RU2793303C1

RU2793303C1 - Method for manufacturing welding flux from man-made waste of steelmaking

Info

Publication number: RU2793303C1
Application number: RU2022128798A
Authority: RU
Inventors: Павел Вячеславович Бахматов; Егор Андреевич Старцев; Роман Евгеньевич Гладовский; Борис Михайлович Соболев
Filing date: 2022-11-07
Publication date: 2023-03-31

Abstract

FIELD: welding.

SUBSTANCE: invention relates to welding fluxes and can be used in the manufacture of fused welding fluxes, which can be used in welding and surfacing with a consumable electrode of steel plates of various thicknesses. The manufacture of fused welding fluxes of the following composition, wt.%: SiO₂ 8.7-14.94, FeO: 48.24-66.05, СаО: 15.4-21.03, MgO: 2.33-3.81, Al₂O₃: 4.87-7.73, MnO: 5.56-5.98, in which metallurgical production wastes are used in the preparation of charge materials, namely, metallurgical slags of steelmaking. The invention can be used to obtain welding fluxes from man-made waste from metallurgical production containing a large amount of iron, in particular metallurgical slags, for welding and surfacing steels, in particular for welding low- and medium-alloy steels and alloys.

EFFECT: reduced waste of metallurgical enterprises by processing metallurgical slags into welding materials, namely into welding fluxes; production of a flux with stable welding and technological properties, ensuring the production of welded joints without reducing the quality of the deposited metal.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области сварки, в частности к сварочным флюсам и может быть использовано при изготовлении плавленых сварочных флюсов, которые могут быть использованы при сварке и наплавке плавящимся электродом стальных плит различной толщины.The invention relates to the field of welding, in particular to welding fluxes and can be used in the manufacture of fused welding fluxes, which can be used in welding and surfacing with a consumable electrode of steel plates of various thicknesses.

Известно, что плавленые флюсы получают путем сплавления компонентов шихты в электрических или пламенных печах. В качестве сырьевых материалов при изготовлении сварочных плавленых флюсов применяют различные руды и продукты их обогащения - концентраты. Для введения окислов марганца МnО во флюс может использоваться марганцевая обогащенная руда, а также измельченный отвальный шлак производства силикомарганца и ферромарганца. Для введения оксидов кремния SiO₂ используется кремнезем в виде кварцевого песка. Окись алюминия Аl₂O₃ вводится в виде глинозема марок Г-1, Г-2 или Г-3, окись магния в виде каустического магнезитного порошка [1].It is known that fused fluxes are obtained by fusing charge components in electric or flame furnaces. As raw materials in the manufacture of welding fused fluxes, various ores and their enrichment products - concentrates are used. For the introduction of manganese oxides MnO into the flux, manganese enriched ore, as well as crushed dump slag from the production of silicomanganese and ferromanganese, can be used. For the introduction of silicon oxides SiO ₂ silica is used in the form of quartz sand. Aluminum oxide Al ₂ O ₃ is introduced in the form of alumina grades G-1, G-2 or G-3, magnesium oxide in the form of caustic magnesite powder [1].

Недостатком такого способа является то, что при изготовлении флюса используются различные дорогостоящие материалы в виде чистых оксидов.The disadvantage of this method is that various expensive materials in the form of pure oxides are used in the manufacture of the flux.

Известен сварочный флюс, предназначенный для электродуговой механизированной сварки и наплавки сталей [2]. Флюс получен из шлака производства силикомарганца, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас. %: диоксид кремния 18-47, оксид алюминия 3-27, оксид кальция 9-28, фторид кальция 0,1-1,6, оксид магния 0,3-8,9, оксид марганца 1-13, оксид железа 0,1-1,15, углерод 0,01-0,9, оксид титана 0,01-0,6, оксид хрома 0,01-0,8, оксид натрия 0,01-0,6, оксид калия 0,01-0,5, оксид бария 0,01-3,0, серы не более 0,40, фосфора не более 0,40. Количество во флюсе фракции до 0,45 мм составляет до 5 %, количество фракции свыше 0,45 до 2,5 мм составляет до 95%, а количество фракции от 2,51 до 3,00 составляет до 1%.Known welding flux, designed for arc mechanized welding and surfacing of steels [2]. The flux is obtained from the slag of the production of silicomanganese containing components in the following ratio, wt. %: silicon dioxide 18-47, aluminum oxide 3-27, calcium oxide 9-28, calcium fluoride 0.1-1.6, magnesium oxide 0.3-8.9, manganese oxide 1-13, iron oxide 0, 1-1.15, carbon 0.01-0.9, titanium oxide 0.01-0.6, chromium oxide 0.01-0.8, sodium oxide 0.01-0.6, potassium oxide 0.01 -0.5, barium oxide 0.01-3.0, sulfur not more than 0.40, phosphorus not more than 0.40. The amount of fractions up to 0.45 mm in the flux is up to 5%, the amount of fractions over 0.45 to 2.5 mm is up to 95%, and the amount of fractions from 2.51 to 3.00 is up to 1%.

