Способ изготовления сварочного флюса из техногенных отходов сталеплавильного производства

Авторы патента:

C21C5/54 - способы получения шлаков специального состава

B23K35/40 - изготовление проволоки или прутков для пайки или сварки (способы изготовления с однооперационной технической обработкой, см. соответствующие подклассы, например B05D,B21C)

B23K35/362 - выбор составов флюсов (B23K 35/365,B23K 35/368 имеют преимущество)

Владельцы патента RU 2793303:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Комсомольский-на-Амуре государственный университет" (ФГБОУ ВО "КнАГУ") (RU)

Изобретение относится к области сварки, в частности к сварочным флюсам и может быть использовано при изготовлении плавленых сварочных флюсов, которые могут быть использованы при сварке и наплавке плавящимся электродом стальных плит различной толщины. Осуществляется изготовление плавленых сварочных флюсов следующего состава мас.%: SiO₂: 8,7-14,94, FeO: 48,24-66,05, СаО: 15,4-21,03, MgO: 2,33-3,81, Al₂O₃: 4,87-7,73, MnO: 5,56-5,98, в которых при подготовке шихтовых материалов используются отходы металлургического производства, а именно металлургические шлаки сталеплавильного производства. Изобретение может быть использовано для получения сварочных флюсов из техногенных отходов металлургических производство содержащих большое количество железа, в частности металлургических шлаков, для сварки и наплавки сталей, в частности для сварки низко- и среднелегированных сталей и сплавов. Обеспечивается сокращение отходов металлургических предприятий путем переработки металлургических шлаков в сварочные материалы, а именно в сварочные флюсы; получение флюса со стабильными сварочно-технологическими свойствами, обеспечивающими получение сварных соединений без снижения качества наплавленного металла. 2 ил.

Известно, что плавленые флюсы получают путем сплавления компонентов шихты в электрических или пламенных печах. В качестве сырьевых материалов при изготовлении сварочных плавленых флюсов применяют различные руды и продукты их обогащения - концентраты. Для введения окислов марганца МnО во флюс может использоваться марганцевая обогащенная руда, а также измельченный отвальный шлак производства силикомарганца и ферромарганца. Для введения оксидов кремния SiO₂ используется кремнезем в виде кварцевого песка. Окись алюминия Аl₂O₃ вводится в виде глинозема марок Г-1, Г-2 или Г-3, окись магния в виде каустического магнезитного порошка [1].

Недостатком такого способа является то, что при изготовлении флюса используются различные дорогостоящие материалы в виде чистых оксидов.

Известен сварочный флюс, предназначенный для электродуговой механизированной сварки и наплавки сталей [2]. Флюс получен из шлака производства силикомарганца, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас. %: диоксид кремния 18-47, оксид алюминия 3-27, оксид кальция 9-28, фторид кальция 0,1-1,6, оксид магния 0,3-8,9, оксид марганца 1-13, оксид железа 0,1-1,15, углерод 0,01-0,9, оксид титана 0,01-0,6, оксид хрома 0,01-0,8, оксид натрия 0,01-0,6, оксид калия 0,01-0,5, оксид бария 0,01-3,0, серы не более 0,40, фосфора не более 0,40. Количество во флюсе фракции до 0,45 мм составляет до 5 %, количество фракции свыше 0,45 до 2,5 мм составляет до 95%, а количество фракции от 2,51 до 3,00 составляет до 1%.

Флюс аналога получен из шлака производства силикомарганца, а разрабатываемый флюс предлагается получать из техногенных отходов сталеплавильного производства без добавления дополнительных различных дорогостоящих материалов.

Задачей изобретение является разработка способа производства шлака из техногенных отходов сталеплавильного производства без добавления дополнительных различных дорогостоящих материалов. В составе перерабатываемого металлургического шлака уже имеются все необходимые оксиды, поэтому при получении флюса внешних элементов вводить нет необходимости.

Технический результат, получаемый в результате использования изобретения состоит в следующем: сокращение отходов металлургических предприятий путем переработки металлургических шлаков в сварочные материалы, а именно в сварочные флюсы; получение флюса со стабильными сварочно-технологическими свойствами, обеспечивающими получение сварных соединений без снижения качества наплавленного металла.

