Брикет для выплавки черных металлов

 

Союз Советских

Соцнапнстнческнх

Республик

<»> 855039

=а (61) Дополнительное к авт. саид-ву(22) Заявлено 16. 07. 79 (23) 2797054j22-02 с присоединением заявки Но (23) Приоритет

С 22 В 1/244

Государственный комитет

СССР но деяам нзооретеннй н открытнй

Опубликовано 150881. бюллетень Ко 30

Дата опубликования описания 15.08.81 (53) УДК 669. 181. 4 (088.8) Ю.А. Каплуновский, N.Â.Ñóñëoâ, О.Г.Савочкнн и N.È.Êðèâoøååâ (,- ..

»

1 Ф

Всесоюзный проектно-технологический инск тут . литейного производства

t (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54 ) БРИКЕТ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для плавки стали, а также чугуна.

Известны брикеты различного состава, состоящие из чугунной стружки с добавкой науглероживателя, которые используются при плавке чугуна н стали. При плавке этих брикетов происходит расплавление стружки (или другой железосодержащей составляющей) и науглероживание расплава (1) и (21

Недостатком этих брикетов являются повышенные потери углерода науглероживателя вследствие потерь углерода при хранении, перемещении н загрузке брикетов нз-за сравнительно низкой их плотности и прочности, а также значительного угара углерода при взаимодействии с кислородом пла- . вильного пространства печи.

При перемещении этих брикетов в плавке не происходит рафинирования металла от вредных примесей, а наоборот расплав насыщается серой из кокса, в котором содержание этого элемента достигает 1,4%, что особенно важно учитывать при выплавке стали, так как качество стали ухудшается.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности -и достигаемому результату является брикет, составляющие компоненты которого взяты прн следующем количественном соотношении, вес.%:

Коксовая мелочь 15-35

Связующее (цемент) 8-20

Окись железа 0-25

Отходы чугуна и стали небольших размеров Остальное

Рас:етное содержание химических компонентов в брикете находится в следующих пределах,В: С 15-35; Si

0,3-0,9; нп 0,2-0,6 5 0,08-0,35.

Минералогический состав цемента

15 (ЗСаО 5) ; 2СаО-S! оа, ЗСаО. Аl<0>, 4Са0 А1 0 - Fe>OS, CaSOg» 2Н О) в присутствии окисей железа обеспечивает образование активного шлака.

Изготовление брикета производится

20 путем перемешивания составлякзцих брикета с добавлением воды, после чего готовую массу заливают в формы и высушивают до затвердевания цемента. При использовании брикета в плавке происходит переплав металлолома, шлакообраэование и науглероживание расплава. Сравнительно простая технология изготовления брикета позволяет утилизировать отходы кокса, чугун30 ной и стальной стружки. кроме

855039

И

65 того, брикет обладает сравнительно высокой механической прочностью до 136 кгс/см j3 J.

Однако высокое содержание коксовой мелочи в брикете приводит к повышенному содержанию в расплавленном металле серы (до 0,35%), что, как известно, отрицательно влияет на свойства черных металлов и особенно стали. Это требует в свою очередь проведения активного рафинирования десульфурации расплава, но СаО в составе цемента находится в значительной мере в связанном состоянии, что уменьшает способность брикета к десульфурации расплава.

Несмотря на сравнительно высокую прочность брикета, он имеет недос аточную термостойкость, так как в его составе в качестве связующего используется цемент, имеющий низкую огнеупорность, что приводит к механическим потерям (вследствие разрушения брикетов) и преждевременному повышенному угару углерода вследствие его окисления (выгорания) до расплавления брикета. Пбвышенный угар углерода во время плавки не позволяет точ но предопределить его содержание в расплавленном металле, поэтому его химический состав нестабильный.

Необходимо также отметить, что в связи с тем, что в состав брикета входит незначительное количество металлического лома, он имеет небольшой удельный вес, в результате чего увеличиваются потери со шлаком и уменьшается производительность печи.

