RU2194230C1

RU2194230C1 - Cupola well

Info

Publication number: RU2194230C1
Application number: RU2001114730A
Authority: RU
Inventors: В.А. Грачев; Е.М. Кирин; В.И. Крестьянов; Л.В. Щетинин; С.Р. Мкртчян; В.Д. Игнатов; Ю.К. Калинин
Original assignee: Пензенский государственный университет
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2001-05-28
Publication date: 2002-12-10

Abstract

FIELD: foundry, design of blast cupola in particular. SUBSTANCE: cupola well includes several layers of burnt sand, moulding sand and silica sand is additionally lined with metallurgically active layer comprising mixture of crushed natural shungite with content of carbon 30-40% and silicon oxide 60-70%, electrode chips and boric acid with following content of components, mas.%: shungite, 80.0-90.0; electrode chips, 10.0-20.0; boric acid, 1.5-2.0, up to 100%. EFFECT: metal deoxidation, carbonizing and siliconizing. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области литейного производства, точнее - к конструкциям вагранок (газовых и коксовых), применяемых для плавки чугуна. The invention relates to the field of foundry, more specifically, to the designs of cupolas (gas and coke) used for melting cast iron.

Известна подина дуговой электропечи /1/, которая состоит из внутреннего слоя огнеупорных кирпичей (шамотных, динасовых, высокоглиноземистых и др.) и внешнего слоя набивной футеровки. В качестве внешнего слоя используется набивная смесь, состоящая из 90-92% кварцевого песка, 5-6% жидкого стекла и 3-4% воды. При основном процессе плавки и основной футеровке используют доломитовую или магнезитовую массу. Подина дуговой печи работает длительное время, и ее ремонт заключается в заправке ее поверхности футеровочной массой. Known hearth arc electric furnace / 1 /, which consists of an inner layer of refractory bricks (fireclay, dinas, high alumina, etc.) and the outer layer of the printed lining. A packed mixture consisting of 90-92% quartz sand, 5-6% water glass and 3-4% water is used as the outer layer. In the main melting process and the main lining, dolomite or magnesite mass is used. The hearth of the arc furnace works for a long time, and its repair consists in filling its surface with a lining mass.

Известная подина не может быть использована в вагранках, так как ваграночный процесс имеет свою специфику, заключающуюся в том, что вагранку в конце каждой смены выбивают с целью удаления из нее остатков плавки. Выбивка вагранки производится через подину, для чего подину удаляют из вагранки. В связи с этим подина вагранки не может быть стационарной и выполненной из огнеупорных кирпичей. The well-known hearth cannot be used in cupola furnaces, since the cupola process has its own specifics, namely that the cupola is knocked out at the end of each shift in order to remove melting residues from it. The cupola is knocked out through the bottom, for which the bottom is removed from the cupola. In this regard, the bottom of the cupola cannot be stationary and made of refractory bricks.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является традиционная подина практически всех вагранок /1/. Подину вагранки, как правило, набивают в виде слоев из горелой отработанной формовочной земли, сухого песка, свежей формовочной наполнительной смеси и гари (отбросы из искрогасителя). Closest to the technical nature of the claimed invention is the traditional hearth of almost all cupolas / 1 /. The bottom of the cupola is usually stuffed in the form of layers of burned-out molding sand, dry sand, fresh molding sand and burning (waste from the spark arrestor).

Недостатком известной подины является то, что она не участвует активно в физико-химических металлургических процессах вагранки и является лишь источником шлака, так как ее огнеупорность значительно ниже огнеупорности футеровки. Известная подина не способствует науглероживанию и раскислению чугуна. A disadvantage of the known hearth is that it does not actively participate in the physicochemical metallurgical processes of the cupola and is only a source of slag, since its refractoriness is much lower than the refractoriness of the lining. Known hearth does not contribute to carburization and deoxidation of cast iron.

Целью предлагаемого изобретения является разработка такой подины вагранки, которая бы обеспечивала не только теплоизоляцию печного пространства, но и способствовала раскислению и науглероживанию чугуна. The aim of the invention is to develop such a hearth cupola, which would provide not only thermal insulation of the furnace space, but also contributed to the deoxidation and carburization of cast iron.

