Шихта для получения плавленого сварочного флюса типа ан-47

(46) (71) флюс (72) очных оговский,инич етельство ССС23 К 35/362,10.07.84,Произво флюсовТе ТИФЛтво электроплав ологическая инст -82,кция ИЯ ПЛАВЛЕ НОГ АН ится к сварке у плавленых АН. Цель уровня выбро ОСУДАРСТВЕННЫЙ ИОМИТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗ А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕ(54) ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНСВАРОЧНОГО ФЛЮСА ТИПА(57) Изобретение отноа именно к производствсварочных флюсов типаизобретения - снижениа загрязняющей среды, расхода сырьевых материалов и энергетических ре" сурсов за счет выплавки флюса в газо- пламенных печах. Шихта содержит, мас,7: глинозем 6,5-9,0; концентраты: марганцеворудный 12,5-25,0; рутиловый 1,5-7,0; ильменитовый 0,5-4,5; цнркониевый 1,6-4,0; доломит 9,5- 22,0; магнезит 3,5-10,0 кварцевый песок 0,5-7,5; гранулированные шлаки производства силикомарганца 0,5-16,0 плавиковошпатовый концентрат - остальное. Снижение уровня загрязнения окружающей среды осуществляется за счет снижения в составе шихты компонентов, имеющих тонкодисперсную структуру, Расход сырьевых ресурсов снижается за счет использования гранулированных шлаков - отходов производства силикомарганца, а также за счет снижения безвозвратных потерь материалов вследствие снижения пыле- и газоуноса. Уменьшение количества тугоплавких компонентов, в частности кварцевого песка и марганцеворудного концентрата, позволяет снизить расход электроэнергии.4 табл.Изобретение относится к сварке, а именно к составам шихты для получения плавленых сварочны". флюсов, и может быть использовано при иэго 5 товлении плавленых сварочных флюсов в газопламенных печах.Увеличение объемов производствасварочных конструкций, работающих в тяжелых климатических условиях и в агрессивных средах, в частности магистральных трубопроводов большого диаметра, нефтехимического оборудования, мостовых конструкций для Севера, потребовало увеличения объемов производства специальных высококачественных сварочных Флюсов, В наибольшем объеме из Флюсов такого класса производится плавленый Флюс марки АН, который до настоящего времени выплавлялся исключительно в электро- дуговых печах, что обусловило недостаточный объем производства его для народного хозяйства при высоких 25 затратах электроэнергии и высокой себестоимости. Предлагаемая шихта пригодна для получения плавленого сварочного флюса марки АНв газо- пламенных печах, 30Целью изобретения является снижение уровня загрязнения окружающейсреда, расхода энергетических ресурсов и сырьевых материалов.Введение в состав предлагаемой35шихты рутилового и ильменитового концентратов обеспечивает необходимоесодержание титансодержащего компонента в шихте и, следовательно, двуокиси титана в готовом Флюсе,Введение ильменитового концентрата позволяет, с одной стороны, на50 . снизить расход дорогостоящего идефицитного концентрата и снизитьстоимость готового Флюса, с другойстороны,. снизить расход электроэнергии, газового топлива и потери фтора,а также ускорить процесс плавки.объясняется это тем, что ильменито 50вый концентрат представляет собойлегкоплавкую эвтектику системы ТхО -РеО,.активно взаимодействующую совсеми, даже наиболее тугоплавкимикомпонентами шихты - кремнеземом,55глиноземом, циркониевым концентратом. Благодаря этому ускоряется процесс растворения компонентов шихты,сокращается время контактирования48,0 20,0 14,0 5,0 8,0 0,3 0,008 1,О В совем составе гранулированныешлаки содержат химические соединения,которые ранее вносились в шихту в фторсодержащих компонентов с атмосФерой печи,Полностью заменить рутиловый концентрат ильменитовым не представляется возможным ввиду того, что вильменитовом концентрате содержитсядо 303 окиси железа, что ухудшаетотделимость шлаковой корки с поверхности шва,Ильменитовый концентрат вводитсяв шихту в количестве 0,5-4,5 мас.3а рутиловый - 1,5-7,0 мас.Е. При введении ильменитового концентрата менее 0,5 мас. о и рутилового менее1,5 мас.не обеспечивается минимальное содержание двуокиси титанав готовом Флюсе.При введении в шихту ильменитового концентрата более 4,5 мас.Я ирутилового концентрата более8,0 мас.