Цель изобретения — улучшение качества, стабилизация химического состава, а также снижение себестоимости выплавленных сплавов, Поставленная цель достигается, тем, что предлагаемый брикет содержит в качестве связующего побочный продукт производства кристаллического кремния в сочетании с водой и щелочью, а в качестве шлакообразующей добавки — шамотный порошок и дополнительно галит, известняк и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, вес.В:

Коксовая мелочь 4,0-5,0

Шамотный .порошок 10-22

Галит 2, 0 -3,0

Известняк 5,9-6,7

Плавиковый шпат 1,1-1,3

Побочный продукт производства кристаллического кремния . 1,25-1р50

Щелочь 0,92-1,10

Вода 2,84-3,40

Измельченный стальной лом Остальное

Связующее готовят следующим образом.

Шелочь (едкий натр) растворяют в расчетном количестве воды при комнат5

50 ной температуре. Далее вводят побочный продукт производства кристаллического кремния и ведут растворение его, непрерывно помешивая до получения однородного раствора при 80-90 С в течение 2-2,5 ч, обеспечивая технологически приемлемую вязкость 2530 сПз.

Готовое связующее после охлаждения является устойчивым коллоидным раствором, в котором частицы побочного продукта производства кристаллического кремния находятся в виде высокомолекулярных кремниевых кислот.

Побочный пРодукт производства кристаллического кремния представляет собой тонкую, непористую, высококремнеземистую аморфную пыль общего химического состава, вес.%: двуокись кремния 80-90

Углерод 3-10

Окись алюминия 1 5-1,6

Окись кальпия 0,3-1,7

Наличие в составе связующего углерода способствует дополнительному науглероживанию расплава, а кремнезем и другие окислы принимают активное участие в шлакообраэовании.

Шамотный поРошок (ГОСТ 3272-71) является шлакообразуюшей добавкой и способствует получению жидкоподвижного шлака. Кроме того, шамотный горошок — огнеупорный наполнитель и в соединении с новым связующим обРаэует огнеупорный слой, который обеспечивает высокую прочность и термостойкость бРикета (до 1100оc) и предохраняет углерод кокса от нежелательного контакта с кислоРодом атмосферы печи и преждевременного (до расплавления брикета) выгорания, что значительно сокрашает угар углеоода и, следовательно, повышает его усваиваемость. Это позволяет сократить количество вводимой в брикет коксовой мелочи.

Уменьшение насыщения металла серой достигается за счет. снижения в составе брикета содержания коксовой мелочи и введения активных обессеривающих добавок — известняка (ГОСТ 7618-70) при их соотношении 5:1. Это соотношение является наиболее эффективным по воздействию на расплав и экономичным в связи с дефицитностью и высокой стоимостью плавикового шпата.

Применение галита (ГОСТ 13830-68) в составе бРикета обеспечивает vaeличение пРочности брикета и, кРоме того, поглощение примесей масла и эмульсии с поверхности стружки, а также более эффективное удаление этих примесей в шлак. Это приводит к уменьшению загрязнения атмосферы вьшелениями пыли и дыма при плавке брикета. В пропессе плавки гадит дополнительно .рафинирчет Расплав от неметаллических включений.

855039

В качестве измельченного металлического лома в брикете использчется стальная стрчжка.

Состав брикета позволяет члучшить качество отливок и слитков эа счет меньшего содержания вредных примесей в выплавленном металле в связи со значительным уменьшением вводимой в состав коксовой мелочи, а также за счет введения обессериваюших лобавок — известняка и плавикового шпата. 06ессе- 10 ривание происходит в микрообъеме брикетов при их плавлении, т.е. сера, солержащаяся в брикете переходит в шлак гри его плавке и не попадает в расплав. За счет использования галита происходит дополнительное рафинирова- 15 ние расплава от неметаллических включений. Введение в состав брикета огнеупорного наполнителя — шамотного порошка в сочетании с кремнесодержашим связующим позволяет повысить его 20 термостойкость, что способствует снижению угара чглерола при расплаве металла, и тем самым стабилизировать его химический состав. Введение всех этих компонентов позволяет. получить брикет, химический состав которбго находится в регламентируемых пределах, соответствчющих химическомч составу передельного чугуна,что позволяет заменить передельный чугун полностью или частично при плавке черных металлов и тем самым снизить себестоимость выплавляемых металлов.