Задача решена тем, что подина вагранки, состоящая из нескольких слоев горелой земли, формовочной смеси и песка, дополнительно облицована верхним металлургически активным слоем, состоящим из смеси дробленого природного минерала шунгита с содержанием 30-40%, углерода, 60-70% оксида кремния, электродной стружки и борной кислоты при следующем содержании компонентов (мас. %): дробленый шунгит - 80...90, электродная стружка - 10...20 и борная кислота - 1,5...2 (сверх 100%). The problem is solved in that the cupola cupola, consisting of several layers of burnt earth, molding sand and sand, is additionally lined with an upper metallurgically active layer consisting of a mixture of crushed natural shungite mineral with a content of 30-40%, carbon, 60-70% silicon oxide, electrode shavings and boric acid in the following components (wt.%): crushed schungite - 80 ... 90, electrode shavings - 10 ... 20 and boric acid - 1.5 ... 2 (in excess of 100%).

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг. 1 изображена вагранка (газовая с огнеупорной насадкой), на фиг.2 - предлагаемая конструкция подины вагранки. The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a cupola (gas with a refractory nozzle), figure 2 - the proposed design of the bottom of the cupola.

Газовая вагранка состоит из горна 1, шахты 2, копильника 3 и опорной части 4. Копильник 3 соединен с горном 1 переходной леткой 5. В горне 1 вагранки смонтированы газовые горелки 6 с трубопроводами 7, 8 для подачи газа и воздуха в горелки 6. В копильнике 3 смонтирован желоб 9 для слива металла и шлаковая летка 10 для скачивания шлака. The gas cupola consists of a hearth 1, a shaft 2, a piggy bank 3 and a supporting part 4. A piggy bank 3 is connected to a mountain 1 transitional notch 5. In the hearth 1 of the cupola, gas burners 6 are installed with pipelines 7, 8 for supplying gas and air to the burners 6. B money box 3 mounted a chute 9 for draining metal and slag notch 10 for downloading slag.

Горн вагранки заполнен огнеупорной насадкой 11, состоящей из кусковых огнеупорных и углеродсодержащих материалов. Насадка служит для перегрева металла и его науглероживания. The furnace of the cupola is filled with a refractory nozzle 11, consisting of lumpy refractory and carbon-containing materials. The nozzle serves to overheat the metal and its carburization.

В нижней части горна выполнена подина 12, набиваемая из нескольких слоев горелой земли, песка и свежей формовочной смеси. In the lower part of the hearth there is a hearth 12, stuffed from several layers of burnt earth, sand and fresh sand.

Работа вагранки заключается в загрузке насадки, ее нагреве продуктами сгорания газа, загрузке шихты, ее нагреве и плавлении, перегреве и науглероживании металла в насадке и выпуске металла. The cupola work consists in loading the nozzle, heating it with gas combustion products, loading the charge, heating and melting it, overheating and carburizing the metal in the nozzle and the metal outlet.

Предлагаемая подина вагранки имеет следующую конструкцию. На подовой плите выполнен слой 13 горелой земли или отбросов из искрогасителя толщиной 50-60 мм, на этом слое выполнен слой 14 из свежей формовочной наполнительной смеси с крепителем из сульфитно-спиртовой барды толщиной 50-60 мм (фиг.2). Далее выполнен слой 15 из сухого кварцевого песка толщиной 80-100 мм и снова слой из формовочной смеси толщиной 100-120 мм. The proposed hearth cupola has the following design. A layer 13 of burnt earth or garbage from a spark arrester with a thickness of 50-60 mm is made on the hearth plate, on this layer a layer 14 of a fresh molding filler mixture with a fastener from sulphite-alcohol stillage of 50-60 mm thickness is made (Fig. 2). Next, a layer 15 made of dry quartz sand with a thickness of 80-100 mm and again a layer of molding sand with a thickness of 100-120 mm

