Сплав для производства чугуна и способ его получения Советский патент 1992 года по МПК C22C35/00 C21B5/02 

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к составам сплавов, используемых при производстве высококачественных чугунов. композициям ме- таллошихт для их получения, а также к способам их выплавки.

Целью изобретения является повышение теплофизических свойств чугуна и снижение себестоимости сплава.

Пример1.В промышленный 22 т конвертер с донной воздушной продувкой заливают 1.8 т ванадийсодержащего агломерата, а затем заливают 22 т ванадийсодержащего чугуна с температурой 1290°С и продувают воздухом, подаваемым снизу с интенсивностью 450 м3/мин в течение 5 мин. Получают ванадийсодержащий шлак и углеродистый полупродукт. Первый задерживают в конвертере, а второй, имеющий температуру 1340°С и содержащий. мас.%: С 3,8: SI 0.04; Мп 0,03: V 0,03; Т 0,02; Р 0,07; S 0,032 (железо остальное), сливают в ковш. Затем шлак скантовывают в чашу.

ся

sl

1

4

Затем в порожний конвертер на второй плавке заваливают 1.2 т ванадийсодержа- щего чугуна и продувают в течение 4.5 мин до температуры 1370°С. Полупродукт, отделенный от ванадиевого шлака, так же, как на первой плавке, снова заливают в конвертер на предварительно присаженные металло- содержащие отходы абразивного производства в количестве 2,1 т и продувают воздухом до полного растворения отходов в течение 3 мин. При этом температура полупродукта возрастает до 1420°С.

Полученный полупродукт сливают в ковш, где уже находится полупродукт после первой плавки.

Смесь полупродуктов через 2 мин после смешения содержит, мас.%: С 3,2; SI 1,84; Мп 0.42; V 0,05; TI 0,07; AI 0,12; N 0,022; Си 0,04; NI 0,26, железо и примеси остальное.

По этой технологии осуществляют выплавку полупродукта с различным соотношением металлосодержащих отходов абразивного производства и разным соотношением смешиваемых полупродуктов.

В табл. 1 и 2 приведены составы полученных сплавов, условия получения и свойства обработанных чугунов.

П р и м е р 2. Сплав указанного в примере 1 химического состава, разлитого на разливочной машине, используют для выплавки ваграночного чугуна для изложниц. Содержание сплава (смеси полупродуктов) в металлозавалке ваграночной шихты 72%. После проплавки шихты литейный чугун для изложниц имеет следующий состав, мас.%: С 3,4; Si 2,02; Мп 0,51; V 0,04; Ti 0,06; Р 0.05; S 0,021; AI 0,08; N 0,018.

Полученный чугун испытывают на теплопроводность и коэффициент линейного расширения. Теплопроводность излучают методом нестационарного теплового поля на образцах (архимедовых цилиндрах). Расчет коэффициента теплопроводности выполняют по формуле

Ср -у.

где Я-теплопроводность, кал/с см с;

«-температуропроводность,см /с,1

Ср- истинная теплоемкость, кал/°С;

у- плотность, г/см3.

Значения а, Ср и у определяют экспериментально. Выявлено снижение теплопроводности чугуна с увеличением содержания алюминия и азота в сплаве.

Коэффициент линейного расширения () определяют по дилатограммам, снятым для изучения интервала эвтектоидного превращения, по формуле

а

AI

I -а-ДГ

где Д1 о U - изменение длины образца

по сравнению с эталоном, мм;. I - длина образца, мм; а - увеличение (принимается равным 300);

Д t - температурный интервал.

Установлено, что коэффициент линейного расширения при 350-550°С несколько снижается, что является весьма положительным, т. е. чугун становится менее чувствительным к возникновению напряжений.

Полученный чугун не склонен к отбелу. обладает хорошими литейными и достаточно высокими механическими свойствами, повышенной термостойкостью и весьма низким модулем упругости. Сочетание этих

свойств позволяет применить чугун, полученный с использованием специального сплава, легированного абразивными отходами, содержащими модификаторы, для от- ливки деталей металлургического

оборудования и, в частности, изложниц.

