RU2231558C2

RU2231558C2 - Composite material for metallurgical conversion and a method for achievement thereof

Info

Publication number: RU2231558C2
Application number: RU2002124899A
Authority: RU
Inventors: Г.А. Дорофеев (RU); Г.А. Дорофеев
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное малое предприятие "Интермет-Сервис"
Priority date: 2002-09-19
Filing date: 2002-09-19
Publication date: 2004-06-27
Also published as: RU2002124899A

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy.

SUBSTANCE: material comprises conglomerate with characteristic geometric dimensions formed by charge capable of providing endo-exothermic reactions and comprising metal-containing additive, carbon-containing, slag-forming, and oxidized iron-containing materials. Metal-containing additive may be selected from iron-carbon alloy and iron cast and/or metallic scrap. Oxidized iron-containing material contains iron oxides in amounts 20 to 100 wt %. Ratio of summary outside surface of oxidized iron-containing material to weight of iron-carbon alloy ranges from 5 to 500 m²/t. Ratio of summary amount of oxidizable charge constituents to amount of oxygen in iron oxides ranges from 0.3 to 3.6 at following proportions of constituents, wt %: oxidized iron-containing material 5-35, slag-forming material 0.2-30, carbon-containing material 0.1-10, and iron-carbon alloy or its combination with cast and/or metallic scrap - the rest. Preparation of composite material comprises providing loose filler containing oxidized iron-containing material, carbon-containing and slag-forming materials into fraction 5-25 mm; balanced moistening, adding above-indicated metal-containing additive, stirring, and molding of conglomerate in the form of briquettes or ingots. Invention allows shortening metal fusion purging time with more uniform distribution of heat over smelting periods, increasing purity and quality of steel, reducing level of iron oxides in slag, , increasing yield of liquid steal, reducing consumption of refractory materials, and increasing uniformity in distribution of composite material components in briquettes and ingots.

EFFECT: increased process efficiency.

19 cl, 5 tbl, 2 ex

Description

Изобретение относится к области черной металлургии, к шихтовым материалам и способам их получения, которые могут быть использованы в качестве твердой шихты при выплавке стали в различных сталеплавильных агрегатах, особенно в кислородных конвертерах для охлаждения плавки.The invention relates to the field of ferrous metallurgy, to charge materials and methods for their preparation, which can be used as a solid charge in steelmaking in various steelmaking units, especially in oxygen converters for cooling melting.

Известны различные виды твердой шихты в виде стального скрапа, передельного и литейного чугуна, полупродукта, получаемого из расплава чугуна, подвергнутого предварительной обработке (с цель удаления кремния, фосфора, серы, ванадия, титана, хрома), мягкого железа, представляющего стандартную паспортную заготовку известного состава, железа прямого восстановления - металлизованные окатыши и брикетированное железо.Various types of solid charge are known in the form of steel scrap, pig iron and foundry cast iron, a semi-product obtained from molten cast iron subjected to preliminary processing (with the aim of removing silicon, phosphorus, sulfur, vanadium, titanium, chromium), soft iron, which is a standard passport blank of the known composition, direct reduction iron - metallized pellets and briquetted iron.

Эти материалы представляют собой преимущественно сплавы на основе железа, с различным содержанием углерода, вредных и нежелательных примесей, не содержат флюсов, шлаков и органического топлива и по сути дела являются моношихтой. Вследствие этого их применение при производстве стали требует ввода значительного количества дополнительных компонентов, отсутствующих в исходной шихте. Другим недостатком этих материалов служит их отсутствие или дефицит в отдельных странах и регионах, вызывающий необходимость импорта, большие колебания цен, а также повышенная загрязненность, влияющая на качество выплавляемого металла.These materials are mainly alloys based on iron, with different contents of carbon, harmful and undesirable impurities, do not contain fluxes, slags and fossil fuels and, in fact, are a mono-charge. As a result, their use in steel production requires the introduction of a significant amount of additional components that are not present in the initial charge. Another disadvantage of these materials is their absence or shortage in individual countries and regions, which necessitates import, large price fluctuations, as well as increased pollution, affecting the quality of the smelted metal.

Известны шихтовые материалы на металлической основе, содержащие дополнительно топливо, флюсы, шлаки, получаемые методом синтезирования. Наличие в них дополнительных компонентов превращает эти материалы в комбинированную шихту, обладающую более высокими металлургическими свойствами. Это обеспечивает получение более высокого качества выплавляемого металла и лучшие технико-экономические показатели выплавки стали.Known charge materials on a metal base, additionally containing fuel, fluxes, slags obtained by the synthesis method. The presence of additional components in them turns these materials into a combined charge with higher metallurgical properties. This ensures higher quality of the smelted metal and the best technical and economic indicators of steel smelting.

Одной из разновидностей такой шихты является шихтовой материал в виде чушки, который получают заливкой расплавленным передельным чугуном литейных форм, предварительно заполненных стальным скрапом, скрапом литейного производства, восстановленным железом в виде металлизованных окатышей и брикетов (патент Великобритании, заявка № 1458228, МПК⁷ B 22 D 3/00, 19/00, 1976). В состав материала могут также входить куски твердого топлива в виде кокса, а также флюсы (известняк и др.).One of the varieties of such a charge is a charge material in the form of ingots, which is obtained by pouring molten cast iron of foundry molds pre-filled with steel scrap, foundry scrap restored with iron in the form of metallized pellets and briquettes (UK patent application No. 1458228, IPC ⁷ B 22 D 3/00, 19/00, 1976). The composition of the material may also include pieces of solid fuel in the form of coke, as well as fluxes (limestone, etc.).

Существенным недостатком известного материала является пониженная охлаждающая способность по сравнению со скрапом, составляющая всего 0,4-0,6 от охлаждающей способности стального лома. Поэтому применение его в кислородных конвертерах в качестве скрапа и охладителя конвертерной плавки весьма ограничено.A significant disadvantage of the known material is the reduced cooling capacity compared to scrap, which is only 0.4-0.6 of the cooling capacity of steel scrap. Therefore, its use in oxygen converters as scrap and converter cooler is very limited.

Кроме того, этот материал в процессе конвертерной плавки вместе с затвердевшим на нем чугуном, флюсами, остатками металла и шлака от предыдущей плавки образует на днище конвертера массивный тяжеловесный конгломерат. Его расплавление из-за большого размера и массы и пониженных теплофизических свойств происходит замедленно и не успевает завершиться к концу продувки. Последнее увеличивает продолжительность плавки.In addition, this material in the converter smelting process together with cast iron, fluxes, metal and slag residues from the previous smelting hardened on it forms a massive heavy conglomerate on the bottom of the converter. Due to its large size and mass and reduced thermophysical properties, its melting occurs slowly and does not have time to complete by the end of purging. The latter increases the duration of the heat.

Помимо этого, окисление углерода и других элементов, входящих в металлическую основу материала, начинается поздно по сравнению с чугуном и протекает с меньшей скоростью, чем в расплавленном чугуне. Это также удлиняет процесс плавки. К числу недостатков известного материала относится также необходимость дополнительного ввода, причем в значительных количествах, твердого и/или газообразного окислителя для удаления углерода и других примесей. Аналогичными недостатками обладают твердый чугун и чугунный скрап. По этим же причинам использование чушек известного материала, твердого предельного чугуна либо чугунного скрапа в качестве охладителя конвертерной плавки не получило развития. Их используют лишь в крайнем случае при дефиците скрапа, но в весьма ограниченных количествах - не более 5-7% от массы плавки.In addition, the oxidation of carbon and other elements included in the metal base of the material starts late compared to cast iron and proceeds at a lower rate than in molten cast iron. It also lengthens the smelting process. Among the disadvantages of the known material is the need for additional input, and in significant quantities, of a solid and / or gaseous oxidizing agent to remove carbon and other impurities. Hard cast iron and cast iron scrap have similar disadvantages. For the same reasons, the use of ingots of known material, solid limit cast iron or cast iron scrap as a cooler for converter smelting has not been developed. They are used only as a last resort for scrap deficiency, but in very limited quantities - not more than 5-7% of the heat of smelting.

Применение твердого чугуна или скрапа в количестве более 5-7% при выплавке низкоуглеродистых сталей приводит к переокислению верхних слоев металла и шлака конвертерной ванны. Одновременно с этим в конце продувки на низкое содержание углерода при повышенных расходах твердого чугуна нижние слои конвертерной ванны обогащаются углеродом, поступающим в ванну при расплавлении последних порций твердой шихты. Это увеличивает неравномерность распределения углерода и кислорода в металле перед выпуском, ухудшает качество стали и увеличивает опасность возникновения выбросов металла и шлака во время выпуска из конвертера в ковш вследствие бурного протекания реакции между углеродом и кислородом. Эти факторы ограничивают использование шихты на основе чугуна в качестве охладителя конвертерной плавки.The use of solid cast iron or scrap in an amount of more than 5-7% in the smelting of low-carbon steels leads to reoxidation of the upper layers of the metal and slag of the converter bath. At the same time, at the end of purging to a low carbon content with increased consumption of solid cast iron, the lower layers of the converter bath are enriched with carbon entering the bath during the melting of the last portions of the solid charge. This increases the uneven distribution of carbon and oxygen in the metal before release, degrades the quality of the steel, and increases the risk of metal and slag emissions during discharge from the converter into the ladle due to the rapid reaction between carbon and oxygen. These factors limit the use of a cast iron-based charge as a converter smelting cooler.

Изложенное выше показывает, что известный материал, как и другие виды металлошихты, обладает целым рядом недостатков и не может решить проблему охлаждения конвертерной плавки как в технологическом, так и экономическом отношении.The foregoing shows that the known material, like other types of metal charge, has a number of drawbacks and cannot solve the problem of cooling converter smelting both technologically and economically.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является композиционный материал для металлургического передела, содержащий конгломерат с характерными геометрическими размерами и сформированный из способной к эндоэкзотермическим реакциям шихтовой смеси, содержащей металлсодержащую добавку, углеродсодержащий, шлакообразующий и железосодержащий окисленный материалы [RU №2094478, МПК⁷ С 21 С 5/52, С 21 С 5/04, опубл. 27.10.1997].The closest in technical essence and the achieved result is a composite material for metallurgical processing containing a conglomerate with characteristic geometric dimensions and formed from a mixture capable of endoexothermic reactions containing a metal-containing additive, carbon-containing, slag-forming and iron-containing oxidized materials [RU No. 2094478, IPC ⁷ C 21 C 5/52, C 21 C 5/04, publ. 10/27/1997].

Недостатком известного композиционного материала является:A disadvantage of the known composite material is:

- высокая охлаждающая способность по сравнению со скрапом, обусловленная повышенным содержанием оксидов железа;- high cooling capacity compared to scrap, due to the increased content of iron oxides;

- невозможность использования материала в шихте конвертеров, работающих с пониженным до 68-70% расходом жидкого чугуна, химически и физически холодном чугуне и полупродукте, получаемом после предварительной обработки жидкого чугуна с целью удаления из него кремния, серы и фосфора и неизбежного при этом окисления углерода и марганца;- the inability to use the material in the charge of converters operating with liquid cast iron consumption reduced to 68-70%, chemically and physically cold cast iron, and the intermediate obtained after preliminary processing of molten cast iron to remove silicon, sulfur, and phosphorus from it and inevitable carbon oxidation and manganese;

- замедленное окисление углерода в начале плавки из-за недостатка тепла в ванне и сдвига обезуглероживания на вторую половину продувки с возрастанием абсолютного значения скорости окисления углерода. Это проводит к увеличению количества отходящих газов, тепловым перегрузкам газоотводящего тракта, неконтролируемому выносу шлакометаллической фазы, появлению выбросов, заметаливанию кислородных фурм и котла охладителя, снижению рафинирующих свойств шлака, повышению содержания серы и фосфора в металле перед выпуском плавки;- delayed carbon oxidation at the beginning of melting due to lack of heat in the bath and a shift in decarburization to the second half of the purge with an increase in the absolute value of the carbon oxidation rate. This leads to an increase in the amount of exhaust gases, thermal congestion of the exhaust duct, uncontrolled removal of the slag metal phase, the appearance of emissions, smearing of oxygen tuyeres and the boiler of the cooler, reduction of the refining properties of slag, increase of sulfur and phosphorus content in the metal before melting;

- отсутствие приемов, регламентирующих содержание компонентов шихты и оксидов железа в ней, а также величины отношения суммарной поверхности окислителя к массе сплава, приводит к нарушению стабильности плавки и ее неконтролируемому ходу;- the absence of techniques governing the content of the components of the mixture and iron oxides in it, as well as the ratio of the total surface of the oxidizing agent to the mass of the alloy, leads to a violation of the stability of the heat and its uncontrolled course;

- отсутствие регламентации соотношения между содержанием окисляющих элементов, имеющихся в материале, к содержанию кислорода в нем в виде оксидов железа приводит к колебаниям охлаждающей способности материала и нестабильности технологии от плавки к плавке;- the lack of regulation of the ratio between the content of oxidizing elements present in the material to the oxygen content in it in the form of iron oxides leads to fluctuations in the cooling ability of the material and the instability of the technology from smelting to smelting;

- из-за нестабильного соотношения содержания оксидов железа и компонентов шихтового материала, а также нерегламентируемого фракционного состава составляющих материалов окисление углерода в начале плавки происходит с пониженной скоростью. Это приводит к неравномерному окислению углерода по ходу продувки и колебаниям его содержания в металле по окончанию продувки.- due to the unstable ratio of the content of iron oxides and components of the charge material, as well as the unregulated fractional composition of the constituent materials, the oxidation of carbon at the beginning of smelting occurs at a reduced rate. This leads to non-uniform oxidation of carbon along the course of the purge and fluctuations in its content in the metal at the end of the purge.

