Шлакообразующая смесь

 

Изобретение относится к металургии черных металлов, а именно к составам смесей.для получения шлаков, используемых при плавке и обработке железоуглеродистых расплавов, Целью изобретения является повышение механических свойств чугуна, Щлакообразующая смесь содержит, мас.%: металлокремнистые отходы производства синтетического чугуна 60-80; известняк 10- 30 и плавиковый шпат остальное. При-, менение шлакообразующей смеси позволяет на 20-25% увеличить предел прочности и предел текучести, на 10% относительное сужение при увеличении твердости на 10-15%, 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН,е (Я) 4 С 21 С 5/54

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ д1; з, с;

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4140007/31-02 (22) 29.10.86 (46) 15.04.88. Бюл. - 14 (7i) Пензенский политехнический институт (72) В.A.Ãðà÷åâ и Н.А.Горелов (53) 669.15-198 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 937522, кл. С 21 С 7/064, 1979.

Авторское свидетельство СССР

Ф 833366, кл. В 22 D 7/00, 1979. (54) ШЛАКООБРАЗУЮЦАЯ СМЕСЬ (57) Изобретение относится к металлургии черных металлов, а именно к

„„SU„„> 88437 А1 составам смесей для получения шлаков, используемых при плавке и обработке железоуглеродистых расплавов. Целью изобретения является повышение механических свойств чугуна. йпакообразующая смесь содержит, мас.Ж: металлакремнистые отходы производства синтетического чугуна 60-80; известняк 1030 и плавиковый шпат остальное. При-. менение шлакообразующей смеси позволяет на 20-257 увеличить предел прочности и предел текучести, на 10K относительное сужение при увеличении твердости на 10-15Х. 3 табл.

1388437

Изобретение относится к металлургии черных металлов, а именно к сосгавам смесей для получения шлаков, используемых при плавке и обработке железоуглеродистых расплавов.

Цель изобретения — повышение механических свойств чугуна.

Предлагаемая шлакообразующая смесь содержит металлокремнистые отходы производства синтетического чугуна, известняк и плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов,мас. :

Металлокремнистые отходы производства синтетического чугуна б0-80

Известняк 10-30

Плавиковый шпат Остальное

Положительный эффект от введения в состав смеси металлокремнистых отходов производства синтетического чугуна, содержащих, мас. : Si 1520; SiC 37; SiO 1-3; С,, 15-26; остальное железо, позволяет расширить металпургические возможности плавки, не используя для этого дорогостоящие ферросплавы. Металлокремнистые отходы образуются при выплавке синтетического чугуна за счет разности удельных весов кускового ферросилиция, при присадке его на канаву, и жидкого чугуна. При этом низкая удельная поверхность кусков ферросилиция приводит к удлинению процесса его растворения и снижает эффективность использования, несмотря на применение таких сложных механических средств, как мешалки, перегородки желобов и др.

При подаче ферросилиция на канаву в чугуновозном ковше на поверхности расплава чугуна образуется тугоплавкая корка, состоящая из запутанного чугуна, .нерастворенного ферросилиция и графита.

После слива из ковша синтетическоro чугуна ковш очищают от оставшейся в нем корки, которая в дальнейшем не используется и направляется в отвал.

Эту корку, представляющую собой металлокремнистые отходы, и предлагается использовать в составе сырьевой смеси.

Подготовка металлокремнистой добавки к использованию в качестве компонента в смеси заключается в дроблении корок до фракций менее 100 мм и очистке ее от графитовой пы>п воздушной сепарацией или другим методом.

Затем металлокремнистые отходы смешивают с известняком и плавиковым шпатом и сырьевая смесь хранится в специально отведенных для этого бунке рах.

Исйользование в смеси металлокремнистых отходов повышает металлургическую активность полученного из нее шлака за счет наличия в отходах кремния, углерода, а также их соединения в виде карбида кремния. Положительный эффект достигается тем, что химический состав металлокремнистых отхо15 дов обеспечивает активное протекание реакций восстановления железа из окислов, так как термодинамическая активность углерода и кремния, входящих в состав отходов как в чистом

2р виде, так и в виде карбида кремния, высока по отношению к окислам железа.

