RU2109235C1

RU2109235C1 - Method of iron smelting

Info

Publication number: RU2109235C1
Application number: RU96124466A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Кирин; В.А. Дурнев; Р.Н. Горелов
Original assignee: Пензенский государственный технический университет
Priority date: 1996-12-27
Filing date: 1996-12-27
Publication date: 1998-04-20

Abstract

FIELD: metallurgy, in particular, methods of iron smelting in blast cupolas. SUBSTANCE: taphole before accumulation of pig iron of the needed grade is preliminarily heated with liquid pig iron containing, %: carbon, 3.5-4.4; silicon, 0.9-0.22; manganese, 0.4-2 with volume equal to (0.2-0.23)$$$, where d$$$ is diameter of forehearth. Heating of taphole is carried out simultaneously with supply of oxygen to liquid pig iron effected to pretaphole space of forehearth. EFFECT: higher efficiency.

Description

Изобретение относится к области литейного производства, точнее к способам плавки чугуна в вагранках, а именно к способам плавки, устраняющим "замерзание" металлической летки для выпуска металла в ковш. The invention relates to the field of foundry, and more specifically to methods of melting cast iron in cupola furnaces, and in particular to methods of melting, eliminating the "freezing" of a metal notch for the release of metal into the ladle.

Известен способ плавки чугуна в вагранках с копильником, включающий в себя загрузку шихты, ее плавление, перегрев чугуна, накопление его в копильнике и выпуск чугуна через металлическую летку (см. Грачев В.А., Черный А.А. Современные методы плавки чугуна. Саратов, 1973, с. 80-81). A known method of melting cast iron in cupolas with a piggy bank, including loading the charge, melting it, overheating of pig iron, accumulating it in the piggy bank and releasing pig iron through a metal notch (see Grachev V.A., Cherny A.A. Modern methods of cast iron melting. Saratov, 1973, p. 80-81).

Одним из недостатков известного способа является возможность "замерзания" металлической летки копильника, вызванная тем, что жидкий металл (особенно в первый период плавки, когда металл имеет низкую температуру, а копильник не прогрет) охлаждается в нижней части копильника, в районе летки, кристаллизуется и застывает с образованием "настыля". Установлено, что "замерзание" летки в 10-20% плавок является причиной срывов плавок, в результате чего, как правило, вагранку приходится останавливать, охлаждать, открывать дверцу копильника, удалять настыль из копильника, что является весьма трудоемкой и дорогостоящей операцией. One of the disadvantages of this method is the possibility of “freezing” the metal notch of the piggy bank, caused by the fact that liquid metal (especially in the first melting period, when the metal has a low temperature and the piggy bank is not heated) is cooled in the lower part of the piggy bank, in the area of the taphole, it crystallizes and hardens with the formation of "persistence". It has been established that the “freezing” of a letka in 10-20% of swimming trunks is a cause of breakdowns of swimming trunks, as a result of which, as a rule, the cupola has to be stopped, cooled, the door of the piggy bank opened, and the crust is removed from the piggy bank, which is a very time-consuming and expensive operation.

Известен ряд производственных способов с "замерзанием" летки, которые являются малоэффективными, хотя и применяются в процессе плавки. К ним относятся пробивание "замерзшей" летки металлическим ломиком, прожигание летки кислородом, предварительный обогрев копильника. Первый прием в 50-60% случаев не дает желаемого эффекта или приводит к поломке леточного кирпича. Второй способ осуществляется подачей кислорода с внешней стороны леточного кирпича и также не всегда приводит к вскрытию летки, так как воздействие кислорода на уже застывший металл с пониженной температурой не стимулирует его окисления и прорыв летки. Расход кислорода, как правило, очень велик, процесс с точки зрения охраны труда очень опасен. There are a number of production methods with "freezing" of the tap hole, which are ineffective, although they are used in the smelting process. These include piercing a “frozen” tap hole with a metal crowbar, burning a tap hole with oxygen, and pre-heating the piggy bank. The first intake in 50-60% of cases does not give the desired effect or leads to breakage of the flying brick. The second method is carried out by supplying oxygen from the outside of the summer brick and also does not always lead to the opening of the notch, since the effect of oxygen on an already frozen metal with a low temperature does not stimulate its oxidation and breakthrough of the notch. The oxygen consumption, as a rule, is very large, the process from the point of view of labor protection is very dangerous.

