RO119865B1

RO119865B1 - Procedeu şi instalaţie pentru afinarea metalelor

Info

Publication number: RO119865B1
Application number: RO96-01748A
Authority: RO
Inventors: Genrich Alexeevich Dorofeev; Serafim Zakharovich Afonin; Alexei Grigorievich Zubarev; Evgeny Nektarievich Ivashina; Alexandr Vladimirovich Makurov; Alexandr Nikolaevich Panfilov; Vyacheslav Vasilievich Ryabov; Anatoli Georgievich Sitnov; Jury Viktorovich Utkin; Evgeny Khristoforovich Shakhpazov; Mark Aronovich Tseitlin
Original assignee: Aktsionernoe Obschestvo Zakrytogo Tipa "Intermet Service & Co."
Priority date: 1994-03-04
Filing date: 1995-02-23
Publication date: 2005-05-30
Also published as: SK113196A3; AU686771B2; ATE226492T1; CN1047336C; CN1139889A; PL316843A1; DE69528641D1; JPH09509617A; NO963666L; CA2183262A1; EP0755736A1; WO1995023660A1; FI963447A0; HU9602381D0; SK283412B6; NO963666D0; AU1964295A; EP0755736A4; FI963447A; EP0755736B1

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi la o instalaţie pentru afinarea metalelor, în special a aliajelor feroase. Procedeul conform invenţiei constă în realizarea unui prefabricat de afinare, prin turnarea unui aliaj fier-carbon peste o umplutură solidă sub formă de granule, după care asupra aliajului şi a umpluturii se aplică o forţă care împiedică ridicarea umpluturii solide la suprafaţa topiturii. Instalaţia pentru realizarea procedeului conform invenţiei are în componenţă un dispozitiv prevăzut cu o rolă (9) cavă, montată pe o consolă (8) pe care este amplasată, de asemenea, o contragreutate (10) şi care apasă asupra aliajului fier-carbon şi a umpluturii granulare, turnate în nişte cuve (2) aflate pe nişte transportoare (1), în aşa fel încât forţa cu care se acţionează să împiedice ridicarea granulelor la suprafaţa aliajului topit. ŕ

Description

Invenția se referă la un procedeu și la o instalație pentru afinarea metalelor, în special, a aliajelor feroase, destinate industriei siderurgice.

Sunt cunoscute procedee de afinare metalurgică, la care, în cuptorul de turnare respectiv, pe lângă fontă și fier vechi, se mai adaugă materiale de încărcare pentru asigurarea compoziției chimice, cerută, a metalului și a zgurei ce se obțin. De regulă, materialul de încărcare conține oxizii care sunt necesari pentru compoziția chimică și pentru evacuarea din baie a carbonului și a altor componente nedorite ale masei topite, cum sunt sulful, fosforul, manganul etc.

Faza principală a procesului de pregătire a materialului pentru încărcare este formarea acestuia, adică realizarea unei structuri convenabile atât pentru transport și depozitare, cât și pentru încărcarea în cuptorul respectiv. Ca procedeu de formare, se aplică, în mod curent, granularea, formarea bulgărilor, aglomerarea și brichetarea componentelor dispersate, la care se adaugă substanțe cu rol de liant.

în unele cazuri, se recomandă formarea încărcăturii sub formă de blocuri din aliaj fier-carbon, de regulă, din fontă, cu asigurarea structurii cerute, de exemplu, granule de fier, (SU 985063), sau granule fier-carbon, ceea ce reprezintă, practic, semifabricate pentru afinarea metalurgică. Asemenea blocuri se obțin în cuva mașinii de turnat încărcate cu materialul granular, peste care se toarnă fonta. Răcirea fontei lichide se realizează pe seama încălzirii granulelor, a reducerii oxizilor și a încălzirii lingotierei (SU 1105273).

încărcarea diverselor cuptoare de topire cu asemenea blocuri prefabricate este foarte comodă și productivă, dar există problema stabilității compoziției acestor prefabricate pentru afinare metalurgică deosebit de actuală pentru șarje mici, precum și pentru obținerea oțelurilor speciale, în convertizoare cu oxigen sau în cuptoare cu arc electric, fiindcă folosirea prefabricatelor cu compoziție și proprietăți termofizice, instabile, nu asigură stabilitatea procesului de topire a oțelului.

Problema pe care o rezolvă invenția constă în realizarea prefabricatelor pentru afinarea metalurgică, sub formă de blocuri, în cuva instalației de turnare, din umplutură solidă cu compoziție constantă și omogenă și din aliaj fier-carbon lichid, cu răcire ulterioară, ceea ce asigură stabilitate compoziției prefabricatelor.

Procedeul conform invenției rezolvă problema tehnică, menționată, prin aceea că prevede realizarea prefabricatului în cuva instalației de turnare, din material solid, granular și aliaj fier-carbon, în stare topită, cu răcire ulterioară, sub formă de bloc, cu condiția acționării în procesul formării, asupra materialului solid și a aliajului fier-carbon, în stare lichidă, pentru a preveni ridicarea fazei solide din faza lichidă fier-carbon.

Asemenea acțiune este necesară, deoarece s-a observat că neomogenitatea compoziției blocurilor obținute este legată de faptul că, datorită diferenței de densitate, are loc fenomenul de emersie a fazei solide. De remarcat că viscozitatea redusă a fazei lichide, aflată la temperatură ridicată, este insuficientă pentru preîntâmpinarea acestei emersii. în cazul turnării fazei lichide (de viscozitate redusă), peste faza solidă (de viscozitate sporită), faza lichidă nu poate umple toate spațiile libere dintre bucățile materialului granulat, deci după solidificare, nu se realizează legarea suficientă a granulelor și, ca urmare, la scoaterea blocului din cuvă se produce o desprindere și pierdere a unei părți din masa granulară, ceea ce, fără îndoială, produce modificarea compoziției prefabricatului pentru afinarea metalurgică.