Флюс аналога получен из шлака производства силикомарганца, а разрабатываемый флюс предлагается получать из техногенных отходов сталеплавильного производства без добавления дополнительных различных дорогостоящих материалов.The analogue flux is obtained from the slag of the production of silicomanganese, and the flux being developed is proposed to be obtained from the industrial waste of steelmaking without the addition of various additional expensive materials.

Задачей изобретение является разработка способа производства шлака из техногенных отходов сталеплавильного производства без добавления дополнительных различных дорогостоящих материалов. В составе перерабатываемого металлургического шлака уже имеются все необходимые оксиды, поэтому при получении флюса внешних элементов вводить нет необходимости.The objective of the invention is to develop a method for the production of slag from man-made waste of steelmaking without the addition of various additional expensive materials. The composition of the processed metallurgical slag already contains all the necessary oxides, therefore, when obtaining a flux, there is no need to introduce external elements.

Технический результат, получаемый в результате использования изобретения состоит в следующем: сокращение отходов металлургических предприятий путем переработки металлургических шлаков в сварочные материалы, а именно в сварочные флюсы; получение флюса со стабильными сварочно-технологическими свойствами, обеспечивающими получение сварных соединений без снижения качества наплавленного металла.The technical result obtained as a result of using the invention is as follows: reduction of waste from metallurgical enterprises by processing metallurgical slags into welding materials, namely welding fluxes; production of a flux with stable welding and technological properties, ensuring the production of welded joints without reducing the quality of the deposited metal.

Технический результат достигается, за счет того, что при подготовке шихтовых материалов в процессе изготовления флюса используются отходы металлургического производства, а именно металлургические шлаки сталеплавильного производства.The technical result is achieved due to the fact that in the preparation of charge materials in the process of manufacturing the flux, waste from metallurgical production, namely, metallurgical slag from steelmaking, is used.

Способ был реализован следующим образом. В качестве шихты был использован металлургический шлак местного металлургического предприятия, а именно завода Амурсталь, который имеет следующий химический состав, мас. %: SiO₂: 8,7-14,94, FeO: 48,24-66,05, СаО: 15,4-21,03, MgO: 2,33-3,81, Al₂O₃: 4,87-7,73, МnО: 5,56-5,98, а так же кварцевый песок и восстановитель в виде графита. Расплавление компонентов шихты производилось в электрической печи сопротивления (индукционной печи) при температуре 1100-1150°С. Процесс плавки металлургического шлака с кварцевым песком и восстановителем необходим для восстановления из состава шлака излишков железа и повышения содержания SiO₂. Добавление графита необходимо для жидкофазного восстановления железа из шлака [3]. Выдерживают расплав в течение 1-2 ч. Разливку расплава осуществляют в изложницу. В дальнейшем полученный состав дробился до необходимой фракции, а именно - 1,0-4,0 мм. Полученный сварочный флюс успешно прошел лабораторные испытания. Геометрические параметры сварного шва удовлетворяют требованиям ГОСТ 8713-79, относящимся к соединению С7: ширина и высота усиления шва в допустимых пределах. На поверхности отсутствуют внешние дефекты.The method was implemented as follows. As a charge, metallurgical slag from a local metallurgical enterprise, namely the Amurstal plant, was used, which has the following chemical composition, wt. %: SiO ₂ : 8.7-14.94, FeO: 48.24-66.05, CaO: 15.4-21.03, MgO: 2.33-3.81, Al ₂ O ₃ : 4, 87-7.73, MnO: 5.56-5.98, as well as quartz sand and reducing agent in the form of graphite. Melting of the charge components was carried out in an electric resistance furnace (induction furnace) at a temperature of 1100-1150°C. The process of melting metallurgical slag with quartz sand and a reducing agent is necessary to recover excess iron from the slag composition and increase the SiO ₂ content. The addition of graphite is necessary for the liquid-phase reduction of iron from slag [3]. The melt is kept for 1-2 hours. The melt is poured into the mold. Subsequently, the resulting composition was crushed to the required fraction, namely, 1.0-4.0 mm. The resulting welding flux has successfully passed laboratory tests. The geometric parameters of the weld meet the requirements of GOST 8713-79 related to the C7 connection: the width and height of the weld reinforcement are within acceptable limits. There are no external defects on the surface.

