ШИХТОВЫЙ МАТЕРИАЛ Российский патент 1995 года по МПК C21C5/04 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее - к подготовке и использованию шихтовых материалов в доменном, сталеплавильном и литейном производствах.

В качестве шихтового материала известно применение доменного присада, состав которого представляет зашлакованный чугунный скрап. При этом по согласованию сдатчика с потребителем допускается металлолом, добываемый из шлаковых отвалов, а также скрап с содержанием безвредных примесей более 5 мас.% (ГОСТ 2787-86 c.10).

В сталеплавильном производстве известно применение ковшевых отходов производства чугуна (авт.св. N 1377300, кл. С 21 С 5/04, 1986, прототип). Перед завалкой тяжеловесной части стального скрапа на легковесную укладывают ковшевые отходы производства чугуна в количестве 1,2-2,2% от массы садки. Ковшевые отходы производства чугуна содержат, мас.%: Кремний 0,5-2,4 Марганец 0,4-1,7 Углерод 3,8-5,1 Сера 0,02-0,05 Фосфор 0,05-0,1 Шлаковые составляющие 2,0-6, Железо Остальное
Однако данный шихтовый материал имеет недостаточно интенсивное шлакообразование на ранней стадии прогрева шихты, что замедляет процессы плавления и шлакообразования.

Металлургические шлаки, которые не поступили для переработки на шлаковый двор, накапливаются в шлаковых отвалах-насыпях из шлака высотой иногда до 25 м и длиной в несколько сот метров. В каждом отвале содержится значительное количество металлолома. В отвалах доменных шлаков металлолом встречается в виде скрапа, пришедших в негодность металлических изделий и чугунных скардовин, образующихся в желобах, ковшах и во время неполадок при разливке чугуна. Наличие шлаковых отвалов резко ухудшает экологию высокоразвитых регионов России.

Технической задачей предлагаемого шихтового материала является разработка шлаковых отвалов, в которых находятся отходы доменного производства, и получение шихтового материала, способствующего интенсивному шлакообразованию на ранней стадии прогрева шихты и повышению степени усвоения углерода (при применении графита при карбюризации в металлургических переделах, доменном, конверторном, сталеплавильном, электросталеплавильном и литейном производствах).

Технический результат достигается тем, что после соответствующей обработки шлаковых отвалов, заключающейся в проведении нескольких технологических операций: отбора, дробления, очистки и рассортировки, получается шихтовый материал, включающий железосодержащие и минеральные составляющие, которые взяты в следующем соотношении, мас.%: Железосодержащие составляющие 60-93 Минеральные составляющие 7-40 при этом железосодержащие составляющие имеют следующий химический состав, мас.% Углерод 2,2-5,0 Марганец 0,2-1,2 Кремний 0,5-3,0 Фосфор 0,04-0,14 Сера 0,008-0,07 Железо Остальное а минеральные составляющие имеют следующий химический состав, мас.%: СаО 40-43 SiO₂ 38-42 MgO 7-9 Al₂O₃ 8-11 MnO 0,1-0,4 FeO 0,23-0,3 S 0,7-1,3
Шихтовый материал может также дополнительно содержать графит при следующем соотношении компонентов, мас.%: Минеральные составляющие 7-38,0 Графит 0,2-3,5 Железосодержащие составляющие 60,0-92,8
Содержание минеральных составляющих в шихтовом материале в пределах 7-40% выбрано экспериментальным путем. К тому же на получение шихтового материала, имеющего минеральную составляющую менее 7%, повышаются затраты на его разработку из шлакового отвала, а свыше 40% его применение нецелесообразно в металлургическом переделе.

Оптимальное содержание графита в шихте при использовании его в качестве карбюризатора находится в пределах 0,2-3,5%. Содержание в шихте графита менее 0,2% неэффективно, так как вследствие малого количества вносимого при этом углерода в сравнении с углеродом, вносимым при шихтовке, он не оказывает практического влияния на степень усвоения углерода в расплаве.

Выплавка углеродистых сталей с содержанием в шихтовом материале графита свыше 3,5% нерациональна, так как в жидкой ванне получается высокий процент углерода.

