Брикет для выплавки черных металлов

Союз Советских Соцнапнстнческнх Республик(23) Приоритет С 22 В 1/244 Государственный комитет СССР яодедам изооретеиий н открытий(54) БРИКЕТ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЧЕРНЫХ МЕТАЛЛОВ 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 н стали. При плавке этих брикетов происходит расплавление стружки (или другой железосодержащей составляющей) и науглероживание расплава 1) и ( 2 )Недостатком этих брикетов являются повышенные потери углерода науглероживателя вследствие потерь углерода при хранении, перемещении н загрузке брикетов нз-за сравнительно низкой их плотности и прочности, а также значительного угара углерода при взаимодействии с кислородом плавильного 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 прнследующем количественном соотношении,вес.В:Коксовая мелочь 15-35Связующее (цемент) 8-20Окись железа 0-25Отходы чугуна и сталинебольших размеров ОстальноеРасчетное содержание химическихкомпонентов в брикете находится вследующих пределах,В: С 15-35 50,3-0,9; Нп 0,2-0,6;0,08-0,35,Минералогический состав цемента 15 (ЗСаО 53; 2 СаО- оа, ЗСаО А 10 З,4 СаО А 1 ОВ Ге, ОЗ Са 0 2 НО) в присутствии окисей железа обеспечиваетобразование активного шлака.Изготовление брикета проиэводится 20 путем перемешивания составлякщихбрикета с добавлением воды, послечего готовую массу заливают в формыи высушивают до затвердевания цемента. При использовании брикета в плавке происходит переплав металлолома,шлакообраэование и науглероживаниерасплава. Сравнительно простая технология изготовления брикета позволяет55 60 65 того, брикет обладает сравнительно высокой механической прочностьюдо 136 кгс/см (3.Однако высокое содержание коксовоймелочи 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 составецемента находится в значительной мере в связанном состоянии, что уменьшает способность брикета к десульфурации расплава.Несмотря на сравнительно высокуюпрочность брикета, он имеет недос аточную термостойкость, так как в егосоставе в качестве связующего используется цемент, имеющий низкую огнеупорность, что приводит к механическим потерям (вследствие разрушениябрикетов) и преждевременному повышенному угару углерода вследствие егоокисления (выгорания) до расплавления брикета. Пбвышенный угар углерода во время плавки не позволяет точно предопределить его содержание врасплавленном металле, поэтому егохимический состав нестабильный.Необходимо также отметить, что всвязи с тем, что в состав брикетавходит незначительное количество металлического лома, он имеет небольшой удельный вес, в результате чегоувеличиваются потери со шлаком иуменьшается производительность печи.Цель изобретения - улучшение качества, стабилизация химическогосостава, а также снижение себестоимости выплавленных сплавов,Поставленная цель достигается, тем,что предлагаемый брикет содержит вкачестве связующего побочный продуктпроизводства кристаллического кремния. в сочетании с водой и щелочью,а в качестве шлакообразующей добавки - шамотный порошок и дополнительно галит, известняк и плавиковыйшпат при следующем соотношении компонентов, вес.В:Коксовая мелочь 4,0-5,0Шамотный .порошок 10-22Галит 2,0-3,0Известняк 5,9-6,7Плавиковый шпат 1,1-1,3Побочный продуктпроизводства кристаллическогокремния . 1,25-1 р 50Щелочь 0,92-1,10Вода 2,84-3,40Измельченныйстальной лом ОстальноеСвязующее готовят следующим образом.Щелочь (едкий натр) растворяют врасчетном количестве воды при комнат 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 ной 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 25- 30 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 аморФную пыль общего химического состава, вес.%;двуокись кремния 80-90Углерод 3-10Окись алюминия 15-1,6Окись кальпия 0,3-1,7наличие в составе связующего углерода способствует дополнительному науглероживанию расплава, а кремнезем и другие окислы принимают активное участие в шлакообраэовании.Шамотный порошок (ГОСТ 3272-71) является шлакообразующей добавкой и способствует получению жидкоподвижного шлака. Кроме того, шамотный горошок - огнеупорный наполнитель и в соединении с новым связующим образует огнеупорный слой, который обеспечивает высокую прочность и термостойкость брикета (до 1100 ОС) и предохраняет углерод кокса от нежелательного контакта с кислородом атмосферы печи и преждевременного (до расплавления брикета) выгорания, что значительно сокрашает угар углеоода и, следовательно, повышает его усваиваемость. Это позволяет сократить количество вводимой в брикет коксовой мелочи.