RU2092595C1

RU2092595C1 - Slag for electroslag remelting of cast iron

Info

Publication number: RU2092595C1
Application number: RU96105584A
Authority: RU
Inventors: В.П. Соломко; С.Е. Волков; В.С. Дроздов; Ю.И. Павлюк; А.В. Михайлов; А.И. Волкова
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью Экспериментальная фирма "Экомет"; Акционерное общество "Мелькомбинат в Сокольниках"
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1997-10-10

Abstract

FIELD: metallurgical industry. SUBSTANCE: this relates to electroslag remelting of cast iron electrodes and makes this process substantially cheaper. Slag offered for aforesaid process contains broken glass, flux of certain grade, and magnesite at following rate of components content, mas.%: broken glass, 50-65; flux, 30-45; magnesite, 5-10. Fluorite can be used instead of flux. EFFECT: high efficiency. 1 tbl

Description

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к электрошлаковому переплаву чугунных электродов. The invention relates to ferrous metallurgy, and in particular to electroslag remelting of cast iron electrodes.

Известен способ ЭШП чугуна, заключающийся в наведении коксошлаковой ванны, загрузке шихты и пропускании через металл электрического тока, причем расплавление шихты ведут над коксошлаковой ванной, дополнительно нагревая шихту топливными горелками [1] Однако, недостатками аналога являются неконтролируемое насыщение чугуна углеродом. Для многих ответственных изделий, например, валков мукомольной промышленности, это является недопустимым. Кроме того, нагрев топливными горелками неоправданно усложняет конструкцию электрошлаковой установки и делает затруднительным процесс плавки ЭШП с вытяжкой слитка из кристаллизатора, а именно такая технология необходима при переплаве отработанных валков с целью получения заготовок новых валков близких по геометрическим параметрам к отработанным. A known method of cast iron ESR, which consists in inducing a coke slag bath, loading the charge and passing electric current through the metal, moreover, the charge is melted over the coke slag bath, further heating the charge with fuel burners [1] However, the disadvantages of the analogue are uncontrolled saturation of cast iron with carbon. For many critical products, for example, rolls of the milling industry, this is unacceptable. In addition, heating with fuel burners unnecessarily complicates the design of the electroslag plant and makes it difficult to process the ESR with the ingot being drawn from the mold, and this technology is necessary for remelting spent rolls in order to obtain blanks of new rolls that are close in geometry to spent ones.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ ЭШП некомпактных материалов с нерасходуемым электродом, который нашел широкое применение для переплава и рафинирования металлов и сплавов с высоким содержанием углерода (чугун), при этом в качестве флюсообразующих (рабочего шлака) используют фтористый кальций или флюс АНФ-6 (70% CaF₂ и 30% Al₂O₃) [2]
Однако, этот флюс весьма дорог стоимость 1 т флюса АНФ-6 4 млн. руб. на 01.01.1996 г. и производится он только в г. Никополь (Украина), что делает процесс ЭШП чугуна малорентабельным. Кроме того, этот флюс не обеспечивает гладкую, бездефектную поверхность слитка при ЭШП валков с вытяжкой слитка из кристаллизатора.The closest in technical essence and the achieved result is the ESR method of non-compact materials with a non-consumable electrode, which has been widely used for remelting and refining metals and alloys with a high carbon content (cast iron), while calcium fluoride or flux is used as flux-forming (working slag) ANF-6 (70% CaF ₂ and 30% Al ₂ O ₃ ) [2]
However, this flux is very expensive. The cost of 1 ton of ANF-6 flux is 4 million rubles. 01.01.1996, and it is produced only in the city of Nikopol (Ukraine), which makes the process of ESR of cast iron unprofitable. In addition, this flux does not provide a smooth, defect-free surface of the ingot during ESR rolls with the ingot from the mold.

Данное изобретение направлено на удешевление процесса ЭШП чугуна и на получение слитка с гладкой поверхностью, что также снижает себестоимость продукции за счет меньших затрат на обработку поверхности. This invention is aimed at reducing the cost of the ESR process of cast iron and to obtain an ingot with a smooth surface, which also reduces the cost of production due to lower surface treatment costs.

Для этого в шлак для ЭШП чугуна, содержащий флюс АНФ-6 или плавиковый шпат, дополнительно вводят стеклобой и магнезит при следующем соотношении компонентов, мас. To do this, in the slag for ESR cast iron containing flux ANF-6 or fluorspar, additionally enter cullet and magnesite in the following ratio of components, wt.