Содержание углерода в сплаве (2,4-4,0 мас.%) ограничивается преимущественно технологическими возможностями его получения, так как именно в этом интервале

концентраций достигаются минимальные его потери при сливе и разливке, стабильность получения других, в том числе и эксплуатационных свойств.

При снижении содержания углерода

(менее 2,4 мас.%), так же как и более 4,0 мас.% показатели технологии его получения заметно ухудшаются, снижаются и эксплуатационные свойства сплава и получаемого с его использованием чугуна.

Ограничение концентраций в сплаве кремния (0,10-2,42 мае.%) и марганца (0,06- 0,67 мас.%) связано в основном с использованием сплава при выплавке чугуна. Уменьшение концентрации кремния и марганца увеличивает теплопроводность и снижает термостойкость получаемого чугуна, в то время как их увеличение практически уже не изменяет указанные свойства. Положительно влияет увеличение кремния и марганца в сплаве на его потери при получении, однако при повышении концентрации этих элементов выше предлагаемых этот показатель в дальнейшем остается практически на одном и том же уровне.

Концентрация ванадия (0,01-0,12 мас.%) и титана (0.01-0,10 мас.%) в сплаве регламентируется преимущественно с позиций использования сплава для получения чугунов, в которых концентрации этих сильно карбидообразующих компонентов ограничиваются. В то же время и снижение их менее 0,01 мас.% технологически трудно достижимо без удорожания производства.

В состав сплава входят также медь в количестве 0,01-0.10 мас.%, никель 0,05- 0,38 мас.%, хром 0,01-0,12 мас.%, вносимые материалами, из которых получают сплав, и существенно не влияющие на достижение поставленной цели. Однако целе- сообразно, чтобы содержание меди и никеля было ближе к верхнему пределу, а содержание хрома ближе к нижнему.

Концентрация алюминия в сплаве (0,005-0.24 мас.%) ограничивается техноло- гическими возможностями производства сплава, следует, однако, отметить, что при этом основное его влияние в указанном интервале концентраций в основном увязывается с термостойкостью, теплопроводностью, а при повышенных температурах (350-650°С) - с положительным влиянием на коэффициент линейкого расширения.

Сплав получают при переделе ванадиевого чугуна с извлечением ванадия в товар- ный шлак и получением попутного сплава - углеродистого полупродукта. При этом на первой плавке проводят обычную операцию: заваливают в порожний конвертер агломерат, заливают ванадиевый чугун, продувают его окислительным газом (в данном решении воздухом, как азотсодержащим газом), снимают полученный ванадиевый шЛак. а углеродистый полупродукт сливают в ковш.

На второй плавке после всех перечисленных операций и снятия ванадиевого шлака в конвертер в указанном соотношении присаживают металлосодержащие отходы абразивного производства и затем перемешивают продувкой металла воздухом снизу в течение 0,5-2,0 мин, после чего полученный металл сливают в ковш с первым полупродуктом. Полученная смесь представляет собой предлагаемый сплав. Металлосодержащие отходы абразивного производства, например от выплавки нормального электрокорунда, содержат, мас.%: углерод 2.5-3.2: кремний 7-15: титан 1-4; марганец 1-3: хром 0.5-2,0; ванадий 0,5-2,0: алюминий 1-5, кальций 0,2-2,0; магний 0,1-1.0; железо металлическое остальное, и представляют собой попутный продукт выплавки товарного нормального электрокорунда, получаемый при высокой температуре (1800-2400°С) на подине печи под слоем корунда при восстановлении примесей алюмосодержащего сырья коксом в руднотермических печах.

