Экзотермический брикет для легирования и раскисления чугуна

 

1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ БРИКЕТ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ И РАСКИСЛЕНИЯ ЧУГУНА , включающий комплексный сплав алюминия, кремния и железа, окислитель , основной флюс, плавиковый шпат и связующее, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения марганца и кремния , стабильности чугуна по содержанию этих компонентов и понижения температуры плавления первичных- Шлаков, в качес1ве окислителя он содержит прокаленный марганцевый концентрат, а в качестве основного флюса - мел, при следующем соотношении компонентов, нас. %: Комплексный сплав алюминия , кремния и железа 52,0-64,0 Прокаленный марганцевый концентрат 20,0-31,0 Мел5,0-10,5 Плавиковый . шпат4,0-6,0 Связующее 2,0-6,0 2. Брикет по п. 1, отличающийся тем, что в качестве компексного сплава алюминия, кремния ч железа он содержит саморассыпающийся комплекс1{ый сплав следующего состава, мае. %: 45-65 Кремний х Алюминий 3-5 Э) 9) X) Остальное Железо О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (! )) (51)4 С 22 С 35/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Комплексный сплав алю1

52,0-64,0

20,0-31,0

5 ° 0-10 5

4,0-6,0

2,0-6,0 и» 1 О т л и тем, что в качест45-65

3-5

Остальное

Кремний

Алюминий

Железо

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3788650/22-02 (22) 29.05.84 (46) 23.10.85. Бюл. Р 39 (72) Н.В. Толстогузов, Л.В. Ризберг, Т.С. Беликова и А.В. Шумский (71 ) Сибирский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе (53) 669.162.683.2 (088.8) (56) Рысс М.А. Производство ферросплавов. — М.: Металлургия, 1975, с. 322-327.

Авторское свидетельство СССР

Ф 771168, кл, С 21 С 7/00, С 22 С 35/00, 1978 ° (54) (57) 1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ БРИКЕТ

ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ И РАСКИСЛЕНИЯ ЧУГУНА, включающий комплексный сплав алюминия, кремния и железа, окислитель, основной флюс, плавиковый шпат и связующее, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения извлечения марганца и кремния, стабильности чугуна по содержанию этих компонентов и понижения температуры плавления первичных.шлаков, в качестве окислителя он содержит прокаленный марганцевый концентрат, а в качестве основного флюса — мел, при следующем соотношении компонентов, мас. 7: миния, кремния и железа

Прокаленный марганцевый концентрат

Мел

Плавиковый шпат

Связующее

2. Брикет по ч а ю шийся ве комлексного сплава алюминия, кремния ч железа он содержит саморассыпающийся комплексный сплав следующего состава, мас. Х:

1186682

55

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок, особенно при плавке его в вагранках.

Цель изобретения — повышение извлечения марганца и кремния, стабильности чугуна по содержанию этих элементов и понижение температуры плавления первичных шлаков.

Ф

Скорость и полнота взаимодействия оксидов марганца по реакциям

МпОг + 4/ÇA1 = Мп + 2/ЗА1гОз (1)

МпОг + Я1 = Мп +»0z (2) наряду с теснотой смешения составляющих, определяется скоростью и полнотой разделения продуктов взаимодействия. При любой тесноте смешения исходных вещеc:.. реакции (1) и (2) протекают до конца лишь в том случае, когда образующийся шлак быстро отделяется от металла и твердого концентрата. Оксиды, образующиеся по реакциям (1) и (2), тугоплавки. Их быстрое отделение от металла и от исходного концентрата возможно лишь в том случае, когда они ошлаковываются, например, известью, с той же скоростью, с какой протекают реакции (1) и (2). В этом случае процесс может быть описан с следующими реакциями:

МпО + 4/ЗЛ1 + 2/ЗС О =. Мп, +

+ 2/3 CaAlzO < ) ° " (3)

ИпО + Si + СаО = Mn+>+ CaSiO>(...(4)

Это возможно только при весьма тесном смешении флюсов с марганцевым концентратом.

Кристаллический известняк трудно дробится. Поэтому при любых мерах по дроблению его и по смешению с концентратом и с восстановителем известняк в брикетах сохраняет фазовые границы. Замена кристаллического известняка на амфотерный мел дает значительные преимущества. Мел значительно легче и тоньше размалывается. При смешении мела с составляющими брикета он размазывается на поверхности более твердых частичек марганцевого концентрата и восстановителя. В результате замена известняка на мел позволяет добиться более тонкого смешения флюса .с составляющими ./ брикета и при введении брикетов в

45 чугун повысить скорость ошлакования продуктов реакций (1) и (2) °

В результате этого содержание МпО в шлаке снижается до 3,5-7,57 против 12-157. ИпО при использовании известняка, а извлечение марганца из руды повышается до 88-93,4Х.