М. происходит перерасход деФицитных материалов, кроме того, вготовом Флюсе при этом содержитсяокиси железа больше допустимоговерхнего предела, что обуславливает повышенное трещинообразоваиие металла сварных швов.Циркониевый концентрат вводитсяв состав шихты в количестве 1,6 -4,0 мас. о. Указанные пределы являются оптимальными, так как при введении цирконового концентрата менее2,6 мас.Х и более 4,0 мас.й не обеспечивается стандартное содержаниеокиси циркония во Флюсе. Как прнснижении, так и при увеличении укаэанных пределов данного комноиеитаухудшается качество сварного шва(уменьшается его ударная вязкость).Введение в состав шихты гранули"рованных шлаков производства силикомарганца позволяет снизить расходтоварных материалов. При этом гранулированные шлаки производства снлико.марганца содержат в среднем следующие компоненты; мас. :Диоксид кремнияИонооксид марганцаОксид кальцияОксид магнияОксид алюминияМонооксид железаФосфорСеразначительных количествах как самостоятельные компоненты. Введениегранулнрованных шлаков уменьшает всоставе шихты количество такого дорогостоящего и дефицитного сырья,как марганцеворудный концентрат. Приэтом также сокращается количествовводимых в шихту кварцевого песка,доломита, магнезита и глинозема.Кроме того, введение гранулирован.ных шлаков производства силикомарганца ускоряет процесс растворенияшихты, поскольку шлаки являются относительно легкоплавкой эвтектикой,которая активно растворяет болеетугонлавкие компоненты шихты. Указанный эффект усиливается при совФместном действии шлаков и ильменитового концентрата. В результате такого совместного действия обоих компонентов облегчается процесс плавки,снижается тепловая нагрузка на печь,снюкается расход электроэнергии икоксового газа.При введении гранулированных шлаков в количестве менее 0,5 мас,замедляется процесс плавления шихты ивозрастает содержание фосфора в расплаве вследствие увеличения доли марганцерудного концентрата, содержащего Фосфор в наибольшем количестве.. При содержании гранулированных шлаков вьппе 16 мас,7. уже невозможно обеспечить необходимое содержание СаОво флюсе.В качестве кальцийсодержащего компонента в состав шихты вводят доломит, позволяющий полностью исключитьприменение металлургической извести -тонкодисперсного токсичного материала. Доломит является готовым природиЬ 1 м полупродуктом и вводится в шихтув виде крупки размером 1 - 15 мм,благодаря чему значительно сокраща"ется концентрация пылевидных токсичных частиц в воздухе. В результатеснижается запыленность производственных помещений и уровень загрязнения окружающей среды,Кроме того, благодаря введениюдоломита одновременно в шихту вводятдо 50% магнезита, в результате чегоснижается требуемое количество магнезита в составе шихты. Уменьшая количество магнезита, имеющего тонкодисперсную структуру, также снижают уровень загрязнения производственных помещений и окружающей среды. Использование доломита позволяеттакже снизить расход газового топлива прн выплавке сварочного флюсаиз предлагаемой шихты, поскольку до 5ломит имеет более низкую температурурасплавления, чем магнезит,Введение доломита в состав шихтыпозволяет снизить расход сырьевых10 материалов, в частности магнезита, атакже самого доломита за счет снижения пылеуноса.Прн введении в шихту доломита ме"нее 9,5 мас,не обеспечивается тре"15 буемое содержание окиси кальция, необходимое для подавления химическойактивности кремнезема во Флюсе, чтов дальнейшем при сварке с использованием такого Флюса приводит к сниже 20 нию ударной вязкости металла сварочного шва,Введение в шихту доломита более22,0 мас.% приводит к перерасходуэнергии при плавке флюса, так как25 при этом повьппается содержание болеетугоплавкого магнезита, а также повышается содержание окиси магния вготовом флюсе, что способствует ухудшению Формирующих свойств сварногоЗ 1 шва, особенно при сварке швов накриволинейных поверхностях.