ОГНЕУПОРНАЯ НАСАДКА ГАЗОВОЙ ВАГРАНКИ Российский патент 2002 года по МПК C21C1/08 F27B1/08 

Изобретение относится к области литейного производства, точнее к огнеупорным насадкам газовых вагранок, применяемых для плавки чугуна.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является огнеупорная насадка газовой вагранки, которая состоит из смеси высокоглиноземистого огнеупора и углеродсодержащего материала (электродного боя) [1] . Известная насадка содержит 70-80% высокоглиноземистого огнеупора и 20-30% электродного боя, равномерно распределенного по объему насадки.

Известная насадка успешно используется при плавке чугуна. Однако при длительных плавках возможно спекание насадки из-за значительной вязкости образуемой при плавке шлаковой связки. Кроме того, в последнее время в связи с изменениями цен плавка чугуна на известной насадке стала экономически невыгодной, так как стоимость электродного боя достигла 25-30 тыс. руб. за 1 тонну.

Целью настоящего изобретения является снижение стоимости огнеупорной насадки за счет уменьшения содержания электродного боя и разработка такого состава насадки, который был бы экономически выгоден и обеспечивал при этом эффективное науглероживание чугуна и высокую температуру металла без спекания насадки.

Задача решена тем, что в огнеупорную насадку, включающую высокоглиноземистый огнеупор и электродный бой, дополнительно введены шамотный огнеупор и природный минерал шунгит при следующем соотношении компонентов (об.%): высокоглиноземистый огнеупор 25-35, шамотный огнеупор 25-35, электродный бой 15-25, шунгит 15-25. Шунгит введен в насадку в виде кусков с соотношением размеров в поперечнике кусков шунгита и кусков огнеупоров, и электродного боя, равным 0,3-0,5.

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

Газовая вагранка является печью непрерывного действия и состоит из горна 1, шахты 2, копильника 3 и опорной части 4. Копильник 3 соединен с горном переходной леткой 5. В горне вагранки смонтированы газовые горелки 6 с трубопроводами 7, 8 подачи газа и воздуха в горелки 6. В копильнике 3 смонтирован желоб 9 для слива металла и шлаковая летка 10 для скачивания шлака. Горн вагранки заполнен огнеупорной насадкой 11, состоящей из кусковых огнеупорных и углеродсодержащих материалов. Насадка служит для образования пространства для сжигания газа, а также для перегрева, раскисления и науглероживания чугуна.

В предлагаемой насадке дополнительно к известным материалам (высокоглиноземистый огнеупор и электродный бой) введен шамотный огнеупор и природный минерал шунгит взамен части электродного боя. Шунгит - минеральное вещество, состоящее из аморфного углерода и сильнодиспергированного графита. Шунгит содержит до 90% углерода (обычно - 30-40%), окись кремния, золу. Стоимость кускового шунгита примерно в 50 раз дешевле электродного боя.

Огнеупорная насадка работает следующим образом. Продукты сгорания природного газа интенсивно разогревают поверхность насадочных тел до температуры 1650-1700^oС. При стекании жидкого металла из зоны плавления шахты по поверхности насадочных тел происходят следующие процессы:
а) Перегрев чугуна. Перегрев чугуна осуществляется в насадке путем конвекции, лучеиспускания и теплопроводности. Основная доля тепла передается металлу за счет теплопроводности при контакте металла с насадочными телами.

б) Раскисление чугуна. При контакте чугуна с кусками углеродсодержащих веществ оксиды металла восстанавливаются углеродом боя и шунгита, что позволяет получить неокисленный металл и увеличить содержание кремния и марганца.

в) Науглероживание чугуна. В газовой вагранке в связи с отсутствием кокса проблема науглероживания и возможность получить высокоуглеродистый чугун с содержанием углерода до 3,5-3,8% является актуальной. Источником углерода являются электродный бой и шунгит. Их углерод растворяется в жидком металле путем диффузии при контакте металла и карбюризатора.

В предлагаемой насадке часть дорогостоящего электродного боя (примерно 50%) заменена дешевым природным минералом шунгитом. Исследования показали, что коэффициент усвояемости углерода шунгита и электродного боя примерно одинаков и составляет 45-50%, что обеспечивает возможность эффективной замены электродного боя шунгитом. В связи с низкой стоимостью шунгита себестоимость чугуна уменьшается в 1,2-1,3 раза, что обеспечивает высокую рентабельность плавки.

Шунгит введен в насадку в виде кусков с соотношением размеров в поперечнике шунгита и огнеупоров и электродного боя, равным 0,3-0,5, то есть размеры шунгита в 2-3 раза меньше других насадочных тел. Это вызвано следующим.

При загрузке насадки куски шунгита в связи с их меньшими размерами располагаются в промежутках между кусками огнеупоров и электродного боя (фиг. 3), как раз на пути встречного движения горячих газов и жидкого металла. Поверхность шунгита интенсивно разогревается до более высоких, чем другие насадочные тела, температур (на 50-80^oС выше). Процесс науглероживания при этом идет интенсивнее, что объясняется следующим:
а) Более высокая температура шунгита способствует увеличению коэффициента диффузии и коэффициента усвояемости.

