Шихтовая заготовка для металлургического передела и способ ее получения

 

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно - к получению шихтовой заготовки заданного состава, используемой в чугунолитейном и сталеплавильном производствах. Целью изобретения является получение гетерогенной заготовки в виде чушки стандартной формы с равномерно распределенными в ней твердыми легирующими добавками для чугунолитейного и сталеплавильного производств, являющихся заменителями литейных, литейных легированных чугунов, выплавляемых в доменных печах, ферросплавов и легирующих добавок. Цель достигается тем, что шихтовая заготовка для металлургического передела, содержащая железоуглеродистый сплав, твердую легирующую добавку, в качестве твердой легирующей добавки содержит ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств, при следующем соотношении компонентов, мас. %: Ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств - 0,5-50,0 Железоуглеродистый сплав - Остальное Шихтовая заготовка дополнительно содержит оксиды металлов при следующем соотношении компонентов, мас. %: Ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств - 0,5-50,0 Оксиды металлов - 1,0-10,0 Железоуглеродистый сплав - Остальное Шихтовая заготовка в качестве твердой легирующей добавки использует ферросилиций, ферроникель, феррованадий, феррованадий с кремнием, ферромарганец, отходы ферросплавных производств. Способ получения шихтовой заготовки, включающий выплавку железоуглеродистого сплава, ввод твердой легирующей добавки в ячейки мульд разливочной машины и последующую ее заливку струей железоуглеродистого расплава, в качестве твердой легирующей добавки используют ферросплавы и отходы ферросплавных производств фракций 1-30 мм, а железоуглеродистый расплав заливают с температурой выше температуры "ликвидуса" на 70-200 ^oC. Способ содержит следующие операции: в ячейки мульд разливочной машины вводят ферросплавы фракцией 5-30 мм; в ячейки мульд разливочной машины вводят отходы ферросплавных производств фракцией 1-5 мм; дополнительно вводят твердую легирующую добавку фракцией 1-5 мм в струю железоуглеродистого расплава; дополнительно вводят твердую легирующую добавку фракцией 1-5 мм на поверхность незастывшей шихтовой заготовки, находящейся в мульде; на поверхность незастывшей шихтовой заготовки воздействуют усилием не менее 500 н/м² до погружения твердой легирующей добавки в расплав и образования твердой корочки на ее поверхности; в качестве железоуглеродистого сплава используют предельный чугун; в качестве железоуглеродистого сплава используют литейный чугун. 2 с. и 9 з.п.ф-лы, 6 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к получению шихтовой заготовки заданного состава, используемой в чугунолитейном и сталеплавильном производствах.

Известен способ производства литейного синтетического чугуна за счет присадки ферросилиция в ковш после наполнения его на 30-40 объема. С окончанием присадки после наполнения ковша на 70-80 объема (а.с. N 523141 - аналог). Недостатками данного способа является то, что необходимо усвоение ферросилиция при высокой температуре более 1450 ^oC, а также то, что это не позволяет получить синтетический литейный чугун с высоким содержанием кремния.

Наиболее близким к предлагаемому материала является чушка в качестве шихтового материала, который получают заливкой расплавленным предельным чугуном форм, содержащих скрап литейного производства чугун, стальной скрап или восстановленную железную руду, например, губку или окатыши. В данной форме также могут быть помещены куски твердого топлива в виде кокса, а также известняк, шлак, содержащий легирующие элементы (патент Великобритании заявки N 1458228 НКИ-B3F, МКИ-В22D 3/00, 19/00 прототип).

Недостатком данного материала является то, что он может быть использован в чугунолитейном производстве только в качестве компактной заготовки определенного геометрического и весового параметров для электродуговой и индукционных плавок, которые не обеспечивают получение требуемого химического состава заданных марок чугуна и стали по расплавлению.

