SU1186682A1 - Экзотермический брикет дл легировани и раскислени чугуна - Google Patents

Abstract

1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ БРИКЕТ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ И РАСКИСЛЕНИЯ ЧУГУНА , включающий комплексный сплав алюмини , кремни  и железа, окислитель , основной флюс, плавиковый шпат и св зующее, отличающийс  тем, что, с целью повышени  извлечени  марганца и кремни , стабильности чугуна по содержанию этих компонентов и понижени  температуры плавлени  первичных- Шлаков, в качес1ве окислител  он содержит прокаленный марганцевый концентрат, а в качестве основного флюса - мел, при следующем соотношении компонентов, нас. %: Комплексный сплав алюмини , кремни  и железа 52,0-64,0 Прокаленный марганцевый концентрат 20,0-31,0 Мел5,0-10,5 Плавиковый . шпат4,0-6,0 Св зующее 2,0-6,0 2. Брикет по п. 1, отличающийс  тем, что в качестве компексного сплава алюмини , кремни  ч железа он содержит саморассыпающийс  комплекс1{ый сплав следующего состава, мае. %: 45-65 Кремний х Алюминий 3-5 Э) 9) X) Остальное Железо О

Description

Изобретение относитс  к черной металлургии и может быть использовано при производстве чугунных отливок, особенно при плавке его в вагранках. Цель изобретени  - повышение извлечени  марганца и кремни , стабильности чугуна по содержанию этих элементов и понижение темпера туры плавлени  первичных шлаков. Скорость и полнота взаимодействи  оксидов марганца по реакци м МпОг + 4/ЗА1 Мп + 2/3AljO, (1) MnOj + Si Mn + SiOj (2 нар ду с теснотой смешени  составл ющих , определ етс  скоростью и полнотой разделени  продуктов взаи модействи . При любой тесноте смеш ни  исходных вещес: реакции (1) и (2) протекают до конца лишь в том случае, когда образующийс  1Епак быстро отдел етс  от металла и твер дого концентрата. Оксиды, образуюпщес  по реакци м (1) и (2), тугоплавки . Их быстрое отделение от металла и от; исходного концентрата возможно лишь в том случае, когда они ошлаковываютс , например, известью , с той же скоростью, с како протекают реакции (1) и (2). В это случае процесс может быть описан с следующими реакци ми: MnOj+ 4/ЗЛ1 + 2/ЗСаО Мп,, + + 2/3 СаА1,0(,,., (3 Мп02+ Si + СаО ) CaSiOj -C Это возможно только при весьма тесном смешении флюсов с марганцевым концентратом. Кристаллический известн к трудн дробитс . Поэтому при любых мерах дроблению его и по смешению с концентратом и с восстановителем известн к в брикетах сохран ет фазовые границы. Замена кристаллического известн ка на амфотерный мел дает значительные преимущества . Мел значительно легче и тоньше размалываетс . При смешении мела с составл ющими брикета он размазываетс  на поверхности более твердых частичек марганцевого концентрата и восстановител . В результате замена известн ка на мел позвол ет добитьс  более тонкого смешени  флюса .с составл ющими брикета и при введении брикетов в чугун повысить скорость ошлаковани  продуктов реакций (1) и (2). В результате этого содержание МпО в шпаке снижаетс  до 3,5-7,5% против 12-15% МпО при использовании известн ка, а извлечение марганца из руды повьш1аетс  до 88-93,4%, Оптимальный расход мела составл ет 5-10,5%. Введение оснований разжижает кислые шлаки и способствует более полному протеканию процессов восстановлени . При меньшем , чем 5,0% расходе мела, шпаки станов тс  неустойчивыми, малоподвижными . При большем, чем 10,5% расходе мела, в процессе легировани  чугуна брикетами происходит излишне бурное выделение углекислоты, тогда как в зкость и температура плавлени  шлаков практически не измен етс . В качестве окислител  в брикете используетс  предварительно прокаленный марганцевый концентрат, получаемый преимущественно флотацией . Подобные концентраты не |Требуют специального дроблени . Эти концентраты при современном способе подготовки руд к плавке наход т ограниченное применение из-за их тонины. Концентрат, перед введением в брикет прокаливаетс  примерно в течение 1 ч в окислительной атмосфере при 350-450 0. В результате этого из концентрата удал етс  п-здратна  влага, что очень важно дл  качества чугунных отливок . Также, за счет перевода оксидов в перекись, повьш1аетс  термичность брикетов, что облегчает их 1спользование дл  легировани  чугунов с температурой на вьшуске 1350-1400 С. При прокаливании концентрата при температуре более низкой, чем 350 С, не всегда удал етс  гидратна  влага. Прокаливание же при более высоких, чем 450 температурах может привести к понижению термичности брикетов за счет разложени  МпОд. Дл  изготовлени  брикетов могут использоватьс  марганцевые концентраты I и II сорта с содержанием после прокалки 48-53% Мп, 40-70% MnOg, 6-20% SiO и 2-5% СаО. Дп  изготовлени  брикетов, предназначенный дл  легировани  обычного (невысокопрочного) чугуна. 