Уменьшение насыщения металла серой достигаетсяза счет. снижения в составе брикета содержания коксовой Мелочи и введения активных обессеривающихдобавок - 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) в составе брикета обеспечивает увеличение прочности брикета и, кооме того, поглощение примесей масла и эмульсии с поверхности стружки, а также более эффективное удаление этих примесей в шлак. Это приводит к уменьшению загрязнения атмосферы вьшелениями пыли и дыма при плавке брикета. В процессе плавки гадит дополнительно рафинирует оасплав от неметаллических включений.В качестве измельченного металлического лома в брикете использчется стальная стрчжка.Состав брикета позволяет члучшить качество отливок и слитков эа счет меньшего содержания вредных поимесей в выплавленном металле в связи со значительным уменьшением вводимой в состав коксовой мелочи, а также за счет введения обессериваюших добавок - известняка и плавикового шпата. Обессе ривание происходит в микрообъеме брикетов ри их плавлении, т.е. сера, со. держащаяся в брикете переходит в шлак гри его плавке и не попадает в расплав. За счет использования галита происходит дополнительное рафинирова ние расплава от неметаллических включений. Введение в состав брикета огнеупорного наполнителя - шамотного порошка в сочетании с кремнесодержашим связующим позволяет повысить его 20 термостойкость, что способствует снижению угара чглерода при расплаве металла, и тем самым стабилизировать его химический состав. Введение всех этих компонентов позволяет. получить брикет, химический состав которбго находится в регламентируемых пределах, соответствчющих химическомч 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, чдельный вес брикета больше по сравнению с известным за счет большего использования количест. - ва вводимой стружки, что способствует уменьшению потерь углерода кокса в шлаке и в конечном счете также влияет на снижечие себестоимости выплавленного металла. 40Изготовление брикетов осушествляется следующим образом.В шаровоймельнице измельчают коксовую мелочь, шамотный порошок, галит, известняк и плавиковый шпат до 4 фракции 3 мм, которые затем перемешивают с добавлением воды (1-3 сверх 100 всех составляющих брикета компонентов).При перемешивании компонентов про исходит равномерное распределение огнеупорного наполнителя в объеме смеси, что в последующем обеспечивает увеличение .термостойкости брикета в целом.В полученную смесь вносят предва- рительно дробленную до фракции не более 30 мм стальную стружку и связующее и осуществляют их вторичное перемешивание.Подготовленную смесь брикетируют ф 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 адсорбированную влагу, при этом рас- Ятаблица 1 Состав брикетавес. Иэве" Предлагаемый Компоненты Г 1 Коксоваямелочь 35 4 4 г 5 Побочный продукт производства кристаллического сочетания с водой и щелочью 5 5 6 Шамотный порошок22 17 10 2 2 3 Галит Известняк иплавиковыйшпат, соотношение 5:1 7 7,5 8 Измельченный стальной лом 25 60 64 68 Вода (сверх100)с 3 2 Нетданных 20 Окись железаЦемент 20 В табл,2 приводятся сравнительныеданные механических характеристикбрикетов. тет прочность брикета, так как чвеличивается вязкость смеси (пленка связующего на поверхности частиц на" полнителей 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 поодвергают сушке в печи при 160-180 С в течение 2 ч или при 600-900 фС в течение 3-6 мин, При этом происходит окончательное доупрочнение брикета и удаление остатков влаги из него.Оптимальный размер брикета выбран из условийобеспечения достаточной прочности 100 мм и высотой 80-100 мм.В табл.1 представлены следующие составы смесей для получения коксо- стружечных брикетов с различным солержанием компонентов.855039 Таблица 2 Механические свойстваПрочность Прочность при сжатии, на ударф кгс,смСостав брикета ИзвестныйПредлагаемый 180 210 0,10,15 талЬ выпланлена сиспользованием предлагаемыхбрикетовСталь выплавлена сиспользованием предельногочугуна 0,26-0.28 Ос 31-Ос 34 0,016-0,019 0028-Ос 030 52-56 0,99-1,04 Ос 26 Ос 34 Ос 24 Ос 40 Ос 032 Ос 040 Ос 030 Ос 035 48 50 0,95-1,02 ы Х)Определяется по количеству сбрасываний с Высоты 2 м на чугунную плиту до разрушения брикета. Как видно иэ табл.2 прочностьпредлагаемого брикета значительновышес чем у известного. Наибольшейпрочностью обладает брикет состава 3Ниже приведен химический составпредлагаемого брикета и передельногочугуна. Брикет Передельныйчугун И 2(ГОСТ 805-69) О 3,9 4,1 Не регламентируется5 Ос 2-Ос 5 О, 5-0,9мп 0,4-0,50 До 1,55 .