Отмеченные недостатки ухудшают технико-экономические показатели конвертерной плавки и вызывают увеличение продолжительности продувки, расхода кислорода, огнеупоров, усиливают колебания состава и температуры металла в конце плавки, снижают выход годного.The noted shortcomings worsen the technical and economic indicators of converter smelting and cause an increase in the duration of blowing, oxygen consumption, refractories, increase fluctuations in the composition and temperature of the metal at the end of the smelting, and reduce the yield.

Указанные недостатки характерны и в случае использования материала в электродуговых печах, что приводит к повышению энергозатрат, к длительности плавления и всей плавки в целом.These drawbacks are also characteristic in the case of using the material in electric arc furnaces, which leads to an increase in energy consumption, to the duration of melting and the whole melting as a whole.

Известен способ получения композиционного материала для металлургического передела, включающий подготовку сыпучего наполнителя, содержащего железосодержащий окисленный материал до фракции 5-25 мм, его увлажнение и загрузку в формирующую емкость с характерными геометрическими размерами, подачу металлсодержащей добавки в виде железоуглеродистого сплава и формирование конгломерата [RU №2094480, МПК⁷ С 21 С 5/52, С 22 В 1/24, опубл. 27.10.1997].A known method of producing a composite material for metallurgical redistribution, including preparing a bulk filler containing iron-containing oxidized material to a fraction of 5-25 mm, moistening it and loading it into a forming container with characteristic geometric dimensions, supplying a metal-containing additive in the form of an iron-carbon alloy and forming a conglomerate [RU No. 2094480, IPC ⁷ С 21 С 5/52, С 22 В 1/24, publ. 10/27/1997].

Материал получают, например: в виде чушки стандартного размера и формы с равномерно распределенными в ней компонентами, если металлсодержащие добавки в виде железоуглеродистого сплава используются в виде расплава, заливаемого в форму с последующим охлаждением.The material is obtained, for example: in the form of ingots of standard size and shape with components evenly distributed in it, if metal-containing additives in the form of an iron-carbon alloy are used in the form of a melt poured into the mold, followed by cooling.

В известном способе регламентируется фракционный состав и влажность шихты, однако отсутствуют приемы, регламентирующие содержание компонентов шихты и оксидов железа в ней.In the known method, the fractional composition and moisture content of the mixture are regulated, however, there are no techniques regulating the content of the components of the mixture and iron oxides in it.

Технической задачей изобретения является получение композиционного материала для металлургического передела с различной охлаждающей способностью, содержащего значительное количество углерода и пригодного вместе с тем для охлаждения конвертерной плавки вместо скрапа и других материалов, а также для использования его в качестве твердой шихты в электропечах, причем без всяких ограничений в отношении количества, и создание способа формирования данного материала.An object of the invention is to obtain a composite material for metallurgical processing with different cooling capacity, containing a significant amount of carbon and suitable at the same time for cooling converter smelting instead of scrap and other materials, as well as for use as a solid charge in electric furnaces, without any restrictions in terms of quantity, and the creation of a method for forming this material.

Ожидаемый технический результат - сокращение продолжительности продувки конвертерной ванны, снижение расхода кислорода, получение пониженного и стабильного содержания углерода, серы и фосфора в металле по окончании продувки, интенсивное окисление углерода с момента начала плавки и более равномерное обезуглероживание по ходу плавки со снижением максимума скорости окисления углерода, уменьшение содержания оксидов железа в шлаке, повышение выхода жидкой стали, сокращение расхода огнеупорных материалов, более стабильный и управляемый ход плавки.The expected technical result is a reduction in the purge time of the converter bath, a decrease in oxygen consumption, obtaining a lower and stable content of carbon, sulfur and phosphorus in the metal at the end of the purge, intensive oxidation of carbon from the moment of melting and more uniform decarburization during melting with a decrease in the maximum carbon oxidation rate , reducing the content of iron oxides in the slag, increasing the yield of liquid steel, reducing the consumption of refractory materials, more stable and controlled od melting.

Другим техническим результатом изобретения является использование жидкого чугуна, производимого в доменной печи, производимого в собственных доменных печах, в качестве исходного компонента для получения предлагаемого материала, утилизация внутризаводских отходов железорудных, углеродсодержащих и шлакообразующих материалов, неизбежно возникающих при выплавке чугуна и стали. Благодаря этому обеспечиваются потребности кислородных конвертеров в охладителях плавки независимо от конъюнктуры рынка металлошихты и работы собственных доменных печей.Another technical result of the invention is the use of molten iron produced in a blast furnace, produced in its own blast furnaces, as a starting component for obtaining the proposed material, utilization of in-plant waste of iron ore, carbon-containing and slag-forming materials that inevitably occur during the smelting of iron and steel. Due to this, the needs of oxygen converters for smelting coolers are provided regardless of the market conditions of the metal charge and the operation of their own blast furnaces.

Другим техническим результатом изобретения является получение материала, обладающего способностью изменять уровень охлаждающего эффекта в широких пределах - от охладителя до энергоносителя, что обеспечивает широкий спектр его применения как в кислородных конвертерах, так и электропечах.Another technical result of the invention is to obtain a material having the ability to vary the level of cooling effect over a wide range - from a cooler to an energy carrier, which provides a wide range of its application both in oxygen converters and electric furnaces.

Технический результат, достигаемый в результате использования способа получения материала, - получение материала в виде брикета или чушки стандартного размера и формы с равномерно распределенными в ней компонентами включая топливо, флюсы, шлаки, оксиды железа и железоуглеродистый расплав с регламентированными соотношениями компонентов и фракционным составом.The technical result achieved by using the method of obtaining material is to obtain material in the form of a briquette or ingot of standard size and shape with components evenly distributed in it including fuel, fluxes, slags, iron oxides and iron-carbon melt with regulated component ratios and fractional composition.

Технический результат достигается тем, что в известном композиционном материале для металлургического передела, содержащем конгломерат с характерными геометрическими размерами, сформированный из способной к эндоэкзотермическим реакциям шихтовой смеси, содержащей металлсодержащую добавку, углеродсодержащий, шлакообразующий и железосодержащий окисленный материалы, по изобретению в качестве металлсодержащей добавки в шихтовой смеси он содержит железоуглеродистый сплав или железоуглеродистый сплав и чугунный и/или металлический скрап, железосодержащий окисленный материал содержит оксиды железа в количестве 20-100% от его массы, а отношение суммарной внешней поверхности железосодержащего окисленного материала к массе железоуглеродистого сплава равно 5-500 м²/т, отношение суммарного количества окисляемых элементов шихты к количеству кислорода в оксидах железа равно 0,3-3,6 при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосодержащий окисленный материал 5-35; шлакообразующий материал 0,2-30; углеродсодержащий материал 0,1-10; железоуглеродистый сплав или железоуглеродистый сплав и чугунный и/или металлический скрап остальное.The technical result is achieved by the fact that in the known composite material for a metallurgical redistribution containing conglomerate with characteristic geometric dimensions, formed from a mixture capable of endoexothermic reactions containing a metal-containing additive, carbon-containing, slag-forming and iron-containing oxidized materials, according to the invention as a metal-containing additive in batch mixtures it contains an iron-carbon alloy or an iron-carbon alloy and cast iron and / or metal with rap, oxidized iron-containing material comprises iron oxides in an amount of 20-100% of its mass, and the ratio of the total outer surface of the iron-containing material to the weight of the oxidized iron-carbon alloy is equal 5-500 m ² / t, the ratio of the total amount of the oxidizable components of the charge to the amount of oxygen in oxides iron is 0.3-3.6 in the following ratio of components, wt.%: iron-containing oxidized material 5-35; slag-forming material 0.2-30; carbon-containing material 0.1-10; iron-carbon alloy or iron-carbon alloy and cast iron and / or metal scrap the rest.

В качестве шлакообразующего материала он содержит флюс и шлак при следующем соотношении компонентов, мас.%: железосодержащий окисленный материал 5-35; флюс 0,1-15; шлак 0,1-15: углеродсодержащий материал 0,1-10; железоуглеродистый сплав или железоуглеродистый сплав и чугунный и/или металлический скрап остальное. В качестве флюса он может содержать известь, известковую мучку, доломитовую мучку или известняк, а в качестве шлака он может содержать конвертерный, мартеновский, электросталеплавильный, шлак ферросплавного производства, ковшевой шлак или шлак с установок доводки металла. В качестве железосодержащего окисленного материала - железную руду, агломерат, железорудные окисленные окатыши, частично восстановленное железо, окалину, колошниковую и плавильную пыль, пыль газоочисток и/или их смеси, а в качестве углеродсодержащего материала - кокс, уголь, графитовую спель или коксовую мелочь. Конгломерат с характерными размерами может быть выполнен в виде брикета или в виде чушки из композиционной шихты, залитой железоуглеродистым сплавом. Материал содержит газифицирующее вещество в количестве, обеспечивающем в материале в процессе изготовления и/или использования пористость равную 0,1-50%.As a slag-forming material, it contains flux and slag in the following ratio of components, wt.%: Iron-containing oxidized material 5-35; flux 0.1-15; slag 0.1-15: carbon-containing material 0.1-10; iron-carbon alloy or iron-carbon alloy and cast iron and / or metal scrap the rest. As a flux, it may contain lime, lime powder, dolomite powder or limestone, and as slag it may contain converter, open-hearth, electric steelmaking, ferroalloy slag, ladle slag or slag from metal finishing plants. The iron-containing oxidized material is iron ore, agglomerate, iron-ore oxidized pellets, partially reduced iron, scale, smelter and / or dust mixtures, and as a carbon-containing material, coke, coal, graphite spell or coke breeze. A conglomerate with characteristic dimensions can be made in the form of a briquette or in the form of ingots from a composite charge filled with an iron-carbon alloy. The material contains a gasifying agent in an amount that provides a porosity of 0.1-50% in the material during manufacture and / or use.