Способ обеспечивает гарантированное получение сварочного флюса для получения сварных соединений без снижения качества наплавленного металла. При применении данного способа снижается себестоимость флюса, сокращаются непереработанные отходы металлургических производств.The method provides guaranteed production of a welding flux for producing welded joints without reducing the quality of the deposited metal. When using this method, the cost of the flux is reduced, unprocessed waste from metallurgical industries is reduced.

В результате был получен сварочный флюс который имеет следующий химический состав, мас. %: СаО: 15,7-19, MgO: 4,11-13,3, SiO₂: 35,1-41,7, Аl₂O₃: 7,73-9,29, FeO: 11,52-20,8, MnO:6,75, S: 0,048-0,096, P: не более 0,040.As a result, a welding flux was obtained which has the following chemical composition, wt. %: CaO: 15.7-19, MgO: 4.11-13.3, SiO ₂ : 35.1-41.7, Al ₂ O ₃ : 7.73-9.29, FeO: 11.52- 20.8, MnO: 6.75, S: 0.048-0.096, P: not more than 0.040.

Изобретение может быть использовано для получения сварочных флюсов из техногенных отходов металлургических производство содержащих большое количество железа, в частности металлургических шлаков, для сварки и наплавки сталей, в частности для сварки низко- и среднелегированных сталей и сплавов.The invention can be used to obtain welding fluxes from man-made waste from metallurgical production containing a large amount of iron, in particular metallurgical slags, for welding and surfacing steels, in particular for welding low- and medium-alloy steels and alloys.

Примеры сварного шва, полученного с применением сварочного флюса, полученного заявляемым способом приведены на фигурах. Фиг. 1 - наплавленный валик, Фиг. 2 – двухсторонний сварной шов двух пластин.Examples of a weld obtained using a welding flux obtained by the claimed method are shown in the figures. Fig. 1 - deposited bead, Fig. 2 - double-sided weld of two plates.

[1] Подгаецкий В.В., Люборец И.И. Сварочные флюсы. - К.: Технiка, 1984. - 167 с.[1] Podgaetsky V.V., Lyuborets I.I. Welding fluxes. - K .: Technique, 1984. - 167 p.

[2] Патент RU 2772824 C1. Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей. опубл. 26.05.2022 Бюл. №15. [2] Patent RU 2772824 C1. Flux for mechanized welding and surfacing of steels. publ. 05/26/2022 Bull. No. 15.

[3] Патент RU 2511419. Способ жидкофазного получения железа прямого восстановления. Опубл. 10.04.2014 Бюл. № 10.[3] Patent RU 2511419. Method for liquid-phase production of direct reduced iron. Published 04/10/2014 Bull. No. 10.

Claims

A method for producing welding flux from man-made waste, including the use of man-made waste containing CaO, MgO, Al ₂ O ₃ , MnO as a charge, characterized in that man-made waste from metallurgical enterprises is used as a charge, additionally containing SiO ₂ and FeO, of the following composition wt%: SiO ₂ : 8.7-14.94, FeO: 48.24-66.05, CaO: 15.4-21.03, MgO: 2.33-3.81, Al ₂ O ₃ : 4.87-7.73, MnO: 5.56-5.98, the mixture is melted in an electric furnace at a temperature of 1100-1150°C to obtain a melt, the melt is kept for 1-2 hours and poured into a mold, after which it is crushed up to a fraction of 1.0-4.0 mm.