Шлакообразующая смесь для получения легированного чугуна

 

ШЛАКООВРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕгаРОВАННОГО ЧУГУНА, включающая ванадиевый шлак, углерод содержащий материал, отличающаяся тем, что, с целью повышения металлургической активности шлака, а также снижения стоимости смеси, она дополнительно содержит ваграночный шлак и плавиковый шпат, а в качестве углеродсодержащего материала - карбид кремния при следующем соотношении ингредиентов, мае.%: Шлак ванадиевый 35-50 Шлак ваграночный 30-40 Карбид кремния 10-20 Плавиковый шпат 5-10

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

09) (И) зСЮ С 21 С 5/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

41 (21) 3554004/22-02 (22) 21. 02, 83 (46) 30. 08.84. Бюл. У 32 (72) В.А. Грачев, Ю И. Уточкин и Н.А. Горелов (71) Пензенский политехнический институт (53) 621.745 ° 58;088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

У 293860, кл. С 21 С 5/56, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР

В 353968, кл. С 21 С 5/52,, 1921. (54)(57) ШЛАКООБРАЗУЮЩАЯ СМЕСЬ ДЛЯ .ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО ЧУГУНА, с включающая ванадиевый шлак, углеродсодержащий материал, о т л и—

- ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения металлургической активнос" ти шлака, а также снижения стоимости смеси, она дополнительно содержит ваграночный шлак и плавиковый шпат, а в качестве углеродсодержащего материала — карбид кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.7.:

Шлак ванадиевый 35-50

Шлак ваграночный 30-40

Карбид кремния. 10-20

Плавиковый шлат 5-10

1110807

Изобретение относится к металлургии черных металлов, а именно к составам шлакообразующих смесей, используемых при выплавке низко- и среднелегированных чугунов с извлечением легирующих элементов из шлака.

Известен флюс для легирования металла ванадием, содержащий фтористый кальций и пятиокись ванадия (1 ).

Проведение электрошлакового переплава под флюсом указанного состава способствует восстановлению ванадия из шлака. Изменяя концентрацию пятиокиси ванадия во флюсе, можно регулировать концентрацию восстановленного ванадия в металле. Однако наличие во флюсе повышенного количества фтористого кальция делает

его очень дорогим, а отсутствие восстановителя делает процесс обработки малоэффективным.

Наиболее близкой к предложенной является используемая при переделе ванадиевого шлака шлакообразующая смесь (2 ), содерщая, мас.%:

Шлак ванадиевый 55-65

Доломит необожженный 27-33

Кокс молотый 8-12

Недостатками смеси являются ее низ кая восстановительная способность по отношению к ванадию при невысоких температурах (а для чугуна они характерны), так как углерод, входящий

35 в состав смеси, является эффектив- ным восстановителем только при.температурах выше 1400 С и, как следствие этого, незначительное увеличение содержания легирующего элемента в выплавляемом металле.

Целью изобретения является повышение металлургической активности шлака, а также снижение стоимости смеси.

Поставленная цель достигается тем. что шлакообразующая смесь для получения легированного чугуна, включающая ванадиевый шлак, углеродсодер" жащий материал, дополнительно содержит ваграночный шлак и плавиковый

50 шлат, а в качестве углеродсодержащего материала — карбид кремния при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

Шлак ванадиевый 35-50

Шлак ваграночный 30-40

Карбид кремния 10-20

Плавиковый шпат 5-10

Наличие в составе шлакообразующей смеси указанного количества компонентов способствует протеканию восстановительных процессов и обеспечивает получение качественных желеэоуглеродистых сплавов без использования в шихте дорогостоящих ферросплавов.