В известном способе получения композиционного материала для металлургического передела, включающем подготовку сыпучего наполнителя, содержащего железосодержащий окисленный материал до фракции 5-25 мм, его регламентированное увлажнение и загрузку в формирующую емкость с характерными геометрическими размерами, подачу металлсодержащей добавки в виде железоуглеродистого сплава и формирование конгломерата. По изобретению наполнитель дополнительно содержит углеродсодержащий и шлакообразующий материалы, а металлсодержащие добавки - железоуглеродистый сплав или железоуглеродистый сплав и чугунный и/или металлический скрап, при этом железосодержащий окисленный материал содержит оксиды железа в количестве 20-100% от его массы, а отношение суммарной внешней поверхности железосодержащего окисленного материала к массе железоуглеродистого сплава равно 5-500 м²/т, отношение суммарного количества окисляемых элементов шихты к количеству кислорода в оксидах железа равно 0,3-3,6 при следующем соотношении компонентов, маc.%: железосодержащий окисленный материал 5-35; шлакообразующий материал 0,2-30; углеродсодержащий материал 1-10; железоуглеродистый сплав или железоуглеродистый сплав и чугунный и/или металлический скрап - остальное. Формирование конгломерата можно производить путем брикетирования в форме при отношении ее длины, ширины и высоты, равной (10-30):(5-15):(5-10), или в мульде разливочной машины путем заливки наполнителя железоуглеродистым сплавом при последующем охлаждении. Загрузку наполнителя в мульду производят порционно в количестве 0,95-1,05 от массовой доли конгломерата, при этом содержание фракции менее 5 мм в наполнителе не превышает 5%, а заливку наполнителя в мульде производят железоуглеродистый сплавом с температурой перегрева 80-200°С. Для формирования конгломерата можно использовать конвейерные разливочные машины, на которых мульды расположены, по крайней мере, двумя потоками и установлены секциями одна за другой. Подача наполнителя в мульды, расположенные на конвейерах, производят синхронно и дискретно шагу движения секций мульд, при одновременном заполнении всех секций мульд в поперечном сечении, а заливку железоуглеродистым сплавом производят по ходу движения мульд, по крайней мере, двумя потоками, обеспечивающими последовательную заливку одних и тех же мульд с разрывом во времени в течение 5-12 с, при этом массовый расход первого потока поддерживают в пределах 1,2-2,1 от массы поданного в секцию наполнителя, а окончательную заливку производят до полного заполнения секций мульд вторым потоком. Высоту залива железоуглеродистым сплавом на первом потоке поддерживают в пределах 0,8-1,5 к глубине заливаемой секции. Подачу сплава в секции мульд осуществляют через носки, сливные кромки которых расположены по и/или против или под углом 30-90° к направлению движения, при этом заливку железоуглеродистым сплавом производят раздельными струями, количество которых соответствует количеству одновременно заливаемых секций, а отношение ширины струи к ширине заливаемой секции равно 0,7-1,0.In the known method for producing a composite material for a metallurgical redistribution, comprising preparing a bulk filler containing iron-containing oxidized material to a fraction of 5-25 mm, its regulated wetting and loading into a forming container with characteristic geometric dimensions, supplying a metal-containing additive in the form of an iron-carbon alloy and forming a conglomerate. According to the invention, the filler additionally contains carbon-containing and slag-forming materials, and metal-containing additives - iron-carbon alloy or iron-carbon alloy and cast iron and / or metal scrap, while the iron-containing oxidized material contains iron oxides in an amount of 20-100% of its mass, and the ratio of the total external surface iron oxidized material to the weight of the iron-carbon alloy is equal 5-500 m ² / t, the ratio of the total amount of the oxidizable components of the charge to the amount of oxygen iron oxides equal to 0,3-3,6 with the following ratio of components, wt%: oxidized iron-containing material is 5-35;. slag-forming material 0.2-30; carbon-containing material 1-10; iron-carbon alloy or iron-carbon alloy and cast iron and / or metal scrap - the rest. Conglomerate formation can be done by briquetting in a mold with a ratio of its length, width and height equal to (10-30) :( 5-15) :( 5-10), or in a mold of a filling machine by filling the filler with an iron-carbon alloy during subsequent cooling. The filler is loaded into the mold in portions in the amount of 0.95-1.05 of the mass fraction of conglomerate, while the fraction content of less than 5 mm in the filler does not exceed 5%, and the filler is filled in the mold with an iron-carbon alloy with an overheating temperature of 80-200 ° C . To form a conglomerate, conveyor filling machines can be used on which the troughs are arranged in at least two streams and are installed in sections one after another. The filler is fed into the molds located on the conveyors synchronously and discretely with the step of the motion of the mold sections, while all sections of the molds are filled in cross section at the same time, and the iron-carbon alloy is filled in the course of the motion of the molds with at least two streams, providing one and the same flow the same molds with a time gap of 5-12 s, while the mass flow rate of the first stream is maintained within 1.2-2.1 of the mass of the filler fed to the section, and the final filling is carried out to lnogo filling troughs second flow sections. The height of the bay with the iron-carbon alloy in the first stream is maintained within 0.8-1.5 to the depth of the filled section. The supply of alloy to the section of the molds is carried out through socks, the drain edges of which are located along and / or against or at an angle of 30-90 ° to the direction of movement, while pouring with an iron-carbon alloy is carried out in separate jets, the number of which corresponds to the number of sections to be simultaneously filled, and the ratio of the jet width to the width of the poured section is 0.7-1.0.

Слив железоуглеродистого сплава, по крайней мере, на первом потоке осуществляют через приемную камеру, выполненную углубленно по отношению к кромке сливного носка.The discharge of the iron-carbon alloy, at least in the first stream, is carried out through a receiving chamber, made in depth with respect to the edge of the drain sock.

В качестве железосодержащего твердого окислителя (оксидного материала) используют окатыши, железную руду, рудный концентрат, окалину, агломерат, частично восстановленное железо, пылевидные отходы, колошниковую пыль, шлаки сталеплавильного и аглодоменного производства и т.п. В качестве металлического сплава применяют железоуглеродистые сплавы различного типа, начиная от чугуна и полупродукта его предварительной обработки и заканчивая низкоуглеродистыми сплавами.As the iron-containing solid oxidizing agent (oxide material), pellets, iron ore, ore concentrate, scale, sinter, partially reduced iron, pulverized waste, blast furnace dust, slag from steelmaking and sintering production, etc. are used. As a metal alloy, iron-carbon alloys of various types are used, ranging from cast iron and its intermediate pre-treatment to low-carbon alloys.

Предложенный композиционный материал получают аналогично прототипу, заливая жидким железоуглеродистым сплавом в литейной форме расчетные количества флюса и/или шлака с железосодержащим твердым окислителем и углеродсодержащим материалом. После затвердевания исходной смеси из расплава и твердых добавок чушку материала извлекают из формы и загружают в сталеплавильный агрегат. Полученные чушки имеют одинаковую форму, размеры и состав. Композиционный материал может быть получен путем брикетирования смеси материалов в брикеты одинаковой формы, размеров и состава.The proposed composite material is obtained similarly to the prototype, pouring the calculated amount of flux and / or slag with an iron-containing solid oxidizing agent and carbon-containing material into a casting mold with a liquid iron-carbon alloy. After the initial mixture has solidified from the melt and solid additives, the ingot of material is removed from the mold and loaded into the steelmaking unit. The resulting ingots have the same shape, size and composition. Composite material can be obtained by briquetting a mixture of materials into briquettes of the same shape, size and composition.

Отличительной особенностью композиционного материала является использование железосодержащего окисленного материала в значительно меньшем количестве по сравнению с известным материалом, а также наличием в его составе регламентируемого содержания оксидов железа в количестве 20-100%.A distinctive feature of the composite material is the use of iron-containing oxidized material in a significantly smaller amount compared to the known material, as well as the presence in its composition of a regulated content of iron oxides in an amount of 20-100%.

Химический состав существующих оксидных материалов известен либо легко определим, что позволяет обеспечить содержание в твердом окислителе надлежащее количество оксидов железа.The chemical composition of the existing oxide materials is known or can be easily determined, which allows to provide the proper amount of iron oxides in the solid oxidizer.

Окислитель обладает развитой внешней поверхностью и отношением внешней поверхности к массе металлического сплава в пределах 5-500 м²/т. Зная гранулометрический состав твердого окислителя и его относительное количество в композиционном материале, легко получить требуемую величину указанного выше соотношения между внешней поверхностью окислителя и массой металлического сплава.The oxidizing agent has a developed external surface and the ratio of the external surface to the mass of the metal alloy in the range of 5-500 m ² / t. Knowing the particle size distribution of the solid oxidizing agent and its relative amount in the composite material, it is easy to obtain the required value of the above ratio between the outer surface of the oxidizing agent and the mass of the metal alloy.

Другой отличительной особенностью предлагаемого композиционного материала является поддержание соотношения суммарной концентрации легко окисляемых примесей - углерода, кремния, марганца, фосфора, ванадия, титана и хрома в железоуглеродистом сплаве - основе материала и концентрации кислорода в оксидах железа в пределах 0,3-3,6.Another distinctive feature of the proposed composite material is the maintenance of the ratio of the total concentration of easily oxidized impurities - carbon, silicon, manganese, phosphorus, vanadium, titanium and chromium in the iron-carbon alloy - the basis of the material and the oxygen concentration in iron oxides in the range of 0.3-3.6.

Заданное соотношение обеспечивают преимущественно за счет твердого окислителя, изменяя его состав, а именно содержание оксидов железа и относительную долю твердого окислителя и топлива, что предпочтительнее. В ряде случаев, например при предварительном рафинировании чугуна от ванадия, хрома, титана, серы и фосфора, сопровождаемом обязательным окислением кремния, марганца, ванадия, титана, хрома и части углерода, изменение предлагаемого соотношения осуществляют за счет регулирования состава сплава.The predetermined ratio is provided mainly due to the solid oxidizer, changing its composition, namely, the content of iron oxides and the relative proportion of solid oxidizer and fuel, which is preferable. In some cases, for example, during preliminary refining of cast iron from vanadium, chromium, titanium, sulfur, and phosphorus, accompanied by the obligatory oxidation of silicon, manganese, vanadium, titanium, chromium, and part of carbon, the proposed ratio is changed by adjusting the composition of the alloy.

Введение в состав композиционного материала железосодержащего твердого окислителя, имеющего в своем составе 20-100% оксидов железа, обеспечивает в процессе нагрева и плавления чушки взаимодействие между углеродом, находящимся в материале в растворенном и в свободном состоянии, и кислородом, поступающим из оксидов железа, имеющихся в твердом окислителе, а также газообразным кислородом. Реакция между углеродом и кислородом оксидов железа имеет эндотермический характер, а окисление углерода кислородом дутья и атмосферы печи носит экзотермический характер. Благодаря этому путем изменения степени окисления углерода кислородом различного происхождения можно варьировать тепловой эффект этой реакции и охлаждающий эффект предлагаемого материала. Пределы изменения уровня охлаждающего эффекта по отношению к стальному скрапу составляют 0,6-1,7. Благодаря этим свойствам новый материал может быть как охладителем, так и энергоносителем. Это делает возможным его использование в самых различных сталеплавильных агрегатах, в том числе кислородных конвертерах, работающих как на обычном передельном чугуне, так и чугуне после его предварительной обработки. В последнем случае полупродукт имеет, как правило, пониженную температуру металла и пониженное содержание углерода, кремния, марганца и других легкоокисляемых элементов. Это превращает его в физически и химически холодный расплав и требует применения вместо охладителя ввода материала с повышенным энергетическим потенциалом.The introduction into the composition of the composite material of an iron-containing solid oxidizing agent, having 20-100% iron oxides in its composition, ensures during the heating and melting of the ingot an interaction between the carbon in the material in dissolved and free state and the oxygen coming from iron oxides available in solid oxidizer, as well as gaseous oxygen. The reaction between carbon and oxygen of iron oxides is endothermic, and the oxidation of carbon by oxygen in the blast and furnace atmosphere is exothermic. Due to this, by changing the degree of oxidation of carbon by oxygen of various origins, one can vary the thermal effect of this reaction and the cooling effect of the proposed material. The limits of change in the level of the cooling effect with respect to steel scrap are 0.6-1.7. Due to these properties, the new material can be both a cooler and an energy carrier. This makes it possible to use it in a wide variety of steelmaking units, including oxygen converters, operating both on ordinary pig iron and cast iron after its preliminary processing. In the latter case, the intermediate has, as a rule, a lower metal temperature and a lower content of carbon, silicon, manganese and other easily oxidized elements. This turns it into a physically and chemically cold melt and requires the use of a material input with a higher energy potential instead of a cooler.

Помимо отмеченных выше особенностей наличие собственного кислорода в новом материале позволяет совместить нагрев и расплавление чушек материала с окислением углерода. При этом окисление протекает со скоростями, аналогичными по величине скоростям окисления углерода при продувке расплавленного чугуна газообразным кислородом. Вследствие этого окисление углерода в предлагаемом материале не влияет на длительность плавки. Кроме того, окисление углерода начинается раньше - с момента расплавления его наружных слоев (1150°С и выше) и протекает по ходу плавки более равномерно. Это обеспечивает спокойный и стабильный ход плавки.In addition to the features noted above, the presence of intrinsic oxygen in the new material allows the heating and melting of the ingots of material to combine with carbon oxidation. In this case, the oxidation proceeds at rates similar in magnitude to the rates of carbon oxidation when blowing molten iron with gaseous oxygen. As a consequence, the oxidation of carbon in the proposed material does not affect the duration of the smelting. In addition, carbon oxidation begins earlier - from the moment of melting of its outer layers (1150 ° С and higher) and proceeds more evenly along the course of melting. This ensures a calm and stable melting stroke.

