Брикет для выплавки черных металлов Советский патент 1981 года по МПК C22B1/244 

1

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для плавки стали, а также чугуна.

Известны брикеты различного состава, состоящие из чугунной стружки с. добавкой науглероживателя, которые используются при плавке чугуна и стали. При плавке этих брикетов происходит расплавление стружки (или другой железосодержа1дей составляющей) и науглероживание расплава 1 и 2 .

Недостатком этих брикетов являются повышенные потери углерода науглероживателя вследствие потерь углерода при хранении, перемещении и загрузке брикетов из-за сравнительно низкой их плотности и прочности, а также значительного угара углерода при взаимодействии с кислородом пла- вильного пространства печи.

При перемещении этих брикетов в плавке не происходит рафинирования металла от вредных примесей, а наоборот расплав насыщается серой из кокса, в котором содержание этого элемента достигает 1,4%, что особенно важно учитывать при выплавке стали, так как качество стали ухудшается.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности -и достигаемому

результату является брикет, составляющие компоненты которого взяты при следующем количественном соотношении, вес.%:

Коксовая мелочь15-35

Связующее (цемент) 8-20 Окйсь железа0-25

Отходы чугуна и стали небольших размеров Остальное

10 Расчетное содержание химических компонентов в брикете находится в следующих пределах,%: С 15-35; Si 0,3-0,9; «п 0,2-0,6; S 0,08-0,35.

Минералогический состав цемента 15 (ЗСаОSltXj ; 2CaOSiUa; BCaOAljjOj; 4СаО-Alyj O -Fe Oj; СаЗОд-ZH O) В присутствии окисей железа обеспечивает образование активного шлака.

Изготовление брикета производится 20 путем перемешивания составляющих брикета с добавлением воды, после чего готовую массу запивают в форкол и высушивают до -затвердевания цемента. При использовании бРикета в плав25ке происходит переплав металлолома, шлакообразование и науглероживание расплава. Сравнительно простая технология изготовления брикета позволяет утилизировать отходы кокса, чугун30 |ной и стальной стружки. Кроме

ТОГО, брикет обладает сравнительно высокой механической прочность до 136 кгс/см fSj.

Однако высокое содержание коксово мелочи в брикете приводит к повышенному содержанию в расплавленном металле серы (до 0,35%), что, как известно, отрицательно влияет на свойства черных металлов и особенно стали. Это требует в свою очередь проведения активного рафинирования десульфурации расплава, но СаО в составе цемента находится в значительной мере в связанном состоянии, что уменьшает способность брикета к десульфурации расплава.

Несмотря на сравнительно высокую прочность брикета, он имеет недостаточную термостойкость, так как в его составе в качестве связующего используется цемент, имеющий низкую огнеупорность, что приводит к механическим потерям I вследствие разрушения брикетов) и преждевременному повьииенному угару углерода вследствие его окисления (выгорания) до расплавления брикета. Повышенный угар углерода во время плавки не позволяет предопределить его содержание в расплавленном металле, поэтому его химический состав нестабильный.

Необходимо также отметить, что в связи с тем, что в состав брикета входит незначительное количество металлического лома, он имеет небольшой удельный вес, в результате чего увеличиваются потери со шлаком и уменьшается производительность печи Цель изобретения - улучшение качества, стабилизация химического состава, а также снижение себестоимости выплавленных сплавов.

Поставленная цель достигается тем что предлагае1 аз1й брикет содержит в качестве связующего побочный продукт производства кристаллического кремния в сочетании с водой и щелочью, а в качестве шлакообразующей добавки - шамотный порошок и дополнительно галит, известняк и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Коксовая мелочь 4,0-5,0 Шамотный .порошок 10-22 Галит2,0-3,0

Известняк5,9-6,7

Плавиковый шпат 1,1-1,3 Побочный продукт производства кристаллического

кремния , 1, Щелочь0,92-1,10

Вода2,84-3,40

Измельченный

стальной лом Остальное Связующее готовят следующим образом.

Щелочь (едкий натр) растворяют в расчетном количестве воды при комнатной температуре. Далее вводят побочный продукт производства кристаллического кремния и ведут растворение его, непрерывно помешивая до получения однородного раствора при 80-90 с в течение 2-2,5 ч, обеспечивая технологически приемлемую вязкость 2530 сПз.

Готовое связующее после охлаждения является устойчивым коллоидным раствором, в котором частицы побочного продукта производства кристаллического кремния находятся в виде высокомолекулярных кремниевых кислот.

Побочный поодукт производства кристаллического кремния представляет собой тонкую, непористую, высококремнеземистую a юpфнyю пыль общего химического состава, вес.%:

Двуокись кремния 80-90 Углерод3-10

Q Окись алюминия ,6 Окись кальция 0,3-1,7 Наличие в составе связующего углерода способствует дополнительному науглероживанию расплава, а кремцезем и другие окислы принимают активное участие в шлакообразовании.