б) Уменьшение размеров шунгита приводит к увеличению его суммарной площади поверхности, в связи с чем процесс науглероживания интенсифицируется.

в) В связи с тем что шунгит заполняет пустоты между насадочными телами, упаковка насадки становится более плотной, каналы более запутанными, что увеличивает время пребывания металла в насадке и способствует интенсификации растворения углерода. Вместе с тем увеличивается и температура чугуна за счет увеличения суммарной поверхности насадки и повышенной температуры шунгита. Температура чугуна в предлагаемой насадке на 10-20^oС выше.

Приведенное процентное содержание шунгита (15-25%) и соотношение размеров шунгита и других насадочных тел (0,3-0,5) являются оптимальными, так как при выходе указанных величин из приведенных значений процесс плавки становится неэффективным:
а) Если содержание шунгита в насадке будет меньше 15%, то стоимость материалов для насадки снижается незначительно и плавка становится нерентабельной. Кроме того, снижается (до 2,5-3,0%) содержание углерода в чугуне в связи с уменьшением количества карбюризатора в насадке.

б) При содержании шунгита более 25% в насадке уменьшается суммарное содержание углерода. Это объясняется тем, что содержание углерода в шунгите меньше, чем в электродном бое. Поэтому беспредельно увеличивать содержание шунгита в насадке нецелесообразно.

в) Если соотношение размеров шунгита и других насадочных тел будет меньше 0,3, то это приведет к увеличению плотности насадки, давления в печи и невозможности нормального сжигания газа.

г) Если указанное соотношение будет больше 0,5, то суммарная поверхность насадки снижается, следствием чего является уменьшение углерода в чугуне и температуры металла.

Введение в состав насадки шамотного огнеупора позволяет в отличие от известной насадки снизить вязкость шлаковой связки за счет увеличения в ее составе жидкоподвижных оксидов кремния, в связи с чем шлаковая связка беспрепятственно удаляется из насадки без спекания насадочных тел друг с другом. Оптимальное содержание шамотного огнеупора в насадке 25-35%. При меньшем содержании шамота вязкость шлаковой связки возрастает, что при длительных плавках может привести к спеканию насадочных тел. При содержании шамота более 35% снижается температура чугуна. Это объясняется тем, что шамот имеет огнеупорность меньше, чем высокоглиноземистый огнеупор, и, следовательно, нагревается до меньшей температуры, в результате чего температура чугуна будет снижаться при повышенном содержании шамота в насадке.

ПРИМЕР. Проводили сравнительные плавки на производственной вагранке 3 т/час. Использовали шихту: чугун чушковый ЛК1 - 30%, возврат - 40%, лом чугунный - 30%. Состав насадки (известный) - 60% высокоглиноземистого огнеупора, 40% электродного боя. Состав насадки (предлагаемый) - 30% высокоглиноземистого огнеупора, 30% шамотного огнеупора, 20% электродного боя, 20% шунгита в кусках 80 -100 мм. Результаты плавок приведены в таблице.

Из приведенных данных видно, что при использовании предлагаемой насадки обеспечивается снижение себестоимости чугуна в 1,2-1,3 раза, увеличение содержания углерода в среднем на 0,2% и кремния - на 0,1-0,2%, повышение температуры чугуна на 20^oС.

Использование предлагаемой насадки позволяет снизить себестоимость чугуна и повысить содержание углерода в нем за счет использования природного минерала шунгита. Насадка предлагаемого состава обеспечивает проведение длительных плавок без спекания насадки.

Источники информации
1. Авт. св. СССР 676839, кл. F 27 B 1/08, 1977.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в газовых вагранках с огнеупорной насадкой, применяемых в литейном производстве. Огнеупорная насадка газовой вагранки включает высокоглиноземистый, шамотный огнеупоры, электродный бой и природный минерал шунгит при следующем соотношении компонентов, об. %: высокоглиноземистый огнеупор 25-35, шамотный огнеупор 25-35, электродный бой 15-25, шунгит 15-25. Шунгит введен в насадку в виде кусков с соотношением размеров в поперечнике шунгита и основных насадочных тел, равным 0,3-0,5. Использование огнеупорной насадки обеспечивает получение чугуна с высоким содержанием углерода и высокой температурой. Себестоимость чугуна за счет использования дешевого шунгита снижается в 1,2-1,3 раза. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

1. Огнеупорная насадка газовой вагранки, включающая высокоглиноземистый огнеупор и электродный бой, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит шамотный огнеупор и природный минерал шунгит при следующем соотношении компонентов, об. %:
Высокоглиноземистый огнеупор - 25 - 35
Шамотный огнеупор - 25 - 35
Электродный бой - 15 - 25
Шунгит - 15 - 25
2. Огнеупорная насадка по п. 1, отличающаяся тем, что шунгит используют в виде кусков с соотношением размеров в поперечнике кусков шунгита и кусков огнеупоров и электродного боя, равным 0,3 - 0,5.