Положительный эффект от введения в состав шлакообраэующей смеси карбида кремния заключается в том, что он обеспечивает эффективное протекание реакции восстановления ванадия, титана, хрома, железа, кремния и марганца из окислов, образующих расплав шлака. Причем, если восстановительная способность кремния до 1400 С превышает таковую для углерода, то .в интервале температур выше 1400 С активность углерода значительно превышает активность кремния, чем обеспечивается выполнение задачи интенсивного протекания реакций восстановления во всем интервале температур расплава. Совместное использование углерода и кремния позволит компенсировать их недостатки как восстановителей в непрерывно изменяющихся условиях.

При содержании в составе шлакообраэующей смеси карбида кремния менее

10 мас% не обеспечиваются условия для восстановления легирующих элементов из их окислов, Увеличение содержания карбида кремния более 20% нецелесообразно, так как приводит к снижению содержания в шлаке флюсующих и рафинирующих компонентов и повышает стоимость смеси.

Продуктами восстановления содер жащихся в шлаках окислов являются

Me, SiO> и CA. в результате чего при снижений в расплаве окислов металло. образуется шлак с повышенной концентрациеи БхО .Это приводит к увес личению вязкости шлака и ухудшению кинематики восстановления элементов из их окислов. Для компенсации влияния образующегося кремнезема на вязкость шлака в смесь введен плавиковый шпат. На снижение вязкости шлака оказывает положительное влия-ние также и имеюща.".ся в составе компонентов шлакообразующей смеси окись кальция.

Плавиковый шлат способствует ак тивному протеканию процесса десульфурации. Содержание плавикового шпата в смеси менее 15% не обеспе11 I0807

Состав смеси, мас.Х

Свойства шлаков

ЯЬык ванадиевый

30

1290

0,48

40

0,47

1290

1270

ЗЗ

0,45

1265

50

1256

0,42

0,42

1252

30 чивает достаточной степени десульфурации, повышение содержания выше

20Х приводит к повышенному выделению фтористых соединений в атмосферу и удорожает смесь.

В составе предлагаемой шлакообразующей композиции используют ванадиевый шлак, содержащий, мас.-Х:

Ч О - 21 "25; S iO> 14-18, Fe,„32-36, Tio2 7-10, ИО 8-10, СГ203 3-4, СаО 0,8-1,4; Mg0 2-4; Al О 1,2-1,6.

Применение ванадиевого шлака обусловлено наличием в нем таких окислов, которые позволяют получать легированный чугун повышенного качества и специального назначения. Изменение содержания ванадиевого шлака выше и ниже принятых пределов значительно влияет на процесс легирования, что подтверждено практическими исследованиями, и пределы можно, считать оптимальными.

Введение в состав шлакообразующей смеси ваграночного шлака, являющегося отходом производства и не находяще

ro практического использования ни в

Шлак вагра- Карбид кремночный ния

Как видно из табл. 1, шлак имеет

1 достаточно выеокую температуру плавле-. ния .и.вязкость, что обеспечивает ведеййе процесса обработки чугуна при 1630-1670 С. Эти показатели обеспечивают присутствие в составе ваS5 граночного шлака окислов. кремния и алюминия эа счет высоких своих темодной отрасли, способствует снижению стоимости смеси. Вместе с тем ваграночный шлак включает окислы, придающие в комплексе с остальными

5 компонентами смеси шлаку свойства, позволяющие положительно воздействовать на металлургический процесс плавки при определенной его вязкости и температуре. аграночный шлак содержит Màñ.Х:

Si0 46-50; А1 О 12-18; FeO 20-24; . СаО 10-14; MgO 2-3; NnO 0,4- 0,6.

Чэмерение содержания в составе смеси ваграночного шлака вне предлагаемых пределов приводит к ухудшению свойств выплавленного шлака вследствие изменения содержания других ингредиентов в шлакообраэующей смеси.

В табл. 1 приведены данные по

,.йяэкости и температуре плавления шла;:

1 ка, полученного из предлагаемой шла.кообразующей смеси, отражающие степень влияния на них пределов содержания

r ваграночного и ванадиевого шлаков. .Таблица 1

Плавико- Температу- Вязкость о вый шпат ра плавле- при 1350 С, ния, С П ператур плавления и высоких вязкостейа .также окислов, содержащихся в ванадиевом шлаке. Введение в состав. смеси плавикового шпата в комплексе с остальными компонентами обеспечивает шлаку необходимые свойства.