По третьему способу копильник перед плавкой разогревают газовой горелкой через шлаковую летку, а в случае "замерзания" металлической летки ее прожигают струей кислорода из газокислородного резака, размещаемого со стороны желоба копильника. "Замерзание" летки, как правило, происходит при первом выпуске чугуна. According to the third method, the piggy bank is heated with a gas burner through a slag notch before melting, and in the case of a “freezing” of the metal notch, it is burned with an oxygen stream from a gas-oxygen cutter placed on the side of the piggy bank trough. The "freezing" of the tap hole, as a rule, occurs upon the first release of cast iron.

Длительный опыт работы на вагранках показывает, что третий способ позволяет в 40-50% случаев "замерзания" летки предотвратить аварийную ситуацию и восстановить работоспособность вагранки. Однако в остальных случаях способ оказывается малоэффективным. Это связано с тем, что, во-первых, при разогреве копильника газовой горелкой через шлаковую летку нижняя часть копильника (подина и летка) разогреваются незначительно, что приводит к "замерзанию" металла в районе летки. Long-term experience in cupola furnaces shows that the third method allows in 40-50% of cases of “freezing” of a door to prevent an emergency and restore the cupola's working capacity. However, in other cases, the method is ineffective. This is due to the fact that, firstly, when the piggy bank is heated by a gas burner through a slag notch, the lower part of the piggy bank (bottom and notch) is slightly heated, which leads to metal “freezing” in the notch area.

Во-вторых, прожигание летки кислородом эффективно только в том случае, если настыль металла находится в кашеобразном состоянии, а корка застывшего металла имеет толщину 5-10 мм. В противном случае способ неэффективен. Secondly, burning a hole with oxygen is effective only if the metal overlay is in a mushy state, and the crust of the solidified metal has a thickness of 5-10 mm. Otherwise, the method is ineffective.

Целью настоящего изобретения является устранение указанных недостатков и разработка способа, позволяющего эффективно устранять "замерзание" металлической летки, преимущественно в первоначальный период плавки. The aim of the present invention is to eliminate these drawbacks and to develop a method that can effectively eliminate the "freezing" of a metal notch, mainly in the initial melting period.

Задача решена тем, что в способе плавки чугуна в вагранке, включающем загрузку шихты, ее плавление, перегрев чугуна, накопление его в копильнике и выпуск через металлическую летку в ковш, перед накоплением чугуна нужной марки предварительно обогревают летку жидким чугуном, содержащим 3,5-4,4% C, 0,9-2,2% Si, 0,4-2% Mn, объемом, равным

, где d_k - диаметр копильника, причем обогрев летки ведут одновременно с подачей в жидкий чугун кислорода, при этом подачу кислорода осуществляют в подлеточное пространство копильника по трубопроводу, смонтированному в футеровке дверки копильника.The problem is solved in that in the method of melting cast iron in a cupola, including loading the charge, melting it, overheating the cast iron, storing it in the piggy bank and letting it out through the metal notch into the ladle, pre-heat the notch with molten cast iron containing 3.5- 4.4% C, 0.9-2.2% Si, 0.4-2% Mn, with a volume equal to

, where d _k is the diameter of the piggy bank, and the notches are heated simultaneously with oxygen being supplied to the molten iron, while oxygen is supplied to the under-air space of the piggy bank through a pipe mounted in the lining of the piggy bank door.