Проведенные эксперименты по применению заявляемого шихтового материала подтверждают промышленную применимость изобретения в различных металлургических переделах в условиях перехода к рынку, когда нарушены связи между странами ближнего зарубежья.

В таблице дан химический состав полученных шихтовых материалов при переработке отходов доменного производства.

Заявляемый шихтовый материал (1, 3, 5, 6 - см. табл.) расходовался в электросталеплавильном и мартеновском производстве. Из проведенных экспериментальных плавок установлено:
в условиях перехода к рыночным отношениям целесообразно применять заявляемый шихтовый материал и при этом для получения требуемой основности первичного шлака необходимо на 20-30% увеличивать в завалку количество извести (известняка);
шихтовый материал вносит большее количество углерода, чем передельный чугун в шихтовку. Степень усвоения углерода в расплаве на 5-10% выше по сравнению с применением в качестве карбюризатора угля;
по сравнению с обычными плавками содержание остаточных элементов (Cr, Ni, Cu) по расплавлении на опытных плавках ниже, что уменьшает число переходов на выплавку других марок стали в мартеновской печи, практически можно выплавлять другую марку стали на следующей плавке.

Шихтовый материал 4 и 8 (см.табл.) не может быть использован взамен передельного чугуна в металлургических переделах в эквивалентном количестве из-за повышенного и нестабильного содержания в нем углерода, кремния и марганца; резкого увеличения расхода окислителя (железной руды, кислорода), извести, плавикового шпата, удлиняется окислительный период; ухудшения процесса десульфурации и удлинения периода кипения.

Шихтовый материал 2 и 7 (см.табл.) может быть использован в доменном производстве в качестве замены металлодобавки (чугунной стружки, мелкого чугунного лома и т.п.) фракцией от 0 до 250 мм.

Железосодержащие и минеральные составляющие в отходах доменного производства различных регионов России имеют в основном одни и те же элементы, только в зависимости от исходного сырья при выплавке чугуна изменяются или верхние или нижние пределы отдельных компонентов.

Использование: в черной металлургии, конкретнее при подготовке и использовании шихтовых материалов в доменном, сталеплавильном и литейном производствах. Сущность изобретения: шихтовый материал, содержит железосодержащие и минеральные составляющие, которые взяты в следующем соотношении, мас.% : железосодержащие составляющие 60 - 93; минеральные составляющие 7 - 40. Железосодержащие составляющие имеют следующий химический состав, мас.%: углерод 2,2 - 5,0; марганец 0,2 - 1,2; кремний 0,5 - 3,0; фосфор 0,04 - 0,14; сера 0,008 - 0,07; железо - остальное. Минеральные составляющие имеют следующий химический состав, мас.%: CaO 40 - 43; SiO₂ 38 - 42; MgO 7 - 9; Al₂O₃ 8 - 11; MnO 0,1 - 0,4; FeO 0,23 - 0,3; S 0,7 - 1,3. Шихтовый материал может также дополнительно содержать графит при следующем соотношении компонентов, мас.%: минеральные составляющие 7 - 38,0; графит 0,2 - 3,5; железосодержащие составляющие 60 - 92,8. 3 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. ШИХТОВЫЙ МАТЕРИАЛ, включающий железосодержащие и минеральные составляющие, отличающийся тем, что его компоненты взяты в следующем соотношении, мас.%:
Железосодержащие составляющие - 60 - 93
Минеральные составляющие - 7 - 40
2. Материал по п.1, отличающийся тем, что железосодержащие составляющие имеют следующий химический состав, мас.%:
Углерод - 2,2 - 5,0
Марганец - 0,2 - 1,2
Кремний - 0,5 - 3,0
Фосфор - 0,04 - 0,14
Сера - 0,008 - 0,070
Железо - Остальное
3. Материал по п.1, отличающийся тем, что минеральные составляющие имеют следующий химический состав, мас.%:
CaO - 40 - 43
SiO₂ - 38 - 42
MgO - 7 - 9
Al₂O₃ - 8 - 11
MnO - 0,1 - 0,4
FeO - 0,23 - 0,30
S - 0,7 - 1,3
4. Материал по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит графит при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Минеральные составляющие - 7 - 38
Графит - 0,2 - 3,5
Железосодержащие составляющие - 60,0 - 92,8