidlo je vo forme prášku s časticami, ktoré majú typicky priemer menší než jeden milimeter, pričom legovacia prímes je vo forme mletého prášku s časticami, ktoré typicky majú priemer menší než jeden milimeter. V inom výhodnom uskutočnení vynálezu dezoxidačné činidlo je prítomné v množstve typicky od 5 % do 50 % hmotnostných alebo objemových zmesi.

Obrázok 6 zobrazuje spôsob podľa vynálezu. V jednom takomto spôsobe sa dezoxidačné činidlo Ca, CaSi, Si, Al alebo CaCN₂ zmieša 100 s legovacou prímesou, ktorá môže byť FeNb, FeV alebo FeTi. Zmiešaný materiál možno zapuzdriť 103 do kovového puzdra, aby sa poskytlo zariadenie na privádzanie legovacích prímesí. Potom keď sa vytvorí kúpeľ roztaveného kovu ako je roztavená oceľ 106, zariadenie na privádzanie legovacích prímesí sa privedie 109 do roztaveného kovu. Puzdro sa nechá roztaviť 112 a zmiešaná hmota sa disperguje do roztaveného kovu. Obrázok 6 zobrazuje takýto spôsob.

Predpokladá sa, že zmiešaním hmoty, ktorá dezoxiduje, ako aj obohacuje roztavený kov dusíkom a uhlíkom (napríklad CaCN₂), s oxidovateľnými práškami vytvárajúcimi nitridy a/alebo karbidy v drôtoch s jadrom, zóna, v ktorej sa zmes uvoľňuje, preukáže ochudobnenie o kyslík a obohatenie tak o dusík, ako aj o uhlík. Výsledkom je vylepšený výťažok legovacej prímesí, ako bolo predtým opísané, s výhodou vytvorenia viac nitridov a/alebo karbidov v konečnom produkte. V tomto prípade množstvo legovacích prímesí vytvárajúcich nitridy a/alebo karbidy, privedených do roztaveného kúpeľa, možno znížiť, pričom zároveň konečný produkt vykáže vylepšený prínos zvýšených nitridov a/alebo karbidov. Čiže výrobné náklady možno znížiť a vlastnosti produktu možno vylepšiť.

Hoci tento vynález je opísaný vzhľadom na jeden alebo viac konkrétnych uskutočnení, bude sa rozumieť, že možno vyhotoviť iné uskutočnenia tohto vynálezu bez odchýlenia sa od myšlienky a rozsahu tohto vynálezu. Čiže má sa za to, že tento vynález je obmedzený len pripojenými nárokmi a ich primeranou interpretáciou.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Zariadenie na privádzanie legovacích prímesí, vyznačujúce sa tým, že zahŕňa:

najmenej jednu legovaciu prímes;

najmenej jedno dezoxidačné činidlo, pričom dezoxidačné činidlo je zmiešané s legovacou prímesou, na poskytnutie zmiešanej hmoty; a pozdĺžne puzdro okolo zmiešanej hmoty, ktoré je prispôsobené na roztavenie po privedení do kúpeľa roztaveného kovu, pričom roztavenie puzdra ma za následok, že dezoxidačné činidlo je dispergované v kúpeli, na spojenie s kyslíkom v roztavenom kove.
2. Zariadenie na privádzanie legovacích prímesí podľa nároku 1,vyznačujúce sa t ý m, že najmenej jedna legovacia prímes sa vyberie zo skupiny, pozostávajúcej z: FeNb, FeV a FeTi.
3. Zariadenie na privádzanie legovacích prímesí podľa nároku 1,vyznačujúce sa t ý m, že dezoxidačné činidlo sa vyberie zo skupiny, pozostávajúcej z: Ca, CaSi, Si, Al a CaCN₂.
4. Zariadenie na privádzanie legovacích prímesí podľa nároku 1,vyznačujúce sa t ý m, že najmenej jedno dezoxidačné činidlo je prášok tvorený časticami, ktoré majú priemer menší než jeden milimeter.
5. Zariadenie na privádzanie legovacích prímesí podľa nároku 1,vyznačujúce sa t ý m, že najmenej jedna legovacia prímes je tvorená z častíc pomletého prášku, ktoré majú priemer menší než jeden milimeter.
6. Zariadenie na privádzanie legovacích prímesí podľa nároku 1,vyznačujúce sa t ý m, že najmenej jedno dezoxidačné činidlo je prítomné v množstve od 5 % do 50 % hmotnostných alebo objemových zmesi.
7. Spôsob privádzania legovacej prímesi do roztaveného kovu, vyznačujúci sa t ý m, že zahŕňa:

-7zmiešanie najmenej jedného dezoxidačného činidla s najmenej jednou legovacou prímesou, aby sa poskytla zmiešaná hmota;

zapuzdrenie zmiešanej hmoty do kovového puzdra, aby sa poskytlo zariadenie na privádzanie legovacích prímesí; vytvorenie kúpeľa roztaveného kovu; a poskytnutie zariadenia na privádzanie legovacej prímesi do roztaveného kovu, kde roztavenie puzdra v kúpeli roztaveného kovu umožní disperziu zmiešanej hmoty, čo má za následok, že dezoxidačné činidlo sa disperguje v kúpeli, aby sa v roztavenom kove spojilo s kyslíkom.
8. Spôsob podľa nároku 7, v y z n a č u j ú c i sa t ý m, že roztaveným kovom je oceľ.
9. Spôsob podľa nároku 7, vyznačujúci sa tým, že najmenej jedno dezoxidačné činidlo je vybrané zo skupiny pozostávajúcej z: Ca, CaSi, Si, Al a CaCN₂.
10. Spôsob podľa nároku 7, v y z n a č u j ú c i sa t ý m, že najmenej jedna legovacia prímes je vybraná zo skupiny pozostávajúcej z: FeNb, FeV a FeTi.