Огнеупорная насадка газовой вагранки

 

Изобретение относится к области металлургии, конкретно к литейному производству. Огнеупорная насадка газовой вагранки включает высокоглиноземистый и шамотный огнеупоры и углеродсодержащий материал, которые расположены послойно, причем углеродсодержащий материал, например природный минерал шунгит - в нижней части горна от его дна до уровня туннелей газовых горелок, а огнеупоры - на упомянутом слое шунгита до верхнего среза горна, при этом соотношение высоты слоя шунгита h₁ и высоты слоя огнеупоров h₂ выдержано в пределах h₁/h₂= 0,6-0,8. Использование огнеупорной насадки обеспечивает получение чугуна с высоким содержанием углерода и с высокой температурой. Себестоимость чугуна за счет использования дешевого шунгита снижается в 1,1-1,2 раза. 1 табл., 3 ил.

Изобретение относится к области литейного производства и черной металлургии, точнее к процессам плавки чугуна в вагранках, в частности к огнеупорным насадкам газовых вагранок.

Известна огнеупорная насадка, состоящая из боя высокоглиноземистого огнеупора и углеродсодержащего материала, например электродного боя. Недостатком известной насадки является ее спекание при производстве длительных плавок. Причиной спекания является наличие в шлаковой связке твердых частиц муллита и анортита, которые придают связке большую вязкость. Связка концентрируется в проходах между насадочными телами и в конечном итоге застывает.

Кроме того, насадка указанного состава имеет большую стоимость, в связи с чем плавка становится экономически невыгодной. Оба материала насадки, и особенно электродный бой, являются дорогостоящими и дефицитными. Стоимость электродного боя достигла 25-30 тыс. руб. за тонну. Процесс науглероживания чугуна в насадке известного состава идет неэффективно в связи с малой площадью поверхности карбюризатора, недостаточно активным науглероживанием чугуна в верхней части насадки, где металл имеет низкую температуру, и стохастическим характером встречи капель и струй металла с карбюризатором.

Наиболее близким решением по технической сущности к достигаемому техническому результату является огнеупорная насадка, состоящая из боя высокоглиноземистых огнеупоров и кокса, или древесного угля, пропитанных высокоогнеупорным бетоном с борной кислотой для повышения стойкости насадки (патент RU 2137845 С1, C 21 C 1/08, 1999).

Указанная насадка однако не устраняет отмеченные выше недостатки: по-прежнему остается возможность спекания насадки, эффективность науглероживания чугуна еще более снижается, так как поверхность карбюризатора пропитана бетоном и контакт металла и углерода затруднен. Кроме того, предложенная насадка имеет высокую стоимость, так как требует дополнительных затрат на обработку карбюризатора бетоном.

Целью настоящего изобретения является разработка такой огнеупорной насадки, которая обеспечивала бы повышение степени науглероживания чугуна при обеспечении экономически выгодных затрат на насадку.

Технический результат достигается тем, что в огнеупорную насадку, содержащую высокоглиноземистые огнеупоры и углеродсодержащий материал, дополнительно введены шамотные огнеупоры и в качестве углеродсодержащего материала - шунгит, при этом слой шунгита расположен в нижней части горна вагранки от его дна до уровня туннелей газовых горелок, слой смеси высокоглиноземистых и шамотных огнеупоров размещен на слое шунгита до верхнего среза горна, а соотношение высоты слоя шунгита h₁ и высоты смеси огнеупоров h₂ составляет h₁/h₂=0,6...0,8.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена схема газовой вагранки, на фиг.2 - схема известной насадки, на фиг.3 - схема предлагаемой насадки.

Газовая вагранка состоит из горна 1, шахты 2, копильника 3 и опорной части 4. Копильник 3 соединен с горном 1 переходной леткой 5. В горне 1 смонтированы газовые горелки 6 с трубопроводами 7, 8 для подачи газа и воздуха в горелки 6. В копильнике 3 смонтирован желоб 9 для слива металла в ковш и шлаковая летка 10 для скачивания шлака.

Горн вагранки заполнен огнеупорной насадкой, состоящей из кусковых материалов: огнеупоров и карбюризатора.

Работа газовой вагранки заключается в расплавлении твердой шихты в шахте 2 и в перегреве, раскислении и науглероживании жидкого металла в огнеупорной насадке 11.

Насадка вагранки возводится путем послойной загрузки заранее вымеренных объемов насадочных тел. Сначала загружают углеродсодержащий материал на высоту до уровня туннелей газовых горелок, в качестве которого использован шунгит - минеральное вещество, состоящее из аморфного углерода, сильнодиспергированного графита и окиси кремния. Шунгит содержит до 90% углерода (обычно 30-40%). Стоимость шунгита - 500-600 руб./т, что примерно в 50 раз дешевле электродного боя.