în cazul producerii prefabricatelor fără aplicarea soluției propuse, materialul granular se repartizează în blocul obținut în mod neuniform, datorită diferenței-dedensitate aparentă a aliajului fier-carbon (de exemplu, densitatea fontei este de 7 g/cm³) și a

RO 119865 Β1 densității materialului granular (de exemplu, densitatea granulelor este de 3,7g/cm³). 1

Partea superioară a blocului conține prea puțin aliaj fier-carbon și multă umplutură, iar partea inferioară a lui, dimpotrivă, este compusă practic numai din aliaj fier-carbon și nu 3 conține umplutură. în partea superioară a blocului, particulele umpluturii sunt legate foarte slab de aliajul fier-carbon și la scoaterea blocului din cuva instalației de turnare, pe 5 platforma de cale ferată, particulele fazei solide se detașează de bloc și se transformă în substanță magnetică. Ca urmare, blocurile conțin o cantitate insuficientă a fazei solide 7 granulare. Acest lucru are drept efect, de exemplu, ca la afinarea ulterioară în cuptorul electric perioada de oxidare a oțelului topit să crească cu 10-15% din cauza cantității 9 insuficiente de oxigen adus de granule pentru oxidarea fontei.

Noțiunea de fază solidă granulară, umplutură, în contextul invenției, se referă la 11 orice material necesar pentru asigurarea compoziției chimice, cerute a aliajului obținut, aceste materiale fiind oxizi solizi ce sunt și surse de oxigen pentru legarea chimică și 13 eliminarea carbonului, precum și a altor componenți nedoriți ai procesului de topire. în varianta conform invenției, sunt de preferat oxizi cu conținut redus de oxigen necesar 15 pentru oxidarea în proporție de 5...95% a carbonului și pentru oxidarea completă, cerută, a celorlalți componenți ai aliajului fier-carbon, ce posedă o mai mare afinitate pentru oxigen 17 decât carbonul.

La realizarea afinarii ulterioare în condițiile cantității indicate de oxigen se obțin: 19 asigurarea procentului de carbon eliminat, un grad sporit de defosforizare a aliajului și spumarea suficientă a zgurii pe seama bulelor oxidului de carbon degajate în urma reacției 21 de oxidare a carbonului, care asigură de asemenea efectul de protecție, de exemplu, în cuptoarele electrice, acoperirea cu zgură a arcurilor. Dacă la afinare, cantitatea de oxigen 23 este mai mică decât cea necesară pentru oxidarea a 5% din carbon și oxidarea completă a altor adaosuri, atunci reacția de oxidare a carbonului și fosforului se îngreunează. în 25 aceste condiții, aliajul conține o cantitate sporită de fosfor și carbon. în cazul în care cantitatea de oxigen depășește cantitatea necesară pentru oxidarea a 95% din carbon și 27 oxidarea completă a altor elemente, atunci cantitatea de carbon în baie este prea mică și cantitatea de oxigen prea ridicată, ceea ce este necorespunzător din punctul de vedere al 29 productivității cuptorului, consumului de substanțe reducătoare și calității aliajului obținut, precum și al gamei de sortimente obținute. 31

Procedeul și instalația conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- permit îmbunătățirea parametrilor procesului de topire a aliajelor feroase, 33

- asigură reducerea consumului de energie și de oxigen.

Invenția va fi prezentată, în continuare, în legătură și cu figura care reprezintă o 35 secțiune în plan vertical printr-o instalație de turnare pentru obținerea semifabricatului pentru afinare metalurgică. 37

Procedeul conform invenției constă în realizarea unui prefabricat de afinare prin turnarea aliajului fier-carbon, peste o umplutură solidă sub formă de granule după care, 39 asupra fazei solide și a fazei lichide fier-carbon, acționează o forță care împiedică emersia granulelor fazei solide din faza lichidă fier-carbon. Forța trebuie să fie distribuită astfel, 41 încât să acționeze perpendicular pe suprafața particulelor, în sens contrar forței ce acționează de jos în sus asupra fazei solide dispersate în faza lichidă fier-carbon. în acest 43 fel, este posibilă formarea prefabricatului prin turnarea fazei lichide în cuvă, peste faza solidă și prin imersia fazei solide în faza lichidă sub acțiunea forței, care în varianta optimă, 45 depășește cu numai 5% forța de împingere a granulelor de jos în sus.

RO 119865 Β1

Corespunzător Legii lui Arhimede, pentru a cufunda granulele metalice și a le dispersa uniform în masa fazei lichide (fontă) turnată în cuvă este necesar să se acționeze asupra granulelor cu o forță ce depășește pe aceea de împingere de jos în sus. Gradul de depășire (5% și mai mult) este determinat pe cale experimentală. Pe măsura deplasării cuvelor către partea de descărcare a instalației de turnare, crusta solidă de fontă solidificându-se rapid pe întreaga suprafață a prefabricatului va reține granulele în masa de fontă. în momentul apropierii de partea de descărcare, masa prefabricatului reprezintă un corp unic, solid (rezistent), compus din granulele legate între ele cu fonta deja solidificată. Prefabricatul atunci când este descărcat din cuvă nu pierde granulele care sunt bine reținute în masa de fontă solidificată, deoarece în faza solidificării granulele au fost complet imersate în fonta care s-a solidificat pe suprafața rece a granulelor. Solidificarea fontei în prefabricat este accelerată și prin avansarea apei de răcire în dispozitivul de cufundare din zona de răcire, direct pe blocul metalic aflat în cuvă.

în mod similar, este posibilă formarea prefabricatului prin umplerea cuvei cu faza solidă și turnarea peste aceasta a fazei lichide fier-carbon, aplicându-se fazei solide o forță (în varianta optimă de 100...10000 N/m²). în acest ultim caz, în funcție de temperatura și viscozitatea fazei fier-carbon se recomandă ca această forță să fie aplicată după 1...60 s de la turnarea fazei lichide peste granule.

