Способ получения чугуна в вагранке

 

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА В ВАГРАНКЕ, включающий ввод в вагранку металлошихты, кокса, флюса в количестве 3-6% от веса металлошихты, содержащего известняк и шлак от произ-гт водства марганцевых ферросплавов с последующим их нагревом и расплавлением , отличающийся тем, что, с целью стабилизации химического состава - lyryKa и повышения качества отливок, одновременно со шпаком от производства марга щевых ферросплавов и известняком в вагранку вводят шлак от производства ферросилиция, причем шлак от производства марганцевых ферросплавов загружается с коксом , известняк-и шлак от производства ферросилшщя - с металлошихтой, а соотношение шлака от производства марганцевых ферросплавов, известняка и шлака от производства ферросилиция составляет :

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09} (11) 31Д1 С 21 С 1/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3560794/22-02 (22) 09.03.83 (46) 15 ° 05 ° 84. Бюл. 918 (72) Б.М.Соболев, Б.А.Столповский, В.Б.Соболев и Б.П.Климов (71) Липецкий политехнический институт и Липецкий металлургический завод "Свободный сокол" (53) 621.745.34 (088.8) (56) 1. Пивоварский Е. Высококачест» венный чугун. И., 1965, т.2, с. 959.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 832282, кл. Р 27 В 1/08, 1979, (54)(57) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЧУГУНА В

ВАГРАНКЕ, включающий ввод в вагранку металлошихты, кокса, флюса в количестве 3-6Х от веса метаплошихты, содержащего известняк и шлак от произ-. водства марганцевых ферросплавов с последующим их нагревом и расплавлением, отличающийся тем, что, с. целью стабилизации химического состава ..чугуна и повышения качества отливок, одновременно со шлаком от производства марганцевых ферросплавов и известняком в вагранку вводят шлак от производства ферросилиция, причем шлак от производства марганцевых ферросплавов загружается с коксом, известняк и шлак от производства ферросилиция — с металлошихтой, а соотношение шлака от производства марганцевых ферросплавов, известняка и шлака от производства ферросилиция 3 составляет 1 (3-5):(2-6) соответственно.

109218ч

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к получению чугуна в ваграночных печах.

Известен способ получения чугуна в ваграночных печах с использованием. 5 нввестнкка в качестве отвеса (!) .

Недостатками этого способа являются расход тепла на разложение известняка, позднее шлакообразование, повьппенный угар (" 20%) кремния и марганца, повышенные требования к 3 качеству известняка по содержанию вредных примесей.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности,и достигаемому эффекту является способ получения чугуна в вагранке, включающий ввод металлошихты, кокса и флюса, содержащего известняк и шлак от производства марганцевых ферросплавов, в количестве 3-6% от веса металло" шихты (2 .

Недостатком указанного способа является низкое качество отливок, 25 получаемых при заливке чугуна в водо. охлаждаемый кокиль. В частности, это проявляется в высоком. уровне брака чугунных труб по поперечным микротре. щинам из-за дестабилизации температуры и состава чугуна по марганцу и кремнию, возникающей при использовании в качестве флюса шлака от проиэвод-т ства марганцевых ферросплавов.

Цель изобретения — стабилизация химического состава чугуна и повьппение качества отливок.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу получения чугуна в вагранке, включающему ввод в вагранку металлошихты, кокса, флюса в количестве 3-6% от веса металлошихты, содержащего известняк и шлак от производства марганцевых ферросплавов с

45 последующим их нагревом и расплавлением, одновременно со шлаком от про/ иэводства марганцевых ферросплавов и известняком в вагранку вводят шлак

От производства ферросилицияе причем шлак от производства марганцевых фер- 5О росплавов загружается с.коксом, известняк и шлак от производства ферросилиция — с металлошихтой, а соотношение шлака от производства марганцевых ферросплавов, известняка и

55 шлака от производства ферросилиция составляет 1:(3-5):(2-6) соответственчо.

Состав шлаков от производства ферросилиция и марганцевых феррасплавов приведен в табл.1.

Порядок ввода составляющих флюса в вагранку и соотношение компонентов выбраны с целью повьппений качества отливок за счет стабилизации химичес. кого состава чугуна по марганцу и кремнию, его рафинирования образующи мися легкоплавкими жидкоподвижными ваграночными шлаками, повьппения температуры чугуна и уменьшения содер» жания в нем серы.

При загрузке в вагранку шлака от производства ферросилиция и известняка вместе с металлошихтой быстро формируется легкоплавкий жидкоподвижный шлак, хорошо смачивающий поверхность еще твердой металлошихты.

Формирование такого шлака происходит благодаря образованию многокомпонент ных легкоплавких соединений. Жидкий шлак предохраняет поверхность чугуна от окисления, что веде! к снижению угара кремния, марганца и железа.