Оптимальный расход мела составляет 5-10 5Х. Введение оснований разжижает кислые шлаки и способствует более полному протеканию процессов восстановления. При меньшем, чем 5,07 расходе мела, шлаки становятся неустойчивыми, малоподвижными. При большем, чем 10,57 расходе мела, в процессе легирования чугуна брикетами происходит излишне бурное выделение углекислоты, тогда как вязкость и температура плавления шлаков практически не изменяется.

В качестве окислителя в брикете используется предварительно прокаленный марганцевый концентрат, получаемый преимущественно флотацией. Подобные концентраты не требуют специального дробления. Эти концентраты при современном способе подготовки руд к плавке находят ограниченное применение из-за их тонины. Концентрат, перед введением в брикет прокаливается примерно в течение 1 ч в окислительной атмосфере при 350-450 С. В рео зультате этого из концентрата удаляется гидратная влага, что очень важно для качества чугунных отливок. Также, за счет перевода оксидов в перекись, повышается термичность брикетов, что облегчает их использование для легирования чугунов с температурой на выпуске

1350-1400 С. При прокаливании коно центрата при температуре более о низкой, чем 350 С, не всегда удаляется гидратная влага. Прокаливание же при более высоких, чем о

450 температурах может привести к понижению термичности брикетов за счет разложения Mn0g, Для изготовления брикетов могут использоваться марганцевые концентраты I u II сорта с содержанием после прокалки 48-537 Мп, 40-70Х Mn0, 6-207 SiO< и 2-57 СаО.

Для изготовления брикетов, предназначенный для легирования обычного (невысокопрочного) чугуна, 1186682

45

55 могут использоваться концентраты с высоким содержанием фосфора (до

2-.3X) которые в настоящее время вообще для плавки ферросплавов не могут использоваться. Для легирования высокопрочного чугуна можно использовать концентраты .как с обычным (0,18-0,20X), так и с повьппенным (P 0,57) содержанием фосфора. Последнее связано с тем, что брикетами вносится в чугун фосфора примерно в 2 раза меньше, чем ферросплавами, выплавляемыми из обычных руд.

Оптимальный расход прокаленного марганцевого концентрата составляет 20-31Х. При меньшем, чем

207 расходе концентрата снижается термичность брикетов, растут потери марганца, а также снижается жидкоподвижность шлака. Это не позволяет использовать такие брикеты для легирования чугуна при выпуске

его в ковш. Особенно большие трудности возникают при использовании таких брикетов для легирования чугуна в ковшах небольшой емкости для мелких отливок. При большем, чем 317. расходе прокаленного марганцевого концентрата повышается кратность шлака. Также возрастают потери марганца и кремния.

В качестве восстановителя в брикетах используется комплексный сплав алюминия, кремния и железа с содержанием 45-657. Si, 3-57 Al u

28-507 Fe.

Применение подобного комплексного сплава вместо смеси порошка алюминия и порошка ферросилиция позволяет ликвидировать местные перегревы, обычно наблюдающиеся при взаимодействии кремния и особенно алюминия по реакциям (1) и (2), и дымовые и пылевые выбросы в атмосферу цеха. С другой стороны, подобный комплексный сплав при его разливке в толстые слитки самопроизвольно рассыпается в тонкий порошок. Это позволяет избежать затрат на приготовление металлических порошков. Кроме того, при рассыпании сплавы кремния образуют порошки сравнительно равномерной крупности (в основном 0,5-1,0 мм). При дроблении ферросилиция, используемого для раскисления и легирования, до крупности 1,0 мм сплав сильно

35 переизмельчается, В нем наряду с зернами оптимального размера появля-, ется более 307. фракции О, 1 мм. Этот порошок сильно окисляется при прокаливании брикетов и при введении их в ковш. В результате этого полезное использование кремния ферросилиция снижается ниже 807.