3 могут использоватьс  концентраты с высоким содержанием фосфора (до 2-3%), которые в насто щее врем  вообще дл  плавки ферросплавов не могут использоватьс . Дл  легировани  высокопрочного чугуна можно использовать концентраты как с обычным (0,18-0,20%), так и с повьпиенным (,5%) содержанием фос фора. Последнее св зано с тем, что брикетами вноситс  в чугун фосфора примерно в 2 раза меньше, чем ферросплавами, выплавл емыми из обычных руд. / Оптимальный расход прокаленного марганцевого концентрата составл ет 20-31%. При меньшем, чем 20% расходе концентрата снижаетс  термичность брикетов, растут потери марганца, а также снижаетс  жид коподвижность шпака. Это не позвол ет использовать такие брикеты дл  легировани  чугуна при выпуске его в ковш. Особенно большие трудности возникают при использовании таких брикетов дл  легировани  чугуна в ковшах небольшой емкости дл  мелких отливок. При большем, чем 31% расходе прокаленного марга цевого концентрата повьпиаетс  крат ность шлака. Также возрастают поте ри марганца и кремни . В качестве восстановител  в брикетах используетс  комплексный сплав алюмини , кремни  и железа с содержанием 45-65% Si, 3-5% А1 и 28-50% Fe. Применение подобного комплексного сплава вместо смеси порошка алюмини  и порошка ферросилици  позвол ет ликвидировать местные пе регревы, обычно наблюдающиес  при взаимодействии кремни  и особенно алюмини  по реакци м (1) и (2) и дымовые и пьшевые выбросы в атмосферу цеха, С другой стороны, подобньм комплексный сплав при его разливке в толстые слитки самопроизвольно рассыпаетс  в тонкий порошок . Это позвол ет избежать затрат на приготовление металлических порошков. Кроме того, при рассыпании сплавы кремни  образуют поро ки сравнительно равномерной крупности (в основном 0,5-1,0 мм). При дроблении ферросилици , используе мого дл  раскислени  и легировани  до крупности 1,0 мм сплав сильно 82 переизмельчаетс , В нем нар ду с зернами оптимального размера по вл - етс  более 30% фракции О,1 мм. Этот порошок сильно окисл етс  при прокаливании брикетов и при введении их в ковш. В результате этого полезное использование кремни  ферросилици  снижаетс  ниже 80%. Содержание кремни  45-65% в комплексном сплаве  вл етс  оптимальным . При меньшем и большем содержании кремни  уменьшаетс  склонность сплава к самопроизвольному рассыпанию. Кроме этого, сплавы с меньшим, чем 45%, и большим, чем 65% Si рассыпаютс  неравномерно. В них нар ду с мелкими кристаллами лебоита по вл ютс  крупные зерна монрсилицида (в сплгве с 45% Si) или кристаллы кремни  (в сплаве с 65% Si). С дургой стороны, сплавы с меньшим содержанием кремни  затрудн ют применение брикетов дл  легировани  чутунов, так как соотношение между концентрацией кремни  и марганца в них снижаетс  и становитс  меньшим, чем 2:1. При использовании комплексного сплава с большим, чем 65% содержанием кремни , увеличиваютс  его потери вследствие того, что продукты его взаимодействи  имеют удельный вес меньше, чем 4,5 г/см, что затрудн ет отделение их от шлака и вызывает повьш1енные потери и марган- . ца и кр емни . Наиболее хорошие показатели получаютс  при использований сплава с содержанием 52-58% Si. Этот сплав при кристаллизации на 100% превращаетс  в лебоит. В нем равномерно распредел ютс  ликваты, не образуетс  крупных кристаллов кремни  и моносилицидов. Удельный вес металла при спекании брикетов с использованием подобного сплава составл ет 5-5,5 г/см. Оптимальное содержание алюмини  в комплексном сплаве составл ет 3-5%. При меньшем содержании алюмини  в сплаве понижаетс  тер1чичность брикета и повьпиаетс  температура плавлени  шлака. При большем, чем 5% содержании алюмини  в комплексном сплаве также интенсивно повьшгаетс  в з кость и температура плавлени  шлака , В результате и при большем, чем