Верхний облицовочный слой 16 подины выполнен из смеси дробленого природного минерала шунгита фракцией 0,5-1,0 мм, электродной стружки с содержанием углерода до 65-80% и борной кислоты. Содержание компонентов в смеси следующее (мас.%): шунгит - 80...90, электродная стружка - 10...20 и борная кислота - 1,5...2 (сверх 100%). Толщина облицовочного слоя - 100...150 мм. Все слои утрамбованы до получения плотного герметичного слоя. The upper lining layer 16 of the hearth is made of a mixture of crushed natural mineral schungite with a fraction of 0.5-1.0 mm, electrode chips with carbon content up to 65-80% and boric acid. The content of the components in the mixture is as follows (wt.%): Shungite - 80 ... 90, electrode shavings - 10 ... 20 and boric acid - 1.5 ... 2 (in excess of 100%). The thickness of the facing layer is 100 ... 150 mm. All layers are tamped to a dense tight layer.

После набивания подины производят сушку вагранки и в том числе подины. Сушка осуществляется в течение 4-5 ч непосредственно перед плавкой газовой инжекционной горелкой, монтируемой в ремонтном окне копильника. Продукты сгорания газа из копильника поступают в горн вагранки и просушивают футеровку горна и подину. Температура стенок футеровки и подины при этом составляет 500-600^oС.After filling the hearths, cupolas, including the hearths, are dried. Drying is carried out for 4-5 hours immediately before melting with a gas injection burner mounted in the repair window of the piggy bank. The products of gas combustion from the piggy bank enter the furnace of the cupola and dry the lining of the hearth and bottom. The temperature of the walls of the lining and the hearth is 500-600 ^o C.

Спекание облицовочного слоя производят во время прогрева вагранки в первоначальный период плавки. Прогрев вагранки производится при малой производительности газовых горелок до температуры подины и футеровки 1300-1400^oС в течение 1,0-1,5 ч. При прогреве происходит остеклование и спекание облицовочного слоя подины за счет наличия в составе смеси борной кислоты и фазовых превращений составляющих смеси во время прогрева.The sintering of the facing layer is carried out during the heating of the cupola in the initial melting period. The cupola is heated at low gas burner productivity to the hearth and lining temperatures of 1300-1400 ^o C for 1.0-1.5 hours. When heated, vitrification and sintering of the hearth facing layer occurs due to the presence of components of the mixture of boric acid and phase transformations mixture during warming up.

Предлагаемая подина вагранки работает следующим образом. Во время плавки предлагаемая подина, как и известная подина, обеспечивает надежную теплоизоляцию печного пространства и предотвращает прорыв жидкого металла через подовое отверстие в опорной плите. Этому способствует многослоевая набивка подины. The proposed hearth cupola works as follows. During melting, the proposed hearth, like the well-known hearth, provides reliable thermal insulation of the furnace space and prevents breakthrough of liquid metal through the hearth hole in the base plate. This is facilitated by a multilayer bottom packing.

Предлагаемая подина в отличие от известной является металлургически активной за счет наличия в ее составе природного минерала шунгита и электродной стружки. Шунгит - минеральное вещество, состоящее из аморфного углерода и сильнодиспергированного графита. Шунгит обычно содержит 30-40% углерода, 60-70% оксида кремния и различные примеси. Твердость шунгита по минералогической шкале - 4, плотность 1840-1980 кг/м³. Стоимость кускового шунгита - 500-600 руб/т. Электродная стружка - это стружка электродов, применяемых в дуговых электропечах. Содержание углерода в стружке - 60-80%.The proposed hearth, in contrast to the known one, is metallurgically active due to the presence in its composition of the natural mineral shungite and electrode chips. Shungite is a mineral substance consisting of amorphous carbon and highly dispersed graphite. Shungite usually contains 30-40% carbon, 60-70% silicon oxide and various impurities. The hardness of shungite on a mineralogical scale is 4, the density is 1840-1980 kg / m ³ . The cost of lumpy shungite is 500-600 rubles / ton. Electrode shavings are shavings of electrodes used in electric arc furnaces. The carbon content in the chips is 60-80%.