Окисление углерода кислородом, поступающим из оксидов железа, сопровождается их восстановлением до металлического железа и дополнительным приходом железа из оксидов. Это обеспечивает дополнительное поступление чистого железа и снижает себестоимость нового материала по сравнению с прототипом и твердым чугуном.The oxidation of carbon by oxygen coming from iron oxides is accompanied by their reduction to metallic iron and the additional arrival of iron from oxides. This provides an additional supply of pure iron and reduces the cost of new material in comparison with the prototype and solid cast iron.

При одном и том же составе композиционного материала и постоянном соотношении основных ее компонентов - железоуглеродистого сплава и железосодержащего окисленного материала - увеличение доли оксидов железа многократно увеличивает в нем содержание кислорода. Пропорционально увеличению содержания кислорода возрастает количество окисляемого углерода, присутствующего в металлической основе и находящегося в виде отдельной самостоятельной фазы. Благодаря этому создаются необходимые условия для изменения теплового эффекта процесса обезуглероживания. Это делает возможным варьирование уровня охлаждающей способности нового материала по отношению к стальному скрапу в пределах от охладителя до энергоносителя.With the same composition of the composite material and a constant ratio of its main components — the iron-carbon alloy and the iron-containing oxidized material — an increase in the proportion of iron oxides multiplies the oxygen content in it. In proportion to the increase in oxygen content, the amount of oxidizable carbon present in the metal base and in the form of a separate independent phase increases. This creates the necessary conditions for changing the thermal effect of the decarburization process. This makes it possible to vary the level of cooling ability of the new material with respect to steel scrap in the range from the cooler to the energy carrier.

Возрастание внешней поверхности кускового твердого окислителя при прочих равных условиях приводит к увеличению удельной поверхности, приходящей на единицу массы железоуглеродистой основы материала, и пропорциональному увеличению количества кислорода, подводимого к этому сплаву. Согласно современным взглядам интенсивность подвода кислорода является фактором, регулирующим скорость окисления углерода. Поэтому развитая поверхность реагирования окислитель - сплав обеспечивает быстрый перенос кислорода к фронту реакции с углеродом и высокие скорости окисления углерода. Большая скорость подвода кислорода к разделу фаз железосодержащий окисленный материал - металлическая основа исключает этот фактор из числа стадий, лимитирующих общую результирующую скорость окисления углерода. Одновременно это ускоряет и окисление углерода, находящегося в виде отдельной фазы.The increase in the outer surface of the lumpy solid oxidizing agent, all other things being equal, leads to an increase in the specific surface area per unit mass of the iron-carbon base of the material, and a proportional increase in the amount of oxygen supplied to this alloy. According to modern views, the oxygen supply rate is a factor regulating the rate of carbon oxidation. Therefore, the developed reaction surface of the oxidizing agent - alloy provides fast oxygen transfer to the front of the reaction with carbon and high rates of carbon oxidation. The high speed of oxygen supply to the phase separation of the iron-containing oxidized material - the metal base excludes this factor from the number of stages that limit the total resulting rate of carbon oxidation. At the same time, it accelerates the oxidation of carbon, which is in the form of a separate phase.

Наличие в металлической основе растворенного углерода позволяет ей плавиться при относительно низких температурах (1150°С и выше). Это ниже температуры заливаемого в конвертер чугуна и температуры конвертерной ванны в начале плавки. Это ускоряет перенос углерода к месту реакции с кислородом, усиливает скорость окисления углерода. В том числе в начальный момент плавки, когда конвертерная ванна еще холодная. Вследствие этого массоперенос углерода исключается из числа факторов, ограничивающих окисление углерода в момент заливки в конвертер жидкого железоуглеродистого расплава.The presence of dissolved carbon in the metal base allows it to melt at relatively low temperatures (1150 ° C and above). It is lower than the temperature of cast iron poured into the converter and the temperature of the converter bath at the beginning of smelting. This accelerates the transfer of carbon to the site of reaction with oxygen, enhances the rate of carbon oxidation. Including at the initial moment of melting, when the converter bath is still cold. As a result, mass transfer of carbon is excluded from the list of factors limiting the oxidation of carbon at the time of pouring liquid iron-carbon melt into the converter.

Описанные выше свойства предлагаемого материала позволяют обеспечить раннее начало окисления углерода при пониженных температурах металлической ванны еще до момента, когда источник поступления кислорода - оксиды железа еще не расплавились и находятся в твердом состоянии, то есть при температуре ниже температуры плавления железосодержащего окисленного материала. Этому отвечает момент начала заливки жидкого чугуна или полупродукта в конвертер.The properties of the proposed material described above make it possible to provide an early start of carbon oxidation at low temperatures of the metal bath even before the source of oxygen supply - iron oxides have not yet melted and are in the solid state, i.e., at a temperature below the melting temperature of the iron-containing oxidized material. This corresponds to the moment of the beginning of pouring liquid iron or intermediate into the converter.

Окисление углерода при этом, несмотря на понижение температуры, протекает с повышенными скоростями, характерными для случая продувки жидкого чугуна газообразным кислородом. Физически это означает, что скорости поступления кислорода из оксидов железа твердого окислителя вследствие малой скорости диффузии кислорода в твердом теле компенсируются весьма развитой поверхностью контакта оксидов железа с металлическим сплавом и сокращением пути диффузии кислорода к месту реакции с углеродом.In this case, carbon oxidation, despite a decrease in temperature, proceeds at elevated rates, characteristic of the case of blowing molten iron with gaseous oxygen. Physically, this means that the rates of oxygen supply from the iron oxides of the solid oxidizer due to the low diffusion rate of oxygen in the solid are compensated by the very developed contact surface of the iron oxides with the metal alloy and the reduction of the diffusion path of oxygen to the reaction site with carbon.

Стадией, лимитирующей окисление углерода в новом композиционном материале, является не скорость подвода кислорода, а интенсивность подвода тепла к кускам композиционного материала и скорость их расплавления. Высокоразвитая поверхность раздела фаз оксиды железа окислителя - железоуглеродистый сплав в условиях, когда металлическая основа имеет пониженную температуру плавления по сравнению со скрапом соответственно (1150-1170 и 1200-1530°С), исключает стадию доставки кислорода из числа лимитирующих звеньев и передает ее другому фактору - тепловому, а именно темпу подвода тепла к кускам материала и скорости расплавления чушек или брикетов. Это означает, что диффузионная кинетика, определяющая скорость транспорта кислорода к месту реакции с углеродом, уступает место лимитирующему звену - скорости теплообмена кусков материала с окружающей средой.The stage limiting the oxidation of carbon in a new composite material is not the oxygen supply rate, but the intensity of heat supply to the pieces of the composite material and the rate of their melting. The highly developed phase interface of oxidizing iron oxides is an iron-carbon alloy under conditions when the metal base has a lower melting temperature compared to scrap, respectively (1150-1170 and 1200-1530 ° C), excludes the stage of oxygen delivery from the number of limiting units and transfers it to another factor - thermal, namely, the rate of heat supply to the pieces of material and the melting rate of ingots or briquettes. This means that diffusion kinetics, which determines the rate of oxygen transport to the site of reaction with carbon, gives way to a limiting link - the rate of heat transfer of pieces of material with the environment.

Предлагаемый материал содержит 20-100% оксидов железа в железосодержащем окисленном материале при относительной доле его в составе материала 5-35%.The proposed material contains 20-100% of iron oxides in iron-containing oxidized material with a relative proportion of 5–35% in the composition of the material.

Известно, что химическое сродство железа к кислороду в оксидах железа в условиях сталеплавильной ванны меньше, чем у углерода. Это обеспечивает в процессе плавки их восстановление до металлического состояния углеродом, имеющимся в металлической составляющей материала, и углеродом, находящимся в свободном состоянии. Реакция окисления углерода - восстановления железа из его оксидов носит эндотермический характер. Это позволяет регулировать охлаждающий эффект предлагаемого материала, изменяя содержание оксидов железа, являющихся источником поступления кислорода на окисление углерода, и общее количество твердого окислителя в материале.It is known that the chemical affinity of iron for oxygen in iron oxides in a steel bath is less than that of carbon. This ensures during the smelting process that they are reduced to the metallic state by carbon present in the metal component of the material and carbon in a free state. The reaction of carbon oxidation - reduction of iron from its oxides is endothermic. This allows you to adjust the cooling effect of the proposed material by changing the content of iron oxides, which are the source of oxygen for the oxidation of carbon, and the total amount of solid oxidizer in the material.

Содержание оксидов железа менее нижнего предела - 20% приводит к неполному окислению углерода из-за недостатка в металле кислорода. Вследствие этого эндотермический эффект реакции получается относительно небольшим и не достигается требуемый уровень охлаждающей способности материала. Кроме того, из-за недостатка кислорода содержание углерода по расплавлению материала получается завышенным. Это требует дополнительного ввода кислорода для более полного окисления углерода, удлиняет длительность периода обезуглероживания и цикл плавки в целом, снижая тем самым эффективность применения материала.The content of iron oxides less than the lower limit of 20% leads to incomplete oxidation of carbon due to a lack of oxygen in the metal. As a result, the endothermic effect of the reaction is relatively small and the required level of cooling ability of the material is not achieved. In addition, due to a lack of oxygen, the carbon content of the molten material is overestimated. This requires additional oxygen input for more complete oxidation of carbon, lengthens the length of the decarburization period and the melting cycle as a whole, thereby reducing the efficiency of the material.

При содержании оксидов железа выше 20% и может приближаться к предельному значению - 100%, отвечающему случаю использования чистых оксидов железа, обеспечивается любая требуемую степень окисления углерода за счет собственного кислорода, содержащегося в материале, вплоть до его полного удаления. При этом достигается максимальный охлаждающий эффект материала по отношению к скрапу, равный 1,7, и пониженное содержание углерода в расплавленном материале на уровне 0,03-0,05%. Последнее исключает влияние реакции окисления углерода на длительность плавки в целом.When the content of iron oxides is higher than 20% and can approach the limit value of 100%, corresponding to the case of using pure iron oxides, any desired degree of carbon oxidation is ensured due to the intrinsic oxygen contained in the material, up to its complete removal. This achieves the maximum cooling effect of the material with respect to scrap, equal to 1.7, and a low carbon content in the molten material at the level of 0.03-0.05%. The latter excludes the effect of the carbon oxidation reaction on the duration of the smelting as a whole.

Содержания оксидов железа в композиционном материале в пределах 20-100% отвечают условиям достижения максимальной эффективности применения этого материала, обеспечивая получение любой заданной охлаждающей способности. Это дает возможность обеспечить тепловой баланс конвертерной плавки без изменения конструкции конвертеров и подвода дополнительного количества тепла при работе конвертера на любом чугуне - от физически и химически горячего чугуна с повышенной температурой и высоким содержанием углерода, кремния, марганца и других легко окисляемых элементов до полупродукта, содержащего пониженное содержание углерода и близкое к нулевому уровню концентрацию других элементов, имеющему пониженную температуру порядка 1220-1300°С.The content of iron oxides in the composite material in the range of 20-100% meets the conditions for achieving maximum efficiency of the use of this material, providing any desired cooling ability. This makes it possible to ensure the thermal balance of converter smelting without changing the design of the converters and supplying additional heat when the converter is operated on any cast iron - from physically and chemically hot cast iron with elevated temperature and high content of carbon, silicon, manganese and other easily oxidizable elements to intermediate products containing low carbon content and close to zero level concentration of other elements having a low temperature of about 1220-1300 ° C.

Содержание железосодержащего окисленного материала в комплексном материале изменяется в пределах 5-35% и выбрано с учетом состава железоуглеродистого сплава, углеродсодержащего материала и их относительной доли в композиционной шихте.The content of iron-containing oxidized material in the complex material varies between 5-35% and is selected taking into account the composition of the iron-carbon alloy, carbon-containing material and their relative share in the composite charge.

При минимальной концентрации углерода и других примесей в железоуглеродистом сплаве (0,2% и менее) и минимальной доле сплава в шихте для полного окисления углерода и примесей кремния, марганца и других достаточно содержание твердого окислителя на уровне 5% и выше. Меньшее содержание окислителя неприемлемо из-за недостатка кислорода для окисления примесей сплава, а большее содержание окислителя нецелесообразно из-за увеличения расхода тепла на их нагрев и плавление и образования большого количества шлака.With a minimum concentration of carbon and other impurities in the iron-carbon alloy (0.2% or less) and a minimum fraction of the alloy in the charge for the complete oxidation of carbon and impurities of silicon, manganese, and others, a solid oxidizer content of 5% or more is sufficient. A lower oxidizer content is unacceptable due to a lack of oxygen for the oxidation of alloy impurities, and a higher oxidizer content is impractical due to an increase in heat consumption for their heating and melting and the formation of a large amount of slag.