В табл. 2 приведены варианты составов испытанных шлакообразующих смесей.

Таблица 2

Содержание компонентов в смеси, мас.Ж

Вариант смеси

Шлак йлак Карбид вана- вагра- кремния диевый ночный

Кокс молотый

Доломит необожженый

Плавиковый шлат

60

10

15

15

20

H p и м е ч а н и е. Варианты смесей 1-3 относятся к смеси-прототипу.

Испытания приготовленных смесей производили следующим образом.

Из смеси наводили шлаковую ванну в электрошлаковой печи, а затем в 35 непрерывном процессе в печь осущест. вляли завалку шихтовых материалов следующего расчетного состава,X:

С 3, 15; Si 1,89; Ип 0,67; S 0,12;

P О, 14. Плавки проводили в полупро- 40 мышленной однофазной электрошлаковой печи с иерасходуемьию графитовым элекТаблица 3

Химический состав чугуна, мас.%

1Вариант смеси (табл.1) Si Ип S Р V

1,62 065 006 013 015 0017 016

3,01

2,98

1,60 0,65 0,06 О, 14 О, 18 0,19 0,17

1,56 0,64 0,06 О, 13 0,21 0,02 О, 17

1,91 0,67 0,03 0,12 0,28 0,037 0,22

2,98

3,2

30 40

35 40

40 33

50 35

60 25

55 30 тродом и тиглем, изготовленным также из графитизированного,электрода. Печь подключалась к печному трансформатору ТПО 250/40 пк.

Химический состав чугуна, выплавленного с использованием предлагаемой смеси, в сравнении с применением для этой цели смеси-прототипа (опыты проведены при одинаковых условиях) приведен в табл. 3.

lll0807

Продолжение табл.3

Вариант смеси (табл,1) Химический состав чугуна, мас.%

S1 Мп

3,18

1,92 0,69 0,03 .0,12 0,37, 0,038

0;25

1 94 0 72 0 032 0 13

0,044 0,27

3.24

0,40

3,2

1,90 0,67 0,035 0,12

1 85 0 67 0 035 0 13

0,40

0,054

0,31

0,035 0,26

3,13

0,31

3,21 1,85

0,68 0,032 0,13

0,38

0,035 0,26

Составитель В. Мальков

Техред M.Кузьма

Редактор Т. Колб

Корректор М. Максимишннец, »» 4

Заказ 6265/21, Тираж 539 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий f13635. Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППН "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Как ви) но из табл. З,,выплавка чугуна с применением предлагаемой смеси практически вдвое эффективнее как в отношении восстановления легирующнх элементов, так и в отношении десульфурации. Кроме того, применение предлагаемой смеси обеспечивает поддержание практически неизменным содержание, в чугуне углерода, кремния и марганца, тогда как приЗО использовании прототипа содержание . этих- элементов снижается. Это объясняется положительныи действием карбида кремния, который, имея высокую . температуру плавленйя и близкую к 35 шлакам плотность (3,2 г/см ), находится в слое шлака в гетерогенном состоянии, сохраняя большую реакционную способность. Карбид кремния

1 характеризуется высокой стойкостью к окислительной атмосфере, что уменьшает скорость его окисления и делает

его эффективным диффузионным раскислителем и восстановителем.

Таким образом, переплав серого чугуна под шлаком из предлагаемой смеси позволяет получать чугун, легированный ванадием, титаном и хромом.

Технико-экономический эффект от использования предлагаемого изобретения складывается в основном из статей затрат на замену свежих литейных и природнолегированных чугунов возвратом собственного производства и может составить 16-18 р. на тонну выплавляемого чугуна.