RU2191832C1

RU2191832C1 - Method of cast iron recarburization

Info

Publication number: RU2191832C1
Application number: RU2001110158A
Authority: RU
Inventors: В.А. Грачев; Е.М. Кирин; Н.А. Горелов; А.А. Черный; И.Ю. Анфинагентов
Original assignee: Пензенский государственный университет
Priority date: 2001-04-13
Filing date: 2001-04-13
Publication date: 2002-10-27

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, particularly, methods of production of cast iron with high content of carbon. SUBSTANCE: method includes passing of liquid metal through layer of heated product of combustion of gas-oxygen mixture of carbon-containing carburizing material and its subsequent dissolving in liquid cast iron. Carburizer layer is given rotary motion round axis of supplied metal, for which purpose, carburizer is placed into rotating refractory shell to whose upper layers, gas-oxygen flame is directed. EFFECT: increased degree of carbon assimilation by a factor of 1.1-1.2. 1 dwg, 1 ex

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, точнее - к способам получения чугуна с высоким содержанием углерода, например, в газовых вагранках. The invention relates to the field of ferrous metallurgy, and more specifically, to methods for producing cast iron with a high carbon content, for example, in gas cupolas.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ науглероживания чугуна, согласно которому металл пропускают через слой карбюризатора, нагреваемого продуктами сгорания газокислородной смеси, с целью увеличения степени усвояемости углерода и повышения эффективности науглероживания за счет повышения температуры карбюризатора [1]. Closest to the technical nature of the claimed invention is a method of carburizing cast iron, according to which the metal is passed through a layer of a carburetor heated by the combustion products of the oxygen mixture, in order to increase the degree of assimilation of carbon and increase the efficiency of carbonization by increasing the temperature of the carburetor [1].

Недостатками известного способа являются недостаточная температура разогрева карбюризатора в слое, отсутствие перемешивания металла и карбюризатора и невысокая в связи с этим степень усвоения углерода. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение степени усвоения углерода и эффективности науглероживания за счет повышения температуры разогрева карбюризатора, обеспечения взаимного перемешивания металла и углеродсодержащего материала и снижения угара углерода при нагреве карбюризатора. The disadvantages of this method are the insufficient heating temperature of the carburizer in the layer, the lack of mixing of the metal and the carburizer and the low degree of carbon absorption in this regard. The technical result of the present invention is to increase the degree of assimilation of carbon and the efficiency of carburization by increasing the heating temperature of the carburizer, ensuring mutual mixing of the metal and the carbon-containing material, and reducing carbon monoxide when the carburizer is heated.

Задача решена тем, что в способе науглероживания чугуна, включающем пропускание струи жидкого металла через слой карбюризатора, нагреваемого продуктами сгорания газокислородной смеси, слой карбюризатора помещают во вращающуюся огнеупорную оболочку для осуществления вращения слоя карбюризатора при пропускании через него жидкого металла вдоль оси струи металла, при этом продукты сгорания газокислородной смеси с коэффициентом расхода кислорода в пределах 0,8 - 0,85 подают в верхние слои карбюризатора для обеспечения нагрева его до 1700 - 1800^oС.The problem is solved in that in the method of carburizing cast iron, which includes passing a stream of liquid metal through a layer of a carburetor heated by the combustion products of an oxygen-oxygen mixture, the layer of carburetor is placed in a rotating refractory shell to rotate the layer of carburetor while passing through it a liquid metal along the axis of the metal stream, while combustion products of a gas-oxygen mixture with an oxygen flow coefficient in the range of 0.8 - 0.85 are fed into the upper layers of the carburetor to ensure its heating to 1700 - 1800 ^o FROM.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображена схема устройства для осуществления способа. The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a device for implementing the method.