стеклобой 50-65%
флюс АНФ-6 30-45%
магнезит 5-10%
К стеклобою главным образом относится бытовое стекло, а именно оконное и бутылочное (независимо от производства, цвета и формы).cullet 50-65%
flux ANF-6 30-45%
magnesite 5-10%
Cullet mainly refers to household glass, namely window and bottle glass (regardless of production, color and shape).

Химический состав бытовых стекол приводится в табл.1. The chemical composition of household glasses is given in table 1.

Добавки в бутылочное стекло небольшого количества окислов хрома, ванадия, титана или других металлов меняет окраску бутылочного стекла, а на технологию ЭШП не влияет, поэтому в данном изобретении в качестве стеклобоя можно использовать любое бутылочное стекло: разница в химическом составе по основным элементам различных видов стекол не превышает 1-2%
Доказательство оптимальности заявленных пределов состава шлака. Стеклобоя нельзя брать больше 65% так как в этом случае шлак обладает очень высоким сопротивлением, высокой вязкостью и низкой теплопроводностью. В результате процесс ЭШП можно проводить только при недопустимых по соображениям безопасности высоких напряжениях, (в противном случае невозможно получить требуемую величину рабочего тока плавки).The addition of a small amount of oxides of chromium, vanadium, titanium or other metals to the bottle glass changes the color of the bottle glass, and does not affect the ESR technology, therefore, in this invention, any bottle glass can be used as cullet: the difference in chemical composition for the main elements of different types of glasses does not exceed 1-2%
Proof of the optimality of the declared limits of the slag composition. Cullet can not be taken more than 65% since in this case, slag has a very high resistance, high viscosity and low thermal conductivity. As a result, the ESR process can only be carried out at high voltages that are unacceptable for safety reasons (otherwise, it is impossible to obtain the required value of the operating melting current).

Меньше 50% стеклобоя не рекомендуется брать, так как при этом возрастает температура плавления шлака до значений близких к температуре плавления чугуна. Многолетняя практика ЭШП показала, что температура плавления шлака должна быть на 150-200^oC ниже температуры плавления переплавляемого металла. Наши эксперименты подтвердили это: при тугоплавком шлаке на поверхности получаемого слитка образуется чередование слоев сначала слой чугуна, затем слой тугоплавкого шлака и только потом металл слитка. Чистовая зачистка таких слитков весьма трудоемка и приводит к излишним потерям металла.Less than 50% of cullet is not recommended, since this increases the melting point of the slag to values close to the melting point of cast iron. Long-term practice of ESR has shown that the melting temperature of slag should be 150-200 ^o C lower than the melting temperature of the remelted metal. Our experiments confirmed this: with refractory slag on the surface of the obtained ingot alternating layers are formed, first a layer of cast iron, then a layer of refractory slag and only then the metal of the ingot. The final cleaning of such ingots is very laborious and leads to excessive metal losses.

Флюс АНФ-6 (или плавиковый шпат CaF₂) понижает электросопротивление шлака и уменьшает его вязкость. Присадка этого флюса более 45% неоправдана, так как, повышая стоимость шлака, не улучшает его электрофизические свойства, по сравнению с требуемыми и допустимыми при электрошлаковом процессе. Присадка флюса АНФ-6 менее 30% не приводит электрофизические свойства шлака к оптимальному для ЭШП уровню.Flux ANF-6 (or fluorspar CaF ₂ ) lowers the electrical resistance of the slag and reduces its viscosity. The addition of this flux of more than 45% is unjustified, since, increasing the cost of slag, does not improve its electrophysical properties, compared with the required and permissible in the electroslag process. Additive flux ANF-6 less than 30% does not lead to the electrophysical properties of the slag to the optimum level for ESR.