O forță suplimentară va fi aplicată fazei solide din cuvă, care are tendința să se ridice din cauza diferenței de densitate, pentru repartizarea uniformă a fazei solide în masa de fontă topită. Mărimea acestei forțe este determinată de adâncimea la care se află granulele în masa de fontă topită și de masa fontei dislocuite. De exemplu, în cazul granulelor cufundate la adâncimea de 3 cm, aria aplicării forței este suprafața laterală a părții cilindrice a rolei ce se află în contact cu sistemul eterogen granule + fontă a blocului metalic și va fi egală cu 10 x 50 = 500 cm², unde 10 cm înseamnă lungimea arcului unei role ce acționează asupra materialului din cuvă, 50 cm fiind lungimea rolei. Densitatea fontei este de 7g/cm³. Masa fontei dislocuite datorită aplicării forței va fi egală cu 500 cm²x 3 cm = 1500 cm (calcul aproximativ), iar greutatea masei este de 1500 cm x7g/cm =10,5 kg = 105N. Presiunea specifică va fi egală cu105:500 = 0,20 N/cm² sau 2000 N/m².

Presiunea reală trebuie să fie mai mare decât mărimea forței direcționate către crusta metalică, ce se formează. în cazul fontei cu viscozitate ridicată (la o temperatură apropiată de aceea de solidificare) pentru imersia materialului din cuvă, se cere o forță cu mult mai mare decât aceea arătată anterior, până la10000 N/m². Dacă mărimea forței aplicate materialului din cuvă este mai mică de 100 N/m², atunci efectul cufundării granulelor va fi nesemnificativ și dispersia acestora neuniformă în toată masa blocului metalic (în partea de jos a cuvei granulele vor lipsi). La mărirea forței aplicate materialului, peste 10000 N/m², mecanismul de cufundare nu mai funcționează, mărindu-se gabaritul acestuia și împiedicându-se buna funcționare a instalației de turnare.

Intervalul de timp dintre momentul turnării fontei peste materialul granulat și începerea aplicării forței în vederea cufundării granulelor în fază lichidă depinde de temperatura fontei ce se toarnă în cuvă. Dacă temperatura fontei este apropiată de aceea de solidificare (1200-1260°C), atunci pentru cufundarea granulelor în faza lichidă, forța trebuie să fie aplicată imediat după turnare, adică cca. 1 s. După ce fonta se va răci în cuvă, practic este imposibil de a cufunda materialul granular.

Dacă fonta se toarnă la o temperatură mai mare decât cea de solidificare, intervalul de timp pentru aplicarea forței de cufundare poate fi egal cu un minut, de la încheierea turnării fontei. Pentru a schimba timpul de aplicare a forței asupra materialului în scopul

RO 119865 Β1 cufundării acestuia în faza lichidă, dispozitivul de apăsare (o rolă cu suport și greutate) 1 poate fi deplasat, fiind apropiat sau îndepărtat de locul de turnare. Nu este posibilă aplicarea forței pe suprafața materialului din cuv, după un minut de la încheierea turnării, 3 întrucât în acest caz fonta se va fi solidificată.

într-o altă variantă de realizare a invenției, forța aplicată în procesul formării prefă- 5 bricatului, ce împiedică ridicarea fazei solide spre suprafață, poate fi asigurată prin folosirea fazei solide sub forma unor bucăți de dimensiunea 0,025...0,30 din înălțimea 7 cuvei și prin turnarea peste umplutură a fazei lichide în condițiile raportului dintre viteza liniară medie a fazei lichide și viteza liniară de deplasare a cuvei de 3:10...6:10. Ultimul 9 parametru necesită următoarea explicație: prin viteza liniară medie a fazei lichide fiercarbon se înțelege masa aliajului, care avansează în cuvă într-o unitate de timp, raportată 11 la secțiunea transversală a cuvei. Acest raport (m³/s, m²/s = m/s) caracterizează viteza medie liniară a deplasării fazei lichide fier-carbon, pe secțiunea cuvei, deoarece secțiunea 13 transversală a fluxului nu este cunoscută și este greu de determinat. Această mărime nu este viteza reală a fluxului, ci reprezintă o viteză convențională, medie, la secțiunea cuvei, 15 păstrându-se totodată sensul fizic al vitezei liniare de deplasare a aliajului fier-carbon.

Turnarea aliajului fier-carbon în cuve, având raportul prezentat între viteza liniară 17 a turnării aliajului și viteza liniară a deplasării cuvelor de 3:10...6:10, asigură filtrarea uniformă a aliajului în interiorul volumului cuvei umplută cu particulele fazei solide. în acest 19 caz, este exclus fenomenul revărsării aliajului în cuvele vecine, datorită faptului că viteza de turnare depășește viteza de deplasare a cuvelor, adică viteza de umplere a spațiilor 21 între granulele materialului solid. De asemenea, este exclusă umplerea neuniformă și incompletă a cuvelor cu fontă și solidificarea unor porțiuni de aliaj, în spațiile dintre 23 granulele fazei solide, care apare ca urmare a vitezei insuficiente de avansare a aliajului în cuve, a răcirii și solidificării rapide a acestuia înainte de umplerea cuvelor. Raportul între 25 viteza liniară de turnare a aliajului fier-carbon și viteza liniară a cuvelor instalației de turnare este cuprins între 3:10 și 6:10 și corespunde condiției obținerii materialului de încărcătura 27 format.

S-a constatat că, dacă acest raport depășește 6:10, aliajul fier carbon nu va umple 29 toate spațiile între particulele fazei solide și apare fenomenul umplerii incomplete a cuvei. O parte a fazei solide nu va fi acoperită cu aliajul fier-carbon și la descărcarea cuvei se vor 31 desprinde particule solide, nelegate la turnare, raportul între masa de aliaj fier-carbon și masa fazei solide nu se va putea respecta și nici condiția uniformității materialului. 33

Dacă raportul vitezelor liniare este mai mic decât 3:10 cuvele se umplu peste măsură cu aliaj fier-carbon care se varsă în cuvele vecine, ducând la încălcarea condiției 35 de uniformitate a materialului.

