Внепечная обработка чугуна и стали
СОДЕРЖАНИЕ Доклад №14

Влияние физико-технических характеристик материалов на качество порошковой проволоки

Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Украинская ассоциация сталеплавильщиков

УДК 669.046.558.28

Рассмотрены влияние различных физико-технических характеристик материалов (плотность, насыпная масса, твердость, пористость, гранулометрический состав и др.) на качество порошковой проволоки. Показано, что при одинаковом химическом составе и удельном весе материалов наполнение проволоки может различаться на 20-30% в зависимости от формы и размера частиц.

Ключевые слова: Порошковая проволока, качество, пористость, коэффициент заполнения, гранулометрический состав, фракция, насыпная масса, эффективность.

Потребительские свойства порошковой проволоки обычно оценивают качеством изготовления стальной оболочки с замковым соединением и количеством материала в одном метре проволоки [1]. Как известно, потребитель в конечном итоге покупает материал, закатанный в проволоку.

Для оценки количества порошка, находящегося внутри стальной оболочки, используют такой показатель как коэффициент заполнения проволоки:

где, qм – масса материала, закатанного в проволоке;

qоб – масса оболочки 1 м проволоки.

Очевидно, что для увеличения этого коэффициента необходимо разместить максимально возможное количество материала в сечении проволоки. Масса материала, который может быть размещен в сечении заданного диаметра проволоки, зависит от химического и фракционного состава.

Для конкретного материала определяющим фактором служит фракционный состав, поскольку соотношение параметров частиц устанавливает степень приближения порошка к монолиту.

Обычно при производстве проволоки используют материал фракцией 0–2,0 мм. Верхний предел ограничивают из условий беспрепятственного прохода материала через щель питателя дозирующего устройства – максимальный размер частиц порошка не должен превышать высоту щели питателя более чем в 5–6 раз [2]. Присутствие в порошке частиц мелкой фракции благоприятно для лучшей наполняемости проволоки, однако чрезмерное количество мелочи обуславливает пыление наполнителя при изготовлении проволоки и не обеспечивает плавного схода материалов с дозаторных лент из-за повышенного угла естественного откоса (до 60°).

Кроме того, при поступлении в зону реакции (локальный объем металла в ковше, в котором расплавляется или растворяется проволока) чрезмерного количества материала пылевидной фракции будет наблюдаться вынос его образующимися при испарении парами кальция (в случае использования кальцийсодержащих проволок) или восходящими потоками металла. Таким образом, должно быть найдено оптимальное соотношение фракций в порошковом наполнителе проволоки.

Для определения возможного (теоретического) заполнения проволоки создали компьютерную программу, позволяющую расположить материал фракцией 0–2,0 мм с минимальным количеством пор между частицами материала (рис. 1) [1, 3]. В расчете использовали непрерывный набор частиц диаметром от 2,0 до 0,05 мм (пыль). Условно материал был разбит на три группы по диаметру частиц в соответствии со стандартным набором применяемых в СНГ для рассева материала сит: крупная (+1,2 мм); средняя (от +0,315 до –1,2 мм) и мелкая (–0,315 мм), при этом мелкая фракция была разбита на две подгруппы: мелкая фракция 1 (от +0,2 до –0,315 мм) и мелкая фракция 2 (–0,2 мм).

Заполнение проволоки порошком переменного гранулометрического состава

Рис. 1 - Заполнение проволоки порошком переменного гранулометрического состава

Количество пор (пористость, %) определяли по соотношению между площадью сечения, занимаемой свободным от порошка пространством между частицами (Sп), и внутренним сечением проволоки (Sвн):

При заполнении проволоки диаметром 13 мм (Sвн = 107 мм2) крупной фракцией пористость составляет 31,3 %, а только мелкой фракцией – 18,8 %.

Пористость наполнителя в проволоке может определяться физико-химическими характеристиками материала наполнителя, пластичностью металла оболочки и ее толщиной, техническими возможностями технологического оборудования, упругими свойствами проволоки при ее намотке в бунт и размотке при обработке расплава.

В таблице 1 представлен фракционный состав силикокальция СК30 различных производителей как в состоянии поставки, так и после проведенной специальной подготовки перед закаткой (СП1 и СП2).

Таблица 1 - Фракционный состав силикокальция различных производителей

Фракционный состав силикокальция различных производителей

Следует отметить, что в материале исходной поставки, даже в одном контейнере насыпная плотность может различаться на 10–15 %, а после проведенной перед закаткой специальной подготовки насыпная плотность стабилизируется на более высоких значениях (1,55–1,60 г/см3). Это позволяет оптимизировать и стабилизировать процесс заполнения проволоки порошком в период ее изготовления (рис. 2).