Ос 04-0,С 8 До 0,06Р 0,03-0,04 До 0,30Как видно, содержание химических элементов в брикетах находится в пределах, соответствующих передельному чугуну. При этом содержание 5), 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 различных марок стали в электрических и мартеновских печах машиностроительных заводов в составе металлошихтыиспользуют йередельный чугун в количестве от 6 (при плавке в электродуговых печах) до 40-50 (при плавкев 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, 10 весСтальные отходы(в т.ч. стальная стружкароссыпью и в пакетах1,0 )15Передельныйчугун 15Сверх 100 Ферродобавки и присадки, вес,Ъ:Ферросилиций ФС 75 0,1Марганец 0,15Алюминий (рас 20 кислитель) 0,1При опробовании для выплавки стали марки 10 применяют шихту следующего состава, вес.Ъ:Стальные отходы25 (сталь 45) 85Брикеты 15Сверх 100 вес.Ъ:Ферросилицнй ФС 75МарганецЗо Алюминий Э(раскислитель) Опытные плавки проводят на ЛПО"Кировский завод". Плавки осуществляют в индукционной печи емкостью120 кг. Футеровка магнезитовая. Вессадки 100 кг. Испытуемые брикетыукладывают на дно, а отходы стализагружают сверху. При расплавлениишихты заливают пробы на химический 4 О анализ выплавленной стали. Затем заливают клиновую пробу после присадкив расплав ферросилиция ФС 75, марган-ца, а также после раскисленйя сталиалюминием в ковше.45 Результаты сравнительного исследования свойств стали, выплавленной по известному процессу и с применением брикетов приведены в табл.3.855039 10 формула изобретения Остальное Составитель А.СавельевРедактор М.Петрова Техред Й, Ковалева Корректор М. Коста Заказ 6836/38 Тираж 681 Подписное,ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д,4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4 Как видно из табл.3, сталь, выплавленная с использованием предлагаемых брикетов имеет меньшее содержание вредных примесей Р и 5 , в частности содержание Р меньше в 2 раза, чем при плавке с передельным чугуном. Содержание 5 и Ип 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 рафинирующим 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 и серы. Раэброс химического состава стали, выплавленной с использованием брикетов незначителен. Результаты испытаний показывают также,что коэффициент усвоения Углерода при плавке брикетов высокий и равен 92-98.При плавке стали в электрических ,печах использование брикетов позволяет заменить передельный чугун на 100. Из-эа значительного шлакообра- зования в мартеновских печах целесообразна замена до 25-37 количества передельного чугуна на брикеты в зависимости от марки выплавляемой стаПредлагаемые брикеты могут быть также испольэованй при плавке чугуна,Ориентировочный расчет показывает, что стоимость 1 т брикетов составляет 27 р, с учетом затрат на их изготовление против 60 р, эа 1 т передельного чугуна, что позволяет получить экономический эффект 5-6 р,при выплавке 1 т жидкой стали с учетом даже частичной замены передельного чугуна брикетами. Брикет для выплавки черных металлов, включающий измельченный стальной лом, коксовую мелочь, связующееи шлакообраэующую добавку, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюулучшения качества, стабилизациихимиЧеского состава и снижения себестоимости выплавленных металлов, ших та содержит в качестве связующегопобочный продукт производства кристаллического кремния в сочетании с водой и щелочью а в качестве шлакообраэующей добавки - шамотный поро О шок и дополнительно галит, известняки плавиковый шпат при следующем соотношении компонентов, вес.гКоксовая мелочь 4-5Шамотный порошок 10-22 ф 25 Галит2-3Известняк 5,9-6,7Плавиковый шпат 1,1-1,3Побочный продуктпроизводства кристаллического кремния 1,25-1,50Щелочь 0,92-1,10Вода 2,84-3,40Измельченныйстальной лом 35 источники информации принятые во внимание при экспертизе 1, Авторское свидетельство СССР 9 258530, кл. С 22 В 3/02, 06.05.70.