Шамотный ПОРОШОК (ГОСТ 3272-71) является шлакообразуюшей добавкой и способствует получению жидкоподвижного шлака. Кроме того, шамотный порошок - огнеупорный наполнитель и в соединении с новым связующим образует огнеупорный слой, который обеспечи- вает высокую прочность и термостойкость брикета (до 1100°С) и предохраняет. углерод кокса от нежелательного контакта с КИСЛОРОДОМ атмосферы печи и преждевременного (до расплавления брикета) выгорания, что значительно сокращает угар углерода

д и, следовательно, повышает его усваиваемость. Это позволяет сократить количество вводимой в брикет коксо- . вой мелочи.

Уменьшение насыщения металла серой достигаетсяза счет, снижения в составе брикета содержания коксовой лелочи и введения активных обессеривающих добавок - известняка (ГОСТ 7618-70) при их соотношении 5:1. Это соотношение является наиболее эффективным по воздействию на расплав и экономичным в связи с дефицитностью и высокой стоимостью плавикового шпата.

Применение галита (ГОСТ 13830-68) 5 в составе брикета обеспечивает увеличение прочности брикета и, кроме того, поглощение примесей масла и эмульсии с поверхности стружки, а также более эффективное удаление п этих примесей в шлак. Это приводит к уменьшению загрязнения атмосферы выделениями пыли и дыма при плавке брикета. В процессе плавки гллит дополнительно -рафинирует расплав от c неметаллических включений. в качестве измельченного металлического лома в брикете используется стальная стружка. Состав боикета позволяет улучшить качество отливок и слитков за счет меньшего содержания вредных примесей в выплавленном металле в связи со зн чительным уменьшением вводимой в состав коксовой мелочи, а также за.счет введения обессеривающих добавок - известняка и плавикового шпата, Обессеривание происходит в микрообъеме брикетов при их плавлении, т.е. сера, со держащаяся в брикете переходит в шлак при его плавке и не попадает в расплав. За счет использования галита происходит дополнительное рафинирование расплава от неметаллических включений. Введение в состав брикета огнеупорного наполнителя - шамотного порошка в сочетании с кремнесодеожа щим связующим позволяет повысить его термостойкость, что способствует снижению угара углерода при расплаве металла, и тем самым стабилизировать его химический состав. Введение всех этих компонентов позволяет, получить брикет, химический состав которого находится в регламентируемых пределах, соответствующих химическому составу передельного чугуна,что позволяет заменить передельный чугун полностью или частично при плавке черных металлов и тем самым снизить себесто имость выплавляемых металлов. Кроме того, удельный вес брикета больше по соавнению с известным за счет большего использования количесх.ва вводимой стружки, что способствует уменьшению потерь углерода кокса в шлаке и в конечном счете также влияет на снижение с ебестоимости выплавленного металла. Изготовление брикетов осушествляется следующим образом. В шаровой мельнице измельчают коксовую мелочь, шамотный порошок, галит, известняк и плавиковый шпат до фракции 3 мм, которые затем перемешивают с добавлением волы (1-3% сверх 100% всех составляющих брикета компонентов ) . При перемешивании компонентов происходит равномерное оаспределение огнеупорного наполнителя в объеме смеси, что в последующем обеспечивает увеличение термостойкости брикета в целом. В полученную смесь вносят предварительно дробленную до фракции не . более 30 мм стальную стружку и связукидее и осуществляют их вторичное перемешивание. Подготовленную смесь брикетируют под давлением 100-200 кгс/см. Сырые брикеты продувают углекислым газом при давлении 1,2-3 атм 1-1,5 мин При продувке брикета связующее теряет алсорбированную влагу, при этом растет прочность брикета, так как увеличивается вязкость смеси (пленка связующего на поверхности частиц наполнителей брикета становится более жесткой, и увеличивается концентрация щелочи непосредственно в пленке связующего на поверхности составляющих брикет компонентов; что приводит к полимеризации поликремниевых-кислот основы связующего. Затем брикет подвергают сушке в печи при 160-180 С в течение 2 ч или при бОО-доо С в течение 3-6 мин. При этом происходит окончательное доупрочнение брикета и удаление остатков влаги из него. Оптимальный размер брикета выбран из условий обеспечения достаточной прочности 100 мм и высотой 80-100 мм. В табл.1 представлены следующие составы смесей для получения коксостружечных брикетов с различным содержанием компонентов. Таблица 1 Коксовая 35 4 4,5 5 мелочь Побочный продукт производства кристаллического сочетания с водой и щелочью Шамотный 22 17 порошок 2 2 Известняк и. плавиковый шпат, соотношение 5:1 7 7,5 8 Измельченный 25 60 64 стальной лом Вода (сверх в табл.2 приводятся сравнительные данные механических характеристик брикетов.

Таблица 2

136

160

3 3 4

180

210

)0пределяется по количеству сбрасываний с высоты 2 м на чугунную плиту до разрушения брикета.

Как видно из табл.2 прочность предлагаемого брикета значительно вьшле, чем у известного. Наибольшей прочностью обладает брикет состава 3

Ниже приведен химический состав предлагаемого брикета и передельного чугуна.