Содержание кремния 45-657 в комплексном сплаве является оптимальным. При меньшем и большем содержании кремния уменьшается склонность сплава к самопроизвольному рас"ыпанию. Кроме этого, сплавы с меньшим, чем 45, и большим, чем

65X Si рассыпаются неравномерно. В них наряду с мелкими кристаллами лебоита появляются крупные зерна моносилицида (в сплаве с < 45X Si) или кристаллы кремния (в сплаве с > 65Х Si). С дургой стороны, сплавы с меньшим содержанием кремния затрудняют применение брикетов для легирования чугунов, так как соотношение между концентрацией кремния и марганца в них снижается и становится меньшим, чем 2: 1. При использовании комплексного сплава с большим, чем 65Х содержанием кремния, увеличиваются его потери вследствие того, что продукты его взаимодействия имеют удельный вес меньше, чем 4,5 г/см, что затрудняет отделение их от шлака и вызыВает повышенные потери и марганца и кремния.

Наиболее хорошие показатели получаются при использовании сплава с содержанием 52-58Х Si. Этот сплав при кристаллизации на 100Х превращается в лебоит. В нем равномерно распределяются ликваты, не образуется крупных кристаллов кремния и моносилицидов. Удельный вес металла при спекании брикетов с использованием подобного сплава составляет 5-5,5 г/см . Оптимальное содержание алюминия в комплексном сплаве составляет 3-57. При меньшем содержании алюминия в сплаве понижается термичность брикета и повышается температура плавления шлака. При большем, чем 5Х содержании алюминия в комплексном сплаве также интенсивно повьппается вязкость и температура плавления шлака. В результате и при большем, чем

1186682

45 а

55 с и гимальная концентрация алюминия (3-57), и при меньшем его содержании повышаются потери марганца и, всл едствие повьш(ения т емпературы плавления шпака, затрудняется использование брикетов для легирования чугуна в ковше. Соотношение между составляющими брикета являет/ ся оптимальным. При меньшем, чем

52Х расходе восстановителя (комплексного сплава) соотношение между концентрациями кремния и марганца получается столь низким, что не позволяет использовать брикеты для легирования чугунов. При большем чем 647 расходе комплексного сплава снижается термичность брикетов. С другой стороны соотношение между концентрацией кремния и марганца в продуктах спекания сгановится излишне высоким, что увеличивает потери металла и затрудняет легирование чугуна, так как для получения стандартного по марганцу чугуна потребуется дополнительно легировать его ферромарганцем.

Введение в брикет плавикового шпата в количестве 4-6Х понижает температуру начала окисления алюминия и температуру плавления шлаков, особенно первичных, насьш1енных глиноземом. При меньшем, чем

4,07 расходе шпата повьппается температура плавления первичных шлаков, что ухудшает и извлечение марганца и использование кремния. При большем, чем 6,07. расходе плавикового шпата показатели использования марганца и кремния из брикетов практически не изменяются, тогда как расходы на изготовление брикетов сильно растут. С другой стороны, повышенный расход плавикового шпата увеличивает выбросы фтористых соединений в атмосферу цеха образующихся по реакции

2CaF + Si0> = 2СаО + SiF< 1.Д (3) т

Количество связующего в брике-.ах составляет 2-6Х. В качестве связующего для изготовления брикетов используется борный ангидрид или жидкое стекло. При использовании борного ангидрида оптимальное количество связующего составляет

w2X. Оптимальный расход жидкого стекла составляет 4-67.. Характер

35 связующего определяется условиями и длительностью хранения брикетов перед введением их в ковш для легирования чугуна. Так, если брикеты будут использоваться сразу после их изготовления, в качестве связующего можно использовать дешевое жидкое стекло. Если брикеты не мо" гут использоваться сразу после их изготовления, то в качестве связующего лучше использовать В О .

Подобные брикеты, например, можно хранить беэ насьпцения их влагой в течение 3-4 недель.

Экэотермические брикеты для легирования и раскисления чугуна готовятся следующим образом.

В руднотермической электропечи выплавляют сплав Fe-Si с содержанием 45-65X Si. Повышенное содержание алюминия достигается либо за счет введения в шихту высокоглиноземистых материалов (высокозольный полукокс, кварцит с содержанием

3-47 А1 0> и т.п.), или путем легирования металла при выпуске в ковш, например отходами силумина.

Металл разливают в слитки толщиной до 200 мм и охлаждают в остывочном отделении до полного рассыпания

Для этого требуется выдержка сплава

1-7 сут. Марганцевый концентрат прокаливают при 350-450 С в печи КС и размалывают в порошок крупностью

1,0 мм. На отдельных бегунах до той же крупности раэмалывают мел и плавиковый шпат.