Способ осуществляется следующим образом. Перед плавкой вагранку и копильник разогревают природным газом до температуры футеровки 1100-1400^oC. Затем в варганку загружают шихту, расчитанную на получение жидкого чугуна следующего состава: 3,5-4.4% C; 0,9-2,2% Si; 0,4-2% Mn. Вес шихты расчитывают так, чтобы получить в копильнике объем чугуна, равный

, где d_k - диаметр копильника, (м). Загруженную шихту плавят, перегревают в холостой колоше (коксовая вагранка) или в огнеупорной насадке (газовая вагранка), после чего жидкий металл стекает в копильник и заполняет его нижнюю часть. Одновременно с заполнением копильника через трубопровод в жидкий металл подают кислород, который реагирует с металлом в предлеточном пространстве.The method is as follows. Before melting, the cupola and the piggy bank are heated with natural gas to a lining temperature of 1100-1400 ^o C. Then, a charge, calculated on receiving liquid cast iron of the following composition, is loaded into the platypus: 3.5-4.4% C; 0.9-2.2% Si; 0.4-2% Mn. The weight of the charge is calculated so as to obtain a pig iron volume equal to

where d _k is the diameter of the piggy bank, (m). The loaded charge is melted, overheated in a single drum (coke cupola) or in a refractory nozzle (gas cupola), after which the liquid metal flows into the piggy bank and fills its lower part. At the same time as the piggy bank is filled through the pipeline, oxygen is supplied to the liquid metal, which reacts with the metal in the pre-discharge space.

Подачу кислорода осуществляют в течение 2-3 мин, после чего подачу кислорода прекращают и через 5-7 мин после прекращения его подачи открывают пробку и спускают жидкий металл в ковш или сливают его в приямок. Далее плавку ведут обычным способом на нужную марку. The oxygen supply is carried out for 2-3 minutes, after which the oxygen supply is stopped and after 5-7 minutes after the cessation of its supply, the cork is opened and the liquid metal is lowered into the ladle or poured into the pit. Next, the melting is carried out in the usual way to the desired brand.

Обогрев летки жидким чугуном позволяет эффективно разогреть леточный кирпич, предлеточное пространство, футеровку и подину до температуры 1300-1400^oC, что обеспечивает устранение "замерзания" последующего металла и, следовательно, устранение образования настыля в предлеточном пространстве. При подаче кислорода в металл температура чугуна увеличивается (до 1500^oC) за счет электротермических реакций окисления C, Si и Mn, в результате чего и температура футеровки в нижней части возрастает до 1450-1500^oC. Высокий разогрев футеровки в нижней части и особенно леточного кирпича за счет воздействия чугуна и кислорода обеспечивает полное устранение "замерзания" металла и металлической летки. В дальнейшем трубка оплавляется и растворяется в жидком металле.Heating letki with molten iron allows you to efficiently heat the letrick brick, prelet space, lining and hearth to a temperature of 1300-1400 ^o C, which eliminates the "freezing" of the subsequent metal and, therefore, eliminates the formation of plaque in the prelet space. When oxygen is supplied to the metal, the temperature of cast iron increases (up to 1500 ^o C) due to the electrothermal oxidation reactions of C, Si and Mn, as a result of which the temperature of the lining in the lower part rises to 1450-1500 ^o C. High heating of the lining in the lower part and especially summer brick due to the influence of cast iron and oxygen provides the complete elimination of the "freezing" of metal and metal tap hole. Subsequently, the tube melts and dissolves in the liquid metal.

Положительный эффект достигается за счет следующего:
1. Обогрев летки чугуном эффективен, так как он осуществляется самым эффективным видом теплообмена - теплопередачей. Это позволяет разогреть футеровку до температуры 1300-1400^oC.A positive effect is achieved due to the following:
1. Notch heating by cast iron is effective, since it is carried out by the most effective type of heat transfer - heat transfer. This allows you to warm the lining to a temperature of 1300-1400 ^o C.

2. Применение кислорода позволяет эффективно и быстро повысить температуру чугуна до 1500^oC за счет окисления C, Si и Mn чугуна. До такой же температуры разогревается и футеровка нижней части копильника. Это в конечном итоге обеспечивает устранение возможности образования настыля металла в районе летки.2. The use of oxygen allows you to effectively and quickly increase the temperature of cast iron to 1500 ^o C due to the oxidation of C, Si and Mn cast iron. The lining of the lower part of the piggy bank is also heated to the same temperature. This ultimately eliminates the possibility of the formation of a metal infusion in the notch area.