Кроме этого, глинозем, содержащийся в шлаке от производства ферросилиция способствует восстановлению окислов марганца и кремния, Эти факторы приводят к стабилизации состава чугуна по марганцу и кремнию. После расплавления металлошихты шлак рафинирует жидкий металл, очищая его от неме" таллических включений и газов. При окислении углерода и разложении карбида кремния, содержащихся в шлаке от производства ферросилиция, выделяется значительное количество тепла, что позволяет снизить расход кокса или повысить температуру чугу на. Оба эти фактора способствуют снижению содержания серы в чугуне, так как кокс является основным ее источником, а повышение температуры увеличивает обессеривающую способность шлаков. Ферросилиций, содержа. щийся в шлаке от производства ферросилиция, усваивается чугуном. Стабилизация состава чугуна по марганцу и кремнию, рафинирование металла,повьппение его температуры и снижение содержания серы приводят к повышению качества отливок, в частности к уменьшению брака по поперечным микро трещинам при литье чугунных труб в водоохлаждаемый кокиль, Если шлак от производства ферросилиция и известняк загружать вместе

3 1092 с коксом, то положительный эффект не, достигается(/гак как в этом случае жидкий шлак, смачивая поверхность кусков кокса, препятствует его активному горению, что нарушает нормальный ход плавки.

Шпак от производства марганцевых ферросплавов норошо ассимилирует серу .кокса, поэтому загружается в вагранку вместе с топливной колошей. После tO расплавления шлак от производства марганцевых ферросплавов довольно вязок и не препятствует горению кок1 а однако благодаря высокому содержайию СаО и Nn он хорошо связывает - 15 серу из золы кокса, препятствуя ее переходу в металл. По мере схода ших ты шлак от производства марганцевых ферросплавов присоединяет золу кокса; и смешивается со шлаком, образовавшим20 ся из известняка и шлака от производства ферросилиция, формируя конечный легкоплавкий ваграночный шлак, обладающий высокой рафинирующей способностью 25

Загрузка шлака от производства марганцевых ферросплавов вместе с металлошихтой приводит к повышению содержания серы в чугуне, что снижает качество отливок. 30 i

В табл.2 и 3 приведены примеры реализации предлагаемого способа.

Выплавку чугуна производят в вагранках производительностью 30 т/ч, . З5 работающих на холодном дутье с расе и ходом воздуха 90-140 нм /мин на 1 м сечения вагранки. Средний химический состав чугуна, : С 3,4-3,8; Si 1,5. 2,2;.Ип 0,50-0,90; P 0,3-0,5; 8 < 0,1 40

Средний расход кокса 123 кг на 1 т жидкого чугуна. Вес металлической, колоши 3100 кг, вес топливной коло350 Kr y

Чугунные раструбные напорные трубы 45 диаметром 100 н 150 мм отливают s стальной водоохлаждаемый кокиль центробежным способом на машине ЛН-102А.

Для снятия отбела и внутренних напряжений все отлитые трубы подвергают 50 ся высокотемпературному графитизирующему отжигу в проходной отжигательной печи конвейерного типа, работающей на природном газе. Длительность отжига 30-35 мин, температура в зоне 55 подогрева 900-980 С, в зоне выдержки

850-900 С. После отжига и очистки трубы проходят гидравлические испыта

184 4 ния под давлением 2,45-4,12 ИПа в зависимости от класса труб.

Для определения оптимального порядка загрузки составляющих флюса было опробовано восемь возможных варианта нх загрузки (опыты 2-9, табл.2).

При выплавке чугуна по прототипу соотношение количества шлака от производства марганцевых ферросплавов и известняка взято равньпг среднему

1:1,38, а их суммарное количества составляет 4,5 от веса .металлошихты.

Шпак от производства марганцевых ферросплавов и известняк загружают вместе с металлошихтой.

При выплавке чугуна по предлагаемому способу,. соотношение количеств шпака от производства марганцевых .ферросплавов, известняка и шлака от производства ферросилиция (опыты

2-9, табл.2) взято 1:4:4 соответст-. ,венно; а их суммарное количество составляет 4,5 от веса металлошихты.

При выплавке чугуна по предлагае-.. мому способу с загрузкой известняка, шлака от производства ферросилиция и шлака от производства марганцевых ферросплавов с металлошихтой (опыт 2) как в прототипе (опыт 1) значительно

:сдается брак труб, а температура чугуна остается практически на том же уровне. Оптимальным "вариантом загрузки является ввод известняка и шлака от производства ферросилиция с металлошихтой, а шлака от производст ва марганцевых ферросплавов — с коксом (опыт 5). В этом случае брак труб минимален, в 8,4 раза меньше, чем при выплавке чугуна по прототипу.

В табл.З приведены данные о влияч. нии соотношения количеств шлака от производства марганцевых ферросплавов, известняка и шлака от производства ферросилиция во флюсе на качество труб, температуру чугуна и содержание в нем серы.