Затем на упомянутый слой шунгита загружают порцию равномерноперемешанных шамотного и высокоглиноземистого огнеупоров на высоту до среза горна. Объемы огнеупорных и углеродсодержащих веществ рассчитывают так, чтобы соотношение высоты слоя шунгита h₁ и высоты слоя огнеупоров h₂ было равно 0,6...0,8.

Огнеупорная насадка газовой вагранки работает следующим образом. Продукты сгорания природного газа интенсивно разогревают поверхность насадочных тел до температуры 1650-1700^oС. При стекании жидкого металла по поверхности насадочных тел происходят процессы перегрева, раскисления и науглероживания чугуна.

В отличие от известной насадки, где все процессы идут параллельно, в предлагаемой насадке процессы идут последовательно и с более высокой интенсивностью. Сначала в верхней части насадки происходит процесс перегрева металла. Перегрев идет интенсивнее, чем в известной насадке, так как температура в верхней части насадки выше, чем в прототипе. Это объясняется отсутствием в верхней части насадки карбюризатора, который может снижать температуру газов за счет эндотермической реакции восстановления продуктов сгорания газа углеродом карбюризатора. В связи с этим температура металла на выходе из огнеупорного слоя достигает 1520-1550^oС.

Высокоперегретый металл далее поступает в нижний слой насадки, где при контакте с шунгитом происходит раскисление и науглероживание чугуна. Процессы в слое шунгита интесивнее, чем в известной насадке, что объясняется следующим.

а) Благодаря более высокой температуре чугуна, поступающего в нижний слой насадки, коэффициент диффузии углерода и коэффициент его усвояемости жидким металлом увеличиваются, что способствует интенсификации науглероживания.

б) Так как карбюризатор в насадке сконцентрирован компактно в виде слоя то вероятность встречи металла с кусками карбюризатора в отличие от известной насадки достигает 100%, что также способствует повышению процесса науглероживания.

в) В предлагаемой насадке при слоевом расположении карбюризатора увеличивается активная площадь контакта жидкого металла с поверхностью шунгита. Практически весь нижний слой заполняется жидким металлом, в результате чего процесс науглероживания интенсифицируется.

г) Время контакта металла и карбюризатора в слое увеличивается, что также способствует повышению степени усвоения углерода.

В совокупности п. п.а-г обеспечивается эффективное протекание процесса науглероживания. Содержание углерода в чугуне может быть повышено до 3,6... 3,7%.

Приведенное в заявке соотношение высоты слоя шунгита h₁ и высоты слоя огнеупоров h₂, равное 0,6...0,8, является оптимальным, так как при выходе из приведенных значений процесс плавки менее эффективен.

а) При h₁/h₂<0,6 высота слоя шунгита будет недостаточна для эффективного протекания процесса науглероживания, так как при этом уменьшаются количество углерода в слое, а также время и площадь контакта металла и карбюризатора.

б) При h₁/h₂>0,8 верхний уровень слоя карбюризатора будет превышать уровень горелочных туннелей, и продукты сгорания будут интенсивно реагировать с углеродом карбюризатора по эндотермическим реакциям, что приведет к снижению температуры насадочных тел и снижению эффективности науглероживания.

В таблице приведены результаты сравнительных плавок чугуна на известной насадке со смешанным расположением компонентов и на предлагаемой со слоевым расположением шунгита.

Из приведенных данных видно, что предлагаемая насадка обеспечивает повышение содержания углерода в чугуне, увеличение температуры металла и снижение стоимости насадки. Кроме того, насадка обеспечивает длительную работу вагранки без спекания насадочных тел. Это обеспечивается введением в состав насадки шамотных огнеупоров, которые снижают вязкость образующегося шлака и беспрепятственный сход его из насадки в копильник.

Формула изобретения

Огнеупорная насадка газовой вагранки, содержащая высокоглиноземистые огнеупоры и углеродсодержащий материал, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шамотные огнеупоры и в качестве углеродсодержащего материала - шунгит, при этом слой шунгита расположен в нижней части горна вагранки от его дна до уровня туннелей газовых горелок, слой смеси высокоглиноземистых и шамотных огнеупоров размещен на слое шунгита до верхнего среза горна, а соотношение высоты слоя шунгита h₁ и высоты смеси огнеупоров h₂ составляет h₁/h₂= 0,6-0,8.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4