Марганцеворудный концентрат вводится в состав шихты в количестве12,5-25,0 мас,% для обеспечения стан 35дартного содержания окиси марганцаво флюсе. Значительная часть окисимарганца (до 20%) вводится посредством введения в шихту гранулирован"ных шлаков производства силикомар 40 ганца,Используемый в предлагаемой шихтемарганецсодержащий компонент - марганцеворудный концентрат Чиатурского45 месторождения и гранулированные шлаки производства снликомарганца, содержащие незначительное количествокарбонатов. Благодаря этому при расплавлении шихты на поверхности рас-,плава не образуется "шуба, что де"50лает возможным выплавку сварочногофлюса марки АНиз предлагаемойшихты в газопламенной печи,При введении марганцеворудного55концентрата в количестве менее12,5 мас.% не обеспечивается содержание МпО во флюсе по нижнему пределу, что вызывает снижение прочности металла сварного шва при сваркес использованием низкомарганцовистой проволоки.При введении марганцеворудногоконцентрата в количестве более25,0 мас.й.не только нарушается тре 5буемый химический состав флюса, но . и увеличивается расход дефицитногомарганцеворудного концентрата Чиатурского месторождения. 10Кварцевый песок вводится в состав шихты в количестве 0,5-7,5 мас.Х. Такое количество достаточно для обеспечения стандартного содержания диоксида кремния (ЯхО) в сумме с количеством 81.02, вносимым в шихту другими компонентами. По сравнению с известной шихтой содержание кварцевого песка в предлагаемой шихте снижено в 3 раза. Снижение количества 20 тугоплавкого компонента, каким является кварцевый песок, способствует экономии сырьевых материалов, а также снижению расхода электроэнергии и газового топлива при расплавлении 25 шихтц.При введении кварцевого песка в количестве менее 0,5 мас.7 или более 7,5 мас.Х не обеспечивается стандартное содержание диоксида кремния 30 в готовом флюсе следовательно происходит ухудшение его сварочно-технологических свойств.При введении магнезита в количестве менее 3,5 мас.й и глинозема в количестве менее 6,5 мас.Х не обеспечивается стандартное содержание в готовом флюсе окиси магния и окиси алюминия по нижнему пределу.При введении магнезита в количества более 10,0 мас.Х происходит перерасход товарных материалов, а также повышенное пылевыделение.Введение глинозема в количестве более 9,0 мас.Х приводит к повышенной концентрации окиси алюминия, в результате чего ухудшается отделимость шлаковой корки.Плавикошпатовый концентрат, вводимый в шихту в количестве 36,6-5,ОХ, обеспечивает наличие в шихте стандартного содержания плавнеобразующей добавки " Фторида кальция (СаР). Для плавки в газоплаиенной печи наиболее пригоден плавикошпатовый концентрат марки ФГ, имеющий зернистую структуру. Благодаря зернистости указанного компонента значительно снижается пылевыделение во время транспортировки и смешивания с другими компонентами шихтц, снижается унос пыли фторида кальция, а также токсичных фтористых соединений как во время дозировки концентрата, так и в процессе плавки. Все это способствует снижению уровня запыленности и загазованности производственных помещений и в целом снижению уровня загрязнения окружающей среды, снижению расхода сырьевых материалов за счет снижения безвозвратных потерь и вследствие снижения пыле- и газоуноса.Плавиковошпатовый концентрат в своем составе содержит до 203 крем" незема, благодаря чему возможно уменьшить количество кварцевого песка в шихте и, как следствие, понизить температуру плавки и снизить энергозатраты.Введение плавикошпатового концентрата менее 5,0 мас.Е не обеспечивает требуемого содержания фтористого кальция во флюсе, вследствие чего нарушается соотношение ингредиентов во флюсе, ухудшаются сварочно-технологические свойства флюса, особенно в части обеспечения ударной вязкости металла швов.Введение плавикошпатового концентрата более 36,6 мас.7. способствует усилению процесса выделения газообразного фтора, что ведет к интенсивному разрушению огнеупорной кладкипечи, газоходов, горелок, снижаясрок их службы. При этом также увеличивается количество токсичных выбросов в окружающую атмосферу.Наличие ильменитового и рутилового концентратов способствует снижению выделения газообразного фторавследствие образования тетрафторидатитана. Происходит это следующим образом. В процессе расплавления исходных компонентов двуокись титанавступает во взаимодействие с фтористым кальцием:2 СаГ + ТдО - ф 2 СаО+Т 1 Р 4 . Образующийся при этом тетрафторидтитана (ТаГ) удерживает фтор в расплаве, так как является твердым до 900 С, а при температуре существования жидкого расплава является жидкостью, т.