S-a constatat ca dimensiunea particulelor din stratul fazei solide egală cu 37 0,025...0,300 din înălțimea cuvei este optimă pentru menținerea stratului de particule ale fazei solide în stare imobilă în cuvă în momentul umplerii acesteia. 39

Dacă dimensiunea particulelor fazei solide este mai mică de 0,025 din înălțimea cuvei, atunci umplerea cuvei cu fonta va fi îngreunată, va fi încălcată condiția uniformității 41 fontei și fazei solide, va fi încălcată condiția stabilității raportului între fontă și materialul solid, va avea loc o separare sporită a particulelor pulverulente de material solid și 43 prefabricatele vor avea o compoziție diferită.

Dacă dimensiunea particulelor fazei solide va depăși 0,300 din înălțimea cuvei, 45 stratul particulelor solide, se va concentra, în special, în partea inferioară a cuvei, conducând la neuniformitatea repartizării materialului solid în faza lichidă și la nerealizarea 47 omogenității compoziției acestuia.

RO 119865 Β1

Obiectul invenției îl constituie, de asemenea, o instalație de turnare a prefabricatelor pentru afinare metalurgică, prevăzută cu transportor, cuve de turnare, dispozitiv pentru turnarea în cuve a aliajului fier-carbon lichid, buncăr cu alimentator pentru încărcarea cuvelor cu faza solidă și un dispozitiv destinat aplicării unei forțe asupra fazei solide și a aliajului lichid pentru împiedicarea ridicării fazei solide spre suprafața aliajului fier-carbon lichid.

în varianta optimă, este indicat ca instalația de turnare să fie prevăzută cu injectoare legate la conducta pentru alimentarea cu lichidul de răcire și cu un dispozitiv de împiedicare a ridicării fazei solide, spre suprafața aliajului lichid. Acest dispozitiv se indică a fi realizat sub formă de suport cu rolă și contragreutate fixată pe un suport, făcând posibilă deplasarea de-a lungul axei lui, longitudinale. în acest caz, un capăt al suportului va fi fixat cu articulații pe o ramă, iar celălalt capăt va fi sprijinit pe cuvă cu ajutorul rolei cave așezate pe axa cuvei și având posibilitatea să se rotească. Astfel, lungimea rolei cave trebuie să fie menținută la dimensiunile de 0,80...0,95 din lungimea de lucru a cuvei, iar diametrul exterior al rolei cave va fi de 1,1...1,4 din lățimea cuvei. înjectoarele vor fi amplasate aproape de rola cavă și orientate spre suprafața ei laterală.

Raportul între dimensiunile rolei cave și ale cuvei are o mare importantă pentru obținerea unei compoziții omogene a masei, adică repartizarea uniformă a oxidantului în masa de fontă.

Dacă lungimea rolei cave este mai mică de 0,80 din lungimea de lucru a cuvei, nu se va putea realiza repartizarea uniformă a granulelor în fonta blocului metalic.

Dacă lungimea rolei cave va depăși 0,95 din lungimea de lucru a cuvei, rola va apăsa pe pereții cuvei și astfel procesul de apăsare asupra masei turnate va fi împiedicat.

Raportul între diametrul exterior al rolei cave și lățimea cuvei este calculat experimental la turnarea metalului în cuve cu volum diferit Pe lângă aceasta este posibilă dislocarea conținutului cuvei, prin presare, dacă diametrul exterior al rolei cave este mai mic de 1,1 din lățimea cuvei. Dacă diametrul exterior al rolei cave va depăși 1,4 din lățimea cuvei atunci rola cavă va apăsa pe pereții cuvei iar conținutul acesteia nu va beneficia de efectul de presiune din partea rolei. Astfel prefabricatul nu va avea o structură omogenă.

Procedeul de topire a oțelului, în special, în convertizoare cu oxigen, include încărcarea fierului metalurgic vechi și a oxidantului, turnarea fontei lichide, suflarea cu oxigen, în cuvă și introducerea agenților de formare a zgurei, folosindu-se ca oxidant solid prefabricatul pentru afinare metalurgică sub formă de bloc obținut prin formarea lui în cuva instalației de turnare din faza solidă și aliaj fier-carbon lichid răcit ulterior, în condițiile acționării cu o forță de apăsare asupra umpluturii solide și aliajului lichid pentru a împiedica ridicarea fazei solide spre suprafața aliajului lichid. Varianta optimă pentru prefabricatul pentru afinare metalurgica și fierul vechi este ca acestea să fie luate într-un. raport de 0,1:1,0 până la 3,0:1,0, iar prefabricatul să fie încărcat într-o cantitate de 25...300 Kg/tde fontă lichidă. Pentru afinarea metalurgică va fi utilizat prefabricatul conținând materialul oxidant cu aliajul fier-carbon turnat peste el într-un raport de 1:1 până la 1,0:9,9, având o cantitate minimă de oxigen în materialul oxidant egală cu cantitatea necesară de oxigen pentru oxidarea completă a componentelor aliajului fier-carbon care posedă o afinitate față de oxigen mai mare decât carbonul. Raportul descris se explică, după cum urmează: conținutul prefabricatului în componenta încărcăturii solide, mai mic de 10% nu este recomandat întrucât acesta perturbă procesul de pregătire și încărcare a încărcăturii solide în convertizor, iar efectul utilizării prefabricatului nu se mai observă. Dacă raportul între prefabricat și fier vechi depășește raportul 3:1, eficiența utilizării lui în calitate de răcitor se

RO 119865 Β1 reduce, iar în momentul încheierii procesului de suflare cu oxigen a încărcăturii are loc 1 încălzirea metalului. Utilizarea prefabricatului în cantități de 25-300 Kg/t de fontă lichidă asigură stabilitatea procesului de topire în convertizor cu zgură activă, având consistența 3 și alcalinitatea necesare pentru o înalta defosforizare și desulfurare. Limitele arătate anterior sunt obținute pe cale experimentală. 5

Raportul între materialul oxidant și aliajul fier-carbon în prefabricat mai mare de 1:1 este de neacceptat, în acest caz, având loc un consum mare de material oxidant, ceea ce 7 perturbă procesul de obținere a prefabricatului și mărește timpul de suflare a băii convertizorului. în condițiile unui raport mai mic de 1:9,9 are loc fierberea activă a băii care 9 duce la eliminări de zgură.