Присадка магнезита в пределах 5-10% обусловлена следующим: Добавка магнезита, как третьего основного компонента, понижает температуру плавления шлака более эффективно, чем добавка АНФ-6 и, кроме того он дешевле, чем флюс АНФ-6. При его количестве менее 5% при температуре процесса ЭШП имеет место повышенная (из-за стекла) вязкость шлака. Уменьшение вязкости добавками флюса АНФ-6 удорожает шлак и, как сказано выше, увеличивает температуру его плавления. Добавка магнезита более 10% существенно не изменяет свойства шлака (в пределах нескольких процентов), однако поскольку магнезит существенно дороже боя стекла (и особенно флюса АНФ-6) его увеличение в составе шлака за счет уменьшения боя стекла неоправданно экономически, а увеличение за счет уменьшения флюса АНФ-6 приводит к недопустимо резкому повышению температуры плавления. The additive of magnesite in the range of 5-10% is due to the following: The addition of magnesite, as the third main component, lowers the melting point of the slag more efficiently than the additive ANF-6 and, in addition, it is cheaper than the flux ANF-6. When its amount is less than 5% at the temperature of the ESR process, there is an increased (due to glass) viscosity of the slag. A decrease in viscosity by the addition of flux ANF-6 increases the cost of slag and, as mentioned above, increases its melting point. An addition of magnesite of more than 10% does not significantly change the properties of slag (within a few percent), however, since magnesite is significantly more expensive than glass break (and especially ANF-6 flux), its increase in slag composition due to a decrease in glass breakage is unjustifiably economically, and an increase due to a decrease ANF-6 flux leads to an unacceptably sharp increase in the melting temperature.

Таким образом, подобранная смесь компонентов является оптимальной как по технологическим свойствам, необходимым для проведения процесс ЭШП чугуна, в том числе с вытяжкой слитка, так и по стоимостным показателям. Thus, the selected mixture of components is optimal both in terms of the technological properties necessary for carrying out the ESR process of cast iron, including with the extraction of the ingot, and in cost terms.

Стоимость 1 т компонентов на 01.01.96 г. составляла:
бой бытового стекла 100-200 тыс.руб. (в среднем 150)
магнезит 400-600 тыс.руб. (в среднем 500)
шлак АНФ-6 4.000 тыс.руб.The cost of 1 ton of components as of 01.01.96 was:
household glass break 100-200 thousand rubles (average 150)
magnesite 400-600 thousand rubles. (average 500)
ANF-6 slag 4.000 thousand rubles

В табл. 2 приведены результаты опытных плавок при различных значениях состава шлака, показывающие, что заявленные значения являются оптимальными. Как видно из табл. 2 стоимость 1 т шлака предложенного состава составляет примерно от 1300 тыс.руб. (плавка N 5) до 1900 тыс.руб. (плавка N 4). При этом значения электросопротивления при температурах процесса и вязкости находятся в допустимых для ЭШП пределах. Уменьшение доли флюса АНФ-6 приводит к снижению себестоимости шлака, однако удовлетворительного результата при этом получить не удалось (плавка N 3) из-за возрастания электросопротивления и вязкости шлака. Некоторое увеличение флюса АНФ-6 по отношению к предлагаемым пределам при удовлетворительных результатах плавок (плавка N 2) приводит к удорожанию шлака (против чего направлено данное изобретение). Оптимальным с точки зрения качества слитка, режима переплава и стоимости шлака является составы плавок NN 1;8. In the table. 2 shows the results of experimental melts at various values of the composition of the slag, showing that the stated values are optimal. As can be seen from the table. 2 the cost of 1 ton of slag of the proposed composition is approximately 1300 thousand rubles. (smelting No. 5) up to 1900 thousand rubles. (smelting N 4). In this case, the values of electrical resistance at process temperatures and viscosities are within acceptable limits for ESRs. A decrease in the fraction of flux ANF-6 leads to a decrease in the cost of slag, however, a satisfactory result was not obtained (smelting No. 3) due to an increase in the electrical resistance and viscosity of the slag. A slight increase in the flux ANF-6 in relation to the proposed limits with satisfactory results of heats (melt N 2) leads to a rise in the cost of slag (against which this invention is directed). Optimal from the point of view of the quality of the ingot, the mode of remelting, and the cost of slag are the compositions of the melts NN 1; 8.

Для использования шлака в процессе ЭШП его компоненты обычным способом сплавляются в графитовом тигле с помощью нерасходуемого графитового электрода. Температура плавления шлака в пределах заявленного химического состава составляет 900-1050^oC, что на 150-230^oC ниже температуры плавления чугуна, и является оптимальной с точки зрения формирования тонкой шлаковой корочки на поверхности слитка при его вытягивании из кристаллизатора.To use slag in the ESR process, its components are fused in a graphite crucible in the usual way using a non-consumable graphite electrode. The melting point of the slag within the claimed chemical composition is 900-1050 ^o C, which is 150-230 ^o C lower than the melting temperature of cast iron, and is optimal from the point of view of the formation of a thin slag crust on the surface of the ingot when it is pulled out of the mold.