Способ осуществляется при выпуске чугуна из вагранки 1 по желобу 2. На выходе желоба смонтирована вращающаяся огнеупорная оболочка 3, заполненная углеродсодержащим материалом 4. Оболочка 3 снабжена приводом 5. Выпуск металла из оболочки осуществляется в желоб 6. Таким образом, карбюризатор при науглероживании чугуна приводится во вращательное движение вдоль оси струи поступающего металла. The method is carried out when the pig iron is discharged from the cupola 1 through the chute 2. A rotating refractory shell 3 filled with carbon-containing material 4 is mounted at the chute exit. The shell 3 is provided with a drive 5. The metal is discharged from the shell into the chute 6. Thus, the carburetor is used to carbonize the cast iron rotational motion along the axis of the jet of incoming metal.

Огнеупорная оболочка снабжена газокислородной горелкой 7, которая подает высокотемпературные продукты сгорания с температурой 1800 - 1900^oС в верхние слои углеродсодержащего материала. Отходящие газы улавливаются зонтом 8. Сжигание газа в горелке 7 производят с коэффициентом расхода кислорода 0,8 - 0,85, то есть осуществляют неполное сжигание газа с целью снижения угара углерода карбюризатора свободным кислородом.The refractory shell is equipped with a gas-oxygen burner 7, which delivers high-temperature combustion products with a temperature of 1800 - 1900 ^o C in the upper layers of carbon-containing material. The exhaust gases are trapped by the umbrella 8. The gas in the burner 7 is burned with an oxygen flow coefficient of 0.8 - 0.85, that is, the gas is incompletely burned in order to reduce the carbon monoxide fumes of free oxygen.

Способ осуществляют следующим образом. Перед выпуском чугуна из вагранки оболочку 3 заполняют карбюризатором (электродный бой, кокс, нефтяной коксик и др. ). Затем включают газокислородную горелку 7 и разогревают оболочку и карбюризатор до 1700 - 1800^oС. При разогреве оболочку вращают вместе с карбюризатором со скоростью 2-3 об/ мин.The method is as follows. Before the release of cast iron from the cupola, the shell 3 is filled with a carburetor (electrode bout, coke, petroleum coke, etc.). Then turn on the gas-oxygen burner 7 and heat the shell and the carburizer to 1700 - 1800 ^o C. When heating the shell rotate together with the carburizer at a speed of 2-3 rpm

Далее начинают выпуск чугуна. Чугун по желобу 2 поступает в оболочку 3, контактирует с карбюризатором 4, науглероживается за счет растворения углерода в жидком чугуне. Науглероженный чугун выпускают в желоб 6, а далее - в ковш. Next, the production of cast iron begins. Cast iron through the chute 2 enters the shell 3, is in contact with the carburetor 4, and is carbonized by dissolving carbon in molten cast iron. Carbonized iron is discharged into the chute 6, and then into the bucket.

Положительный эффект, достигаемый в результате использования изобретения, заключается в следующем:
а) Повышается степень усвоения углерода (до 1,17 - 1,27). Это достигается за счет того, что карбюризатор, во-первых, при науглероживании вращается, то есть обеспечивается интенсивное перемешивание металла и карбюризатора, что согласно теории науглероживания способствует повышению эффективности науглероживания.The positive effect achieved by using the invention is as follows:
a) Increases the degree of assimilation of carbon (up to 1.17 - 1.27). This is achieved due to the fact that the carburizer, firstly, rotates during carburization, that is, intensive mixing of the metal and the carburizer is ensured, which according to the carburization theory contributes to an increase in carburization efficiency.