Максимально возможное содержание твердого окислителя, равное 35%, отвечает случаю максимального содержания углерода, кремния, марганца, фосфора, хрома, ванадия и титана в железоуглеродистом сплаве (чугун) и максимальной доле его в предлагаемой композиционной шихте. При этих условиях обеспечивается обезуглероживание шихты и полное удаление кремния и других элементов, ускоренное растворение оксидов кальция, раннее образование активного жидкоподвижного шлака, обладающего высоким окислительным потенциалом и повышенной рафинирующей способностью в отношении серы и фосфора. В результате этого достигается одновременное и параллельное протекание и совмещение процессов расплавления, шлакообразования, рафинирования, в том числе окисление углерода. Плавка при этом имеет минимальную продолжительность и высокое качество металла.The maximum possible content of solid oxidizing agent, equal to 35%, corresponds to the case of the maximum content of carbon, silicon, manganese, phosphorus, chromium, vanadium and titanium in the iron-carbon alloy (cast iron) and its maximum share in the proposed composite charge. Under these conditions, decarburization of the charge and complete removal of silicon and other elements, accelerated dissolution of calcium oxides, early formation of active liquid slag with high oxidizing potential and high refining ability with respect to sulfur and phosphorus are ensured. As a result of this, simultaneous and parallel occurrence and combination of processes of melting, slag formation, refining, including carbon oxidation are achieved. Melting at the same time has a minimum duration and high quality metal.

Наличие в материале развитой удельной поверхности (отношение внешней поверхности железосодержащего окисленного материала к массе железоуглеродистого сплава) в пределах 5-500 м²/т позволяет начать окисление углерода с высокими скоростями уже на ранних стадиях плавки, когда ванна еще относительно холодная, причем это окисление происходит при наличии кремния в металлической основе. Этот случай соответствует моменту заливки жидкого расплава на твердую шихту в кислородно-конвертерном процессе и первой половине периода плавления в электропечах.The presence of a developed specific surface in the material (the ratio of the outer surface of the iron-containing oxidized material to the mass of the iron-carbon alloy) in the range of 5-500 m ² / t allows carbon oxidation to begin at high rates even in the early stages of melting, when the bath is still relatively cold, and this oxidation occurs in the presence of silicon in a metal base. This case corresponds to the moment of pouring the liquid melt onto the solid charge in the oxygen-converter process and the first half of the melting period in electric furnaces.

Если удельная поверхность контакта окислитель - металлическая основа менее 5 м²/т металла, то скорость доставки кислорода оказывается относительно небольшой и возникает нехватка кислорода. Преимущественное развитие при этом получает окисление кремния и других элементов, имеющих в данных условиях большее химическое сродство к кислороду, чем углерод. Вследствие этого углерод окисляется незначительно, а эндотермическая реакция, определяющая преимущественно охлаждающий эффект шихты, не получает развития. Это существенно снижает эффективность материала.If the specific contact surface of the oxidizing agent - metal base is less than 5 m ² / t of metal, then the oxygen delivery rate is relatively small and there is a lack of oxygen. In this case, the oxidation of silicon and other elements that under these conditions have a greater chemical affinity for oxygen than carbon undergoes predominant development. As a result, carbon is slightly oxidized, and the endothermic reaction, which determines mainly the cooling effect of the charge, does not develop. This significantly reduces the effectiveness of the material.

Если удельная поверхность оказывается более 500 м²/т металла, то скорость доставки кислорода к месту его реакции углерода получается весьма значительной. Благодаря этому окисление углерода протекает весьма интенсивно. Так как окисление углерода твердыми оксидами железа сопровождается затратами тепла вследствие эндотермичности этой реакции, то темп нагрева металла отстает от скорости обезуглероживания. В результате этого происходит охлаждение металла и шлака и затухание, остановка, прекращение реакции между углеродом и оксидами железа. В дальнейшем по мере разогрева шихты и повышения температуры окисление углерода возобновляет вновь и протекает с высокими скоростями порядка 0,4°С/мин и выше, что отвечает продувке чугуна в кислородных конвертерах. Циклический характер окисления углерода в предлагаемой шихте, возникающий при большой удельной поверхности (выше 500 м²/т металла), является нежелательным. Он приводит к выносам частиц металла во время бурного выделения продуктов реакции окисления углерода (СО и СО₂), выбросам металла и шлака, нестабильному течению плавки. По этим причинам диапазон значений 5-500 м²/т металла является оптимальным.If the specific surface is more than 500 m ² / t of metal, then the rate of oxygen delivery to the site of its carbon reaction is very significant. Due to this, the oxidation of carbon proceeds very intensively. Since the oxidation of carbon by solid iron oxides is accompanied by heat consumption due to the endothermic nature of this reaction, the rate of metal heating lags behind the decarburization rate. As a result of this, metal and slag are cooled and damped, stopped, and the reaction between carbon and iron oxides ceases. Subsequently, as the charge is heated and the temperature rises, the oxidation of carbon resumes again and proceeds at high rates of about 0.4 ° C / min and higher, which corresponds to the purge of cast iron in oxygen converters. The cyclic nature of the oxidation of carbon in the proposed mixture that occurs when a large specific surface area (above 500 m ² / t of metal) is undesirable. It leads to the removal of metal particles during the rapid separation of the products of the oxidation of carbon (CO and CO ₂ ), emissions of metal and slag, and an unstable melting flow. For these reasons, the range of 5-500 m ² / t of metal is optimal.

Соотношение углерода и других легко окисляемых элементов в шихте к содержанию кислорода в оксидах железа в пределах 0,3-3,6 выбрано из следующих соображений. В данном диапазоне обеспечивается получение материала с различной охлаждающей способностью в пределах от 0,6 до 1,7. Это делает возможным использование этого материала в различных сталеплавильных агрегатах в самых различных условиях как в качестве энергоносителя, так и охладителя плавки. Кроме того, в этом случае достигается одновременное окисление углерода и других элементов, обладающих большим сродством к кислороду в условиях сталеплавильной ванны по сравнению с углеродом, а именно кремния, марганца, ванадия, фосфора и др.The ratio of carbon and other easily oxidized elements in the charge to the oxygen content in iron oxides in the range of 0.3-3.6 is selected from the following considerations. In this range, it is possible to obtain a material with different cooling capacity ranging from 0.6 to 1.7. This makes it possible to use this material in various steelmaking units in a wide variety of conditions, both as an energy carrier and as a melting cooler. In addition, in this case, the simultaneous oxidation of carbon and other elements having a high affinity for oxygen in a steel bath compared to carbon, namely silicon, manganese, vanadium, phosphorus, etc., is achieved.

В условиях, когда соотношение в предлагаемом материале менее 0,3, имеет место избыток кислорода и происходит одновременное и параллельное окисление всех примесей включая углерод. Реакция окисления углерода оксидами железа сопровождается значительными затратами тепла вследствие ее эндотермичности. Это придает материалу чрезмерно большую охлаждающую способность, что снижает его эффективность. При этом сфера его использования сужается и сводится к кислородно-конвертерному процессу, работающему на физически и химически горячих чугунах.In conditions where the ratio in the proposed material is less than 0.3, there is an excess of oxygen and there is a simultaneous and parallel oxidation of all impurities, including carbon. The oxidation of carbon by iron oxides is accompanied by significant heat consumption due to its endothermicity. This gives the material an excessively large cooling capacity, which reduces its effectiveness. Moreover, the scope of its use is narrowed and reduced to an oxygen-converter process operating on physically and chemically hot cast irons.

При соотношении более 3,6 в материале преимущественно окисляется кремний и другие элементы, имеющие большее сродство к кислороду по сравнению с углеродом. Вследствие этого образуется недостаток кислорода для окисления углерода. Это задерживает окисление углерода, сдвигая этот процесс к концу плавки. Вследствие недостаточного развития эндотермической реакции между углеродом и оксидами железа снижается степень охлаждения ванны и происходит сильный перегрев металла к концу плавки. Охлаждающий эффект материала в этом случае достигает максимума лишь в конце плавки, когда металлическая ванна уже сильно перегрета. Это снижает эффективность материала, нарушает стабильность плавки, приводит к выбросам металла и шлака, снижает стойкость футеровки, ухудшает качество металла.At a ratio of more than 3.6, silicon and other elements having a greater affinity for oxygen in comparison with carbon are predominantly oxidized in the material. As a result, a lack of oxygen is formed for the oxidation of carbon. This delays the oxidation of carbon, shifting this process towards the end of the heat. Due to the insufficient development of the endothermic reaction between carbon and iron oxides, the degree of cooling of the bath decreases and a strong overheating of the metal occurs at the end of the smelting. In this case, the cooling effect of the material reaches its maximum only at the end of melting, when the metal bath is already very overheated. This reduces the efficiency of the material, violates the stability of the melting, leads to emissions of metal and slag, reduces the lining resistance, degrades the quality of the metal.

В качестве шлакообразующего материала предложенный композиционный материал содержит флюс и/или шлак.As a slag-forming material, the proposed composite material contains flux and / or slag.

Выбор в качестве шлакообразующего материала флюса и шлака при соотношении этих компонентов в пределах (0,1-15) и (0,1-15) соответственно основан на возможности раннего и быстрого формирования высокоосновного активного шлака. Образование такого шлака ускоряет дефосфорацию и десульфурацию металла и увеличивает стойкость футеровки. Особенное значение эта проблема приобретает при работе кислородных конвертеров с маломарганцовистым чугуном либо полупродуктом, получающимся после внедоменной дефосфорации, десульфурации и десилипонизации исходного передельного чугуна. Удаление марганца и кремния, а также части углерода из чугуна, сопровождающееся понижением температуры расплава, резко ухудшает условия шлакообразования. Это негативно сказывается на удалении серы и фосфора и условиях службы футеровки.The choice of flux and slag as the slag-forming material with a ratio of these components in the range of (0.1-15) and (0.1-15), respectively, is based on the possibility of early and rapid formation of highly basic active slag. The formation of such a slag accelerates the dephosphorization and desulfurization of the metal and increases the durability of the lining. This problem is of particular importance when operating oxygen converters with low-manganese cast iron or an intermediate product obtained after implanted dephosphorization, desulfurization and desiliponization of the initial pig iron. The removal of manganese and silicon, as well as part of the carbon from cast iron, accompanied by a decrease in the temperature of the melt, sharply worsens the conditions of slag formation. This negatively affects the removal of sulfur and phosphorus and the conditions of service of the lining.

В изобретении эта цель достигается за счет одновременного использования флюса и шлака либо же за счет использования одного только шлака. Основными компонентами флюса являются СаО и MgO. Эти компоненты придают шлаку необходимые рафинирующие свойства в отношении удаления серы и фосфора, а также повышают стойкость футеровки. Однако эти оксиды обладают повышенной температурой плавления и поэтому относительно медленно растворяются в шлаке. Присутствие в шлаке оксидов железа, калия, натрия, алюминия, кремния и магния обеспечивает быстрое растворение компонентов флюса и раннее шлакообразование. Поэтому в качестве шлакообразующего материала по изобретению целесообразно использовать флюс одновременно со шлаком. В то же время, если шлак является высокоосновным и содержит необходимое количество СаО и MgO, то необходимость в использовании флюса - источника дополнительного поступления в шлак этих оксидов отпадает и можно использовать один только шлак без ввода флюсов.In the invention, this goal is achieved through the simultaneous use of flux and slag, or through the use of slag alone. The main components of the flux are CaO and MgO. These components give the slag the necessary refining properties with respect to the removal of sulfur and phosphorus, as well as increase the lining resistance. However, these oxides have an increased melting point and therefore relatively slowly dissolve in the slag. The presence of iron, potassium, sodium, aluminum, silicon, and magnesium oxides in the slag ensures rapid dissolution of the flux components and early slag formation. Therefore, as a slag-forming material according to the invention, it is advisable to use flux simultaneously with slag. At the same time, if the slag is highly basic and contains the necessary amount of CaO and MgO, then there is no need to use flux, a source of additional input of these oxides to the slag, and you can use only slag without fluxes.

