Науглероживатель

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для корректировки состава чугуна и стали по содержанию углерода, используемых в литейном и сталеплавильном производстве. Науглероживатель содержит, мас.%: карбид кремния 5-20, термообработанный кокс - остальное. Высокая и стабильная скорость усвоения углерода жидким металлом достигается вследствие выделения тепла от взаимодействия карбида кремния и высокой свободной поверхностной энергии дисперсных компонентов предложенного науглероживателя. Науглероживатель представляет собой углеродсодержащие материалы, изготавливаемые при высоких температурах, и характеризуется особо низким содержанием азота. 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к науглероживателям, применяемым для корректировки состава чугуна и стали по содержанию углерода, выплавляемым в литейном и сталеплавильном производствах. Науглероживатель обычно представляет смесь углеродсодержащих компонентов, которые в совокупности дают положительный эффект.

В настоящее время при выплавке черных металлов при необходимости проводят науглероживание путем введения в жидкий металл недостающего количества углерода в виде содержащих его материалов, например графита. См. Политехнический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989, с.212.

Применяют для науглероживания металла графит, содержащий углеродсодержащие компоненты: отходы углеродсодержащих изделий, кокса, антрацита, древесного угля и др. См. Политехнический словарь. М.: Советская энциклопедия, 1989, с.326.

Известен науглероживатель, содержащий углеродсодержащие компоненты. При этом науглероживатель для науглероживания металла сформирован в виде объемной геометрической фигуры (шара, куба, пирамиды, конуса и др.) (см. описание изобретения РФ №2092568, МПК С21С 1/08, С21В 11/00 от 19.12.94, опубл. 10.10.97).

Известен в составе науглероживателя (карбюризатора) окисленный графит литейный тигельный, углеродсодержащие компоненты, а также жидкое стекло - остальное (см. патент №2191209 МПК⁷ С21С 1/08, 7/00 от 18.09.2000, опубл. 2002, Бюл. №29).

Применяют в качестве науглероживателя (карбюризатора) по крайней мере два компонента из группы: искусственный графит, графит литейный ГЛ-1, пыль угольного кокса, древесный уголь (патент №2175984, 7 С21С 1/08, 7/00, опубл. 20.11.2001, Бюл. №32).

Наиболее близким по технической сущности и выбранным по этой причине в качестве прототипа является науглероживатель, включающий углеродсодержащие компоненты (см. описание изобретения РФ №2092568 «Добавка в шихту шахтной чугуноплавильной печи», МПК С21С 1/08, С21В 11/00 от 19.12.94, опубл. 10.10.97).

Технической задачей предлагаемого изобретения является расширение номенклатуры науглероживателей. В частности, разработка науглероживателя для науглероживания черных металлов, а именно науглероживателя, обеспечивающего низкое содержание азота в металле при высокой скорости усвоения углерода расплавом.

Поставленная задача решается таким образом, что известный науглероживатель, содержащий кокс и присадки, содержит в основе термообработанный кокс и в качестве присадки карбид кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Карбид кремния	5-20
Термообработанный кокс	остальное

Предлагаемый науглероживатель, применяемый для науглероживания металла, расширяет возможности металлургического производства черных металлов путем расширения номенклатуры науглероживателей, их многовариантного исполнения, обеспечивающих эффективное науглероживание жидкого расплава при стабильном и высоком качестве продукта.

Проведенные патентные исследования не выявили сходных технических решений, что позволяет сделать вывод о новизне и изобретательском уровне, т.к. данное техническое решение не следует явным образом из существующего уровня техники.

Предлагаемое техническое решение может быть применимо в литейном производстве и в металлургии при производстве черных металлов. Отечественная промышленность располагает всеми средствами (материалами, оборудованием), необходимыми для получения предлагаемого науглероживателя и для его использования с целью науглероживания металла на основе железа в промышленности.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется описанием конкретного выполнения науглероживателя, применяемого для науглероживания металла.

Науглероживатель, применяемый для науглероживания металла, предназначен для введения недостающего углерода в жидкий металл, выплавляемый в типовых металлургических печах, или подачи науглероживателя на зеркало металла в момент его выпуска из печи и разливки.

Предлагаемый науглероживатель имеет состав, %:

Карбид кремния	5-20
Термообработанный кокс	остальное

Высокая и стабильная скорость усвоения углерода жидким металлом достигается вследствие выделения тепла от взаимодействия карбида кремния с железом расплава по реакции SiC+Fe=FeSi+С и высокой свободной поверхностной энергии дисперсного углерода от распада карбида кремния и термообработанного кокса, входящего в состав науглероживателя.

