ПОДИНА ВАГРАНКИ Российский патент 2002 года по МПК F27B1/00 

Изобретение относится к области литейного производства, точнее - к конструкциям вагранок (газовых и коксовых), применяемых для плавки чугуна.

Известна подина дуговой электропечи /1/, которая состоит из внутреннего слоя огнеупорных кирпичей (шамотных, динасовых, высокоглиноземистых и др.) и внешнего слоя набивной футеровки. В качестве внешнего слоя используется набивная смесь, состоящая из 90-92% кварцевого песка, 5-6% жидкого стекла и 3-4% воды. При основном процессе плавки и основной футеровке используют доломитовую или магнезитовую массу. Подина дуговой печи работает длительное время, и ее ремонт заключается в заправке ее поверхности футеровочной массой.

Известная подина не может быть использована в вагранках, так как ваграночный процесс имеет свою специфику, заключающуюся в том, что вагранку в конце каждой смены выбивают с целью удаления из нее остатков плавки. Выбивка вагранки производится через подину, для чего подину удаляют из вагранки. В связи с этим подина вагранки не может быть стационарной и выполненной из огнеупорных кирпичей.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является традиционная подина практически всех вагранок /1/. Подину вагранки, как правило, набивают в виде слоев из горелой отработанной формовочной земли, сухого песка, свежей формовочной наполнительной смеси и гари (отбросы из искрогасителя).

Недостатком известной подины является то, что она не участвует активно в физико-химических металлургических процессах вагранки и является лишь источником шлака, так как ее огнеупорность значительно ниже огнеупорности футеровки. Известная подина не способствует науглероживанию и раскислению чугуна.

Целью предлагаемого изобретения является разработка такой подины вагранки, которая бы обеспечивала не только теплоизоляцию печного пространства, но и способствовала раскислению и науглероживанию чугуна.

Задача решена тем, что подина вагранки, состоящая из нескольких слоев горелой земли, формовочной смеси и песка, дополнительно облицована верхним металлургически активным слоем, состоящим из смеси дробленого природного минерала шунгита с содержанием 30-40%, углерода, 60-70% оксида кремния, электродной стружки и борной кислоты при следующем содержании компонентов (мас. %): дробленый шунгит - 80...90, электродная стружка - 10...20 и борная кислота - 1,5...2 (сверх 100%).

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 изображена вагранка (газовая с огнеупорной насадкой), на фиг.2 - предлагаемая конструкция подины вагранки.

Газовая вагранка состоит из горна 1, шахты 2, копильника 3 и опорной части 4. Копильник 3 соединен с горном 1 переходной леткой 5. В горне 1 вагранки смонтированы газовые горелки 6 с трубопроводами 7, 8 для 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 перегрева металла и его науглероживания.

В нижней части горна выполнена подина 12, набиваемая из нескольких слоев горелой земли, песка и свежей формовочной смеси.

Работа вагранки заключается в загрузке насадки, ее нагреве продуктами сгорания газа, загрузке шихты, ее нагреве и плавлении, перегреве и науглероживании металла в насадке и выпуске металла.

Предлагаемая подина вагранки имеет следующую конструкцию. На подовой плите выполнен слой 13 горелой земли или отбросов из искрогасителя толщиной 50-60 мм, на этом слое выполнен слой 14 из свежей формовочной наполнительной смеси с крепителем из сульфитно-спиртовой барды толщиной 50-60 мм (фиг.2). Далее выполнен слой 15 из сухого кварцевого песка толщиной 80-100 мм и снова слой из формовочной смеси толщиной 100-120 мм.

Верхний облицовочный слой 16 подины выполнен из смеси дробленого природного минерала шунгита фракцией 0,5-1,0 мм, электродной стружки с содержанием углерода до 65-80% и борной кислоты. Содержание компонентов в смеси следующее (мас.%): шунгит - 80...90, электродная стружка - 10...20 и борная кислота - 1,5...2 (сверх 100%). Толщина облицовочного слоя - 100...150 мм. Все слои утрамбованы до получения плотного герметичного слоя.

После набивания подины производят сушку вагранки и в том числе подины. Сушка осуществляется в течение 4-5 ч непосредственно перед плавкой газовой инжекционной горелкой, монтируемой в ремонтном окне копильника. Продукты сгорания газа из копильника поступают в горн вагранки и просушивают футеровку горна и подину. Температура стенок футеровки и подины при этом составляет 500-600^oС.

Спекание облицовочного слоя производят во время прогрева вагранки в первоначальный период плавки. Прогрев вагранки производится при малой производительности газовых горелок до температуры подины и футеровки 1300-1400^oС в течение 1,0-1,5 ч. При прогреве происходит остеклование и спекание облицовочного слоя подины за счет наличия в составе смеси борной кислоты и фазовых превращений составляющих смеси во время прогрева.

Предлагаемая подина вагранки работает следующим образом. Во время плавки предлагаемая подина, как и известная подина, обеспечивает надежную теплоизоляцию печного пространства и предотвращает прорыв жидкого металла через подовое отверстие в опорной плите. Этому способствует многослоевая набивка подины.

Предлагаемая подина в отличие от известной является металлургически активной за счет наличия в ее составе природного минерала шунгита и электродной стружки. Шунгит - минеральное вещество, состоящее из аморфного углерода и сильнодиспергированного графита. Шунгит обычно содержит 30-40% углерода, 60-70% оксида кремния и различные примеси. Твердость шунгита по минералогической шкале - 4, плотность 1840-1980 кг/м³. Стоимость кускового шунгита - 500-600 руб/т. Электродная стружка - это стружка электродов, применяемых в дуговых электропечах. Содержание углерода в стружке - 60-80%.