Во-вторых, интенсификации науглероживания способствует высокая температура кусков карбюризатора (1700-1800^oС), которая не снижается в результате эндотермической реакции растворения углерода в металле. Карбюризатор благодаря вращения оболочки постоянно нагревается продуктами сгорания при выходе его из зоны струи металла. Кроме того, куски карбюризатора интенсивно разогреваются за счет теплоотдачи от стенок раскаленной огнеупорной оболочки;
б) Науглероживание чугуна производится без снижения температуры чугуна в результате эндотермической реакции растворения. Это объясняется тем, что карбюризатор нагревается до температур, значительно больших, чем температура чугуна (обычно 1290-1400^oС). Возможно даже повышение температуры чугуна на выходе из оболочки на 20-30^oС, в то время как в известном способе температура чугуна на выходе снижается на 10-15^oС;
в) При использовании изобретения значительно снижаются потери углерода карбюризатора за счет его угара при взаимодействии со свободным кислородом продуктов сгорания, который обычно присутствует при полном сжигании газа.Secondly, the intensification of carburization contributes to the high temperature of the pieces of the carburizer (1700-1800 ^o C), which does not decrease as a result of the endothermic reaction of dissolution of carbon in the metal. Due to the rotation of the shell, the carburetor is constantly heated by the combustion products when it leaves the zone of the metal stream. In addition, the pieces of the carburizer are intensively heated due to heat transfer from the walls of the hot refractory shell;
b) Carburization of cast iron is carried out without reducing the temperature of cast iron as a result of the endothermic dissolution reaction. This is because the carburetor is heated to temperatures significantly higher than the temperature of cast iron (usually 1290-1400 ^o C). It is even possible to increase the temperature of cast iron at the outlet of the shell by 20-30 ^o C, while in the known method, the temperature of cast iron at the outlet is reduced by 10-15 ^o C;
c) When using the invention, the carbon loss of the carburetor is significantly reduced due to its fumes when interacting with the free oxygen of the combustion products, which is usually present when the gas is completely burned.

Это объясняется тем, что в газ в газокислородной горелке сжигают с коэффициентом расхода кислорода 0,8 - 0,85, что обеспечивает получение продуктов сгорания без свободного кислорода. В результате расход карбюризатора в предлагаемом способе в 1,5 - 2 раза ниже, чем в известном способе. This is because the gas in a gas-oxygen burner is burned with an oxygen flow coefficient of 0.8 - 0.85, which ensures the production of combustion products without free oxygen. As a result, the consumption of the carburizer in the proposed method is 1.5 to 2 times lower than in the known method.

Коэффициент расхода кислорода 0,8-0,85 является оптимальным. При коэффициенте меньше 0,8 температура продуктов сгорания снижается до 1500-1550^oС, что недостаточно для эффективного протекания процесса науглероживания. При коэффициенте больше 0,85 продукты сгорания газа становятся окислительными за счет наличия СO₂, Н₂О и О₂, что приводит к окислению карбюризатора и снижению содержания углерода в нем. Это, в свою очередь, приводит к снижению эффективности науглероживания и дополнительному окислению.A coefficient of oxygen consumption of 0.8-0.85 is optimal. When the coefficient is less than 0.8, the temperature of the combustion products decreases to 1500-1550 ^o C, which is not enough for the effective course of the carburization process. When the coefficient is more than 0.85, the products of gas combustion become oxidative due to the presence of CO ₂ , H ₂ O and O ₂ , which leads to the oxidation of the carburizer and a decrease in the carbon content in it. This, in turn, leads to a decrease in the carburization efficiency and additional oxidation.

Пример. Проводили науглероживание чугуна из опытной газовой вагранки производительностью 0,5 т/ч. Состав полученного чугуна из вагранки - углерод 3,2%, кремний 1,4%, марганец 0,4%. Example. Carbonization of cast iron was carried out from an experimental gas cupola with a capacity of 0.5 t / h. The composition of the cast iron from the cupola is carbon 3.2%, silicon 1.4%, manganese 0.4%.

Чугун пропускали через слой карбюризатора, помещенного во вращающуюся (вручную) футерованную трубу с внутренним диаметром 100 мм. В качестве карбюризатора использовали бой электродов размером в поперечнике 25-40 мм. Скорость вращения трубы 2-3 об/мин. Карбюризатор и стенки трубы предварительно разогревали газокислородной горелкой (горелка для сварочных работ) до 1600-1700^oС.Cast iron was passed through a layer of a carburetor placed in a rotating (manually) lined pipe with an inner diameter of 100 mm. As a carburetor, an electrode battle of 25–40 mm across was used. The rotation speed of the pipe is 2-3 rpm. The carburizer and the pipe walls were preheated with an oxy-fuel burner (torch for welding) to 1600-1700 ^o C.