Invenția poate fi utilizată și la realizarea procedeului de topire a oțelului în special 11 la cuptoare cu arc electric, procedeu care cuprinde încărcarea cuptorului în straturi cu fier vechi și material de încărcătură, încărcarea adaosurilor fondante, încălzirea și topirea, 13 suflarea cu oxigen. Procedeul prevede utilizarea, în calitate de încărcătură pentru afinarea metalurgică a prefabricatului, sub formă de blocuri de aliaj fier-carbon cu umplutură solidă, 15 obținute prin formarea lor în cuva instalației de turnare din faza solidă și aliaj fier-carbon lichid cu răcire ulterioară, în procesul formării aplicându-se o forță de apăsare asupra 17 umpluturii solide și a aliajului fier-carbon lichid cu răcire ulterioară, care împiedică ridicarea umpluturii spre suprafața aliajului lichid. In condițiile variantei optime, încărcarea cuptorului 19 cu fier vechi și prefabricate se face în etape succesive: la început, se încarcă prefabricatul împreună cu fierul vechi în cantitate de la 3 la 32% din masa șarjei, prefabricatul pentru 21 afinarea metalurgică fiind așezat între straturi de fier vechi, în raport de 1,0:0,1 până la 1,0:20,0, apoi încărcarea continuă cu un alt strat de fier vechi, iar peste el, se aplică alt 23 strat de prefabricat pentru afinare metalurgică.

încărcătura metalică, așezată în straturi, sporește puterea calorică pe unitatea de 25 masă în perioada topirii, ușurându-se procesul de topire și reducându-se consumul de energie. 27

Creșterea, în continuare, a numărului de straturi de încărcătură nu este recomandată, deoarece aceasta duce la pierderi de timp și energie termică, determinate 29 de pauzele în funcționarea cuptorului care nu se mai compensează din avantajele care apar ca rezultat al creșterii numărului de straturi. Dacă în prima etapă, cantitatea 31 prefabricatului este mai mică de 3% din masa șarjei cuptorului, masa de metal lichid ce se formează este insuficientă pentru formarea pe vatra cuptorului a unui strat de metal lichid 33 în care să se cufunde bucățile de încărcătură solidă și pentru protejarea vetrei.

Aceasta reduce consumul de energie și de oxigen și îmbunătățește indicii tehnico- 35 economici ai procesului de topire.

în cazul în care cantitatea de prefabricat depășește 32% din masa șarjei cuptorului, 37 timpul de topire a încărcăturii inițiale și consumul de energie încep să crească din cauza faptului ca partea încărcăturii grele care se topește mai lent depășește cantitatea optimă. 39 Pe lângă aceasta, coeficientul de umplere a spațiului de umplere a cuptorului se reduce datorită prezenței în el a unui material greu și dens, ceea ce nu permite folosirea la 41 maximum a forței transformatorului din cauza pericolului scăderii rezistenței căptușelii boitei și a pereților. Totodată, crește timpul de topire și al procesului în ansamblu, precum 43 și consumul de energie. Acestea sunt motivele pentru care nu se recomandă mărirea, în continuare, a numărului straturilor de încărcătură. 45

Raportul între încărcătură și fierul vechi de 1:(0,1...20) corespunde condițiilor obținerii celor mai înalți indici tehnico-economici. Dacă acest raport este mai mare de 1:0,1 47

RO 119865 Β1 atunci eficiența procedeului se reduce din cauza stratului exagarat de mare a încărcăturii care are o densitate ridicată și formează un strat gros predispunând bucățile componente să se sudeze într-un monolit. Acesta din urmă se topește mult mai lent decât bucățile separate, care formează acest strat.

Dacă acest raport este mai mic de 1:20, influența pozitivă a prefabricatului se reduce din cauza masei relativ mici a acestuia în încărcătura metalică. Prefabricatul a cărui viteză de topire depășește viteza de topire a fierului vechi formează, în acest caz, masa topită care antrenează bucățile reci ale fierului vechi, formarea unor astfel de monoliți îngreunând topirea lor completă. Masa topită este insuficientă, în acest caz, pentru formarea unui strat lichid pe vatra cuptorului, împiedicând folosirea capacității maxime și introducerea timpurie a oxigenului. în acest caz, crește perioada de topire a încărcăturii și consumul de energie.

Așezarea prefabricatului peste fierul vechi în straturi permite mărirea densității încărcăturii și asigură arderea stabilă a arcurilor, folosirea, la maximum, a puterii, creânduse efectul fierberii în baie, în a doua perioadă de topire și în perioada de oxidare. Datorită acestui fapt, zgura se menține în stare spongioasă, mărind randamentul termic și protejând căptușeala de radiația arcurilor. în afară de aceasta, fierberea continuă a metalului, în perioada de topire și oxidare, asigură îndepărtarea gazelor și obținerea oțelurilor de calitate înaltă.