При содержании в шлакообразующем материале флюса менее 0,1, а шлака более 15 мас.% эффект ввода дополнительного количества флюса, а вместе с ним СаО и MgO становится незначительным и не оказывает заметного влияния на состав и свойства шлака.When the flux content in the slag-forming material is less than 0.1, and the slag is more than 15 wt.%, The effect of introducing an additional amount of flux, and with it CaO and MgO, becomes insignificant and does not significantly affect the composition and properties of the slag.

Если же доля флюса превышает 15 мас.%, а доля шлака снижается до уровня менее 0,2 мас.%, то позитивное влияние последнего на формирование шлака исчезает. Это связано с тем, что количество вводимых шлаком компонентов, способствующих растворению СаО и MgO в шлаке, а именно оксидов железа, калия, натрия, становится небольшим и не в состоянии оказывать ускоряющее влияние на растворение СаО и MgO. Вследствие этого использование в качестве шлакообразующего материала флюсов и/или шлака в количестве (0,1-15) и (0,1-15) мас.% соответственно является предпочтительным.If the proportion of flux exceeds 15 wt.%, And the proportion of slag decreases to less than 0.2 wt.%, Then the positive effect of the latter on the formation of slag disappears. This is due to the fact that the amount of components introduced by the slag that contribute to the dissolution of CaO and MgO in the slag, namely, iron, potassium, sodium oxides, becomes small and is not able to exert an accelerating effect on the dissolution of CaO and MgO. As a result, the use of fluxes and / or slag as slag-forming material in the amounts of (0.1-15) and (0.1-15) wt.%, Respectively, is preferred.

Композиционный материал может содержать газифицирующее вещество в количестве, обеспечивающем в материале в процессе изготовления и/или использования пористость равную 0,1-50%. К таким материалам относятся жидкие или твердые материалы, температура сублимации, испарения или воспламенения которых ниже, чем у железоуглеродистого сплава, в частности, деревянные шарики или стружку, рисовую соломку, отходы кофейного производства, перлит или вермикулит, соли или растворы щелочных или щелочноземельных металлов и легкоплавкие металлы и т.п.The composite material may contain a gasifying agent in an amount that provides a porosity of 0.1-50% in the material during manufacture and / or use. Such materials include liquid or solid materials, the sublimation, vaporization or ignition temperatures of which are lower than that of the iron-carbon alloy, in particular, wooden balls or shavings, rice straws, coffee wastes, perlite or vermiculite, salts or solutions of alkali or alkaline earth metals and fusible metals, etc.

Эффективность композиционного материала с общей пористостью, равной 0,1-50%, основана на экспериментальных данных. Наличие в материале такой пористости обеспечивает быструю эвакуацию из зоны реакции продукта реакции углерода с оксидами железа - монооксида углерода СО. Это создает условия для ускоренного протекания реакции окисления углерода и восстановления оксида железа и более полного взаимодействия между углеродом и оксидами железа. Кроме того, при такой пористости исключается вторичное окисление восстановленного железа кислородом, поступающим из окружающей газовой среды. Вместе взятые, эти факторы обеспечивают эффективность использования композиционного материала. Если пористость оказывается меньше нижнего предела - 0,1%, то продукты реакции в виде монооксида углерода не успевают покинуть зону реакции между углеродом и оксидами железа, ограничивая тем самым скорость этого процесса. В случае, если пористость превышает верхний предел - 50%, то наблюдается интенсивное поступление кислорода через поры внутрь куска композиционного материала и вторичное окисление железа. Эти факторы снижают эффективность применения композиционного материала. Поэтому пределы 0,1-50% являются оптимальными.The effectiveness of a composite material with a total porosity of 0.1-50% is based on experimental data. The presence of such porosity in the material ensures rapid evacuation from the reaction zone of the reaction product of carbon with iron oxides - carbon monoxide CO. This creates the conditions for an accelerated reaction of carbon oxidation and reduction of iron oxide and a more complete interaction between carbon and iron oxides. In addition, with such porosity, secondary oxidation of the reduced iron with oxygen coming from the surrounding gas environment is eliminated. Taken together, these factors ensure the efficient use of composite material. If the porosity is less than the lower limit of 0.1%, then the reaction products in the form of carbon monoxide do not have time to leave the reaction zone between carbon and iron oxides, thereby limiting the speed of this process. If the porosity exceeds the upper limit of 50%, then there is an intense flow of oxygen through the pores into the piece of composite material and secondary oxidation of iron. These factors reduce the effectiveness of the use of composite material. Therefore, the limits of 0.1-50% are optimal.

Однако полное соблюдение предложенного состава и технологических его параметров не позволяет получить качественный материал для металлургической плавки без учета особенностей способа получения композиционного материала. К таким особенностям относятся: плотность использованных материалов, их влажность и гранулометрический состав, условия формирования конгломерата в брикет или заливка и кристаллизация сплава в чушке.However, full compliance with the proposed composition and its technological parameters does not allow to obtain high-quality material for metallurgical smelting without taking into account the features of the method of producing composite material. Such features include: the density of the materials used, their moisture content and particle size distribution, the conditions for the formation of conglomerate in the briquette or pouring and crystallization of the alloy in the pig.

При формировании материала в брикет следует учитывать относительное соотношение размеров брикета (10-30):(5-15):(5-10). Указанное соотношение позволяет изготавливать брикеты в форме различных призм, приближаться к форме куба и шара. При сложной конфигурации конгломерата общая поверхность конгломерата должна подчиняться выражению S=4πd $\binom{2}{э}$ , где d_э - эффективный (условный) диаметр куска конгломерата определенный через его поверхность, равный 17,8-47,8 мм.When forming the material into the briquette, the relative aspect ratio of the briquette (10-30) :( 5-15) :( 5-10) should be taken into account. The specified ratio allows you to produce briquettes in the form of various prisms, to approach the shape of a cube and a ball. With a complex conglomerate configuration, the total conglomerate surface must obey the expression S = 4πd $\binom{2}{uh}$ where d _e is the effective (conditional) diameter of the conglomerate piece determined through its surface, equal to 17.8-47.8 mm.

При формировании материала в брикет в шихту сверх 100% добавляют любое неорганическое или органическое связующее в количестве до 10%. Брикет изготавливают, например, по технологии, включающей подготовку соответствующей шихты, предусматривающей ее дробление, формирование по фракциям, увлажнение до 3-5% влажности, загрузку в форму, брикетирование, сушку в течение 8-10 часов при температуре 120-130°С и выдержку при температуре 800-900°С в течение 2-4 часов с последующим охлаждением на воздухе.When forming a material in a briquette, any inorganic or organic binder in an amount of up to 10% is added to the mixture in excess of 100%. The briquette is made, for example, by technology, including the preparation of the appropriate mixture, providing for its crushing, formation by fractions, moistening up to 3-5% moisture, loading into the mold, briquetting, drying for 8-10 hours at a temperature of 120-130 ° C and exposure at a temperature of 800-900 ° C for 2-4 hours, followed by cooling in air.

Если в качестве формирующей емкости с характерными размерами используют отдельно стоящие мульды или мульды, расположенные на конвейере разливочной машины, то формирование конгломерата осуществляют путем заливки наполнителя, загруженного в мульду железоуглеродистым сплавом.If freestanding molds or molds located on the conveyor of a filling machine are used as forming containers with characteristic dimensions, then conglomerate formation is carried out by filling the filler loaded into the mold with an iron-carbon alloy.

Количество загружаемого наполнителя в мульду составляет 0,95-1,05 от массовой доли конгломерата. При загрузке в мульду наполнителя менее 0,95 и более 1,05 от массовой доли конгломерата заявляемые соотношения материалов в конгломерате не достигаются, нарушается требуемый баланс протекающих в нем эндоэкзотермических реакций.The amount of filler loaded into the mold is 0.95-1.05 of the mass fraction of conglomerate. When the filler is loaded into the mold trough less than 0.95 and more than 1.05 from the mass fraction of the conglomerate, the claimed ratios of materials in the conglomerate are not achieved, the required balance of the endoexothermic reactions occurring in it is violated.

Наполнитель должен содержать не более 5% фракции с размером куска менее 5 мм и заливаться расплавом с температурой перегрева 80-200°С.The filler should contain no more than 5% of the fraction with a piece size of less than 5 mm and be filled with melt with an overheating temperature of 80-200 ° С.

При заливке наполнителя расплавом с температурой перегрева 80-200°С происходит заполнение свободных объемов пространства между кусками наполнителя и образование на дне мульды ванны расплава, стремящегося вытолкнуть наполнитель на поверхность расплава. Одновременно происходит снятие температуры перегрева расплава, что способствует замораживанию наполнителя в расплаве при заливке и охлаждении. Путем изменения соотношения массы расплава к массе наполнителя достигается ускоренное снятие перегрева, происходящего уже в процессе заливки.When filling the filler with a melt with an overheating temperature of 80-200 ° C, the free space between the pieces of filler is filled and a melt bath is formed at the bottom of the trough, tending to push the filler onto the melt surface. At the same time, the temperature of the overheating of the melt is removed, which contributes to the freezing of the filler in the melt during pouring and cooling. By changing the ratio of the mass of the melt to the mass of the filler, an accelerated removal of the overheating that occurs already in the pouring process is achieved.

При фракционном составе менее 5мм наполнитель имеет малые размеры пустот между фракциями и располагается плотным слоем в мульдах. При подаче расплава с температурой перегрева менее 80°С на холодный слой такого наполнителя происходит быстрое снижение температуры перегрева, расплав теряет жидкотекучесть и не заполняет пространство между кусками наполнителя, а при высокой температуре более 200°С полное снятие перегрева не происходит, часть наполнителя всплывает на поверхность расплава в мульде. Такое всплывание наполнителя может наблюдаться и в случае, когда фракционный состав соответствует требованиям, но температура расплава превышает 200°С.With a fractional composition of less than 5 mm, the filler has small void sizes between the fractions and is located in a dense layer in molds. When a melt with a superheat temperature of less than 80 ° C is supplied to the cold layer of such a filler, the superheat temperature decreases rapidly, the melt loses fluidity and does not fill the space between the pieces of filler, and at a high temperature of more than 200 ° C, complete overheating does not occur, some of the filler floats to the surface of the melt in the mold. Such a surfacing of the filler can be observed in the case when the fractional composition meets the requirements, but the melt temperature exceeds 200 ° C.

Экспериментально установлено, что содержание мелочи фракцией 5 мм не должно превышать 5% от массы при температуре перегрева 80-200°С.It was experimentally established that the fines content of a fraction of 5 mm should not exceed 5% by weight at a superheat temperature of 80-200 ° C.

При формировании конгломерата в мульде путем заливки наполнителя железоуглеродистым расплавом определяющим фактором является влажность наполнителя, которая не должна превышать 3%.When forming a conglomerate in a mold by filling the filler with an iron-carbon melt, the determining factor is the filler moisture, which should not exceed 3%.

Основная влага 70-75% содержится в мелких фракциях наполнителя, то есть в кусках размером менее 5 мм. Влажная мелочь плохо отделяется на грохотах и накапливается на лотках и дозирующих устройствах, что приводит к нарушению режима дозирования. К тому же подача на влажный материал приводит к хлопкам и выбросам из мульд расплава.The main moisture content of 70-75% is contained in small fractions of the filler, that is, in pieces less than 5 mm in size. Wet trifle is poorly separated at screens and accumulates on trays and dosing devices, which leads to a breach of the dosing regimen. In addition, the supply of wet material leads to popping and emissions from the molten melt.

При использовании непрерывных конвейерных машин для производства конгломерата в виде чушки добиваются синхронности подачи наполнителя в формы, который загружают синхронно и дискретно шагу движения мульд.When using continuous conveyor machines for the production of conglomerate in the form of ingots, they achieve synchronization of filler filing in molds, which are loaded synchronously and discretely to the step of the motion of the molds.

Кроме указанных факторов при организации работы конвейерных машин учитывают состав наполнителя, температуру перегрева расплава, конструктивные особенности мульды, массы подаваемого наполнителя и заливаемого расплава, при этом учитывается доля наполнителя в готовом конгломерате. Подачу расплава осуществляют двумя порциями или потоками с разрывом во времени, при этом массовый расход подаваемого в мульду наполнителя в первом потоке равен 1,2-2,1 от массы расплава и с увеличением доли наполнителя в готовом конгломерате от 15 до 30% соотношение расплава и наполнителя в первой порции уменьшают.In addition to these factors, when organizing the operation of conveyor machines, the composition of the filler, the temperature of the melt overheating, the design features of the mold, the mass of the supplied filler and the molten melt are taken into account, while the share of filler in the finished conglomerate is taken into account. The melt is supplied in two portions or streams with a time gap, while the mass flow rate of the filler fed into the mold in the first stream is 1.2-2.1 of the mass of the melt and, with an increase in the proportion of filler in the finished conglomerate from 15 to 30%, the ratio of melt and filler in the first portion is reduced.

