СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА ЖЕЛЕЗА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА Российский патент 2002 года по МПК C21B15/00 B22F3/23 

Описание патента на изобретение RU2192478C1

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам получения сплавов железа из железосодержащих отходов производства.

Известен способ получения сплавов железа в высокотемпературных печах путем загрузки 35-40 мас. % литейного чугуна, 15-35 мас.% стального и чугунного лома, 30-45 мас. % возврата собственного производства, 8 мас.% стружки в металлургическую печь, имеющую температуру 1400-1650oС, и последующего плавления посредством нагрева в печи в течение нескольких часов до 1400-1600oС. В результате плавления получают чугун [1].

Недостатком способа получения сплавов железа в высокотемпературных печах являются большой расход электроэнергии и, следовательно, высокая стоимость получаемой продукции, а также применение дорогостоящих плавильных печей, длительность процесса плавки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является способ получения черных сплавов в высокотемпературных индукционных печах путем загрузки 94-95 мас.% железосодержащего компонента, в качестве которого используют передельный чугун, стальной и чугунный лом, возврат, брикеты стружки и небольшие добавки легирующих компонентов (ферросилиций и ферромарганец в количестве 1,0-2,5 мас. %), последующего нагрева до температуры плавления и выдержки при этой температуре. В описанном способе можно использовать как содержащие железо слитки, так и железосодержащие компоненты, которые подвергаются переплавлению в плавильных печах [2].

Описанный способ получения сплавов железа в высокотемпературных индукционных печах имеет следующие недостатки: большой расход электроэнергии из-за применения высокотемпературных печей; высокая стоимость готовой продукции; неполная утилизация отходов, т.к. в высокотемпературных печах не используют окалину и мелкодисперсные отходы, которые образуются в результате очистки отливок в дробеметных камерах, такие отходы производства не плавятся, а сгорают - чаще всего эти отходы вывозят в отвал, тем самым ухудшая и так неблагоприятную экологическую обстановку; низкая защита окружающей среды, так как при плавлении в плавильных печах выделяется большое количество дыма и продуктов сгорания в атмосферу. Кроме того, способ получения черных сплавов длителен во времени из-за больших временных затрат на процесс плавления (длительность плавления несколько часов).

Сущность изобретения заключается в том, что в способе получения сплавов железа из отходов производства, включающем загрузку железосодержащего компонента и последующее плавление сплава железа, дополнительно загружают алюмосодержащий компонент, в качестве которого используют алюминиевый порошок в количестве 15-20 мас. %. При этом в качестве железосодержащего компонента используют железную окалину в количестве 70-80 мас.% и железосодержащий порошок в количестве 10-15 мас.%. Полученные компоненты смешивают перед загрузкой, а плавление сплава железа осуществляется путем термосинтеза указанных компонентов.

Техническим результатом является значительное уменьшение расхода электроэнергии, более полное обеспечение утилизации отходов производства, улучшение экологической обстановки и значительное сокращение длительности процесса получения сплава.

Значительное уменьшение расхода электроэнергии, позволяющее снизить стоимость готовой продукции, достигнуто за счет получения сплава не в высокотемпературных печах, а в режиме термосинтеза путем использования тепла химической реакции соответствующим образом подобранных компонентов. При этом электроэнергию расходуют только на смешивание шихты в системах с электрическим приводом.

Обеспечение более полной утилизации отходов производства достигается вследствие использования железосодержащих отходов, которые не применяют в процессе плавления сплавов железа в высокотемпературных печах, а именно железосодержащего мелкодисперсного порошка, получающегося после очистки отливок в дробеметной камере, и железной окалины Fе2O3, т.к. в высокотемпературных печах они не плавятся, а сгорают. Железную окалину и железосодержащий порошок удаляют в отвал.

Улучшение экологической обстановки обеспечивается тем, что плавление сплава железа осуществляют путем термосинтеза с выделением количества тепла, необходимого для плавления смеси компонентов. Образующийся в результате плавления металл скапливается на дне тигля, оксид алюминия и другие примеси переходят в шлак.