Под действием высокой температуры в горне облицовочный слой разогревается. Углерод шунгита частично реагирует с кремнеземом по реакции С+SiO₂=СО₂+Si, в результате чего в смеси появляется металлический кремний. Таким образом, в облицовочном слое присутствуют два активных элемента - углерод и кремний, которые являются сильнейшими восстановителями.Under the influence of high temperature in the furnace, the facing layer heats up. Shungite carbon partially reacts with silica by the reaction С + SiO ₂ = СО ₂ + Si, as a result of which metallic silicon appears in the mixture. Thus, two active elements are present in the facing layer - carbon and silicon, which are the strongest reducing agents.

При контакте жидкого металла и материала облицовочного слоя происходят следующие процессы:
а) раскисление чугуна. Печная атмосфера вагранки является окислительной, что приводит к окислению элементов чугуна. Окисленный чугун имеет неудовлетворительную жидкотекучесть, повышенную усадку, качество отливок при этом снижается.With the contact of liquid metal and the material of the facing layer, the following processes occur:
a) deoxidation of cast iron. The furnace atmosphere of the cupola is oxidizing, which leads to the oxidation of the elements of cast iron. Oxidized cast iron has poor fluidity, increased shrinkage, and the quality of castings is reduced.

При взаимодействии жидкого металла с поверхностью облицовочного слоя содержащиеся в материалах слоя углерод и кремний реагируют с оксидами элементов и восстанавливают их до металлов, что позволяет снизить окисленность металла, увеличить содержание в чугуне основных элементов и снизить угар железа. In the interaction of a liquid metal with the surface of the facing layer, the carbon and silicon contained in the materials of the layer react with the oxides of the elements and reduce them to metals, which reduces the oxidation of the metal, increases the content of basic elements in cast iron, and reduces the burning of iron.

Процесс раскисления при этом интенсифицируется за счет активного перемешивания чугуна выделяющимся при вышеприведенной реакции восстановления кремнекислоты углекислого газа. Выделяющийся при этом углекислый газ, кроме того, вспучивает облицовочный слой, в результате чего частицы активных веществ освобождаются от связки и имеют возможность беспрепятственно диффундировать в жидкий металл. Поверхность облицовочного слоя становится рыхлой, его поверхность увеличивается, что также способствует итенсификации металлургических процессов. The deoxidation process is intensified due to the active mixing of cast iron released during the above reaction of the reduction of carbon dioxide carbon dioxide. The carbon dioxide released in this case, in addition, swells the lining layer, as a result of which the particles of active substances are released from the bond and have the ability to diffuse freely into the liquid metal. The surface of the facing layer becomes loose, its surface increases, which also contributes to the intensification of metallurgical processes.

б) науглероживание чугуна. При контакте жидкого металла с облицовочным слоем происходит растворение углерода шунгита и электродной стружки в жидком металле за счет диффузии. Процесс науглероживания идет интенсивно, чему способствуют следующие факторы. b) carbonization of cast iron. Upon contact of the liquid metal with the facing layer, the dissolution of carbon shungite and electrode chips in the liquid metal occurs due to diffusion. The carburization process is intensive, which is facilitated by the following factors.

1. В районе подины наблюдается самая высокая температура жидкого металла, так как сюда он поступает уже перегретый в насадке. Температура поверхности облицовочного слоя тоже достаточно высокая. Высокая температура металла и карбюризатора, как известно, способствуют ускорению процесса диффузии углерода в металл. 1. In the bottom region, the highest temperature of the liquid metal is observed, since it enters here already overheated in the nozzle. The surface temperature of the facing layer is also quite high. The high temperature of the metal and the carburizer, as you know, contribute to the acceleration of the diffusion of carbon into the metal.

2. В облицовочном слое шунгит и электродная стружка имеют тонкий фракционный состав, и площадь контакта металла и карбюризатора увеличивается, что также способствует интенсификации науглероживания. 2. In the facing layer, shungite and electrode chips have a fine fractional composition, and the contact area of the metal and the carburizer increases, which also contributes to the intensification of carburization.