При осуществлении данного способа выплавки чугуна {опыты 1-11, габл.3) загрузка шлака от производства мар-: ганцевых ферросплавов производится вместе с коксом, а шлака от производства ферросилиция и известняка - с металлошихтой. Для получения сопоста. вимых данных при реализации способа: выплавки чугуна rio прототипу (опыт

12, табл.З) загрузку шлака от производства марганцевых ферросплавов производят с коксом, а известняка—

1092184 с металлошихтой. Общее количество флюса составляет 4,5Х от веса металлозавалки.

Как следует иэ приведенных в, табл.3 данных наилучшие результаты 5 дали опыты 2,5,6,9,19, в которых соотношение компонентов флюса соответствует величине 1:(3-5):(2-6), являющейся оптимальной. При расходе

t шлака от производства марганцевых ферросплавов меньше оптимального (опыт 13 увеличивается содержание серы в жидком чугуне, так как меньшее ее количество ассимилируется шлаком.

Повьнпение содержания серы в чугуне 5 приводит к увеличению брака труб.

При расходе шлака от производства марганцевых ферросплавов вьппе оптимального (опыт 3) не происходит дальнейшего уменьшения содержания 20 серы в чугуне, но при этом наблюда-ется зарастание футеровки вагранки в зоне фурм, что ведет к нарушению режима дутья и является фактором, понижающим температуру. Снижение тем- пературы ведет к возрастанию брака труб е ,.-, При расходе известняка меньше оптимального количества (опыт 4) в вагранке образуется вязкий трудноудаляемьпЪ шлак с низкой рафинирующей способностью. Ухудшение рафинирования металла приводит к возрастанию брака труб. При расходе известняка выше оптимального (опыт 7) не происходит 3s снижения брака по сравнению с планками с количеством известняка в пре-,делах оптимума, но вследствие большего расхода тепла на разложение известняка несколько снижается темпера-40 тура чугуна.

Расход шпака от производства ферросилиция ниже оптимального количества (опыт 8) не позволяет получить ваграночный шлак с высокой рафиниру- 45 ющей способностью и увеличить температуру чугуна, что приводит к возрастанию брака труб. Если расход шпака от нроиэводства ферросилиция выше оптимального (опыт 113, то снижается ьо стойкость футеровки вагранки, а даль нейшего понижения брака труб не на-..г блюдается.

Таблица 1

Содержание, вес.Х, в шлаке от производства

Компонент

1 ферросили- марганцевых ция ферросплавов

SiC 9-17

Al 0 13-20

СаО 11-22

3-8

15-45

0,6-1,4

24-33

3,5-4,5

1-5

М80

SiO2

30-50

I-3

Fe0

10-20

ИпО ,и)

Si ж

До 10

В виде включений ферросплава.

Как видно из табл.3 (опыт 12), при изготовлечии труб из чугуна, выплавленного по прототипу, их брак— существенно возрастает из-эа снижения температуры чугуна и ухудшения рафинирующей способности ваграночного шлака.

Результаты химического анализа чугуна, который проводится через каждые 4 ч в ходе 5-суточной вагра-.: ночной плавки, показывают увеличение стабильности содержания марганца и кремния по сравнению с прототипом.

Так, при плавке по прототипу дисперсии концентраций кремния и марганца в чугуне соответственно. равны 0,041 и 0,0032, а при выплавке чугуна по предлагаемому способу - 0,023 и

0,0017. Стабилизация содержания марганца и кремния в чугуне позволяет зафиксировать брак литья на низком уровне.

Использование предлагаемого способа позволяет снизить брак литья на 0,743. Экономический эффект от использования изобретения составит

132448 руб/год.

Таблица 2

1092,184

Порядок загрузки составляющих флюса!

Брак труб, Ж

Опыты

Температура чугуна на. желобе, 0С известняк

Шлак произросилиция та

Шлак производства марганцевых ферросплавов

Ю метал- кокс лошихта лоших- кокс метал- кокс лоших та

Прототип

0,84

1380 г

Заявляемый способ

0,23

2 +

1375

0,22!

370

Q,75

0,10

1325

1395

1345

0,57

0,44

7 +

8 +!

330

0,71

1365

Q,27

1370.Таблица.3

0,70

1395

1395

0,10

+) 0,85

1340

0,50

1390

0,12

1395

0,10

1380

1370

0,16

1360

0,55

1375

0,12

0,5:4:4

1:4:4

1,5:4:4

1:2,5:4

1:3:4

1:5:4

1:5 5:4

I:4:1,5

1:4:2

0,080

0,045

0,065

0,055

0,050

0 045

0,050

0,060

0,050

1092184

10 1:4:6

4)

Зарастание футеровки в зоне фурм.

«ъ)

Снижение стойкости футеровки.

Составитель Е.Ноткин

Редактор Л.Авраменко Техред Т.Маточка Корректор 0.Билак

Заказ 3209/17 Тираж 540 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР ао делам изобретений и открытий 113035, Москва-, Ж-35, Раушская .наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1! 1:4:6,5

12 Прототйп

Продолжение табл. 3

4 5

1390 0,045 О,ll е

1390 0,045 0,11

1350 0,055 0,90