Технический результат достигается, за счет того, что при подготовке шихтовых материалов в процессе изготовления флюса используются отходы металлургического производства, а именно металлургические шлаки сталеплавильного производства.

Способ был реализован следующим образом. В качестве шихты был использован металлургический шлак местного металлургического предприятия, а именно завода Амурсталь, который имеет следующий химический состав, мас. %: SiO₂: 8,7-14,94, FeO: 48,24-66,05, СаО: 15,4-21,03, MgO: 2,33-3,81, Al₂O₃: 4,87-7,73, МnО: 5,56-5,98, а так же кварцевый песок и восстановитель в виде графита. Расплавление компонентов шихты производилось в электрической печи сопротивления (индукционной печи) при температуре 1100-1150°С. Процесс плавки металлургического шлака с кварцевым песком и восстановителем необходим для восстановления из состава шлака излишков железа и повышения содержания SiO₂. Добавление графита необходимо для жидкофазного восстановления железа из шлака [3]. Выдерживают расплав в течение 1-2 ч. Разливку расплава осуществляют в изложницу. В дальнейшем полученный состав дробился до необходимой фракции, а именно - 1,0-4,0 мм. Полученный сварочный флюс успешно прошел лабораторные испытания. Геометрические параметры сварного шва удовлетворяют требованиям ГОСТ 8713-79, относящимся к соединению С7: ширина и высота усиления шва в допустимых пределах. На поверхности отсутствуют внешние дефекты.

Способ обеспечивает гарантированное получение сварочного флюса для получения сварных соединений без снижения качества наплавленного металла. При применении данного способа снижается себестоимость флюса, сокращаются непереработанные отходы металлургических производств.

В результате был получен сварочный флюс который имеет следующий химический состав, мас. %: СаО: 15,7-19, MgO: 4,11-13,3, SiO₂: 35,1-41,7, Аl₂O₃: 7,73-9,29, FeO: 11,52-20,8, MnO:6,75, S: 0,048-0,096, P: не более 0,040.

Изобретение может быть использовано для получения сварочных флюсов из техногенных отходов металлургических производство содержащих большое количество железа, в частности металлургических шлаков, для сварки и наплавки сталей, в частности для сварки низко- и среднелегированных сталей и сплавов.

Примеры сварного шва, полученного с применением сварочного флюса, полученного заявляемым способом приведены на фигурах. Фиг. 1 - наплавленный валик, Фиг. 2 – двухсторонний сварной шов двух пластин.

[1] Подгаецкий В.В., Люборец И.И. Сварочные флюсы. - К.: Технiка, 1984. - 167 с.

[2] Патент RU 2772824 C1. Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей. опубл. 26.05.2022 Бюл. №15.

[3] Патент RU 2511419. Способ жидкофазного получения железа прямого восстановления. Опубл. 10.04.2014 Бюл. № 10.

Способ получения сварочного флюса из техногенных отходов, включающий использование в качестве шихты техногенных отходов, содержащих CaO, MgO, Al₂O₃, MnO, отличающийся тем, что в качестве шихты используют техногенные отходы металлургических предприятий, дополнительно содержащие SiO₂ и FeO, следующего состава мас.%: SiO₂: 8,7-14,94, FeO: 48,24-66,05, СаО: 15,4-21,03, MgO: 2,33-3,81, Al₂O₃: 4,87-7,73, MnO: 5,56-5,98, шихту расплавляют в электрической печи при температуре 1100-1150°С с получением расплава, выдерживают расплав в течение 1-2 ч и разливают в изложницу, после чего дробят до фракции 1,0-4,0 мм.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для обработки чугуна и стали в плавильных печах и агрегатах внепечной обработки. Активный раскислитель жидких и тугоплавких горячих и холодных шлаков содержит порошок диоксида кремния, который представляет собой смесь следующих компонентов, мас.%: SiO2 не менее 80; Al2O3 не более 5; Fe2O3 не более 5; CaO не более 5; MgO не более 2; прочие компоненты не более 3.

Способ выплавки стали из металлолома в дуговой электропечи // 2770657

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве стали в дуговых сталеплавильных электропечах. Способ включает загрузку на подину печи металлолома, его расплавление, науглероживание расплава путем вдувания в расплав в струе газа порошкообразной смеси извести и углеродсодержащего материала, окислительный и восстановительный периоды.