Кроме того, чдельный вес брикета больше по сравнению с известным за счет большего использования количест.— ва вводимой стружки, что способствует уменьшению потерь углерода кокса в шлаке и в конечном счете также влияет на снижечие себестоимости выплавленного металла. 40

Изготовление брикетов осушествляется слелуюшим образом.

В шаровой мельнице измельчают коксовую мелочь, шамотный порошок, галит, известняк и плавиковый шпат до 4j фракции 3 мм, которые затем перемешивают с добавлением волы (1-3В сверх

100% всех составляющих брикета компонентов).

При перемешивании компонентов про- 0 исходит равномерное распрелеление огнеупорного наполнителя в объеме смеси, что в последующем обеспечивает увеличение термостойкости брикета в целом.

В полученную смесь вносят предва- рительно дробленную до фракции не более 30 мм стальную стружку и связующее и осуществляют их вторичное перемешивание.

Подготовленную смесь брикетируют ф под давлением 100-200 кгс/см . Сырые брикеты продувают углекислым газом при давлении 1,2-3 атм 1-1,5 мин.

При продувке брикета связующее теряет адсорбированнчю влагу, при этом рас- ф5 таблица 1

Состав брикета вес.В

Иэве- Предлагаемый

Компоненты

Коксовая мелочь

35 4 4,5 5

Побочный продукт производства кристаллического сочетания с водой и щелочью

5 5 6

Шамотный порошок

22 17 10

Галит

2 2 3

Известняк и плавиковый шпат, соотношение 5:1

7 7,5 8

Измельченный стальной лом

60 64

Вода (сверх

100В) с.3 2

Нет данных

Окись железа

Цемент

В табл.2 приводятся сравнительные данные механических характеристик брикетов. тет прочность брикета, так как vaeличивается вязкость смеси (пленка связующего на поверхности частиц наполнителей брикета становится более жесткой, и увеличивается концентрация щелочи непосредственно в пленке связующего на поверхности составляющих брикет компонентов, что приводит к полимеризации поликремниевых кислот основы связующего.

Затем брикет подвергают сушке в печи при 160-180 С в течение 2 ч или при 600-900 С в течение 3-6 мин. При этом происходит окончательное доупрочнение брикета и удаление остатков влаги из него.

Оптимальный размер брикета выбран из условий обеспечения достаточной прочности 100 мм и высотой 80-100 мм.

В табл.1 представлены следующие составы смесей для получения коксостружечных брикетов с различным содержанием компонентов.

855039

Таблица 2

Механические свойства

Прочность Прочность при сжатии, на удар > кгс/см

Состав брикета

Известный

Предлагаемый

180

210

0,1

0,15 талЬ вы планлена с использованием предлагаемых брикетов

Сталь выплавлена с использованием пре-! дельного чугуна

0,26-0.28 0,31-0,34 0,016-0,019 0,028-0,030 52-56

0,99-1,04

О к 26 Ог 34 Ос 24 0 40 Ог 032 Ою 040 0 030 Oр 035 48 50

О, 95-1, 02 й".. )Определяется по количеству сбрасываний с высоты 2 и на чугунную плиту до разрушения брикета.

Как видно иэ табл.2 прочность предлагаемого брикета значительно выае, чем у известного. Наибольшей прочностью обладает брикет состава 3

Ниже приведен химический состав предлагаемого брикета и передельного чугуна.

Брикет Передельный чугун И2 (ГОСТ 805-69)

С 3,9-4,1 Не регламентируется

Ь 0,2-0,5 О, 5-0,9 мп 0,4-0,50 До 1,5 .0,04-0,qs До 0,06

P 0,03-0,04 До 0,30

Как видно, содержание химических элементов в брике ах находится в пределах, соответствующих передельному чугуну. При этом содержание Si, Hn u

P находится на нижнем пределе. В целом химический состав брикета отвечает требованиям, предъявляемым к брикету как заменителю передельного чугуна.

Известно, что при выплавке различных марок стали в электрических и мартеновских печах машиностроительных заводов в составе металлошихты используют йередельный чугун в количестве от 6 (при плавке в электродуговых печах) до 40-50Ъ (при плавке в мартеновских печах), стальной лом, в том числе стружку россыпью, брикетированную и в пакетах, ферродобавки и легирующие.