Instalația de turnare cuprinde niște transportoare 1 cu lanț, pe care sunt fixate niște cuve 2, un dispozitiv de turnare 3, o ramă 4, care susține transportoarele 1, și un buncăr de alimentare 5 pentru niște umpluturi solide, sub formă de granule. Deasupra cuvelor 2, sunt amplasate o conductă 6 pentru lichidul de răcire, niște injectoare 7, precum și un dispozitiv constituit dintr-o consolă 8, aflată în legătură cu o rolă cavă 9 și o contragreutate 10 fixată pe consola 8, fiind posibilă deplasarea de-a lungul axei longitudinale a acesteia. Un capăt al consolei este fixat într-un suport 11 pe rama 4, iar celalalt capăt se sprijină pe cuva 2, datorită rolei cave 9 care este fixată pe axă și poate să se rotească.

Instalația de turnare funcționează astfel: cupa cu fonta lichidă avansează către instalația de turnare și buncărul de alimentare este încărcat cu granule. Se deschid închizătoarele alimentatoarelor 5, permițând granulelor să cadă în cuvele 2, viteza lor de mișcare fiind direct proporțională cu consumul. Cuvele umplute cu granule se deplasează și peste ele se toarnă fonta. După 1...60 s de la turnarea fontei peste materialul din cuve, acționează, suplimentar, o forță de 100...10 00 N/m².

Exemplul 1. Pe instalația de turnare, a fost realizat experimentul cu aplicarea procedeului propus de obținere a prefabricatului, în varianta în care pe suprafața materialului din cuvă acționează o forță mecanică, fiind utilizate diferite mărimi ale forței și diferite intervale de timp de utilizare a forței, precum și un raport diferit între lungimea rolei cave și lungimea de lucru a cuvei, ca și un raport între diametrul exterior al rolei cave și lățimea cuvei. Rezultatele experimentului sunt prezentate în tabelul 1.

Tabelul 1

Numărul experimentelor	Temperatura fontei	Perioada de aplicare a forței	Mărimea forței	Raportul diametru/ lățimea rolei	Raportul diametrul rolei/lățimea cuvei	Masa blocului	Gradul de uniformitate a umpluturii
		s	N/m²			kg
prototip	1380	-	-	-	-	27,5	1
1	1260	1	1000	1,4	0,80	26,0	4

RO 119865 Β1

Tabelul 1 (continuare) 1

Numărul experimentelor	Temperatura fontei	Perioada de aplicare a forței	Mărimea forței	Raportul diametru/ lățimea rolei	Raportul diametrul rolei/lățimea cuvei	Masa blocului	Gradul de uniformitate a umpluturii
2	1380	20	100	1,35	0,85	25,5	3
3	1300	50	10000	1,25	0,90	27,0	5
4	1400	60	750	1,10	0,95	26,0	4
5	1280	70	9000	1,90	0,70	25,0	2
6	1360	30	10000	1,50	1,00	27,5	1

Analiza experiențelor realizate a demonstrat că se obțin blocuri de prefabricat pentru afinare metalurgică având componenta uniformă, când granulele metalice se 13 repartizează uniform în masa blocului (4 puncte în sistemul de apreciere cu 5 puncte).

Exemplul 2. Procedeul conform invenției a fost realizat pe o instalație de turnare 15 a fontei, având lungimea de 35 m și lățimea de 5,8 m prevăzută cu două transportoare, fiecare dintre ele cu 292 de cuve. Instalația de turnare este dotată cu un dispozitiv pentru 17 dozarea materialului feros în bucăți, în cuvele ambelor transportoare. Prefabricatele au fost obținute în cuve cu înălțimea de 12,5 cm și aria secțiunii transversale de 318 cm³, care se 19 deplasează cu viteza de 10 cm/s. Ca material feros, au fost folosite granule feroase oxidate și aglomerări de dimensiuni cuprinse între 0,3 până la 3,8 cm, adică în limitele de 21 0,025...0,300 din înălțimea cuvei.

Viteza turnării fontei, raportată la aria secțiunii transversale a cuvei și la viteza de 23 deplasare a trasportoarelor cuvelor a fost reglată în limitele de (3...6):10. S-a observat că, în condițiile raportului între viteza liniară de turnare a fontei și viteza de deplasare a cuvelor 25 mai mare de 6:10, fonta nu reușește să umple toate golurile între particulele solide ale materialului feros și formele obținute au prezentat goluri, fonta fiind repartizată în acestea 27 în mod neuniform pe tot volumul lor. O parte a particulelor solide nu s-au legat de fontă și atunci când cuvele s-au răsturnat, aceste particule s-au risipit, ceea ce a condus la 29 obținerea unor prefabricate de calitate inferioară.

Dacă raportul între viteze este mai mic de 3:10, formele se umplu cu fontă peste 31 măsură, fonta se revarsă în cuvele vecine, ceea ce duce la dereglarea uniformității compoziției și la creșterea masei prefabricatelor. 33 în timpul experimentărilor s-au obținut peste 15001 de prefabricate, formate pentru cuptoare de topit oțel. Fiecare prefabricat având masa de 31 ...33 Kg si conținând 20...25% 35 material feros solid, restul fiind fontă.

Prefabricatele obținute au fost retopite în oțel în cuptoare electrice de 3,6 și 1001 37 și într-un cuptor Martin de 65 tone. în toate cazurile efectul a fost pozitiv. Timpul de topire s-a redus cu 30...50%, consumul de combustibil s-a redus cu 14...25%. materialul refractar 39 s-a redus cu 1...2 Kg/tonă de oțel, prețul de cost al oțelului s-a redus față de cel topit din material convențional (fier vechi și granule de metal). 41

Exemplul 3. în capacitățile metalurgice, la încărcarea convertizorului, s-au pregătit fierul vechi, prefabricatul compus din granule (20%) și aliaj fier-carbon (80% fontă). 43

Materialul de încărcătură solid pentru un convertizor de 1601 constă din: fier vechi (2 51), prefabricat (121), fontă lichidă (1351). Consumul de substanțe de formare a zgurei a fost 45

RO 119865 Β1 același ca și în cazul în care s-a folosit ca material de încărcătură numai fier vechi, var (121), fluorină (0,2 t), granule de minereu (0,81). Suflarea șarjei a fost realizată conform tehnologiei clasice. Elaborarea șarjei a decurs în condiții normale, fără a se fi observat abateri de la regimul termic și de zgură, nici al compoziției chimice. După terminarea suflării în baia lichidă au fost introduși dezoxidanții, iar metalul a fost turnat în oala de turnare care a fost deplasată la instalația de turnare continuă a oțelului.