Вследствие большой плотности (7,7-7,8 г/см, заметно превышающей плотность чугуна (7,0-7,2 г/см3), и весьма невысокой температуры плавления (1370-1420°С) они хорошо растворяются в металле, в том числе и в металле, получаемом в конце продувки ванадиевого чугуна в конвертере. Концентрация их в шихте для получения сплава определяется из требуемого содержания кремния в предлагаемом сплаве, концентрации кремния в отходах абразивного производства и степени усвоения кремния отходов, получаемым сплавом, которая должна быть не ниже 85%. При концентрации отходов в шихте более, чем рекомендуется соотношением 1:0.5, степень усвоения кремния отходов металлом снижается, а содержание кремния в сплаве повышается (2,42 мас.%), что нецелесообразно. Снижение количества отходов в шихте менее, чем рекомендуется соотношением 1:0,05, также технологически неприемлемо, так как приводит к снижению концентрации кремния в получаемом сплаве менее 0,10 мас.%, что приводит к снижению технико-экономических показателей его получения и его качества, как легирующего сплава.

Дополнительная операция смешения, как показала экспериментальная обработка способа, улучшает показатели получения сплава. Сплав при этом становится более однородным по содержанию примесей, устраняются случаи недорастворения отходов абразивного производства, уменьшается угар модифицирующих компонентов - кальция и магния. При этом весовое соотношение полупродуктов следует поддерживать в пределах 1:1. При снижении же доли обычного полупродукта ниже, рекомендуемого соотношением (0,8:1,0) или. напротив, ее повышении выше рекомендуемого соотношением (1,2:1,0) происходит или снижение однородности получаемого сплава (вследствие недорастворения абразивных отходов) или снижения его качества вследствие ухудшения химсостава сплава.

Как следует из данных, представленных в табл. 1 и 2, изобретение позволяет существенно повысить теплофизические свойства чугуна и снизить себестоимость сплава.

Формула изобретения

1. Сплав для производства чугуна, содержащий хром, марганец, ванадий, кремний, алюминий, углерод, медь, титан, никель, азот и железо, отличающийся тем, что, с целью повышения теплофизиче- ских свойств чугуна и снижения себестоимости сплава, он содержит компоненты при следующем соотношении, мае. %:

0,01-0.12

0,06-0.67

0,01-0.12

0,10-2,42

0.005-0,24

2.4-4,0

0.01-0.10

0,01-0,10

0,05-0,38

0,007-0.12

Остальное

2. Способ получения сплава для производства чугуна, включающий продувку жидкого ванадийсодержащего чугуна в конвертере окислительным газом до достижения в нем концентрации, мас.%: углерод 3,4-4,0; кремний 0,01-0,08; марганец 0,01- 0.04; ванадий 0,01-0,04; титан 0.01-0,04 и последующий слив полученного полупродукта в ковш, отличающийся тем, что, с целью повышения теплофизических свойств чугуна и снижения себестоимости сплава, в ковш на полученный полупродукт сливают полупродукт второй плавки, полученный смешением в конвертере исходного полупродукта и металлосрдержащйх, отходов абразивного производства в соотношении 1 :(0,05-0,5), при этом массовое соотношение смешиваемых полупродуктов

составляет (0,8-1,2): 1,0.

Изобретение относится к сплавам для производства чугуна и способам получения сплавов. Целью изобретения является повышение теплофизических свойств чугуна и снижение себестоимости сплава. Сплав содержит. мас.%: 0.01-0,12 Сч; 0,06-0,67 Мп; 0,01-0.12 V; 0.10-2,42 SI; 0,,24 AI; 2, 4,0 С; 0,01-0,10 Си; 0,01-0,10 TI; 0.05-0,38 N1; 0.007-0,12 N, железо и регламентированные примеси - остальное. Сплав получают путем смешения в ковше двух углеродистых полупродуктов. Первый получают продувкой расплава ванадийсодержащего чугуна в конвертере окислительным газом, а второй получают смешением в конвертере обычного полупродукта и металло- содержащих отходов абразивного производства в соотношении 1 :(0,05-0,5). При этом весовое соотношение смешиваемых полупродуктов составляет (0,8-1,2):,). При обработке предлагаемым составом ваграночного чугуна его теплопроводность уменьшилась, термостойкость возросла более чем в 2 раза при 500°С, окалиностой- кость при 800°С понизилась и также уменьшился коэффициент линейного расширения при 500°С. Себестоимость предлагаемого сплава при этом по сравнению с известным модификатором снизилась до 74,5-91,5 руб/т. 2 с. п. ф... 2 табл Ј

Таблиц /

Таблица 2