3. Приведенный состав чугуна (3,5-4.4% C; 0,9-2,2% Si; 0,4-2% Mn) обеспечивает низкую температуру плавления и, соответственно, низкую температуру кристаллизации чугуна (около 1150-1200^oC), что не позволяет ему "застыть" при температурах, наблюдаемых в районе летки. Кроме того, приведенный в заявке состав является оптимальным с точки зрения протекания реакций окисления C, Si и Mn при взаимодействии с кислородом. Это хорошо согласуется с практикой работы кислородных конвертеров. При таком составе чугуна за 2-3 мин температура чугуна возрастает с 1300 до 1500^oC. При содержании C менее 3,5%, Si менее 0,9%, Mn менее 0,4% температура кристаллизации чугуна возрастает, жидкотекучесть его снижается, скорость реакций окисления резко снижается, в результате чего эффективность обогрева летки снижается, возникает возможность образования настыля металла за счет его невысокой температуры и повышенной температуры затвердевания. Верхний предел состава чугуна по C, Si и Mn ограничен трудностью получения чугуна такого состава.3. The above composition of cast iron (3.5-4.4% C; 0.9-2.2% Si; 0.4-2% Mn) provides a low melting point and, accordingly, a low crystallization temperature of cast iron (about 1150-1200 ^o C), which does not allow it to “freeze” at the temperatures observed in the area of the notch. In addition, the composition described in the application is optimal from the point of view of the course of oxidation reactions of C, Si and Mn when interacting with oxygen. This is in good agreement with the practice of oxygen converters. With this composition of cast iron in 2-3 minutes the temperature of cast iron increases from 1300 to 1500 ^o C. With a C content of less than 3.5%, Si less than 0.9%, Mn less than 0.4%, the crystallization temperature of cast iron increases, its fluidity decreases, the rate of oxidation reactions decreases sharply, as a result of which the heating efficiency of the notch decreases, there is the possibility of the formation of a metal deposit due to its low temperature and increased solidification temperature. The upper limit of the composition of cast iron for C, Si and Mn is limited by the difficulty of producing cast iron of this composition.

4. Оптимальный объем чугуна в копильнике, равный

, обеспечивает обогрев нижней части копильника по всей высоте леточного кирпича 230 мм. Для копильника диаметром 0,5 м оптимальный объем металла будет равен 0,04 м³. Вес шихты будет равен 280 кг. Если объем чугуна будет меньше, то верхняя часть леточного кирпича не будет разогреваться, что может привести к "замерзанию" верхней летки. При большем объеме растет объем чугуна, увеличивается затрата на его расписание, возрастает расход кислорода без существенного повышения температуры леточного кирпича.4. The optimal amount of pig iron in the piggy bank, equal to

, provides heating of the lower part of the piggy bank over the entire height of the flying brick 230 mm. For a piggy bank with a diameter of 0.5 m, the optimal metal volume will be 0.04 m ³ . The weight of the mixture will be 280 kg. If the volume of cast iron is less, then the upper part of the summer brick will not heat up, which can lead to "freezing" of the upper notch. With a larger volume, the volume of cast iron increases, the cost of its schedule increases, the oxygen consumption increases without a significant increase in the temperature of the summer brick.

5. Одновременный обогрев летки жидким чугуном и подача в чугун кислорода обеспечивают одновременную передачу тепла от чугуна футеровке и повышение температуры чугуна за счет окисления элементов, в результате чего температура чугуна поддерживается постоянно высокой. 5. The simultaneous heating of the tap hole with molten iron and the supply of oxygen to the cast iron ensure the simultaneous transfer of heat from the cast iron to the lining and increase the temperature of the cast iron due to the oxidation of the elements, as a result of which the temperature of the cast iron is kept constantly high.