Под действием высокой температуры в горне облицовочный слой разогревается. Углерод шунгита частично реагирует с кремнеземом по реакции С+SiO₂=СО₂+Si, в результате чего в смеси появляется металлический кремний. Таким образом, в облицовочном слое присутствуют два активных элемента - углерод и кремний, которые являются сильнейшими восстановителями.

При контакте жидкого металла и материала облицовочного слоя происходят следующие процессы:
а) раскисление чугуна. Печная атмосфера вагранки является окислительной, что приводит к окислению элементов чугуна. Окисленный чугун имеет неудовлетворительную жидкотекучесть, повышенную усадку, качество отливок при этом снижается.

При взаимодействии жидкого металла с поверхностью облицовочного слоя содержащиеся в материалах слоя углерод и кремний реагируют с оксидами элементов и восстанавливают их до металлов, что позволяет снизить окисленность металла, увеличить содержание в чугуне основных элементов и снизить угар железа.

Процесс раскисления при этом интенсифицируется за счет активного перемешивания чугуна выделяющимся при вышеприведенной реакции восстановления кремнекислоты углекислого газа. Выделяющийся при этом углекислый газ, кроме того, вспучивает облицовочный слой, в результате чего частицы активных веществ освобождаются от связки и имеют возможность беспрепятственно диффундировать в жидкий металл. Поверхность облицовочного слоя становится рыхлой, его поверхность увеличивается, что также способствует итенсификации металлургических процессов.

б) науглероживание чугуна. При контакте жидкого металла с облицовочным слоем происходит растворение углерода шунгита и электродной стружки в жидком металле за счет диффузии. Процесс науглероживания идет интенсивно, чему способствуют следующие факторы.

1. В районе подины наблюдается самая высокая температура жидкого металла, так как сюда он поступает уже перегретый в насадке. Температура поверхности облицовочного слоя тоже достаточно высокая. Высокая температура металла и карбюризатора, как известно, способствуют ускорению процесса диффузии углерода в металл.

2. В облицовочном слое шунгит и электродная стружка имеют тонкий фракционный состав, и площадь контакта металла и карбюризатора увеличивается, что также способствует интенсификации науглероживания.

3. Вероятность контакта жидкого чугуна с карбюризатором облицовочного слоя равна 100% в отличие от контакта металла с карбюризатором в насадке, так как весь стекающий из горна металл непременно будет перетекать по поверхности облицовочного слоя в переходную летку копильника. Это обстоятельство также интенсифицирует процесс науглероживания.

В совокупности факторы 1, 2, 3 обеспечивают дополнительное науглероживание чугуна за счет наличия активной подины и взаимодействия ее материалов с жидким чугуном. Содержание углерода в чугуне увеличивается на 0,1-0,2%.

в) модифицирование чугуна. При стекании чугуна по поверхности облицовочного слоя происходит его эррозия и вымывание частиц материалов (графита, кремния и неметаллических включений) и попадание их в жидкий металл. Эти частицы, особенно кремний, являются дополнительными центрами кристаллизации при охлаждении металла, в результате чего металл модифицируется и его структура становится плотной и мелкозернистой. Это способствует улучшению качества металла и отливок.

Приведенные в заявке содержания компонентов в облицовочном слое являются оптимальными. Они обеспечивают оптимальный баланс углерода и кремния в облицовочном слое, а соответственно, и в металле. При выходе содержания из указанных пределов возникает дисбаланс по углероду или кремнию.

ПРИМЕР. Проводили сравнительные лабораторные плавки на малой опытной вагранке производительностью 0,5 т/ч. Плавки проводились на шихте, состоящей из чугунного лома со средним содержанием элементов: углерод - 3,3%, кремний - 1,7%, марганец - 0,7%. В первой серии опытов подина была обычной без облицовочного слоя. Во второй серии опытов использовалась подина с облицовочным слоем толщиной 100 мм. Состав облицовочного слоя: шунгит - 85%, электродная стружка - 15%, борная кислота - 1,5%.

В таблице приведены средние обобщенные данные по плавкам.

Из приведенных данных видно, что предлагаемая подина обеспечивает эффективную металлургическую обработку чугуна и улучшение его качества.

Изобретение относится к области литейного производства, конкретно к конструкциям вагранок. Устройство включает подину вагранки, состоящую из нескольких слоев горелой земли, формовочной смеси и кварцевого песка, дополнительно облицованную металлургически активным слоем, состоящим из смеси дробленого природного минерала шунгита с содержанием 30-40% углерода и 60-70% оксида кремния, электродной стружки и борной кислоты при следующем содержании компонентов, мас.%: шунгит 80-90, электродная стружка 10-20, борная кислота 1,5-2,0 (сверх 100%). Применение в вагранках предлагаемой подины обеспечивает раскисление металла, его науглероживание и силицирование. 2 ил., 1 табл.

Подина вагранки, состоящая из слоев горелой земли, формовочной смеси и кварцевого песка, отличающаяся тем, что она снабжена металлургически активным верхним облицовочным слоем, состоящим из смеси дробленого природного минерала шунгита с содержанием 30-40% углерода и 60-70% оксида кремния, электродной стружки и борной кислоты при следующем содержании компонентов, мас. %:
Шунгит - 80-90
Электродная стружка - 10-20
Борная кислота - 1,5-2,0 (сверх 100%)