В исследованных образцах содержание кальция составляет 31,0–31,5 %, кремния –60,7–61,6 %, алюминия –0,8–0,9 %, железа –5,4–6,0 %. При закатывании силикокальция в проволоке добиваются уплотнения материала, и насыпная масса порошка фактически становится больше исходной на 15–25 % [4, 5].

Следует отметить, что наиболее оптимальные значения насыпных масс порошков (0–2 мм) получаются у материалов с преобладающей формой частиц, близкой к округлой, и средним размером частиц – 0,6–1,0 мм.

Коэффициент уплотнения при закатке, показывающий возможность уплотнения порошков различных материалов на конкретной линии по производству порошковой проволоки, для различных материалов (фракционный состав 0-2 мм) может значительно различаться – в 4–6 раз.

Зависимость наполнения проволоки диаметром 13 мм силикокальцием от насыпной массы материала

Рис. 2 - Зависимость наполнения проволоки диаметром 13 мм (Sвн = 107 мм2) силикокальцием от насыпной массы материала

Для мягких материалов (силикокальций, алюминий гранулированный, кальций гранулированный, феррованадий и др.) он может составлять 20–35%, а для твердых и прочных материалов (FeTi, FeMo и др.) 2–10%.

Для твердых и прочных материалов с точки зрения оптимального заполнения сечения особенно важно, чтобы порошкообразный материал содержал до 20–25 % пылевидной фракции (размер частиц менее 0,2 мм).

При определенном количестве частиц другой формы (продолговатой, треугольной и т.д.) насыпная плотность порошков таких материалов может значительно различаться – на 20–30 %, соответственно и номинальное наполнение проволоки для одного и того же материала тоже будет значительно различаться.

Форма частиц дробленых материалов зависит также от помольного оборудования. Иногда приходится порошки фракцией 0-2 мм несколько раз дополнительно просеивать для получения более однородного состава и удовлетворительного заполнения проволоки.

Наблюдались случаи, когда ферротитан ФТи70 при одинаковом удельном весе (5,1–5,2 г/см3) у различных производителей (в т.ч. дробильно-помольное оборудование) имел различную насыпную массу – от 2,25 г/см3 до 3,05 г/см3. Соответственно, наполнение проволоки диаметром 13 мм составляло от 240 до 430 г/м.

Для таких материалов, как ферромолибден, значительное влияние на насыпную массу порошка оказывает также и химический состав (ввиду того, что Mo имеет значительно больший удельный вес, чем Fe). При колебании содержания Mo на 5–10 % удельный вес и насыпная масса материала могут колебаться в таких же пределах.

При удельном весе ферромолибдена FeMo60–70 (9,1–9,5 г/см3) насыпная масса порошка может колебаться в пределах 5,0–6,0 г/см3, а наполнение проволоки диаметром 13 мм – 620–750 г/м.

При качественно подготовленных исходных шихтовых компонентах обеспечивается стабильность наполнения проволоки по длине бухты с минимальным отклонением, а также максимальным коэффициентом заполнения порошковым материалом.

Как раз эти факторы (в первую очередь – это высококачественные исходные материалы и минимальное отклонение фактической линейной массы наполнителя по всей длине бухты) являются наиболее важными при использовании порошковых проволок и позволяют называть такую обработку металлургических расплавов прецизионной, позволяющую с минимальными затратами добиваться наибольшей эффективности, обеспечивая при этом заданное качество готового металла Особенно учитывая, что на современном этапе многие технологии производства специальных качественных сталей просто не могут быть реализованы без использования внепечной обработки порошковыми проволоками с различными наполнителями и регламентированной их подачей в требуемом дозированном количестве в сочетании со всем комплексом мероприятий, проводимых в течение внепечной обработки [6].

Библиографический список:

  1. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., Павлюченков И.А., Болотов В.Ю. Прецизионная обработка металлургических расплавов. – М.: Теплотехник, 2007. – 424 с.
  2. Спиваковский А.О., Дьяков В.К. Транспортирующие машины. – М.: Машгиз, 1955. – 248 с.
  3. Дюдкин Д.А., Гринберг С.Е., Шевченко Ю.Т., Маринцев С.Н. Влияние физико-технических свойств материалов на качество порошковой проволоки // – 2004.– № 3.– С. 16–18.
  4. Есипов В.Д. Влияние коэффициента заполнения на качество порошковой проволоки // – 2002.– № 7.– С. 74–76.
  5. Хуторянский М.И. Об одной характеристике качества порошковой проволоки // Металл и литье Украины. – 2000.– № 1-2.– С. 40.
  6. Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В. Производство стали. Том 3. – М.: Теплотехник, 2008. – 550 с.

© Дюдкин Д.А., Кисиленко В.В., 2011

СОДЕРЖАНИЕ Доклад №14

СТАТЬИ

ПОПУЛЯРНОЕ

КОНФЕРЕНЦИИ

КНИГИ