Cantitatea metalului obținut a fost la nivelul șarjelor în care încărcătura metalică s-a bazat numai pe fier vechi (87,4%).

Experimentările industriale, în care în locul fierului vechi, ca agent rece, a fost folosit un prefabricat, au demonstrat eficiența înlocuirii respective, fiind asigurate condițiile de regim termic și de zgură necesare procesului de eleborare a șarjei, reducerea cu 2 5% a conținutului de cupru, reducerea cu 29% a conținutului de nichel, față de șarjele în care încărcătura solidă a fost numai fier vechi.

Exemplul 4. Tabelul 2 ilustrează influența aplicării forței sub formă de sarcină mecanică, ce depășește cu 10% forța de împingere de jos în sus asupra prefabricatului (blocuri de prefabricat) pentru afinare metalurgică și respectiv asupra indicatorilor procesului de topire.

Tabelul 2

Nr.	Cantitatea granulelor %	Deficitul de oxigen ca rezultat al desprinderii granulelor	Mărimea perioadei de oxidare a șarjei
în prefabricat	care s-au desprins
planificată	reală
				kg/100kg prefabricat	minute
			fără sarcină
1	25	17	8	2,10	8
2	25	15	10	2,60	10
3	25	18	7	1,80	7
			cu sarcină
4	25	25,0	-	-	lipsește
5	25	24,7	0,3	0,05	lipsește
6	25	25,0	-	-	lipsește
7	25	25,0	-	-	lipsește
8	25	24,8	0,2	0,04	lipsește

Exemplul 5. Șarjele experimentale s-au realizat în cuptoare de 100 teu arc electric. S-a obținut oțel electrotehnic anizotrop. S-a folosit fier vechi (deșeuri din secțiile de laminat, rebuturi, fier vechi recuperat) și prefabricat în diferite proporții.

Materialul de încărcătură compus din prefabricat și fier vechi a fost încărcat în cuptor, în straturi. Au fost adăugate: var (1,5...4 t), aglomerat (2...4 t) și în unele cazuri șpan (300... 500 Kg/șarjă). După topirea primului strat a fost adăugat un alt strat, prefabricatul fiind așezat peste fierul vechi. La topirea oțelului a fost folosită gura de vânt

RO 119865 Β1 boltită pentru suflarea oxigenului în baie. Pe parcursul procesului de topire, dacă a fost 1 necesar, s-a adăugat aglomerat și șpan. Pentru obținerea prefabricatului pentru încărcătură au fost folosite fontă afinată și granule în raport de (31...84):(19...16). După 3 topirea materialului de încărcătură s-a obținut metal cu următoarea compoziție chimică (%, masa): C = 0,18 -1,00; Mn = 0,10 - 0,20; P = 0,009 -0,016; S = 0,005 - 0,027; Cr = 0,03 - 5

0,09; Ni = 0,05 - 0,09; Cu = 0,05 - 0.13. După afinare și dezoxidare, metalul se toarnă în oala de turnare. 7

Indicii tehnico-economici ai topirii în cuptor electric pentru oțel electrotehnic, după procedeul propus, în comparație cu elaborările de șarje care se realizează în prezent 9 (media a 20 de șarje) sunt prezentate în tabelul 3.

Tabelul 3

NC șarjelor experimentale	Nr. încărcăturilor	Cantitatea prefabricatului pentru încărcătură	Raportul între prefabricatul de încărcătură și fier vechi	Consum de energie electrică pentru o șarjă	Perioada de topire
		1 față de capacitatea cuptorului	în părți	Rwt/h	oreminute
martor	1	50	1:1,0	51838	3-08
1	2	2	1:30	51120	3-02
2	2	3	1:20	49800	2-55
3	2	10	1:5,4	48240	2-53
4	2	20	1:0,8	47100	2-49
5	2	30	1:0,2	46800	2-45
6	2	32	1:0,1	47460	2-51
7	2	34	1:0,007	49880	2-57

După cum se observă din tabel, procedeul propus, de elaborare a oțelului în cuptorul cu arc electric, asigură mărirea indicilor tehnico-economici pe seama reducerii 29 perioadei de topire cu 7...12% și a consumului de energie electrica cu 4...10%.

Procedeul propus pentru obținerea prefabricatului de afinare metalurgică și 31 instalația de turnare pentru realizarea procedeului pot fi utilizate, în siderurgie, la obținerea materialului de încărcătură pregătit, în prealabil, pentru producția de oțel. 33

Conform invenției, prefabricatul de afinare metalurgică sub formă de bloc din aliaj fier-carbon cu umplutură solidă poate fi utilizat direct acolo unde a fost produs și poate fi 35 depozitat și transportat în locuri mai îndepărtate de acela unde se realizează afinarea metalurgică. 37

Inenția poate fi folosita la topirea oțelului în diferite agregate de topire, în special, în cuptoare electrice sau în convertizoare. 39

Claims

1. Procedeu de afinare a metalelor, în special, a aliajelor feroase, folosind un prefabricat care se formează, prin turnarea în cuva unei instalații de turnare, a aliajului fiercarbon lichid, peste o umplutură solidă, caracterizat prin aceea că asupra umpluturii solide și a aliajului fier-carbon lichid se acționează cu o forță care împiedică ridicarea umpluturii solide la suprafața aliajului lichid.

2. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că în calitate de umplutură sunt folosiți oxidanți solizi.

3. Procedeu conform revendicării 2, caracterizat prin aceea că oxidanții solizi conțin cantitatea minimă necesară de oxigen pentru oxidarea a 5...95% din carbonul conținut și pentru oxidarea completă a celorlalți componenți ai aliajului fier-carbon, ce posedă afinitate față de oxigen mai mare decât carbonul.

4. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că aliajul fier-carbon este fonta.

5. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că prefabricatul se formează prin turnarea în cuvă a aliajului fier-carbon lichid, peste umplutura solidă și imersia acestei umpluturi în faza lichidă are loc sub acțiunea forței care depășește cu 5% forța maximă de împingere a umpluturii solide de jos în sus, în aliajul fier-carbon lichid.

6. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că prefabricatul se obține prin încărcarea, în cuvă, a umpluturii solide și turnarea peste ea a aliajului fiercarbon lichid și aplicarea unei forțe de 100... 10000 N/m² asupra umpluturii ce se ridică la suprafață.

7. Procedeu conform revendicării 7, caracterizat prin aceea că forța se aplică după 1...60 s după turnarea aliajului lichid peste umplutura solidă.

8. Procedeu conform revendicării 1, caracterizat prin aceea că umplutura solidă este încărcată în bucăți având dimensiuni de 0,025...0,300 din înălțimea cuvei, iar turnarea aliajului lichid se face în condițiile în care raportul între viteza liniara medie de curgere a aliajului și viteza liniară de deplasare a cuvelor este de 3:10 până la 6:10.

9. Procedeu de topire a oțelului, în special, în cuptoare cu arc electric, ce prevede încărcarea în straturi a cuptorului cu fier vechi și prefabricat, îincărcarea cu adaosuri fondante, încălzirea și topirea, suflarea cu oxigen, caracterizat prin aceea că se folosește prefabricatul pentru afinarea metalurgică sub formă de blocuri de aliaj fier-carbon cu umplutura solidă, obținut prin formare în cuvele instalației de turnare, din umplutură solidă și aliaj fier-carbon lichid cu răcire ulterioară, prin exercitarea asupra umpluturii solide și a aliajului fier-carbon lichid a unei forțe care împiedică emersia umpluturii solide în aliajul lichid.

10. Procedeu conform revendicării 9, caracterizat prin aceea că prefabricatul pentru afinare metalurgică și fierul vechi metalurgic sunt luate în proporție de la 0,1:1,0 până la 3,0:1,0, prefabricatul fiind încărcat în cantitate de 2 5...3 00 Kg/tonă de fontă lichidă.

11. Procedeu conform revendicării 10, caracterizat prin aceea că prefabricatul pentru afinare metalurgică conține materialul oxidant peste care se toarnă aliajul fiercarbon în proporție de 1:1 până la 1,0:9,9, cantitatea de oxigen din materialul oxidant fiind egală cu o cantitate de oxigen necesară pentru oxidarea componenților masei de fiercarbon topite care posedă afinitate față de oxigen mai riTare decât carbonul.

RO 119865 Β1

12. Procedeu de topire a oțelului, în special, în convertizoare cu oxigen care 1 prevede încărcarea fierului vechi, a oxidantului solid, turnarea fontei lichide, suflarea băii cu oxigen și introducerea factorilor de formare a zgurii, caracterizat prin aceea că, în 3 calitate de oxidant solid, este utilizat prefabricatul pentru afinare metalurgică sub formă de bloc din aliaj fier-carbon cu umplutură solidă, obținut prin formare în cuva instalației de 5 turnare din umplutură solidă și aliaj fier-carbon lichid, cu răcire ulterioară prin exercitarea asupra umpluturii solide și a aliajului fier-carbon lichid a unei forțe care împiedică indicarea 7 umpluturii solide în aliajul lichid.

13. Procedeu conform revendicării 12, caracterizat prin aceea că prevede 9 încărcarea cuptorului cu fier vechi și cu material de încărcătură, materialul de încărcătură și fierul vechi încărcându-se în cantitate de 2...32% din capacitatea cuptorului, prefabricatul 11 pentru afinare metalurgică fiind așezat între straturi de fier vechi într-un raport de 1,0:0,1 până la 1,0:20,0, apoi încărcarea continuă, introducându-se mai întâi fierul vechi, iar 13 deasupra prefabricatul pentru afinare metalurgică.

14. Instalație de turnare pentru obținerea prefabricatului pentru afinare metalurgică, 15 având în componență o ramă adaptată pentru montarea pe ea a subansamblurilor instalației de turnat, niște transportoare montate pe ramă, niște cuve așezate pe 17 transportor, un dispozitiv pentru turnarea în cuve a aliajului fier-carbon lichid și un buncăr cu alimentator pentru încărcarea în cuve a umpluturii solide, caracterizată prin aceea că 19 este prevăzută suplimentar cu un dispozitiv care acționează asupra umpluturii solide și a aliajului fier-carbon lichid, cu o forță ce împiedică ridicarea umpluturii solide la suprafața 21 aliajului lichid.

15. Instalație de turnare, conform revendicării 14, caracterizată prin aceea că este 23 prevăzută cu injectoare (7) legate la conducta (6) pentru agentul de răcire, iar dispozitivul pentru aplicarea asupra umpluturii solide și a aliajului lichid a unei forțe ce împiedică 25 ridicarea umpluturii solide în aliajul lichid este constituit dintr-o consolă (8) prevăzută cu o rolă (9) cavă și cu o contragreutate (10) care se poate deplasa de-a lungul axei 27 longitudinale a consolei (8). totodată un capăt al consolei (8) fiind prevăzut cu articulație și așezat în niște suporturi pe ramă (4) iar celălalt, datorită rolei (9) cavă ce este dispusă 29 pe axă și poate să se rotească, se sprijină pe cuvă (2), lungimea rolei (9) cave fiind egală cu 0,8...0,95 din lungimea de lucru a unei cuve (2), diametrul exterior al rolei (9) cave fiind 31 egal cu 1,1...1,4 din lățimea cuvei (2), injectoarele (7) fiind dispuse aproape de rola (9) cavă și orientate spre suprafața ei laterală. 33