Если термодинамическая активность о кремния до 1400 С превышает активность .углерода, то в интервале темо

25 ператур выше 1400 С активность углерода выше активности кремния. Совместное использование углерода и кремния позволяет компенсировать их недостатки как восстановителей в не30 прерывно изменяющихся условиях.

Восстановление железа в данном случае протекает по следующим реакциям:

SiC + 3 FeO = 3 Fe + SiO + CÎ

С + FeO = Fe + СО

Si + 2 FeO = 2 Fe + SiO

Как видно из реакций, продуктами восстановления закиси железа являются Fe, SiO и СО, в результате чего образуется шлак с повышенной концентрацией SiO . Это приводит к увеличению вязкости шлака и ухудшению кинетики восстановительных процессов.

Для компенсации влияния образующегося кремнезема на вязкость и рафинирующие способности шлака в состав смеси вводят известняк и плавиковый шпат.

Окись кальция снижает вязкость шлака и как более сильное соединение разрушает фаялит, присутствующий в шлаке, способствует увеличению активности закиси железа в шлаке и повышает степень его восстановления

1388437

Fe SO4 + 2CaO CazSiO4 + 2FeO, Содержание известняка в смеси менее 10% не обеспечивает полного ошла- 5 ковывания кремнезема, превышение же более 30% нецелесообразно, так как

его содержание до этого предела гарантирует полное шлакование кремнезема. 10

Плавиковый шпат способствует созданию жидкоподвижного шлака. Кроме того, фтористый кальций совместно с окисью кальция придает шлаку рафинирующие свойства, позволяющие сокра- 15 тить содержание в выплавляемом сплаве серы.

Снижение содержания в смеси металлокремнистых отходов ниже 60% предела не обеспечивает должного модифициро» 20 вания, раскисления и недостаточно полно восстанавливает железо из окислов, превышение же верхнего предела

80% нецелесообразно, так как приводит к снижению содержания в шлаке флюсую- 25 щих и рафинирующих добавок.

В табл. 1 приведены данные по свойствам шлака, полученного из предлагаемой смеси, отражающие степень влия ния на них различных составов смеси. 30

Как видно из табл. 1, шлак имеет достаточно высокую температуру плавления и вязкость, что обеспечивает при электрошлаковом процессе обработки высокие температуры и способствует 3 высокой степени перегрева расплава, его рафинирования и модифицирования.

В табл. 2 приведены составы испытанных шлакообразующих смесей для плавки и обработки серого чугуна 0 (составы смесей 1-3 относятся к известной смеси).

Испытание шлаков, выплавленных из известной и предлагаемой смесей, про- изводили следующим образом.

Предварительно перемешанную шлакообразующую смесь переплавляли в дуговой электропечи, после чего работу печи переводили в бездуговой электрошлаковый режим, снижая величину напряжения, и в печь осуществляли завалку металлической шихты следующего расчетного состава, %: С 3,2-3,3;

Si 1,9-2,0; Мп О, 7-0,8; Б О, 11-0, 12;

Р до 0,14. Плавки проводили в полупромышленной однофазной электрошлако- 55 вой печи с нерасходуемым графитовым электродом. Печь питалась от печного трансформатора ТПО 250/40 ПК. Порция шихты расплавлялась и расплав подвергался обработке в течение 15 мин, посо ле достижения им 1500 С. Температуру шлака поддерживали в пределах 1650 + о

+ 20 С. Изучали влияние обработки. полученным шлаком на изменении химического состава и механических свойств переплавляемого чугуна.

Химический состав и механические свойства чугуна, выплавленного с использованием шлака, приготовленного из предлагаемой шлакообразующей смеси, в сравнении с применяемой для этой цели известной смеси (опыты проведены при одинаковых условиях) приведены в табл. 3.

Как видно из табл. 3, чугун, выплавленный и обработанный шлаком, полученным из предлагаемой смеси, имеет более высокие механические свойства, в сравнении с обработкой известной смесью, что объясняется значительной десульфурацией, превышающей 90% а также модифицирующим действием шлака, содержащего высокоглиноземистые расплавы, содержащие Si в виде сложных компонентов. Модифицирующий эффект подтверждается и тем,:что отбел полученного чугуна значительно меньше.