е. одной иэ составляющих расплава шихты. Таким образом, уменьшается содержание газообразного фто 1447621ра, вследствие чего улучшаются санитарно-гигиенические условия производственных помещений, снижается уровень загрязнения окружающей средыФ увеличивается срок службы флюсоплавильных печей за счет снижения износа, который вызван разъеданием ее конструкционных элементов газообразным фтором, ОШихта приготавливается путем смешивания предварительно подготовленных компонентов. От качества исходного сырья зависит качество готового флюса, но независимо от этого сырье подвергается входному анализу: проверяется визуально его внешний вид и отбирается проба на химический анализ. Особо обращают внимание на содержание влаги в шихтовых материалах:20 ее не должно быть более 1 Я, так как при более высокой влажности в процессе плавки интенсивно улетучивается фтор.Дозированные исходные компоненты 25 предлагаемой шихты - глинозем, концентраты :рганцеворудный, рутиловый, ильменитовый, циркониевый, магнезит, песок кварцевый, гранулированные шлаки производства силикомарган ца, доломит и плавикошпатовый концентрат - перемешивали и загружали в гаэопламенную печь. Процес расплавления протекал стабильно, зеркало расплава было чистым без образования "шубы", на стенках печи отсутствовал гарнисаж. У загрузочных окон печи отсутствовало скопление шихты, что свидетельствует о вы.сокой скорости растворения компонен тов шихты,В табл. 1 приведены составы шихтыдля плавок,В процессе плавок постоянно конт;45ролировался химический состав флюса,Результаты анализов готового флюсауказаны в табл,2,По химическому составу флюс, полученный из предлагаемой шихты, соот 50ветствовал критериям флюса маркиАН. Гранулометрический состав,влажность и объемная масса готовогофлюса в стандартных пределах.Опытно-статистическим путем былиопределены нормы расхода сырьевых55материалов на 1 т готового флюса. Втабл.3 приведены нормы расхода сырьевых материалов на 1 т флюса, полу ченного из известной и предлагаемой шихты еИз табл.З видно, что общее пыле- выделение при использовании предлагаемой шихты снизилось на 34,4 Ж, в том числе,Х:За счет снижения содержанияв шнхте глинозема На 2,8 За счет снижения магнезита На 3,4 За счет заменытонкодисперсной металлургической извести 6993120765 зернистым доломитом На 12,3За счет заменытонкодисперсногофлюоритового концентрата зернистым плавикошпатовым концентратом На 15,9При расчете расхода сырьевых материалов на годовой объем сварочного флюса АН(3000 т) полученаэкономия товарных продуктов, т:Рутиловый концентратГлиноземМагнезитКварцевый песокМеталлургическая известь 495Наиболее корректную оценку преимуществ предлагаемой шихты передшихтой-прототипом в части влиянияна окружающую среду можно,произвести путем сравнения коэффициентов улета компонентов шихты. Указанные ко-эффициенты представляют собой отношение массы компонента, загружаемойв печь, к массе того же компонента,.извлеченной из печи. Эти коэффициенты с достаточной точностью характеризуют влияние на процесс плавкифлюса состава шихты,В табл.4 представлены коэффициен"та улета, определенные на основедлительной практики производствафлюса Ы(2 года для заявленнойшихты и 12 лет для шихты-прототипа),Приведенные данные наглядно показывают преимущество заявленной шихтычасти потерь фторсодержащего компонента, Последний оказывает наиболее отрицательное воздействие на окружающую среду, поскольку выдяляет фтористый водород, трудно улавливаемый системами газоочистки.Специфика технологического процесса выплавки флюса в электродуговой печи по прототипу) обуславливает залповые выбросы пылевидных тонкодисперсных материалов. Такие выбросы не имеют места при выплавки флюса из предлагаемой шихты в газо" пламенной печи, Это обусловлено тем, что шихта в гаэопламенной печи поступает непрерывно небольшими порциями непосредственно в расплав в отличие от плавки флюса в электропечи, куда шихта поступает дискретно большими порциями. Поэтому переход на выплавку флюса в газопламенных печах уже само по себе исключает залповые выбросы.