Способ производства синтетического чугуна

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве шихтовых заготовок для чугунолитейного производства. В способе загружают и плавят в индукционной печи металлошихту до получения расплава. В печь на зеркало расплава совместно вводят карбонаты щелочноземельных металлов в количестве 10-20% и углеродсодержащий материал в зависимости от требуемого химического состава чугуна. Изобретение позволяет интенсифицировать процесс растворения углерода, исключить спелеобразование, способствует удалению серы. 1 табл.

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при производстве шихтовой заготовки для чугунолитейного производства.

Для интенсификации процесса растворения графита и исключения спелеобразования существует ряд способов, таких как повышение температуры и времени изотермической выдержки, регулирование химического состава чугуна, продувка металла инертными газами, введение графита с экзотермической смесью, однако все они имеют те или иные достоинства и недостатки.

Известен способ производства синтетического графитизированного чугуна по патенту РФ № 2186123, по которому в процессе выплавки металл охлаждают до (1380-1420)°С, сливают в ковш, в который предварительно загружают ферросилиций и углеродсодержащий материал, например отсевы сухого тушения кокса, в количестве 0,5-1,0 кг на тонну металла.

Недостатками известного способа являются: малоэффективное растворение углерода вследствие ограниченного времени его растворения; присутствие ферросилиция способствует выделению углерода из расплава.

Эти недостатки устраняются предлагаемым способом.

Решаемая задача - совершенствование способа производства синтетического чугуна.

Технический результат - интенсификация процесса растворения углерода и исключение спелеобразования.

Этот технический результат достигается тем, что в способе производства синтетического чугуна, включающем загрузку в индукционную печь металлошихты, введение углеродсодержащего материала, в печь на зеркало расплава совместно с углеродсодержащим материалом вводят карбонаты щелочноземельных металлов при следующем соотношении компонентов в мас.%: карбонаты щелочноземельных металлов 10-20, углеродсодержащий материал - остальное, в зависимости от требуемого химического состава чугуна.

Были произведены исследования по активизации газовой фазы путем введения в расплав вместе с науглераживателем карбонатов, по аналогии с химико-термической обработкой - цементацией. Основная роль в этом процессе отводится гетерофазной реакции цементации с участием газовой фазы СО и CO₂, при которой переход углерода в жидкую фазу осуществляется по реакции Белла-Будуара.

Исследования показали, что поведение С_связ при науглероживании угольной стружкой без применения карбонатов имеет сложный, неоднозначный характер. Максимальное количество свободного углерода С_своб составило более 60% от С_общ на образце, отобранном через 30 минут от начала загрузки науглераживателя. При науглероживании расплава карбюризатором с ВаСО₃ свободный углерод в исследуемых образцах отсутствовал. Анализ плавки со смесью СаСО₃ показал промежуточные результаты.

Способ осуществляют следующим образом.

В индукционную печь вводят металлошихту. После ее расплавления на зеркало металла вводят смесь углеродсодержащего материала (науглераживателя) и карбюризатора, в качестве которого используют карбонаты щелочноземельных металлов в количестве 10-20% массы состава упомянутой смеси, добавляли постепенно примерно через 10 минут в 3 этапа. Наблюдается горение желто-зеленым пламенем, особенно сильно при перемешивании, затем через определенные промежутки времени брали пробы, которые исследовали.

Пример осуществления способа.

Шихта:

1. Сталь 40-масса 100 кг.

2. Науглераживатель с 20% карбоната бария (ВаСО₃) по ГОСТ 2407- 83 - масса 3.6 кг.

Плавка велась в печи ИСТ-0.16.

Образцы заливали в стандартную клиновую пробу.

Химический состав чугуна:

С=3,28% (из них С_св=0,46%);

Порядок проведения эксперимента.

1. 9 ч 38 мин температуру - 1570°С.

2. 9 ч 45 мин температуру - 1530°С.

3. 9 ч 48 мин на зеркало загрузили 1,8 кг карбюризатора. Наблюдается горение желто-зеленым пламенем, особенно сильно при перемешивании.

4. 9 ч 53 мин - первая проба, температура - 1520 (9 ч 54 мин).

Добавили 900 г карбюризатора (9 ч 57 мин).

5. 9 ч 57 мин. При перемешивании произошла вспышка из-за скопившихся под слоем науглероживателя газов.

6. 10 ч 04 мин - вторая проба, температура - 1460 (10 ч 05 мин).

Добавили 900 г карбюризатора (10 ч 06 мин), наблюдалось горение желто-зеленым пламенем.

7. 10 ч 09 мин - третья проба, температура - 1530 (10 ч 11 мин).

8. 10 ч 11 мин - четвертая проба, 1500 (10 ч 19 мин).

9. 10 ч 24 мин - пятая, температура - 1550 (10 ч 25 мин).

10. 10 ч 34 мин - шестая проба, температура - 1500 (10 ч 35 мин).

11. 10 ч 40 мин. - начало процесса окисления углерода (искрение средней степени).

Температура - 1480 (10 ч 42 мин).

12. 10 ч 44 мин - седьмая проба, температура - 1480 (10 ч 45 мин).

При заливке двух последних проб сильное искрение металла.

Увеличение количества карбоната бария более 20% влечет за собой создание кислой среды и разъедание футеровки печи.

Уменьшение количества карбоната бария менее 10% не обеспечивает достаточную интенсивность протекания реакции.

Количество углеродсодержащего материала, в качестве которого в примере использовалась угольная стружка, выбиралось в зависимости от требуемого химического состава чугуна.

В таблице приведены результаты химического анализа. Видно, что углерод в свободном состоянии отсутствует даже по истечении длительного времени.

Опытно-промышленной плавкой был получен коленчатый вал со следующими механическими свойствами:

1. предел прочности на растяжение (66 кгс/мм²);

2. относительное удлинение (1,8%);

3. содержание перлита 96%;

4. глубина отбела порядка 5 мм.

Эти характеристики показывают, что полученный чугун обладает высокими эксплуатационными свойствами.

Проводились лабораторные эксперименты так же по использованию карбоната кальция. Распределение связанного свободного углерода в образцах промежуточное: в некоторых образцах он отсутствовал, в некоторых - присутствовал.

Кроме того, ввод карбонатов щелочноземельных металлов способствует удалению серы, что особенно важно при выплавке чугуна с шаровидным графитом.

Таблица.
Номер образца	Концентрация углерода общая, Собщ	Концентрация углерода в связанном сост., Ссвяз	Концентрация углерода в свободном сост., Ссвоб	Относительное время, ч
1	1,07	1,07	0	5
2	1,69	1,69	0	16
3	1,85	1,85	0	21
4	2,14	2,14	0	26
5	2,11	2,11	0	36
6	2,19	2,19	0	46
7	2,23	2,23	0	56

Способ производства синтетического чугуна, включающий загрузку и плавление в индукционной печи металлошихты до получения расплава, введение углеродсодержащего материала, отличающийся тем, что в зависимости от требуемого химического состава чугуна в печь на зеркало расплава совместно с углеродсодержащим материалом вводят карбонаты щелочноземельных металлов при следующем соотношении компонентов, мас.%: карбонаты щелочноземельных металлов - 10-20, углеродсодержащий материал - остальное.