Из табл. 3 видно также, что обработанный.предлагаемой смесью чугун имеет более высокое содержание С, Si и Мп..Это объясняется положительным действием составляющих металлических отходов (кремния, углерода, карбида кремния). Карбид кремния, имея высокую температуру плавления и близкую к шлакам плотность (3,2 г/см ), находится в слое шлака в гетерогенном состоянии, сохраняя большую реакционную способность. Кроме того, карбид кремния характеризуется высокой стойкостью к окислительной атмосфере, что уменьшает скорость его окисления и делает его эффективным диффузионным раскислителем.Раскислительные способности шлака, полученного из предлагаемой смеси, подтвержает и цвет шлака после его использования, который был зеленовато-оливковым..

Таким образом, применяемая шлакообразующая смесь позволяет выплавлять модифицированный чугун с повышенными свойствами без использования для .этого дорогостоящих ферросплавов, 1

Формула-из о брет ения

Плакообразующая смесь, включающая плавиковый шпат и углеродсодержащий

1388437

60-80

10-30

Остальное

Т а блица

Свойства полученного шлака

Содержание, мас.%, компонентов тав

Извест

Металлоавиемпеатура лавязость овый кремнистые отняк ат

lIP емпеатуре

350 С. ходы производст ва синения, С тетического чугуна

35 Остальное 1220 0,60

1230 0,60

1246 О, 62

60

70

1260 0,64

10

1264 0,65

Та блица 2

Содержание компонентов смеси, мас.%

Вариант смеси

Остальное

35

30

20

70 материал, о т л н ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения механических свойств чугуна, она дополнительно содержит известняк, а в качестве углеродсодержащего материала содержит металлокремнистые отходы производства синтетического чугуна

Металло кремнис» тые отходы производств синтетического чугуна при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Метаплокремнистые

5 отходы производства синтетического чугуна

Известняк

Плавиковый шпат з- Шун- Плавиковый ест- гит шлат як

1388437

Продолжение табл.2

Содержание компонентов смеси, мас.Х

Вариант

ШунМеталлоавиковьпЗ шпат смеси кремнистые отгит вес няк ческого чугуна

80 и

Таблнца 3

Химический состав чугуна, мас.2 — — — т- ——

Вариант

Неханические свойства

Относи- . тельное

С Si

Ип S P

P= ть шихтн сужение >

f мм

3 3 229

48 5

41,2

24 1

-2-2» »«

20il

0 74

0,69

0 11

0,09

О 13

О, l2

3 3

1 2

3,27

1 91

2 ——

1,8

207

3,0

48 1

40,8

3 2

3„0

217

207

О 11

0i08

24 4

21,2

О 12

1.—

0i 11

3 3

2 1

3 25

9Ь

--21,82

О 77

0,73

1 1

011 О I4

0,09 0,14

3 2

2,9

229

217

25 1

20,6

Э - 323

3,24

0 78

0,75

1 97

1,8

217

241

2 8

3,0

21 0

26,2

0 It

0,06

О 12

«2»

0,12

3 28

-«Л— . 3,34

0 75

-1.

0,78

1 90

1,94

3 О

3,1

207

2!7

О 11

0i06

20 8

26,1

О 13

«-Л»0,12

3 2Ь

--2—

3,32

0 71

0,74

1 91 ь

1,9Ь

217

229

О 73

0,77

Э 1

3,3

0 12

О,t2

20 — J

30,5

0 11

0,05

Э 26

3,31

1 92

--2

1,99

297

241

3 0

3,2

Э 3

3,36

22 4

29,5

О 74

--Л.»

0,77

0 11

0,03

1 92

2,01

207

Э 0

21 О

« 1

0 75

0,77

0 11

0,03

-2

3 Э

3,36

1. 93

2,03,2 21

П р н м е ч а н и е, Числитель — эначения до обработки, энаменатель — после обработки

Составитель К.Сорокин

"?едактор H.Киатулинец Техред А.Кравчук Корректор О. Кундрик

Заказ 1549/28 Тираж 545 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 ходы производств синтетиО 13

О, 12

О 12

0,12 чно в

/мм едал уча бв

/мм

49 2

41 4

52,1

40 1

51,9

42 0

49,1

43 1

52,6

41 6

45,Г