Затем комплексный сплав алюминия, кремния и железа, прокаленный марганцевый концентрат, мел, плавиковыйшпат и связующее загружают в емкость для тщательного перемешивания . Пер емешивание завершается на бегунах. Приготовленную массу брикетируют с использованием вальцевого преса. После сушки и минерализации на воздухе брикеты прокаливают при

150-300 С. При этом брикеты с жидким стеклом прокаливают при 150180 С, а брикеты с борной кислотой— при 250-300 С, Пример. Приготавливают три серии брикетов оптимального состава и две серии с избытком и недосЬ татком прокаленного марганцевого концентрата. Для изготовления их используют комплексный сплав алюмиГ>8 2

Та блица 1

Содержание компонентов, мас. %, в брикете серии

Компоненты

V Известные брикеты

Комплексный сплав

Al+Si+Mn+Fe

Комплексный сплав

AI. + Si + Fe

58,0 64,0 67,0

52,0

50,0

Прокаленный марганцевый концентрат

20,0 18,0

31,0

33,0

Руда марганцевая

4,0

8,0 5 0

12,0 10,5

7 1 l86 ния, кремния и железа с содержанием

45 и 657. кремния и 3-5Х алюминия, плавиковый шпат, мел (CACO> 90-977, БдОд+ А1 0з+ Fe O> 3,7%, влага < 27.), в качестве связующего — борный, 5 ангидрид (серии I, II и III), жидкое стекло (серия IV и V). В качестве окислителя используют прокаленный при 400 С марганцевый концентрат следующего состава, Х: Мп 52,3;

МпО 44,3; SiO 16,0; СаО 4,48.

Составляющие брикета дробят до крупности 1,0 мм и тщательно пере— мешивают. Брикеты прессуют в виде таблеток диаметром 3 см и тол- 15 щиной 2-3 см на лабораторном прессе с усилием 10т. Брикеты испытывают: путем присадки отдельных брикетов на зеркало чугуна;.путем о нагрева брикетов до 1500-1550 С в 20 печи Таммана и выдержки их при укаэанной температуре в течение

5 мин; путем введения брикетов на зеркало чугуна в печи Таммана; путем введения брикетов в ковш при 25 выпуске чугуна иэ 60 кг индукционной печи.

В результате опытов устанавливают, что экэотермические реакции в брикете начинаются немедленно пос- g(} ле подачи брикета на зеркало чугуна и продолжаются 25-30 c в чугун из брикетов оптимального состава извлекается 88, 1-93,4% марганца и 77-83,6Х кремния; температура чугуна в ковше при ввецении брикетов по сравнению с чугуном, легированным в печи, не понижается; при использовании брикетов оптимального состава кратность шлака 0,35-0,45 кг/кг, шлаки легкоплавкие. Содержание закиси марганца составляет 3,5-7,57 при содержании SiO 437. Состав брикетов и результаты испытания брикетов оптимального состава (серии II.-1Ч) в сравнении с брикетами, состав которых выходит за пределы оптимального и известными брикетами для легирования и раскисления чугуна, приведены в табл. 1 и 2, lIo сравнению с известными брикетами использование брикетов предлагаемого состава обеспечивает повышение извлечения как марганца (88,1-93,4%) так и кремния (77,3-83,67), тогда как при применении известных брикетов извлечение кремния составляет 707, в результате чего Si необходимо вводить ферросилицием. Кроме того, растет стабильность сплава по кремнию (0,04% Si от среднего его содержания) и по марганцу (10,015%

Мп от среднего его содержания), тогда как при использовании известных брикетов концентрация кремния колеблется в пределах + 0,2X от его среднего содержания.

1186682

Продолжение табл.I

Содержание компонентов, мас. Х, в брикете серии

Компоненты

9,0

Известняк

Плавиковый шпат

6,0 5,0 5,0

4,0

3,0

4,0

Связующее

2,0

2 5

2,0

6,0 6,0

7,0

Таблица 2

Серия

Показатели

III IV

Извлечение кремния в чугун, Ж

83,6 82,8 78,5 70,0

77,3

77,0

Извлечение марганца из окислителя, 7

93,4 92,08 86,5 78,8

88,1

82,5

Шлак плохо

Содержание МпО в шлаке, 7

7,8

12,0

3,6

9,5 отделяется

Температура плавления шлака,. С

1250 1280 1450 1500

1350 1280

Составитель К. Сорокин

Редактор Н. Яцола Техред О.Ващишина Корректор И. Эрдейи

Заказ 6507/30 Тираж 582 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Борный ангидрид

Жидкое стекло

Ч Известные брикеты

Известные брикеты