Способ получения шихтовой заготовки для металлургического передела

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к получению шихтовой заготовки заданного состава, используемой в сталеплавильном производстве. В мульды разливочной машины после предварительной засыпки в нее оксидосодержащего материала заливают жидкий чугун. В процессе заливки чугуном и/или формирования заготовки осуществляют дополнительное перемешивание материалов в мульде. Для этого вводят в мульду реагент, инициирующий перемешивание. В качестве реагента инициирующего перемешивание используют жидкий или твердый материал, температура сублимации, испарения или воспламенения которого ниже температуры заливаемого чугуна. В качестве таких реагентов используют деревянные шарики, рисовую соломку, отходы кофейного производства, стружку, перлит или вермикулит, водные растворы солей щелочных металлов или легкоплавкие металлы: хлористые соли натрия или калия, магний или кальций. Реагент вводят в виде частиц фракции 0,1 - 5,0 мм перед вводом оксидосодержащего материала. Для рафинирования жидкого чугуна вводят шлакообразующие оксиды металлов. Изобретение позволяет получать качественные, однородные по составу чушки. 8 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству шихтовой заготовки, используемой при выплавке сталей.

Известен способ получения шихтовой заготовки, применяемой для выплавки стали, на разливочной машине чугуна, в котором твердый окислитель, в частности железорудный материал (окатыши, агломерат и т.п.), предварительно засыпается в мульды, установленные на конвейере, а затем в мульды заливают жидкий чугун. Сформированная шихтовая заготовка охлаждается на разливочной машине, а затем чушки удаляются из мульды.

Недостатком указанного выше способа является тот факт, что твердый окислитель не подвергается перед подачей в мульды предварительной подготовке. Как показала практика получения шихтовой заготовки, в промышленных условиях загрузка в мульды разливочной машины неподготовленного твердого окислителя вызывает следующие трудности при работе: наличие мелкой фракции твердого окислителя не позволяет стабильно получать чушки шихтовой заготовки заданного постоянного состава из-за затруднений равномерного распределения жидкого чугуна по всему объему чушек; подача твердого окислителя в мульды с влажностью более 2% иногда приводит к хлопкам и выбросам из мульды чугуна и твердого окислителя.

Изучение распределения влаги в твердом окислителе показало, что основная масса влаги (70 - 75%) содержится в мелких фракциях, т.е. в кусках размером меньше 5 мм. Отделение же на грохоте мелких фракций твердого окислителя от основной его массы во влажном (исходном) состоянии не осуществимо. Влажная мелочь на грохоте не отделяется от основной массы твердого окислителя и не приводит к желаемым результатам. Скапливающаяся на лотке доватора мелочь сдерживает (тормозит) сход более крупных кусков. Мелочь же, попавшая в мульду, перекрывает зазоры между окатышами (твердый окислитель), что приводит к получению некачественных чушек, выпадению твердого окислителя из чушек.

Техническая задача - получение качественной шихтовой заготовки.

Технический результат достигается тем, что в способе получения шихтовой заготовки для металлургического передела, включающем формирование заготовки в мульдах разливочной машины после предварительной засыпки в нее оксидсодержащего материала и последующей его заливки жидким чугуном в процессе заливки железоуглеродистым сплавом и/или формирования заготовки, осуществляют дополнительное перемешивание материалов в мульде, при этом перемешивание осуществляют путем ввода в мульду реагента, инициирующего перемешивание, в количестве 0,05 - 0,5 кг на тонну оксидсодержащего материала; в качестве реагента, обеспечивающего перемешивание, используют жидкий или твердый материал, температура сублимации, испарения или воспламенения которого ниже температуры заливаемого железоуглеродистого сплава; в качестве реагента используют деревянные шарики, рисовую соломку, отход кофейного производства, стружку, перлит или вермикулит; в качестве реагента используют соли щелочных металлов или легкоплавкие металлы; в качестве реагента используют магний или кальций; реагент вводят в виде частиц фракции 0,1 - 5,0 мм; реагент вводят в мульду перед вводом оксидсодержащего материала;
в качестве реагента используют шлакообразующие материалы, содержащие оксиды металлов, рафинирующие жидкий чугун.

Ввод в мульду реагента, обеспечивающего перемешивание в количестве менее чем 0,05 кг на тонну оксидсодержащего материала, не обеспечивает качественной чушки, так как очень малое количество реагента не дает должного эффекта.

Набор фракций твердых добавок в пределах 5 - 25 мм и фракций менее 5 мм по массе окатышей не более 5% является оптимальным. Однако в случае попадания мелочи более 5% последняя не позволяет жидкому чугуну заполнять свободное пространство между твердым окислителем (окатышами), что может привести к непроливу жидкого чугуна особенно в нижней части мульды и, как следствие, к частичному разрушению чушки.

Ввод в мульду реагента, интенсифицирующего перемешивание в количестве более 0,5 кг на тонну оксидирующего, приводит к бурному перемешиванию, следствием которого является вынос окатышей из мульды. Возгонка (сублимация) - непосредственный переход вещества при нагревании из твердого в газообразное состояние (минуя жидкую фазу).

Возгонка возможна при давлениях и температурах менее тех, которые соответствуют тройной точке рассматриваемого вещества.

Возгонка происходит с поглощением теплоты, возможна во всем интервале температур и давлений, при которых твердая и газообразная фазы сосуществуют.