Целью изобретения является получение гетерогенной шихтовой заготовки в виде чушки стандартной формы с равномерно распределенными в ней твердыми легирующими добавками для чугунолитейного и сталеплавильного производства, являющихся заменителями литейных, литейных легированных чугунов, выплавляемых в доменных печах, ферросплавов и легирующих добавок. Поставленная цель достигается тем, что в шихтовой заготовке для металлургического передела, содержащей железоуглеродистый сплав, твердую легирующую добавку, в качестве твердой легирующей добавки содержатся ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств при следующем соотношении компонентов, мас.

Ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств 0,5-50,0 Железоуглеродистый сплав Остальное Шихтовая заготовка дополнительно содержит оксиды металлов при следующем соотношении компонентов, мас.

Ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств 0,5-50,0
Оксиды металлов 1,0-10,0
Железоуглеродистый сплав Остальное
В шихтовой заготовке в качестве твердой легирующей добавки используют ферросилиций и/или ферроникель и/или феррованадий и/или феррованадий с кремнием и/или ферромарганец и/или отходы ферросплавных производств.

В качестве железоуглеродистого сплава используют сплавы с содержанием углерода 0,2-4,5 в частности, передельный чугун.

В зависимости от назначения шихтовой заготовки в качестве твердой легирующей добавки используются:
дробленные до фракций +5-30 мм:
ферросилиций ГОСТ 1415-78;
ферроникель ТУ 48-3-59-79;
феррованадий ГОСТ 27180-86;
феррованадий с кремнием ТУ 15-5-170-85;
ферромарганец ГОСТ 4755-80;
отходы ферросплавных производств (химический состав которых приведен в табл. 1);
оксиды металлов (отходы катализаторов некоторых химических производств см. табл. 2).

Предлагаемую шихтовую заготовку получают на разливочных машинах чугуна, заливая жидким чугуном предварительно поданную в мульды твердую легирующую добавку.

Составляющими шихтовой заготовки являются железоуглеродистый сплав и ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств при следующем соотношении компонентов, мас.

Ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств 0,5-50,0
Железоуглеродистый сплав Остальное
Использование шихтовой заготовки, в которой количество железоуглеродистого сплава составляет более 99,5 (выше верхнего предела), а количество ферросплавов и/или отходов ферросплавных производств меньше 0,5 (ниже нижнего предела), приводит к очень низким содержаниям в заготовке составляющих ферросплавов и/или отходов их производств, что практически не улучшает качество получаемого из такой заготовки металла (чугуна или стали). Кроме того, весьма незначительное улучшение качества металла из такой заготовки не окупается расходами на усложнение технологии получения заготовки.

При использовании шихтовой заготовки с содержанием железоуглеродистого сплава ниже 50 (ниже нижнего предела) и с количеством ферросплавов и/или отходов ферросплавных производств соответственно выше 50 (выше верхнего предела) появляются сложности в получении такой чушки на разливочной машине чугуна. Из-за значительной разности плотностей железоуглеродистого расплава и твердых добавок (ферросплавов или отходов их производств) объем расплава по сравнению с объемом твердых добавок получается настолько малым, что его недостаточно для охвата и скрепления твердых добавок и они высыпаются из формы после застывания.

Предлагаемые пределы соотношения железоуглеродистого сплава и ферросплавов и/или отходов ферросплавного производства соответственно в пределах 50-99,5 и 0,5-50 позволяют достигать наилучших технико-экономических показателей плавок и качества чугунных отливок, обеспечивая тем самым выплавку широкого сортамента металла (чугуна и стали).

Шихтовая заготовка также дополнительно содержит оксиды металлов при следующем соотношении компонентов, мас.

Ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств 0,5-50,0
Оксиды металлов 1-10,0
Железоуглеродистый сплав Остальное
Пределы оксидов металлов 1,0-10,0 выбраны экспериментальным путем, исходя из разумного соотношения размеров улучшения качества получаемого низколегированного металла и затрат на его производство.