Коэффициент расхода кислорода держали равным 0,82. Температура чугуна из вагранки 1350^oС. Химический состав чугуна после науглероживания: углерод 3,75%, кремний 1,45%, марганец 0,43%. Степень усвоения углерода 1,17. Повышение содержания кремния в марганца объясняется восстановлением их из окислов за счет углерода карбюризатора. Степень усвоения углерода 1,17 объясняется недостаточно высокой температурой исходного чугуна. При температуре чугуна 1370-1400^oС степень усвоения может быть увеличена до 1,25 - 1,3. При снижении коэффициента расхода кислорода (менее 0,8) степень усвоения снизилась до 1,1 в связи с уменьшением температуры в трубе с карбюризатором и замедлением реакции растворения углерода в чугуне.The oxygen flow rate was kept equal to 0.82. The temperature of cast iron from a cupola is 1350 ^o C. The chemical composition of cast iron after carburization is 3.75% carbon, 1.45% silicon, 0.43% manganese. The degree of assimilation of carbon 1.17. The increase in silicon content in manganese is explained by their reduction from oxides due to the carbon of the carburizer. The carbon assimilation rate of 1.17 is explained by the insufficiently high temperature of the source cast iron. At a temperature of cast iron 1370-1400 ^o With the degree of assimilation can be increased to 1.25 - 1.3. With a decrease in the oxygen consumption coefficient (less than 0.8), the degree of assimilation decreased to 1.1 due to a decrease in temperature in the pipe with a carburetor and a slowdown in the reaction of carbon dissolution in cast iron.

При увеличение коэффициента расхода кислорода (более 0,85) степень усвоения снизилась до 1,1. Это объясняется следующим. При коэффициенте более 0,85 атмосфера в трубе с карбюризатором становится окислительной. Это приводит к окислению жидкого металла и угару углерода (до 8-12%), в связи с чем, несмотря на процесс науглероживания, металл в общей сумме науглероживается незначительно. Кроме того, газы воздействуют на поверхность карбюризатора, окисляют углерод и снижают науглероживающие свойства карбюризатора. With an increase in the oxygen consumption coefficient (over 0.85), the degree of assimilation decreased to 1.1. This is explained by the following. With a coefficient of more than 0.85, the atmosphere in the pipe with the carburetor becomes oxidizing. This leads to the oxidation of liquid metal and carbon fumes (up to 8-12%), and therefore, despite the carburization process, the total amount of metal is slightly carburized. In addition, gases act on the surface of the carburizer, oxidize carbon and reduce the carburizing properties of the carburizer.

При использовании изобретения степень усвоения углерода возрастает в 1,1 -1 раза, расход карбюризатора снижается на 10-15%, температура чугуна на выходе повышается на 20-30^oС.When using the invention, the degree of assimilation of carbon increases 1.1-1 times, the consumption of the carburetor is reduced by 10-15%, the temperature of the iron at the outlet rises by 20-30 ^o C.

Источники информации
1. Патент DE 2611458 В1, С 21 С 1/08. Способ науглероживания чугуна, 18.05.1977.Sources of information
1. Patent DE 2611458 B1, C 21 C 1/08. Method for carburizing cast iron, 05/18/1977.

Claims

A method of carburizing cast iron, comprising passing a stream of liquid metal through a layer of a carburetor heated by combustion products of an oxygen-oxygen mixture, characterized in that the layer of a carburetor is placed in a rotating refractory shell to rotate the layer of carburetor while passing through it a liquid metal along the axis of the metal stream, while the combustion products a gas-oxygen mixture with a flow rate of oxygen in the range of 0.8-0.85 served in the upper layers of the carburetor to ensure its heating to 1700-1800 ^o C.