Длительность процесса получения сплава железа сокращается вследствие снижения затрат времени на его плавление в режиме термосинтеза - она составляет 20-120 с в отличие от нескольких часов по способу-прототипу.

Количество железной окалины Fе2О3 - 70-80 мас.% является оптимальным, так как при содержании окалины менее 70 мас.% происходит неполное выделение металла, а при содержании железной окалины более 80 мас.% увеличивается температура процесса, вследствие чего металл в виде искр испаряется в атмосферу.

Количество железосодержащего порошка - отходов производства 10-15 мас.% является оптимальным, так как при содержании железосодержащего порошка менее 10 мас.% характер процесса становится бурным, с выбросом расплавленного металла, а при содержании порошка более 15 мас.% происходит замедление химической реакции.

Количество алюминиевого порошка 15-20 мас.% также является оптимальным, т. к. при содержании алюминия менее 15 мас.% реакция не возникает, а при увеличении содержания алюминия более 20 мас.% реакция идет бурно с выбросом расплавившегося металла в виде капель.

Выбранные соотношения между окисью железа, железом и алюминием обусловлены концентрационными пределами в системе железо - окись железа - алюминий, за рамками которых характер реакции меняется в сторону ухудшения.

Способ получения железного сплава из отходов производства осуществляется следующим образом. Производят дозирование железосодержащего компонента, в качестве которого используют железную окалину в количестве 70-80 мас.% и железосодержащий порошок в количестве 10-15 мас.%, и алюмосодержащего компонента, в качестве которого используют алюминиевый порошок в количестве 15-20 мас.%. Эти компоненты смешивают, загружают в форму (тигель), инициируют начало реакции и производят плавление сплава железа в режиме горения путем самораспространяющегося высокотемпературного синтеза. Плавление железа осуществляют за счет тепла химической реакции термосинтеза вышеуказанных компонентов
2О3+Fe+Al-->Fe+Аl2О3+Q.

Образующийся в реакционной зоне металл скапливается на дне формы, а окислы и другие примеси переходят в шлак.

Пример конкретного выполнения способа получения сплава железа из отходов производства. Для экспериментальной проверки предлагаемого технологического решения использовали молотую железную окалину, отходы термообработки железоуглеродистых сплавов кузнечного производства, дисперсность которой определяли проходом через сито 0,16 мм, железосодержащий порошок, полученный при механической обработке литья в дробеметных камерах, дисперсностью 0,05 мм, и порошок алюминия АСД-1. Порошки дозировались в заданном соотношении на аналитических весах с точностью до 0,001 г, механически смешивались всухую в атмосфере воздуха в смесителе типа "пьяная бочка" партиями по 200 г в течение 4 часов. Полученные образцы шихты загружали в керамические формы и инициировали реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза с помощью кратковременного теплового импульса. Под действием тепла химической реакции происходило плавление порошкообразной шихты, а жидкий металл выливали в металлическую форму. Выход железного слитка составляет 40-45%.

Инициировать реакцию самораспространяющегося высокотемпературного синтеза при использовании компонентов шихты прототипа и аналога не удалось.

Таким образом, предлагаемый способ получения сплава железа из отходов производства позволяет значительно снизить расход электроэнергии и, следовательно, снизить стоимость готовой продукции, обеспечивает более полную утилизацию производственных отходов, улучшение экологической обстановки, уменьшение длительности процесса.

Источники информации
1. Дмитрович Л. М. Справочник литейщика. - М.: Высшая школа, 1989, с. 250-257.

2. Чугун. Справочное издание / Под ред. Л.Д. Шермана, А.А. Жукова. - М.: Металлургия, 1991, с.143 (прототип).