Шихтовую заготовку получали путем расплавления передельного чугуна в индукционной печи. В качестве литейной формы использовали стандартные мульды разливочной машины чугуна. Мульды предварительно заполнялись ферросплавами или отходами ферросплавных производств. Полученную шихтовую заготовку с массой 6-25 кг использовали при выплавке литейного чугуна в индукционной печи или другой печи в качестве металлошихты. Шихтовую заготовку из железоуглеродистого расплава, ферросплавов или отходов ферросплавного производства с добавкой оксидов металла использовали при выплавке низколегированного металла.

В табл. 3 и 4 даны соответственно химические составы шихтовой заготовки, состоящей из 75 передельного чугуна и 25 мас. ферросплавов, а также из 70 передельного чугуна, 25 ферросплавов (FeSi или FeMn, или FeV) и 5 оксидов металлов.

Составы предлагаемой шихтовой заготовки представлены в табл. 5, а снижение энергоемкости получаемых шихтовых заготовок и равномерное распределение кремния по объему чушки представлены в табл. 6.

Энергоемкость производства предельного чугуна составляет по многочисленным данным 23,8 ГДЖ/т, энергоемкость производства литейного чугуна в доменной печи составляет по нашим расчетам 36-37 ГДЖ/т. Энергоемкость производства ферросплавов (FeMn, FeSi, FeV) принята нами в среднем 53 ГДЖ/т, а энергоемкость отходов катализаторов химических производств принята нами на уровне производства обожженных железорудных окатышей, т.е. 2,0 ГДЖ/т.

Известна разливочная машина, которая реализует следующий способ получения шихтовой заготовки: окатыши подаются на разливочную в саморазгружающихся контейнерах объемом 1м³ и тельферами поднимаются и загружаются в бункеры. На разливочную машину подается ковш с чугуном и наклоняется кантовальным устройством.

Чугун из ковша сливается в разливочное устройство и подается в изложницы. Питатели опускаются в рабочее положение (до упора в изложницы), открываются затворы, и окатыши попадают через систему подачи в изложницы (мульды). Включается привод конвейеров. При движении конвейеров питатели огрусленной частью разравнивают окатыши в изложницах. Заполненные окатышами изложницы перемещаются и заливаются чугуном (а. с. N 1105273, B22D 5/00 прототип). Недостатком способа является неравномерное распределение твердой добавки в мульдах, особенно в тех, в которых получают чушки массой 18 и 23 кг.

Цель изобретения получение однородной гетерогенной системы в отлитой чушке.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения шихтовой заготовки, включающем выплавку железоуглеродистого сплава, ввод твердой легирующей добавки в ячейки мульд разливочной машины и последующую ее заливку струей железоуглеродистого расплава, в качестве твердой легирующей добавки используют ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств фракцией 1-30 мм, а железоуглеродистый сплав заливают с температурой выше температуры "ликвидуса" на 70-200 ^oC. При этом:
в ячейки мульд разливочной машины вводят ферросплавы фракцией 5-30 мм;
в ячейки мульд разливочной машины вводят отходы ферросплавных производств фракцией 1-5 мм;
дополнительно вводят твердую легирующую добавку фракцией 1-5 мм в струю железоуглеродистого расплава;
дополнительно вводят твердую легирующую добавку фракцией 1-5 мм на поверхность незастывшей шихтовой заготовки, находящейся в мульде;
на поверхность незастывшей шихтовой заготовки воздействуют усилием не менее 500 н/м² до погружения твердой легирующей добавки в расплав и образования твердой корочки на ее поверхности;
в качестве железоуглеродистого расплава используют передельный чугун;
в качестве железоуглеродистого расплава используют литейный чугун.

Поставленные и другие цели достигаются при получении шихтовой заготовки путем ее формирования в мульдах разливочной машины из твердой легирующей добавки и жидкого железоуглеродистого сплава с последующим охлаждением в виде чушки при условии воздействия в процессе формирования на твердую легирующую добавку жидкого углеродистого сплава, препятствующего всплыванию твердой легирующей добавки в жидком железоуглеродистом сплаве.

