179333. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés acélok zárványtartalmának csökkentésére és szövetszerkezetének finomítására
3 179333 4 ákai-kémiai jellegzetességeinek stb.) befolyásolja, melyek közül legdöntőbb szerepe a dezoxidáció hatékonysága szempontjából a dezoxidálóelem dezoxidáló képességének van. Jóllehet a dezoxidálás, mint metallurgiai művelet, meglehetősen összetett, végrehajtása jelenleg is leginkább úgy történik, hogy a dezoxidáló anyagot egyszerűen az acélfürdő tetejére dobják. Az utóbbi időben terjedt el a dezoxidáló anyagnak inert gáz segítségével fúvatólándzsán keresztül történő bevezetése a fémolvadékba. Ilyen látható például a 4 036 635 számú USA szabadalomban, vagy az 1 803 377 számú NSZK és a H/235 számú magyar közzétételi iratokban. Ez a megoldás a dezoxidáló anyag jobb hasznosítását biztosítja. Különleges esetekben a dezoxidálást vákuumban végzik, hogy elkerüljék a dezoxidáló anyagnak a levegő oxigénjével történő egyesülését. Erre vonatkozóan a szakirodalomban számtalan eljárás található (lásd például a 3 336 132 számú USA, valamint az 1 435 189, 1 291 309, 1 288 336 és a 935 065 számú angol szabadalmi leírásokat). A zárványtalanítás hőmérsékletén a zárványtalanító ötvözet hatására kiváló elsődleges endogén zárványok acélfürdőből történő eltávolításával a 172 104 lajstromszámú magyar szabadalom részletesen foglalkozik. Több módszert is ismertet a zárványok eltávolítására, végül megadja annak a zárványtalanító ötvözetnek az összetételét, amely az acél zárványtalanítására a legalkalmasabb. Ez a zárványtalanító ötvözet 45-50 súly% szilíciumot, 15-30 súly% alumíniumot, 10-25 súly% kalciumot, 1,5-15 súly% mangánt, valamint 2—20 súly%-ban titánt, cirkont, nióbiumot, hafniumot, cériumot, vanádiumot, illetve bőrt tartalmaz és a maradék vas. Az ismertetett megoldás azonban szintén csupán az elsődleges zárványok eltávolítására alkalmas és nem használható másodlagos zárványok mennyiségének csökkentésére, illetve a szövetszerkezet finomítására. A jelen találmánnyal olyan megoldás létrehozása a célunk, amellyel acélok másodlagos zárványtartalma jelentős mértékben csökkenthető és egyidejűleg a szövetszerkezet finomítására is alkalmas. A kitűzött feladatot a találmány szerint úgy oldottuk meg, hogy az acélt kálcium és/vagy magnézium tartalmú ismert zárványtalanító ötvözettel legalább a külső atmoszférának megfelelő nyomás alatt zárványtalanítjük, majd ezt követően vákuumot hozunk létre és az acélfürdőből a kalciumot és/vagy magnéziumot kiforraljuk. Célszerű a találmány szerinti eljárás során a zárványtalanítást atmoszféra nyomásnál nagyobb nyomáson, előnyösen 2—6 atmoszféra nyomáson végezni. A kiforralás során alkalmazott vákuum értéke általában 10-3 - 10 torr tartományban van. A találmány szerinti eljárás foganatosítására alkalmazott berendezés az acélfürdőt tartalmazó üstöt befogadó zárt kamrát és fúvatólándzsával ellátott injektáló szerkezetet tartalmaz, ahol a kamra vákuumot előállító egységgel van ellátva. Az injektáló szerkezethez célszerűen nyomáselőállító egység tartozik. A találmány lényegét az a felismerés képezi, hogy a kalcium, de különösen a magnézium dezoxidáló képessége a dezoxidálás hőmérsékletén igen nagymértékben függ a nyomástól is és ezt az általunk felfedezett eljárás és kezelőrendszer segítségével fel lehet használni az acél zárványtartalmának további csökkentésére és szövetszerkezetének finomítására. A fenti felismerésre oly módon jutottunk, hogy a korábban említett magyar szabadalomban megadott összetételű ötvözettel dezoxidációs kísérleteket végeztünk. Ennek során a dezoxidálást elvégeztük a dezoxidáló szernek az acélfürdőbe történő bedobásával, fúvatólándzsán át inert gáz segítségével történő befúvatással és vákuum alkalmazásával. Azt találtuk, hogy a legjobb eredményt az inert gázzal lándzsán keresztül történő befúvatással lehetett elérni. Ez meglepő eredmény volt, minthogy az irodalom szerint a vákuumban végzett dezoxidálástól lehetett a legjobb eredményt várni. Ezután kíséreltük meg a dezoxidálás oly módon történő lefolytatását, hogy a zárványtalanító ötvözetet inert gáz segítségével fúvattuk be az acélfürdőbe és csupán ezt követően végeztük el a vákuumozást. A kísérlet meglepően jó eredményt hozott. Az acél oxigén és kén tartalma, valamint hidrogén tartalma minden eddiginél kisebb érték volt. A zárványok alig tartalmaztak magnéziumoxidot és kalciumoxidot, annak ellenére, hogy a dezoxidáló ötvözet jelentős mennyiségben tartalmazott magnéziumot és kalciumot. Meglepő volt az is, hogy a zárványok zöme nem a kristályhatárok mentén, hanem a kristályon belül helyezkedett el, a zárványok kis méretűek voltak és az acél szövetszerkezete is meglepően finom volt. A további vizsgálatok azt mutatták, hogy a legjobb eredmény oly módon érhető el, ha a magnézium és kalcium tartalmú ötvözettel a dezoxidálást nyomás alatt végezzük, majd a dezoxidálás után az acélt vákuumozzuk. A találmány további részleteit kiviteli példákon, rajz segítségével ismertetjük. A rajzon az 1. ábra a kalcium és a magnézium dezoxidáló képességét szemléltető diagram, a 2. ábra a dezoxidálás után végzett vákuumozás hatását mutatja, és a 3. ábra a találmány szerinti eljárás foganatosítására szolgáló berendezés vázlata. Találmányunk megértéséhez vegyük vizsgálat alá a nyomás változtatásának hatását a kalcium és a magnézium dezoxidáló képességére, amit az 1. ábrán mutatunk be. Az ábrán a vízszintes tengelyen a hőmérsékletet, a függőleges tengelyen pedig a termodinamikai normál szabadentalpia változások mennyiségét tüntettük fel. A thermodinamikai normál szabadentalpia változás AG° = AH-TAS = -RTlnKD. Az ábrán jól látható, hogy a kalcium és a magnézium dezoxidáló képessége a nyomás növekedésével növelhető, míg vákuum létesítésével csökkenthető. A dezoxidálást 1600°C-on p = 1 atm (légköri) nyomáson végezve a kalcium dezoxidáló képességét az 1, a magnézium dezoxidáló képességét a 2 pont 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 2