Зависимость между теплотой возгонки, давлением насыщения паров над твердым теплом и температурой в условиях равновесного перехода выражается Клайперона-Клаузиуса уравнением. Возгонка металлических кристаллов приводит к образованию одноатомных паров; ионные кристаллы, испаряясь, часто образуют в газовой фазе полярные молекулы.

Способ осуществляют следующим образом.

Вариант A.

Перемешивание за счет твердого материала.

На разливочной машине чугуна устанавливают два доватора, один - для подачи оксидсодержащего материала, другой - для подачи твердого реагента, инициирующего перемешивание.

Рукава (трубопроводы) дозаторов установлены таким образом, что вначале мульда попадает под рукав, подающий реагент, а затем после продвижения ленты на некоторое расстояние мульда с реагентом поступает под рукав, подающий твердый окислитель, который накрывает реагент.

Мульда, заполненная реагентом и твердым окислителем, в процессе дальнейшего движения попадает под струю жидкого чугуна, поступающего из ковша через желоб. Жидкий чугун через слой твердого окислителя попадает на дно мульды, где начинает нагревать реагент. Реагенты на органической основе (деревянные шарики, рисовая соломка, отходы кофейного производства, стружка) воспламеняются и начинают гореть, образуя при этом продукты сгорания в виде CO, CO₂ H₂O. Фильтруясь через смесь жидкого чугуна и твердого окислителя, газы равномерно смешивают их между собой, а также облегчают удаление влаги из окислителя, предотвращая скопление газов и неравномерный бурный выход газов, образующихся из влаги. Перемешивание ванны в мульде облегчает сход жидкого чугуна с поверхности ванны вглубь мульды. Благодаря этому достигается качественное смешивание жидкого чугуна и твердого окислителя и получается чушка с равномерным распределением компонентов.

В случае использования перлита или вермикулита их нагревание за счет чугуна вызывает выделение гидратной и кристаллизационной влаги, имеющейся в них. Пары воды, проходя через слой чугуна и окислителя, обеспечивают равномерное смешивание их между собой и формирование чушки с однородным распределением окислителя по объему чушки.

Перемешивание в мульде ускоряет охлаждение жидкого чугуна в мульде и позволяет повысить скорость движения конвейера и производительность машины с одновременным улучшением качества получаемой шихтовой заготовки.

При использовании солей щелочных металлов типа KCl и NaCl или щелочноземельных металлов типа Mg или Ca в процессе контакта их с жидким чугуном происходит сублимация, сопровождающаяся образованием паров соли или паров металла. Их перемешивающее действие аналогично описанному выше. Однако использование щелочноземельных металлов дает дополнительный эффект: снижается содержание серы в чугуне за счет образования сульфидов кальция и магния и перехода их соответственно в шлаковую или газовую фазу.

Преимущества варианта A - простота дозирования, ничего больше не нужно, кроме доватора и материала.

Недостаток варианта A - перемешивание хуже, чем в варианте Б из-за менее равномерного газовыделения.

Вариант Б. Использование жидкого материала (водного раствора солей, Ca(OH)₂ и т.д.).

В этом случае жидкий материал наносят на стенки равномерным слоем толщиной 0,5 - 2 мм путем опрыскивания, не допуская образования на дне изложницы жидкой ванны. После прохождения жидкого чугуна через слой твердого окислителя чугун вступает в контакт со стенками изложницы, покрытыми жидким материалом. Жидкий материал нагревается, и из него начинают выделяться пары влаги, а затем и пары солей. Проходя через слой чугуна и твердый окислитель, образующиеся газы перемешивают чугун и окислитель, способствуя
удалению влаги из пыли твердого окислителя;
сходу (стеканию) чугуна с поверхности ванны в мульде на дно;
равномерному смешиванию компонентов шихты заготовки и получению однородного распределения ее компонентов.

Преимущества варианта Б - более равномерное кипение и перемешивание по всему объему мульды.

Недостаток варианта Б состоит в том, что необходимо готовить жидкий раствор.

Результаты испытаний приведены в таблице. Вся полученная шихтовая заготовка отвечала заводским техническим условиям.

Формула изобретения

1. Способ получения шихтовой заготовки для металлургического передела, включающий засыпку в мульды разливочной машины оксидсодержащего материала, заливку чугуна и формование заготовки, отличающийся тем, что в процессе заливки жидкого чугуна и/или формования заготовки осуществляют перемешивание материалов в мульде.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перемешивание материалов в мульде осуществляют путем ввода в нее реагента, инициирующего перемешивание, в количестве 0,05 - 0,5 кг на 1 т оксидсодержащего материала.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве реагента, инициирующего перемешивание, используют жидкий или твердый материал, температура сублимации, испарения или воспламенения которого ниже температуры заливаемого чугуна.

4. Способ по п. 2, отличающийся тем, что реагент вводят в виде частиц фракции 0,1 - 5,0 мм.

5. Способ по п.2, отличающийся тем, что реагент вводят в мульду перед засыпкой оксидсодержащего материала.

6. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве реагента используют шлакообразующие материалы, содержащие оксиды металлов, рафинирующие жидкий чугун.

7. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве материала, температура воспламенения которого ниже температуры заливаемого чугуна, используют деревянные шарики, рисовую соломку, отходы кофейного производства, стружку, перлит или вермикулит.

8. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве материала, температура испарения которого ниже температуры заливаемого чугуна, используют водные растворы солей щелочных металлов или легкоплавкие металлы.

9. Способ по п.3, отличающийся тем, что в качестве материала, температура сублимации которого ниже температуры заливаемого чугуна, используют хлористые соли натрия или калия, магний или кальций.

РИСУНКИ

Рисунок 1