После расплавления шлак сливают из графитового тигля и, в случае жидкого старта, он может заливаться в кристаллизатор ЭШП. При плавке с твердым стартом шлак сливают в изложницу и после его охлаждения дробят в щековой дробилке. После этого шлак готов к использованию. After melting, the slag is poured out of the graphite crucible and, in the case of a liquid start, it can be poured into the ESR crystallizer. When melting with a hard start, the slag is poured into the mold and, after cooling, it is crushed in a jaw crusher. After that, the slag is ready for use.

Пример осуществления. Опытные плавки на предлагаемом шлаке проводили твердым стартом. В качестве электродов переплавляли отработанные чугунные мукомольные валки диаметром 240-250 мм на печи ЭШП-0,5 ВГЛ-И1 в кристаллизатор диаметром 300 мм с вытяжкой слитка по ходу переплава. На плавку давали 15-18 кг шлака состава 57% боя бутылочного стекла, 34% флюса АНФ-6, 9% магнезита. Разводка процесса занимала 10-15 мин и не вызывала трудностей. Поверхность нижней части слитка не имела грубых дефектов. Основной период плавки вели при токе 6,5 кА, напряжении 45-47 В, скорость плавления электрода составляла 3-3,5 кг/мин, скорость вытяжки слитка из кристаллизатора 1,3-1,6 см/мин (увеличиваясь к концу плавки). Полученный слиток был покрыт тонкой шлаковой корочкой (0,1-0,2 мм), под которой находилась неокисленная (блестящая) поверхность металла. An example implementation. Experimental swimming trunks on the proposed slag carried out a solid start. As electrodes, the spent cast-iron flour mill rolls with a diameter of 240-250 mm were remelted on an EShP-0.5 VGL-I1 furnace into a mold with a diameter of 300 mm with an ingot exhaust in the course of remelting. 15-18 kg of slag of 57% bottle glass breakage, 34% ANF-6 flux, 9% magnesite were given for melting. The wiring process took 10-15 minutes and did not cause difficulties. The surface of the lower part of the ingot had no gross defects. The main melting period was conducted at a current of 6.5 kA, a voltage of 45-47 V, the melting rate of the electrode was 3-3.5 kg / min, the speed of drawing the ingot from the mold was 1.3-1.6 cm / min (increasing towards the end of the melting ) The obtained ingot was covered with a thin slag crust (0.1-0.2 mm), under which was the unoxidized (shiny) surface of the metal.

Замена 50% флюса АНФ-6 на плавиковый шпат не изменяет режим плавки и получаемые результаты. Replacing 50% flux ANF-6 with fluorspar does not change the melting mode and the results.

При плавке на шлаке, соответствующему прототипу, поверхность слитка имела грубые рванины, удаление которых требовало обточки всей поверхности слитка на глубину не менее 10 мм. When melting on slag corresponding to the prototype, the surface of the ingot had rough flaws, the removal of which required turning the entire surface of the ingot to a depth of at least 10 mm.

Таким образом, преимущество предлагаемого шлака его значительно более низкая стоимость, основной компонент шлака недефицитен и имеется повсеместно; более качественная поверхность слитка, что снижает затраты на его зачистку и повышает выход годного металла. Thus, the advantage of the proposed slag is its significantly lower cost, the main component of the slag is not deficient and is ubiquitous; better surface of the ingot, which reduces the cost of its cleaning and increases the yield of metal.

Суммарное снижение себестоимости 1 т электрошлакового чугунного слитка, выплавленного на заявленном шлаке, составляет около 3.000 тыс.руб. The total reduction in the cost of 1 ton of electroslag cast iron ingot smelted on the declared slag is about 3.000 thousand rubles.

Claims

Slag for electroslag remelting of cast iron containing flux ANF-6 or fluorspar, characterized in that it additionally contains cullet and magnesite in the following ratio of components, wt.

Cullet 50 65
Gumboil ANF-6 or fluorspar 30 45
Magnesite 5 10e