Указанные параметры процесса выбираются таким образом, чтобы обеспечить проливаемость порозности всего объема наполнителя, занимающего 30-70% объема мульд, и создание в нижней части слоя расплава, определяющего в дальнейшем конструкционную прочность чушки и предохраняющего наполнитель от выкрашивания.The indicated process parameters are selected in such a way as to ensure the porosity of the entire filler volume, occupying 30-70% of the volume of the molds, and the creation of a melt layer in the lower part, which determines the structural strength of the ingot in the future and protects the filler from spalling.

Прерывание процесса заливки и выдержка до последующей заливки снижает температуру расплава до температуры ликвидуса и ниже, образуя при этом композит, состоящий из расплава и наполнителя.Interrupting the pouring process and holding to the next pouring reduces the melt temperature to liquidus temperature and lower, forming a composite consisting of a melt and a filler.

Время промежуточного охлаждения между первой и второй заливкой, необходимое для переохлаждения не менее 60% первоначально поданного до температуры ниже температуры ликвидус, исключающей при последующей заливке перегрев всего и всплытие наполнителя, находится в интервале 5-12 сек.The time of intermediate cooling between the first and second fillings, necessary for supercooling of at least 60% of the liquidus initially supplied to a temperature below the liquidus temperature, which excludes the overheating of the whole and subsequent ascent of the filler, is in the range of 5-12 sec.

Экспериментально установлено, что минимальное время промежуточного охлаждения при температуре перегрева 200°С должно быть не менее 5 сек, а максимальное время - определяется массовой скоростью заливки, конструктивными параметрами машины и не должно превышать 12 сек.It was experimentally established that the minimum time for intermediate cooling at an overheating temperature of 200 ° C should be at least 5 seconds, and the maximum time should be determined by the mass pouring speed, the design parameters of the machine and should not exceed 12 seconds.

Это время зависит от возможности оборудования по расположению сливных носков по длине желоба и скорости движения конвейерной ленты разливочной машины. Расстояние между носками лимитируется углом подъема конвейера, а скорость ленты - массовой скоростью разливки. Практически расстояние между носками находится в пределах 1,5-2,0 м. Значительное снижение скорости заливки или скорости движения конвейера приводит к потере производительности и переохлаждению расплава особенно на второй заливке и образованию настыля на кромках сливных носков.This time depends on the ability of the equipment to arrange the drain socks along the length of the gutter and the speed of the conveyor belt of the filling machine. The distance between the socks is limited by the elevation angle of the conveyor, and the speed of the belt is limited by the mass casting speed. In practice, the distance between the socks is in the range of 1.5-2.0 m. A significant decrease in pouring speed or conveyor speed leads to loss of productivity and melt supercooling, especially in the second casting, and the formation of an overlay on the edges of the drain socks.

Минимальное соотношение расплава и наполнителя в пределах 1,2:1 выбирают исходя из заполнения порозности наполнителя, составляющей 40% насыпного объема наполнителя, и создания корки расплава в нижней части чушки. Максимальное соотношение 2,1:1 определяют из условий подвода и распределения расплава по сливным носкам. При большем соотношении возрастает время снятия перегрева при первой заливке, наблюдается массовое всплытие наполнителя, и будет иметь место перераспределение массового расхода расплава на 1 м и 2 м потоках.The minimum ratio of melt and filler within 1.2: 1 is selected based on filling the porosity of the filler, which is 40% of the bulk volume of the filler, and creating a melt crust in the lower part of the ingot. The maximum ratio of 2.1: 1 is determined from the conditions of supply and distribution of the melt over the drain socks. With a larger ratio, the time for removing the overheating during the first filling increases, mass flooding is observed, and there will be a redistribution of the mass flow rate of the melt in 1 m and 2 m flows.

Основным фактором, обеспечивающим получение полуфабриката заданного состава, является равномерность подачи расплава по ширине заливаемой мульды.The main factor ensuring the preparation of a semi-finished product of a given composition is the uniformity of the melt supply over the width of the filled mold.

В производстве при разливке чугуна принято, что расплав подводят сосредоточенной струей вдоль или под углом к направлению движения форм. Такой подвод расплава неприемлем, поскольку расплав подается преимущественно в центральную часть мульды, где сосредоточено до 70% объема наполнителя, что приводит к неравномерности заполнения. Сосредоточенная струя расплава, обладая повышенной кинетической энергией, выносит часть наполнителя за пределы секции восходящими потоками, причем чем больше энергия струи, тем глубже проникает она в объем наполнителя и тем интенсивнее происходит вынос. Центральные секции переполняются расплавом при первой заливке, а избыток расплава вымывает часть наполнителя, при этом соседние секции, заполняемые переливом, получают недостаточное количество расплава, который при контакте с наполнителем быстро переохлаждается, и образовавшаяся корочка препятствует дальнейшему переливу.In production, when casting iron, it is accepted that the melt is brought down by a concentrated stream along or at an angle to the direction of movement of the molds. Such a supply of the melt is unacceptable, since the melt is fed mainly to the central part of the mold, where up to 70% of the volume of the filler is concentrated, which leads to uneven filling. A concentrated melt stream, possessing increased kinetic energy, carries part of the filler outside the section by ascending flows, and the greater the energy of the jet, the deeper it penetrates into the volume of the filler and the more intensive the removal. The central sections are overflowed with the melt during the first pouring, and the excess melt leaches out part of the filler, while the neighboring sections filled with overflow receive an insufficient amount of melt, which, upon contact with the filler, quickly cools and the resulting crust prevents further overfilling.

Неравномерно заполненные секции охлаждаются с различной скоростью, и при последующей заливке образуется конгломерат с неравномерно распределенным наполнителем.Unevenly filled sections are cooled at different speeds, and upon subsequent filling, a conglomerate with an unevenly distributed filler is formed.

В предложенном способе равномерность заполнения всех секций мульд достигается путем организации одновременного подвода расплава по или против направления движения мульд, при этом сливная кромка должна быть расположена под углом 30-90° к направлению движения мульд. Слив расплава в первом потоке следует производить через приемную камеру, углубленную по отношению к сливной кромке, при этом слив осуществляют раздельными струями в количестве, по крайней мере, не менее количества одновременно заливаемых секций. Ширина потока струи должна находиться в пределах 0,7-1,0 к ширине заливаемой секции, только в этом случае достигается требуемая равномерность распределения наполнителя и расплава в готовом конгломерате.In the proposed method, uniform filling of all sections of the molds is achieved by organizing the simultaneous supply of the melt in or against the direction of motion of the molds, while the drain edge should be located at an angle of 30-90 ° to the direction of motion of the molds. The melt in the first stream should be drained through a receiving chamber, deepened with respect to the drain edge, while the discharge is carried out in separate jets in an amount of at least not less than the number of simultaneously filled sections. The width of the jet stream should be in the range of 0.7-1.0 to the width of the poured section, only in this case the required uniformity of the distribution of the filler and the melt in the finished conglomerate is achieved.

При заливке тяжелого расплава в форму с наполнителем под воздействием энергии падающей струи происходит перемешивание, образование восходящих потоков, выплеск расплава и вынос части наполнителя из формы. При падении струи расплава на твердый наполнитель часть энергии струи расходуется на неупругий удар, а оставшаяся часть переходит в работу на вынос наполнителя из секции мульд. Путем поддержания отношения высоты свободного падения струи расплава к глубине заливаемой секции в пределах 0,8-1,5 вредное воздействие струи может быть сведено к минимуму.When a heavy melt is poured into a filler mold under the influence of the energy of the incident jet, mixing occurs, formation of ascending flows, splash of the melt and removal of part of the filler from the mold. When a melt jet falls onto a solid filler, part of the jet energy is spent on inelastic impact, and the remaining part goes into work to remove the filler from the mold section. By maintaining the ratio of the height of the free fall of the jet of melt to the depth of the poured section in the range of 0.8-1.5, the harmful effects of the jet can be minimized.

Для получения композиционного материала для металлургического передела использовали неметаллические материалы и металлические добавки (таблицы 1 и 2).To obtain a composite material for metallurgical processing, non-metallic materials and metal additives were used (tables 1 and 2).

Материалы комплектовали в шихтовые смеси следующего состава (таблица 3). Безусловно, приведенные составы смесей не исчерпывают все возможные варианты составления шихтовых смесей для получения композиционного материала для металлургического передела в рамках предложения. Приведенные составы носят определяющий характер для смесей, полученных в доступных конкретных условиях, и учитывают ограничения, возникающие при достижении в конгломерате заданных значений отношений суммарной поверхности оксидов к массе сплава в интервале 5-500 м²/т, и отношения суммарного количества окисляемых элементов шихты к количеству кислорода в оксидах железа в интервале 0,3-3,6.The materials were completed in charge mixtures of the following composition (table 3). Of course, the given compositions of the mixtures do not exhaust all possible options for the preparation of charge mixtures to obtain composite material for metallurgical processing within the framework of the proposal. The compositions given are of decisive nature for mixtures obtained under available specific conditions, and take into account the restrictions that arise when the conglomerate reaches the specified values of the ratios of the total oxide surface to the mass of the alloy in the range of 5-500 m ² / t, and the ratio of the total amount of oxidized charge elements to the amount of oxygen in iron oxides in the range of 0.3-3.6.

Пример 1.Example 1

Композиционный материал для металлургического передела формировали в конгломерат в виде брикета. Каждый из материалов состава № 3 таблица 3, пригодного для брикетирования, подвергали дроблению до фракции 5-25 мм и классификации до содержания фракции менее 5 мм в количестве 3% от общей массы. В шихту добавляли связующее - жидкое натриевое стекло в количестве 7% сверх 100%. Материалы смешивали, а шихтовую смесь увлажняли до содержания влаги 4,5%. Шихтовую смесь прессовали в форме, имеющей следующие размеры (10×10×20). Эффективный диаметр (d_Э) куска брикета составил 17,8 мм. После прессования полученные брикеты сушили в течение 8,5 часов при температуре 120°С и выдерживали при температуре 800°С в течение 2,5 часов с последующим охлаждением на воздухе.The composite material for the metallurgical redistribution was formed into a conglomerate in the form of a briquette. Each of the materials of composition No. 3 of Table 3, suitable for briquetting, was crushed to a fraction of 5-25 mm and classified to a fraction of less than 5 mm in an amount of 3% of the total mass. A binder was added to the charge — liquid sodium glass in an amount of 7% in excess of 100%. The materials were mixed, and the charge mixture was moistened to a moisture content of 4.5%. The charge mixture was pressed in a mold having the following dimensions (10 × 10 × 20). The effective diameter (d _E ) of the briquette piece was 17.8 mm. After pressing, the obtained briquettes were dried for 8.5 hours at a temperature of 120 ° C and kept at a temperature of 800 ° C for 2.5 hours, followed by cooling in air.