Например, для выплавки стали марки 10 шихта имеет следующий состав, 10

Стальные отходы (в т.ч. стальная стружка россыпью и в пакетах

1.0% )

Передельныйчугун 15

СвеРх 100В Ферродобавки и присадки, вес.Ъ:

Ферросилиций ФС75 0,1

Марганец 0,15

Алюминий (рас-. кислитель) 0,1

При опробовании для выплавки стали марки 10 применяют шихту следующего состава, вес.Ъ:

Стальные отходы

25 (сталь 45) 85

Брикеты 15

Сверх 100% вес.Ъ:

Ферросилицйй ФС75

Марганец

З0 Алюминий Э (раскислитель) Опытные плавки проводят на ЛПО

"Кировский завод". Плавки осуществляют в индукционной печи емкостью

120 кг. Футеровка магнеэитовая. Вес садки 100 кг. Испытуемые брикеты укладывают на дно, а отходы стали загружают сверху. При расплавлении шихты .заливают пробы на химический

40 анализ выплавленной стали. Затем заливают клиновую пробу после присадки в расплав ферросилиция ФС75, марган- ца, а также после раскисленйя стали алюминием в ковше.

Результаты сравнительного исследования свойств стали, выплавленной по известному процессу и с применением брикетов приведены в табл.3.

855039

10 формула изобретения

Остальное

Составитель А.Савельев

Редактор М.Петрова Техред A. Ковалева Корректор N. Коста

Заказ 6836/38 Тираж 681 Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

Как видно из табл.3, сталь, выплавленная с использованием предлагаемых брикетов имеет меньшее содержание вредных примесей Р и 5, в частности содержание Р меньше в 2 раза, чем при плавке с передельным чугуном. Содержание Si u Nn примерно одинаково à содержание углерода на

0,023 (по верхнему пределу) больше.

Меньшее содержание фосфора обусловлено.его меньшим содержанием в брикете по сравнению с передельным чугуном а меньшее содержание серы— значительным уменьшением вводимой в состав коксовой мелочи и рафинирующим действием известняка и плавикового шпата, входящих в состав брикета.

Твердость стали, выплавленной с использованием предлагаемых брикетов несколько больше, чем стали, выплавленной с передельным чугуном, что обусловлено более высоким содержанием углерода и меньшим количеством вредных примесей " фосфора и серы.

Раэброс химического состава стали, выплавленной с использованием брикетов незначителен. Результаты испытаний показывают также,что коэффициент усвоения Углерода при плавке брикетов высокий и равен 92-98%.

При плавке стали в электрических ,печах использование брикетов позволяет заменить передельный чугун на

100%. Из-эа значительного шлакообра-< зования в мартеновских печах целесообразна замена до 25-37% количества передельного чугуна на брикеты в зависимости от марки выплавляемой стаЛие

Предлагаемые брикеты могут быть также испольэованй при плавке чугуна.

Ориентировочный расчет показывает, что стоимость 1 т брикетов составляет 27 р, с учетом затрат на их изготовление против 60 р. эа 1 т передельного чугуна, что позволяет получить экономический эффект 5-6 при выплавке 1 т жидкой стали с учетом даже частичной замены передельного чугуна брикетами.

Брикет для выплавки черных металлов, включающий измельченный стальной лом, коксовую мелочь, связующее и шлакообраэующую добавку, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения качества, стабилизации . химического состава и снижения себестоимости выплавленных металлов. шихt$ та содержит в качестве связующего побочный продукт производства кристаллического кремния в сочетании с soдой и щелочью а в качестве шлакообраэующей добавки — шамотный порошок н дополнительно галит, известняк и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, вес.Ъг

Коксовая мелочь 4-5

Шамотный порошок 10-22

25 Галит

2-3

Известняк 5, 9-6,7

Плавиковый шпат 1,1-1,3

Побочный продукт производства кристаллического кремния 1,25-1,50

Щелочь 0,92-1,10

Вода 2,84-3,40

Измельченный стальной лом

35 источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

В 258530, кл. С 22 В 3/02, 06.05.70.

40 2. Авторское. свидетельство СССР

9 246542, кл. С 21 С 5/04, 20.06.69.

3. Патент США В 4063944, кл. В 21 С 37/00, опублик. 20.12.77.