6. Подача кислорода по трубопроводу в предлеточное пространство позволяет подать кислород в наиболее уязвимое с точки зрения образования настыля место и повысить там температуру чугуна. В случае, если в предлеточном пространстве все-таки произошло образование настыля в виде полузастывшего металла, подача кислорода в эту зону способствует "прожиганию" в нем каналов для слива металла через летку. В дальнейшем при установившемся режиме плавки образованный настыль растворяется в металле. 6. The oxygen supply through the pipeline to the pre-outlet space allows oxygen to be supplied to the most vulnerable place from the point of view of the formation of heat and increase the temperature of cast iron there. In the event that in the pre-launching space the formation of an infusion in the form of a semi-solidified metal nevertheless occurred, the supply of oxygen to this zone contributes to the “burning” of channels in it for the discharge of metal through the notch. Subsequently, with the steady-state melting mode, the formed nastily dissolves in the metal.

Пример. Проводили плавку в опытной вагранке с копильником производительностью 0,5 т/ч. Диаметр шахты вагранки 0,5 м, диаметр копильника 0,5 м. В вагранку после ее разогрева загрузили 280 кг шихты: 60% передельного чугуна, 40% чугунного лома. Состав чугуна: 4,1% C, 1,5% Si, 1% Mn. Объем полученного чугуна 0,04 м³. Высота его уровня в копильнике 230 мм (на полную высоту леточного кирпича). Чугун через трубку в дверке копильника продули кислородом из баллона в течение 2,0 мин. Через 5 мин выпустили чугун из копильника. Температура по термопаре погружения 1475^oC. Последующая плавка проходила без "замерзания" летки. Проверка на производственной вагранке подтвердила результаты.Example. Smelting was carried out in an experimental cupola with a piggy bank with a capacity of 0.5 t / h. The diameter of the cupola mine is 0.5 m, the diameter of the piggy bank 0.5 m. After heating it, 280 kg of charge were loaded into the cupola: 60% of pig iron, 40% of pig-iron scrap. Cast iron composition: 4.1% C, 1.5% Si, 1% Mn. The volume of pig iron obtained is 0.04 m ³ . The height of its level in the piggy bank is 230 mm (to the full height of the flying brick). Cast iron was blown through the tube in the door of the piggy bank with oxygen from the cylinder for 2.0 minutes. After 5 minutes, pig iron was released from the piggy bank. The temperature of the immersion thermocouple is 1475 ^o C. Subsequent melting took place without "freezing" of the notch. An inspection on the production cupola confirmed the results.

Сравнение предлагаемого изобретения с прототипом позволило установить, что отличительными признаками являются: обогрев летки чугуна с одновременной продувкой кислородом, оптимальный состав чугуна, оптимальный его объем, подача кислорода в предлеточное пространство. Технических решений с перечисленными признаками по научно-технической и патентной литературе не обнаружено, что свидетельствует о существенной новизне предлагаемого изобретения. Comparison of the present invention with the prototype made it possible to establish that the distinguishing features are: heating of the notches of cast iron with simultaneous purging with oxygen, the optimal composition of cast iron, its optimal volume, the supply of oxygen to the pre-outlet space. No technical solutions with the listed features in the scientific, technical and patent literature were found, which indicates a significant novelty of the proposed invention.

Таким образом, предлагаемое изобретение обладает существенной новизной и положительным эффектом. По изобретению разрабатывается технологическая документация для внедрения на Пензенском компрессорном заводе. Изобретение найдет применение в вагранках и других металлургических печах. Thus, the present invention has a significant novelty and positive effect. According to the invention, technological documentation is developed for implementation at the Penza Compressor Plant. The invention will find application in cupolas and other metallurgical furnaces.

Claims

A method of melting cast iron in a cupola, including loading the mixture, melting it, overheating cast iron, accumulating it in a piggy bank and releasing a piggy bank through a metal notch into a ladle, characterized in that to ensure heating of a metal watering can mainly during the initial melting period before accumulation of cast iron in the piggy bank the money-box is pre-filled with molten iron containing 3.4 - 4.4% C, 0.9 - 2.2% Si, 0.4 - 2% Mn, with a volume equal to

where d _to - the diameter of the piggy bank, m,
at the same time as the piggy bank is filled with cast iron, oxygen is supplied into it through the pipeline into the pre-discharge space of the piggy bank.