Но для выплавки флюса в газопламенных печах состав шихты должен удовлетворять определенным требованиям, а именно; в неч должно содержаться пониженное количество тугоплавких компонентов и легкоплавкие компоненты, способствующие образованию эвтектик, Именно таким требованиям удовлетворяет новая шихта. В ней содержится меньшее количество тугоплавких они же и тонкодисперсные) компоненты.Введение в состав шихты в качестве кальцийсодержащего компонента доломита, имеющего зернистую структуру в виде крупки размером 1 - 15 мм (взамен металлургической извести по прототипу) позволяет снизить количество тонкодисперсного токсичного материала на 12,3%.Благодаря использованию в составе шихты плавиковошпатового концентрата марки ФГ, имеющего зернис тую структуру, по сравнению с исполь- зованием флюоритового концентрата, имеющего тонкодисперсную структуру, в известной шихте позволяет снизить1,6-4,03,5-10,00,5"7,5 0,5-16,0 9,5-22,0 количество пылевидного компонента на15,9%.В предлагаемой шихте снижено ко"5личество тонкодисперс 1 щх пылевидныхкомпонентов на 34,4%.При выплавке 1 т флюса из предлагаемой шихты расходуется 175 кВт/чэлектроэнергии и 818,2 кг газовоготоплива, в то время как при выплавке1 т аналогичного флюса в электропечирасход электроэнергии составляет1200-1300 кВт/чФормула и э о б р е т е н и яШихта для получения плавленого.сварочного флюса типа АН, содержа"щая глинозем, ма.ргаицеворудный, рутиловый и циркониевый концентраты,фторид кальция, магнезит, кальций 20 .содержащий компонент, а также кварцевый песок, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью снижения уровнявыброса загрязняющей среды, расходаэнергетических ресурсов и сырьевых25 материалов за счет выплавки флюса вгазопламенных печах, шихта дополнительно содержит ильменитовый концентрат и гранулированные шлаки про-изводства силикомарганца, в качестве30 кальцийсодержащего компонента - доломит, а в качестве фторида кальцияплавиковошпатовый концентрат при следующем соотношении компонентов,мас.Х.:Глинозем 6,5-9,0Марганцеворудный концентрат 12,5-25,0Рутиловый концентрат ,1,5-7,0Циркониевый40 концентратМагнезитКварцевый песокИльменитовый концентрат 0,5-4,5 45 Гранулированиыйшлак производства силикомарганцаДоломитПлавиковошпато 50вый концентрат Остальноег 44762 ТаблицаСодержание в шихте мас.й Сос тав Доломит Ильме"нитовыйконцентрат Кварцевый пеГлино"эем Цирко- ниевый Рути- ловый сок конконцентрат центрат4 в7,5 12,5 1,7 2,5 5,8,070 4Марганцево"рудныйконцеитрат 420 4,08 5,17 Гранули" рованные влеки праиявод ства си" ликомар- ганца 8,8 12,3 0,5 22,0 3,9 . . 12,6 05 34,0 32,24 Плавикоипатовыйконцентрат 0,062 0,062 0,062, 00 10,6 0,54 15 1,49 9,44 0,45 7,25 4,09 31,90 17,92 15,630,0 0,96 7,8 Нормы расхода сырьевых материалов Сниж ание тонкосных (пыле) компоненов, % атеименован риалов дис вид онкодисерсных звестная Предлагаешихта мая шихта мат ловь% звест- Предлаая ших- гаемая а шихта,% к Р,7 7 10,1 10,5 Иа евыи ко 20 23,ентра 298 21, 0 Марганцеворконцентрат ый ко утилент 58 4,3 35 1 ь нтр 80 5,6 9,0 гн арцевый пес 2 ь Иль товыи кон 3,5 нт ст",2 12 65 12,11 , 354 15,2 2 390 15,8 Циркониевый конГранулирован шлаки произв ва силикомар Металлургиче сизвесть г ь 0701447621 Продолжение табл.3 Наименование мате- риалов Снижение Известная ших" гаем шихт 00 14,1 олом Флуоритовый концентрат 15 ф 15,213 15,9 лавиковошпатовыйоицеитрат О 33,родолжение табл.4 4 Таб Коээфициенулета оээфициенты улетаКомпонент Компонен Предла- Шихта гаемая прото шихта тип Предла гаемая Шихта прото тип1,24 линозем ентратУ.48-4 Марганцевый концентрат шлаки пва силик. Марганецеворудный концентрат Металлургическая известь40 ТУ 14-1-1562-73,0 1,07 Рутнловыи концентрат о Флюоритовый кон центрат45 Цирконавый кон центрат 1,0 1,83 43 1,5 1,0 Магнез Плавиковошпатовый концентрат Кварцевый песок Составитель Т.Арест едактор М,Циткина Техред Л.Олийнык Корректор И.МускаЗаказ 6790/17 Тираж 922 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и от 113035, Москва, Ж, Раушская наб.,ытиям при ГКНТ СССР 4/5 жгарод, ул, Проектная,Нормы расхода сырьевых материаловюИзвестная Предлагаешихта мая шихтанею е аеЪкг Х кг Х изводственно-полиграфическое предприятие Содержание тонко- дисперсных (пылевидиых) компонен"тов, Х 67-73ванныеизводстмарганц тонкодисперсныхматерналов Д