Похожие патенты RU2192478C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МЕДИ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА 1996
  • Лебедева О.А.
  • Шечков Г.Т.
  • Матиевский Д.Д.
  • Новоселов А.Л.
RU2104318C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО СПЛАВА ЖЕЛЕЗА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА 2004
  • Евтушенко А.Т.
  • Лебедева О.А.
  • Торбунов С.С.
RU2262415C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО СПЛАВА ЖЕЛЕЗА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА 2004
  • Евтушенко Алексей Трофимович
  • Торбунов Станислав Семенович
RU2277456C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО СПЛАВА ЖЕЛЕЗА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА 2009
  • Евтушенко Алексей Трофимович
  • Тищенко Александр Алексеевич
RU2419655C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО СПЛАВА ЖЕЛЕЗА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА 2009
  • Евтушенко Алексей Трофимович
  • Тищенко Александр Алексеевич
RU2419654C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО СПЛАВА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА 2005
  • Евтушенко Алексей Трофимович
  • Торбунов Станислав Семенович
RU2295424C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО СПЛАВА ЖЕЛЕЗА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА 2009
  • Евтушенко Алексей Трофимович
  • Тищенко Александр Алексеевич
RU2404023C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО СПЛАВА ЖЕЛЕЗА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА 2009
  • Евтушенко Алексей Трофимович
  • Тищенко Александр Алексеевич
RU2404022C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОЙ КАРБИДОСТАЛИ 2005
  • Евтушенко Алексей Трофимович
  • Торбунов Станислав Семенович
  • Пазарэ Суреш
RU2301721C1
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРИСТОГО ПРОНИЦАЕМОГО МАТЕРИАЛА 1996
  • Лебедева О.А.
  • Шечков Г.Т.
  • Новоселов А.Л.
  • Беседин С.Л.
RU2101136C1

Реферат патента 2002 года СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА ЖЕЛЕЗА ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Использование: черная металлургия, в частности способы получения сплавов железа из железосодержащих отходов. Способ включает подготовку смеси, содержащей, мас%: железную окалину 70-80, железосодержащий порошок 10-15 и алюминиевый порошок 15-20. Полученную смесь компонентов смешивают и загружают в тигель. После этого осуществляют плавление сплава в режиме горения путем термосинтеза с выделением количества тепла, необходимого для плавления смеси компонентов. Образующийся в реакционной зоне сплав железа скапливается на дне тигля, а окись алюминия и другие примеси переходят в шлак. Изобретение позволяет значительно уменьшить расход электроэнергии, обеспечивает более полную утилизацию отходов производства, улучшает экологическую обстановку и значительно сокращает длительность процесса получения сплава.

Формула изобретения RU 2 192 478 C1

Способ получения сплава железа из отходов производства, включающий загрузку железосодержащего компонента в тигель и последующее плавление сплава железа, отличающийся тем, что дополнительно загружают алюмосодержащий компонент, в качестве которого используют алюминиевый порошок в количестве 15-20 мас. %, при этом в качестве железосодержащего компонента используют железную окалину в количестве 70-80 мас. % и железосодержащий порошок в количестве 10-15 мас. %, компоненты смешивают перед загрузкой, а плавление сплава железа осуществляют путем термосинтеза.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2002 года RU2192478C1

Чугун
Справочник /Под редакцией А.Д
Шермана и др
- М.: Металлургия, 1991, с.143
Учебный способ определения степени поляризации света 1988
  • Ветохин Сергей Сергеевич
  • Ганчеренок Игорь Иванович
SU1517058A1
СИСТЕМА РАЗОБЩЕНИЯ ДВУХ УСТРОЙСТВ, КАЖДОЕ ИЗ КОТОРЫХ СОДЕРЖИТ КАМЕРУ, ГЕРМЕТИЧНО СООБЩЕННУЮ С КАМЕРОЙ ДРУГОГО УСТРОЙСТВА 2006
  • Клато Рафаэль
RU2405995C2
Дорожная спиртовая кухня 1918
  • Кузнецов В.Я.
SU98A1
ДМИТРОВИЧ Л.М
Справочник литейщика
- М.: Высшая школа, 1989, с
Катодное реле 1921
  • Коваленков В.И.
SU250A1

RU 2 192 478 C1

Авторы

Лебедева О.А.

Красов В.Н.

Евстигнеев В.В.

Тубалов Н.П.

Даты

2002-11-10Публикация

2001-06-08Подача