Шихта и способ получения флюса и огнеупорного материала для сталеплавильного производства (варианты) с ее использованием // 2749446

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения огнеупорного известково-магнезиально-железистого агломерата. Шихта содержит лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров фракции 0,1-20,0 мм, в качестве материала, содержащего оксид кальция, использован материал, содержащий не менее 80 мас.% СаО, фракции 0,1-1,0 мм, а в качестве материала, содержащего оксид железа – материал, содержащий не менее 80 мас.% Fe2O3, фракции 0,1-1,5 мм, при следующем содержании компонентов, мас.%: материал, содержащий оксид кальция, 5-20, материал, содержащий оксид железа, 3-6, коксик фракции 0,1-3 мм 3-5, лом отработанных периклазоуглеродистых огнеупоров - остальное.

Способ получения высокомагнезиального флюса-модификатора для сталеплавильных шлаков // 2739494

Изобретение относится к области металлургии, в частности к получению высокомагнезиального флюса-модификатора для сталеплавильных шлаков. Способ включает смешивание компонентов шихты, содержащих оксид магния, оксид кальция, оксид железа, диоксид кремния, до получения однородной смеси и ее формование.

Шихта для изготовления сталеплавильного флюса // 2738217

Изобретение относится к области металлургии, в частности к флюсам для сталеплавильного производства. Шихта содержит каустический магнезит (MgO), железосодержащий материал кальцийсодержащий материал фракции 5-20 мм, состоящий из доломита и продукта сортировки кристаллического магнезита, содержащего SiO2 не более 3 мас.% и MgO не менее 30 мас.%, в соотношении (50-90):(50-10), при следующем соотношении компонентов, мас.%: кальцийсодержащий материал 45-65, каустический магнезит (MgO) 25-50, железосодержащий материал 5-10.

Флюс для получения крупногабаритных слитков из медных сплавов электрошлаковым переплавом // 2695087

Изобретение относится к специальной электрометаллургии и может быть использовано при переплаве медных сплавов для выплавки крупногабаритных слитков для последующего изготовления кристаллизаторов и других крупногабаритных изделий. Флюс содержит, мас.

Способ получения ожелезненного доломита для сталеплавильного производства // 2693284

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве известково-магнезиальных флюсов для сталеплавильного производства. В способе осуществляют совместный помол компонентов шихты, основу которой составляют доломит и железосодержащий материал, регулирующий температуру обжига, сушку, обжиг и грануляцию шихты в трубчатой вращающейся печи, охлаждение продукта.

Способ использования строительных отходов в качестве компонента шлакообразующих смесей // 2677550

Изобретение относится к переработке твердых строительных отходов и повторному вовлечению их в производство и может быть использовано в производстве шлакообразующих смесей. Способ включает промывку отработанного цемента, дробление, разделение на фракции, магнитную сепарацию, повторную промывку, обработку 10% соляной кислотой, использование полученного субстрата в составе шлакообразующей смеси.

Флюсующий материал, способ его получения, агломерационная смесь и использование шлака вторичной металлургии // 2671781

Изобретение относится к флюсующим материалам для агломерационного процесса на основе шлаков вторичной металлургии, к использованию этих флюсующих материалов в агломерационном процессе при получении агломерата, предназначенного для использования в качестве металлической части шихты в доменных печах, и к способу получения флюсующих материалов на основе шлака вторичной металлургии или на основе смеси шлака вторичной металлургии с другими материалами.

Высокотемпературный магнезиальный флюс для сталеплавильной печи и способ получения высокотемпературного магнезиального флюса для сталеплавильной печи // 2657258

Изобретения относятся к области черной металлургии, в частности к составам и способам получения высокотемпературного магнезиального флюса, применяемого в электросталеплавильной печи. Магнезиальный флюс содержит, мас.

Сварочные проволоки, полученные из улучшенных алюминиево-магниевых сплавов // 2770131

Изобретение относится к сварочным проволокам, изготовленным из алюминиево-магниевых сплавов. Сварочная проволока получена из алюминиево-магниевого сплава, содержащего: алюминий, магний, титан, 0,001 мас.% или меньше бора, 0,12 мас.% или меньше железа и 0,12 мас.% или меньше кремния, при этом массовое отношение титана к бору составляет 25:1 или больше.