Термообработанный кокс получают нагревом в слое металлургического кокса проходящим электрическим током до температуры 1500-2000°С без доступа воздуха или в электрических печах - кальцинаторах.

Карбид кремния получают в специальных печах из шихты, содержащей кремнезем и углеродистый материал, при температуре 2500°С. Материалы смешивают и усредняют до образования однородной массы, которую в слое нагревают в электрической печи за счет выделения тепла от проходящего тока.

Термообработанный кокс, содержащий твердый углерод и золу, а также карбид кремния, отвечающий химической формуле - SiC, измельчают до фракции - 5 мм и смешивают в смесителе. Оптимальное соотношение компонентов в науглероживателе следующее, %: карбид кремния 5-20 и термообработанный кокс - остальное. Выбрано на основании проведенных испытаний. При отклонении от приведенных параметров снижается скорость усвоения углерода жидким металлом.

Науглероживатель представляет собой углеродные добавки, изготавливаемые при высоких температурах, и характеризуется особо низким содержанием азота и водорода.

Науглероживатель, предназначенный для науглероживания металла, поставляется упакованным в мешках на поддонах или в контейнерах. Хранится в сухих закрытых помещениях с естественной вентиляцией.

Науглероживатель применяется для производства серого и высокопрочного чугуна, стали и отливок с низким содержанием азота с целью обеспечения высоких требований к качеству при производстве серого и высокопрочного чугунов, а также в сталеплавильных процессах. Науглероживатель производят с постоянством качества, которое обеспечивает высокое усвоение углерода и быстрое растворение материала в жидком металле.

На большинстве литейных предприятиях для обеспечения максимальной эффективности вводят науглероживатель одновременно со стальным ломом. В этом случае науглероживатель хорошо распределяется по металлическому расплаву в печи и дает стабильные результаты. При доводке углерода жидкий чугун, находящийся в печи или ковше, должен быть освобожден от шлака до введения науглероживателя. Перемешивание металла во время и после введения науглероживателя повышает выход годного.

Требования к физическим и химическим свойствам науглероживателя при производстве серого и высокопрочного чугунов могут быть различными. Общие требования к науглероживателям - обеспечение быстрой растворимости и высокого усвоения углерода, а также сокращение брака при производстве литья. Для большей части стального и чугунного литья содержание азота должно быть низким.

При массовой доле азота выше 0,009% в процессе кристаллизации азот формирует, иногда в сочетании с водородом, дефекты в виде газовых пор или трещин. Науглероживатель поддерживает низкое содержание азота в сером чугуне. Предложенный науглероживатель обеспечивает массовую долю азота в сером чугуне, производимом в промышленных масштабах, в пределах 0,004-0,008%. При указанном содержании азот обеспечивает образование плотной перлитной структуры и повышенную прочность на разрыв.

Науглероживатель обеспечивает высокие требования к качеству при производстве серого и высокопрочного чугунов, а также в сталеплавильных процессах. Науглероживатель может использоваться для доводки металла в ковше.

Науглероживатель может использоваться во многих технологических процессах производства высокопрочного чугунного и стали.

Науглероживатель получили на оборудовании ООО «Уралтпромкомплекс-1» из термообработанного металлургического кокса и промышленного карбида кремния. Подготовлены технические условия для производства и реализации науглероживателя марок НК (науглероживатель комплексный).

Испытан науглероживатель в процессе науглероживания металла на ОАО «Златоустовский металлургический завод» при выплавке синтетического чугуна из стального лома. Науглероживатель и стальной лом давали в завалку. При испытании использовался науглероживатель в форме порошка, выполненный по формуле изобретения. Усвоение углерода, содержащегося в науглероживателе, составило 98-100% от применения графита литейного марки ГЛ-1 (прототип). Высокая стабильность характеризовалась отклонением коэффициента усвоения углерода в отдельных плавках не более 0,2%. В качестве прототипа использовался графит литейный марки ГЛ-1.

Конкретные примеры осуществления науглероживателя приведены в таблице.

Таблица
Обозначение марки науглероживателя	Карбид кремния, мас.%	Термообработанный кокс, мас.%	Содержание азота в металле, %
НК-1	5	95,0	0,004
НК-2	12,5	87,5	0,006
НК-3	20	80,0	0,008
Графит литейный ГЛ-1 (прототип)	Нет	Графит природный	0,010

Предложенный науглероживатель может использоваться в качестве добавки в шихту при выплавке чугуна в вагранке или в электропечи с использованием стального лома или для науглероживания жидкого металла в ковше.

Науглероживатель, содержащий кокс и присадки, отличающийся тем, что он содержит термообработанный кокс, а в качестве присадки - карбид кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

карбид кремния	5-20
термообработанный кокс	остальное