Пример 2.Example 2

Композиционный материал для металлургического передела формировали в виде чушки из наполнителя, залитого железоуглеродистым сплавом. Каждый из неметаллических материалов составов (таблица 3) подвергали дроблению до фракции 5-25 мм и классификации до содержания фракции менее 5 мм в количестве 3,5% от общей массы. Материалы смешивали, а шихтовую смесь увлажняли до содержания влаги 2,5%. Шихтовую смесь загружали в 6-секционные мульды с размером секции 200×140×85 мм (d_Э=160 мм, что соответствует лому “средневесу”), объемом 1,4 л по 3 секции в ряд и шагом секций 0,3 м. Мульды располагались на конвейере разливочной машины со скоростью движения конвейера 13,2 м/мин. В каждую секцию мульду загружали шихтовую смесь в количестве 1,6-1,8 кг. Жидкий чугун подавали из чугуновозного ковша при температуре 1250°С через центральный желоб и сливали на два конвейера. Разливку чугуна проводили в два приема по прямым носкам с расстоянием между носками 1,5 м, при этом на первой заливке подавали 3,0 кг/секцию, то есть примерно 1,6 к массе наполнителя. Остальной чугун заливали вторым приемом. Путем снижения скорости движения конвейера до 9 м/мин время выдержки между первой и второй заливками составило - 12 сек. После заполнения мульд чугуном производили их охлаждение под водяным душем и на воздухе. Остывшие чушки выгружали на железнодорожную платформу и далее на склад холодного продукта.The composite material for the metallurgical redistribution was formed in the form of ingots from a filler embedded in an iron-carbon alloy. Each of the non-metallic materials of the compositions (table 3) was crushed to a fraction of 5-25 mm and classified to a fraction of less than 5 mm in an amount of 3.5% of the total mass. The materials were mixed, and the charge mixture was moistened to a moisture content of 2.5%. The charge mixture was loaded into 6-section molds with a section size of 200 × 140 × 85 mm (d _E = 160 mm, which corresponds to a “weight average” bar), with a volume of 1.4 l, 3 sections in a row and a section pitch of 0.3 m. The molds were located on the conveyor of the filling machine with a conveyor speed of 13.2 m / min. 1.6-1.8 kg of the charge mixture was loaded into each trough section. Liquid cast iron was fed from an iron ladle at a temperature of 1250 ° C through a central trough and poured into two conveyors. Cast iron was cast in two steps along straight socks with a distance between socks of 1.5 m, while 3.0 kg / section, i.e., about 1.6 to the filler mass, was fed on the first casting. The rest of the cast iron was poured in a second trick. By reducing the conveyor speed to 9 m / min, the exposure time between the first and second fillings was 12 sec. After filling the molds with cast iron, they were cooled under a water shower and in air. The cooled ingots were unloaded onto a railway platform and then to a cold product warehouse.

В зависимости от состава материала, температуры перегрева чугуна, соотношения масс наполнителя и чугуна в первой порции и времени выдержки между порциями налива изменяли параметры способа изготовления материала для металлургического передела. Для сравнения получен материал по известному способу. В таблице 4 приведены свойства полученного материала и известного материала.Depending on the composition of the material, the superheat temperature of cast iron, the ratio of the mass of filler and cast iron in the first portion and the holding time between the loading portions, the parameters of the method of manufacturing the material for metallurgical processing were changed. For comparison, the material obtained by a known method. Table 4 shows the properties of the obtained material and known material.

Полученный материал испытывали при выплавке стали в кислородных конвертерах.The resulting material was tested during steelmaking in oxygen converters.

Выплавляли сталь 08Ю по технологии, предусматривающей использование в завалке предлагаемого материала в качестве части охладителя (твердой завалки), заливку жидкого чугуна и продувку кислородом сверху. Для сравнения проведены плавки с использованием известного материала. Технологические показатели использования в конвертерной плавке предлагаемого и известного материала приведены в таблице 5.Steel 08Y was smelted using a technology that provided for the use of the proposed material in the filling as part of the cooler (solid filling), pouring molten iron and blowing oxygen from above. For comparison, swimming trunks were carried out using known material. Technological indicators of the use in converter smelting of the proposed and known material are given in table 5.

Представленные в табл.5 показатели промышленных плавок в 380-тонных конвертерах свидетельствуют о том, что предложенный композиционный материал по сравнению с известным обеспечивает уменьшение продолжительности продувки ванны на 0,7-1,9 мин сокращение удельного расхода кислорода на 1,3-4,5 м²/т металла, снижение содержания углерода, серы, фосфора, примесей цветных металлов в конечном металле на 10-60%, более высокую скорость окисления углерода в первые минуты продувки - соответственно 311-350 кг/мин против 250 кг/мин на плавках с использованием известного материала, меньшую на 10-20% среднюю скорость окисления углерода за период продувки и снижение на 25-35% максимального значения скорости обезуглероживания ванны. Последнее исключает выбросы и гарантирует управляемый ход плавки.The indices of industrial swimming trunks in 380-ton converters presented in Table 5 indicate that the proposed composite material, in comparison with the known one, provides a decrease in the bath purge time by 0.7-1.9 min, a decrease in the specific oxygen consumption by 1.3-4, 5 m ² / t of metal, a decrease in the content of carbon, sulfur, phosphorus, non-ferrous metal impurities in the final metal by 10-60%, a higher rate of carbon oxidation in the first minutes of purging - respectively 311-350 kg / min against 250 kg / min swimming trunks using lime of material, which is 10–20% lower than the average carbon oxidation rate during the purge period and a 25–35% lower maximum bath decarburization rate. The latter eliminates emissions and guarantees a controlled course of smelting.

Одновременно с этим заявляемый материал позволяет снизить содержание оксидов железа на 0,4-1,8%, повысить выход жидкой стали на 0,2-0,8%, сократить удельный расход огнеупорного порошка на торкретирование футеровки на 0,13-0,52 кг/т.At the same time, the inventive material allows to reduce the content of iron oxides by 0.4-1.8%, increase the yield of liquid steel by 0.2-0.8%, reduce the specific consumption of refractory powder for shotcrete lining by 0.13-0.52 kg / t

Кроме того, более стабильный и управляемый ход плавки сократил длительность непредусмотренных задержек на 1-2 мин на каждую плавку.In addition, a more stable and controlled melting stroke reduced the duration of unforeseen delays by 1-2 minutes for each heat.

Полученные данные показывают, что предложенный материал и способ его получения дает лучшие результаты, чем известный материал, и обеспечивает достижение ожидаемых технических результатов.The data obtained show that the proposed material and the method of its production gives better results than the known material, and ensures the achievement of the expected technical results.

Применение предлагаемого материала позволяет в условиях металлургического производства производить обезуглероживание расплава одновременно с нагревом и плавлением конгломерата, что, например, в условиях кислородно-конвертерного производства сокращает время продувки при более равномерном распределении тепла по периодам плавки (см. таблица 5). Окисление углерода металлической основы сплава и углерода, находящегося в свободном виде, - кислородом, поступающим из оксидов железа, переводит реакцию окисления углерода из экзотермической в эндотермическую, что позволяет, регулируя содержание свободного углерода, превращать материал из энергоносителя в охладитель. Указанное свойство материала позволит работать кислородно-конвертерным цехам в условиях дефицита или полного отсутствия лома, а доля использования материала в электросталеплавильных цехах не имеет ограничений. Предложенный материал обладает пониженным содержанием микропримесей тяжелых и цветных металлов, что обеспечивает повышение чистоты и качества стали.The application of the proposed material allows melt decarburization in metallurgical production simultaneously with heating and melting of the conglomerate, which, for example, in the conditions of oxygen-converter production reduces the purge time with a more even distribution of heat over the melting periods (see table 5). Oxidation of carbon of the metallic base of the alloy and carbon in free form, by oxygen coming from iron oxides, transfers the carbon oxidation reaction from exothermic to endothermic, which, by regulating the content of free carbon, allows the material to be converted from an energy carrier to a cooler. The indicated property of the material will allow the oxygen-converter shops to operate in conditions of scarcity or complete absence of scrap, and the proportion of use of the material in electric steel-smelting shops has no restrictions. The proposed material has a reduced content of trace elements of heavy and non-ferrous metals, which provides an increase in the purity and quality of steel.

Claims

1. A composite material for metallurgical processing containing a conglomerate with characteristic geometric dimensions and formed from a mixture capable of endo-exothermic reactions containing a metal-containing additive, carbon-containing, slag-forming and iron-containing oxidized materials, characterized in that it is a metal-containing additive in the charge mixture contains iron-carbon alloy or iron-carbon alloy and cast iron and / or metal scrap, iron-containing oxidized material soda it contains iron oxides in an amount of 20-100% of its mass, while the ratio of the total external surface of the iron-containing oxidized material to the mass of the iron-carbon alloy is 5-500 m ² / t, and the ratio of the total amount of oxidized charge elements to the amount of oxygen in iron oxides is 0 , 3-3.6 in the following ratio of components, wt.%:

Iron Oxidized Material 5 - 35

Slag-forming material 0.2 - 30

Carbon-containing material 0.1 - 10

Carbon alloy or

iron-carbon alloy and cast iron and / or

metal scrap

2. The composite material according to claim 1, characterized in that it contains flux or slag as a slag-forming material.

3. The composite material according to claim 1, characterized in that as a slag-forming material, it contains flux and slag in the following ratio of components, wt.%:

Iron Oxidized Material 5 - 35

Flux 0.1 - 15

Slag 0.1 - 15

Carbon-containing material 0.1 - 10

Carbon alloy or

iron-carbon alloy and cast iron and / or

metal scrap

4. The composite material according to claim 2 or 3, characterized in that it contains lime, lime powder, dolomite powder or limestone as a flux.

5. The composite material according to claim 2 or 3, characterized in that it contains converter, open-hearth, electric steel, slag of ferroalloy production, ladle slag or slag from metal finishing plants as slag.

6. The composite material according to claim 1, characterized in that as the iron-containing oxidized material it contains iron ore, agglomerate, iron ore oxidized pellets, partially reduced iron, scale, blast furnace and smelting dust, gas purification dust and / or mixtures thereof.

7. The composite material according to claim 1, characterized in that as a carbon-containing material it contains coke, coal, graphite spel or coke breeze.

8. The composite material according to claim 1, characterized in that the conglomerate with characteristic dimensions is made in the form of a briquette with a ratio of its length, width and height (10-30): (5-15): (5-10), respectively.

9. The composite material according to claim 1, characterized in that the conglomerate with characteristic dimensions is made in the form of ingots from a composite charge filled with an iron-carbon alloy.

10. The composite material according to claim 1, characterized in that, as a slag-forming material, it contains a gasifying agent in an amount that provides a porosity of 0.1-50% in the material during manufacturing and / or use.

11. A method of obtaining a composite material for a metallurgical redistribution, including preparing a bulk filler containing iron-containing oxidized material to a fraction of 5-25 mm, its regulated wetting, supply of a metal-containing additive, mixing of the charge and the subsequent formation of conglomerate with characteristic geometric dimensions, characterized in that the filler is additionally introduced carbon-containing and slag-forming materials, and iron-carbon alloy is used as a metal-containing additive aB or iron-carbon alloy and iron and / or scrap metal, and oxidized iron-containing material comprises iron oxides in an amount of 20-100% of its weight, with the ratio of the total outer surface of the iron-containing material to the weight of the oxidized iron-carbon alloy is maintained at 5-500 m ² / t, and the ratio of the total amount of oxidized charge elements to the amount of oxygen in iron oxides is 0.3-3.6 in the following ratio of components, wt.%:

Iron Oxidized Material 5 - 35

Slag-forming material 0.2 - 30

Carbon-containing material 0.1 - 10

Carbon alloy or

iron-carbon alloy and cast iron and / or

metal scrap

12. The method according to claim 11, characterized in that the conglomerate is formed in the form of a briquette with respect to its length, width and height (10-30): (5-15): (5-10), respectively.

13. The method according to claim 11, characterized in that the conglomerate is formed in a mold having a characteristic geometric dimension by pouring a filler loaded into it with an iron-carbon alloy and subsequent cooling.

14. The method according to p. 13, characterized in that the filler is loaded into the mold in portions in the amount of 0.95-1.05 of the mass fraction of conglomerate, while using filler having the following friction composition: less than 5 mm, not more than 5% and 5-25 mm - the rest, and filling the filler in the mold is carried out with an iron-carbon alloy with an overheating temperature of 80-200 ° С.

15. The method according to item 13, wherein the conveyor filling machines are used, on which the molds are arranged in at least two streams and are installed in sections one after another.

16. The method according to p. 15, characterized in that the filler is fed into the molds located on the conveyors of the casting machines, synchronously and discretely, the step of the motion of the sections of the molds while filling all sections of the molds in the cross section, and the filling with an iron-carbon alloy is performed along the motion of the molds at least two streams, providing sequential filling of the same molds with a time gap of 5-12 s, while the mass flow rate of the first stream is maintained within 1.2-2.1 of the mass fed to the section filler, and to produce a final fill completely filled troughs second flow sections.

17. The method according to p. 15, characterized in that the height of the bay with the iron-carbon alloy in the first stream is maintained within the range of 0.8-1.5 to the depth of the filled section.

18. The method according to p. 15, characterized in that the alloy is supplied to the section of the molds through socks, the drain edges of which are located either opposite or opposite, or at an angle of 30-90 ° to the direction of movement, while pouring with an iron-carbon alloy is carried out in separate jets, the number which corresponds to the number of simultaneously filled sections, and the ratio of the width of the jet to the width of the filled section is 0.7-1.0.

19. The method according to p. 15, characterized in that the discharge of the iron-carbon alloy, at least in the first stream, is carried out through a receiving chamber, made deep in relation to the drain edge of the sock.