Такое воздействие необходимо для достижения цели изобретения, поскольку было обнаружено, что неоднородность состава получаемых чушек связана с тем, что из-за разности плотностей твердой легирующей добавки и жидкого железоуглеродистого сплава в процессе заливки добавки сплавом происходит в основном всплывание добавки и вынос его из мульды, причем малая вязкость сплава в горячем состоянии недостаточна для предотвращения этого. В случае же заливки добавки застывающим сплавом (соответственно повышенной вязкости) сплав не способен заполнить все промежутки между кусками добавки, соответственно при затвердевании не связывает его и при выгрузке чушки из мульды происходит осыпание части добавки. Дополнительное усилие на добавку в мульде необходимо для погружения (утопления) всплывающей (из-за разности плотностей твердой легирующей добавки и железоуглеродистого расплава).

Пример конкретного выполнения. В ячейки мульд разливочной машины вводят ферросилиций фракцией 5-30 мм, затем заливают железоуглеродистый сплав с температурой 1250 ^oC (на 120 ^oC выше температуры ликвидуса для передельного чугуна 1130 ^oC). Дополнительно вводили твердую легирующую добавку фракцией 1-5 мм (отходы ферросилиция) как в струю железоуглеродистого расплава, так и на поверхность незастывшей шихтовой заготовки. На поверхность незастывшей шихтовой заготовки воздействовали усилием 750-1000 н/м² до погружения твердой легирующей добавки в расплав. Получили сплав 1 (см. табл. 3). Температура заливки железоуглеродистого сплава на 70-200 ^oC выше температуры ликвидуса выбрана экспериментально.

Формула изобретения

1. Шихтовая заготовка для металлургического передела, содержащая железоуглеродистый сплав, твердую легирующую добавку, отличающаяся тем, что в качестве твердой легирующей добавки она содержит ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств при следующем соотношении компонентов, мас.

Ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств 0,5 50,0
Железоуглеродистый сплав Остальное
2. Заготовка по п.1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит оксиды металлов при следующем соотношении компонентов, мас.

Ферросплавы и/или отходы ферросплавных производств 0,5 50,0
Оксиды металлов 1,0 10,0
Железоуглеродистый сплав Остальное
3. Заготовка по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в качестве твердой легирующей добавки используют ферросилиций, и/или ферроникель, и/или феррованадий, и/или феррованадий с кремнием, и/или ферромарганец, и/или отходы ферросплавных производств.

4. Способ получения шихтовой заготовки для металлургического передела, включающий выплавку железоуглеродистого сплава, ввод твердой легирующей добавки в ячейки мульд разливочной машины и последующую ее заливку струей железоуглеродистого расплава, отличающийся тем, что в качестве твердой легирующей добавки используют ферросплавы, и/или отходы ферросплавных производств фракцией 1 30 мм, а железоуглеродистый расплав заливают с температурой выше температуры "ликвидуса" на 70 200^oС.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в ячейки мульд разливочной машины вводят ферросплавы фракцией 5 30 мм.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что в ячейки мульд разливочной машины вводят отходы ферросплавных производств фракцией 1 5 мм.

7. Способ по любому из пп. 4 6, отличающийся тем, что дополнительно вводят твердую легирующую добавку фракцией 1 5 мм в струю железоуглеродистого расплава.

8. Способ по любому из пп.4 6, отличающийся тем, что дополнительно вводят твердую легирующую добавку фракцией 1 5 мм на поверхность незастывшей шихтовой заготовки, находящейся в мульде.

9. Способ по любому из пп.4 8, отличающийся тем, что на поверхность незастывшей шихтовой заготовки воздействуют усилием не менее 500 н/м² до погружения твердой легирующей добавки в расплав и образования твердой корочки на ее поверхности.

10. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве железоуглеродистого сплава используют передельный чугун.

11. Способ по п.4, отличающийся тем, что в качестве железоуглеродистого сплава используют литейный чугун.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3