3. Вероятность контакта жидкого чугуна с карбюризатором облицовочного слоя равна 100% в отличие от контакта металла с карбюризатором в насадке, так как весь стекающий из горна металл непременно будет перетекать по поверхности облицовочного слоя в переходную летку копильника. Это обстоятельство также интенсифицирует процесс науглероживания. 3. The probability of contact of molten iron with the carburetor of the cladding layer is 100%, in contrast to the contact of the metal with the carburizer in the nozzle, since all the metal flowing from the furnace will certainly flow over the surface of the cladding layer into the transitional notch of the piggy bank. This circumstance also intensifies the carburization process.

В совокупности факторы 1, 2, 3 обеспечивают дополнительное науглероживание чугуна за счет наличия активной подины и взаимодействия ее материалов с жидким чугуном. Содержание углерода в чугуне увеличивается на 0,1-0,2%. Together, factors 1, 2, 3 provide additional carburization of cast iron due to the presence of an active hearth and the interaction of its materials with molten cast iron. The carbon content in pig iron increases by 0.1-0.2%.

в) модифицирование чугуна. При стекании чугуна по поверхности облицовочного слоя происходит его эррозия и вымывание частиц материалов (графита, кремния и неметаллических включений) и попадание их в жидкий металл. Эти частицы, особенно кремний, являются дополнительными центрами кристаллизации при охлаждении металла, в результате чего металл модифицируется и его структура становится плотной и мелкозернистой. Это способствует улучшению качества металла и отливок. c) modification of cast iron. When iron falls off over the surface of the facing layer, it eroses and the particles of materials (graphite, silicon and non-metallic inclusions) are washed out and get into the liquid metal. These particles, especially silicon, are additional centers of crystallization during cooling of the metal, as a result of which the metal is modified and its structure becomes dense and fine-grained. This helps to improve the quality of metal and castings.

Приведенные в заявке содержания компонентов в облицовочном слое являются оптимальными. Они обеспечивают оптимальный баланс углерода и кремния в облицовочном слое, а соответственно, и в металле. При выходе содержания из указанных пределов возникает дисбаланс по углероду или кремнию. The contents of the components in the facing layer given in the application are optimal. They provide an optimal balance of carbon and silicon in the facing layer, and, accordingly, in the metal. When the content leaves these limits, an imbalance in carbon or silicon occurs.

ПРИМЕР. Проводили сравнительные лабораторные плавки на малой опытной вагранке производительностью 0,5 т/ч. Плавки проводились на шихте, состоящей из чугунного лома со средним содержанием элементов: углерод - 3,3%, кремний - 1,7%, марганец - 0,7%. В первой серии опытов подина была обычной без облицовочного слоя. Во второй серии опытов использовалась подина с облицовочным слоем толщиной 100 мм. Состав облицовочного слоя: шунгит - 85%, электродная стружка - 15%, борная кислота - 1,5%. EXAMPLE. Comparative laboratory swimming trunks were conducted on a small experimental cupola with a capacity of 0.5 t / h. Smelting was carried out on a charge consisting of cast iron scrap with an average content of elements: carbon - 3.3%, silicon - 1.7%, manganese - 0.7%. In the first series of experiments, the hearth was normal without a facing layer. In the second series of experiments, a hearth with a facing layer 100 mm thick was used. The composition of the facing layer: shungite - 85%, electrode shavings - 15%, boric acid - 1.5%.

В таблице приведены средние обобщенные данные по плавкам. The table shows the average generalized data on swimming trunks.

Из приведенных данных видно, что предлагаемая подина обеспечивает эффективную металлургическую обработку чугуна и улучшение его качества. From the above data it is seen that the proposed hearth provides efficient metallurgical processing of cast iron and improve its quality.

Claims

The cupola bottom of the cupola, consisting of layers of burnt earth, molding sand and silica sand, characterized in that it is provided with a metallurgically active upper facing layer, consisting of a mixture of crushed natural shungite mineral with a content of 30-40% carbon and 60-70% silicon oxide, electrode shavings and boric acid in the following components, wt. %:
Shungite - 80-90
Electrode shavings - 10-20
Boric acid - 1.5-2.0 (in excess of 100%)