Брикет Передельный чугун М2 (ГОСТ 805-69)

С 3,9-4,1 Не регламентируется

0,5-0,9

0,2-0,5

Si ДО 1,5 0,4-0,50 Mn До 0,06 . 0,04-0,q8

s . До 0,30 0,03-0,04 p

Как видно, содержание химических элементов в брикетах на.ходится в пределах, соответствующих передельному чугуну. При этом содержание S1, Мп и Р находится на нижнем пределе, В целом химический состав брикета отвечает требованиям, предъявляемым к брикету как заменителю передельного чугуна.

Известно, что при выплавке различньох марок стали в электрических и мартеновских печах машиностроительных заводов в составе металлошихты используют передельный чугун в количестве от 6 (при плавке в электродуговых печах) до 40-50% (при плавке в мартеновских печах), стальной лом, в том числе стружку россыпью, брикетированную и в пакетах, ферродобавки и легирующие.

Например, для выплавки стали марки 10 шихта имеет следующий состав, вес.%:

Стальные отходы (в т.ч. стальная стружка россыпью и в пакетах . дн Л.0%). .. Передельный чугун15 Сверх 100% ферродобавки и присадки, вес.%:

Ферросилиций ФС75 0,1 Марганец0,15

АЛЮМИНИЙ (раскислитель)0,1

При опробовании для выплавки стали марки 10 применяют шихту следующего состава, вес.%:

Стальные отходы°

(сталь 45)85

Брикеты15

Сверх 100%, вес.%: Ферросилиций ФС75 0,1 Марганец0,15

Алюминий Э (раскислитель)0,1

Опытные плавки проводят на ЛПО Кировский завод. Плавки осуществляют в индукционной печи емкостью 120 кг. Футеровка магнезитовая. Вес садки 100 кг. Испытуемые брикеты укладывают на дно, а отходы стали загружают сверху. При расплавлении шихты заливают пробы на химический анализ выплавленной стали. Затем заливают клиновую пробу после присадки в расплав ферросилиция ФС75. марганца, а также после раскисления стали алюминием в ковше.

Результаты сравнительного исследования свойств стали, выплавленной по известному процессу и с применением брикетов приведены в табл.3.

Т а б л и ц а 3

Сталь выплавэтена с использованием предлагаемых , 0,26-0,28 0,31-0,34 брикетов 0,99-1,04 Сталь выплавлена с использованием пре дельного0,26-0,34 0,24-0,40 чугуна 0,95-1,0-2 0,016-0,019 0,028-0,030 52-56 0,032-0,040 0,030-0,035 48-50

Как видно из табл.3, сталь, выплавленная с использованием предлагаемых брикетов имеет меньшее содержание вредных примесей Р и S , в частности содержание Р меньше в 2 раза, чем при плавке с передельным чугуном. Содержание S i и Мп примерно одинаково а содержание углерода на 0,02% (по верхнему пределу) больше. Меньшее содержание фосфора обусловлено, его меньшим содержанием в брикете по сравнению с передельным чугуном, а меньшее содержание серы значительным уменьшением вводимой в состав коксовой мелочи и рафипирующйм1 действием известняка и плавикового шпата, входящих в состав брикета. Твердость стали, выплавленной с использованием предлагаемых брикетов несколько больше, чем стали, выплавленной с передельным чугуном, что обусловлено более высоким содержанием углерода и меньшим количеством вредных примесей - фосфора н серы. Разброс химического состава стали, выплавленной с использованием брикетов незначителен. Результаты испытаний показывают также,что коэффициентусвоения углерода при плавке брикетов высокий и равен 92-98%.

При плавке стали в электрических .печах использование брикетов позволяет заменить передельный чугун на 100%. Из-за значительного шлакообразования в мартеновских печах целесообразна замена до 25-37% количества передельного чугуна на брикеты в зависимости от марки выплавляемой стали.

Предлагаемые брикеты могут быть также испрльзованьл при плавке чугуна

Ориентировочный расчет показывает, что стоимость 1 т брикетов составляет 27 р. с учетом затрат на их изготовление ПРОТИВ 60 р. за 1 т передельного чугуна, что позволяет получить экономический эффект 5-6 р. при выплавке 1 т жидкой стали с учетом даже частичной Зс1мены передельного чугуна брикетами.

Формула изобретения

Брикет для выплавки черных металлов, включающий измельченный стальной лом, коксовую мелочь, связующее

0 и шлакообразующую добавку, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества, стабилизации химического состава и снижения себестоимости выплавленных меташлов, шихта содержит в качестве связующего побочный продукт производства кристаллического кремния в сочетании с водой и щелочью, а в качестве шлакообразующей добавки - шгшотный поро0шок и дополнительно галит, известняк и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, ввс.%: Коксовая мелочь 4-5 Шамотный порошок 10-22 Галит2-3

5

Известняк5,9-6,7

Плавиковый шпат 1,1-1,3 Побочный продукт производства кристаллического кремния 1,25-1,50

0 Щелочь0,92-1,10

Вода2,84-3,40

Измельченный стальной лом Остальное

5

источники информации, принятые во внимание при экспертизе

40 2. Авторское, свидетельство СССР 246542, кл. С 21 С 5/04, 20.06.69.

3. Патент США 4063944, кл. В 21 С 37/00, опублик. 20.12.77.