cMiтимальна  концентраци  алюмини  (3-5%), и при меньшем его содержании noBbnuarotcH потери марганца и, вследствие повьшгени  температуры плавлени  шлака, затрудн етс  использование брикетов дл  легировани  чугуна в ковше. Соотношение между составл ющими брикета  вл етс  оптимальным./При меньшем, чем 52% расходе восстановител  (комплексного сплина) соотношение между концентраци ми кремни  и марганца получаетс  столь низким, что не позвол ет использовать брикеты дл  легировани  чугунов. При большем чем 64% расходе комплексного сплава снижаетс  термичность брикетов. С другой стороны соотношение между концентрацией кремни  и марганца в продуктах спекани  становитс  излишне высоким, что увеличивает потери металла и затрудн ет легирование чугуна, так как дл  получени  стандартного по марганцу-чугуна потребуетс  дополнительно легировать его ферромарганцем.

Введение в брикет плавикового шпата в количестве 4-6% понижает температуру начала окислени  алюмини  и температуру плавлени  шлаков , особенно первичных, насьш енкык глиноземом. При меньшем, чем 4,0% расходе шпата повьш1аетс  температура плавлени  первичных шлаков , что ухудшает и извлечение марганца и использование кремни . При большем, чем 6,0% расходе плавикового шпата показатели использовани  марганца и кремни  из брикетов практически не измен ютс , тогд как расходы на изготовление брикетов сильно растут. С другой стороны , повышенный расход плавикового шпата увеличивает выбросы фтористых соединений в атмосферу цеха образующихс  по реакции

ZCaFj + Si02 2СаО + .., (3)

Количество св зующего в брикетах составл ет 2-6%. В качестве св зующего дл  изготовлени  брикетов используетс  борный ангидрид или жидкое стекло. При использовании борного ангидрида оптимальное количество св зующего составл ет . Оптимальный расход жидкого стекла составл ет 4-6%..Характер

св зующего определ етс  услови ми и длительностью хранени  брикетов перед введением их в ковш дл  легировани  чугуна. Так, если брикеты будут использоватьс  сразу после их изготовлени , в качестве св зующего можно использовать дешевое жидкое стекло. Если брикеты не могут использоватьс  сразу после их изготовлени , то в качестве св зующего лучше использовать . Подобные брикеты, например, можно хранить без насьш ени  их влагой

5 в течение 3-4 недель.

Экзотермические брикеты дл  легировани  и раскислени  чугуна готов тс  следующим образом.

В руднотермической электропечи

0 выплавл ют сплав Fe-Si с содержанием 45-65% Si. Повьшенное содержание алюмини  достигаетс  либо за счет введени  в шихту высокоглиноземистых материалов (высокозольный

5 полукокс, кварцит с содержанием 3-4% AljOg и т.п.), или путем легировани  металла при выпуске в ковш, например отходами силумина. Металл разливают в слитки толщиной

0 до 200 мм и охлаждают в остьшочном отделении до полного рассыпани  Дл  этого требуетс  выдержка сплава 1-7 сут. Марганцевый концентрат прокаливают при 350-450 С в печи КС

5 и размалывают в порошок крупностью 1,0 мм. На отдельных бегунах до той же крупности размальшают мел и плавиковый шпат.

Затем комплексный сплав алюмини , кремни  и железа, прокаленный марганцевый концентрат, мел, плавиковый шпат и св зующее загружают в емкость дл  тщательного перемешивани  .Перемешивание завершаетс  на бегунах. Приготовленную массу брикетируют с использованием вальцевого преса. После сушки и минерализации . на воздухе брикеты прокаливают при 150-300С. При этом брикеты с жид0 КИМ стеклом прокаливают при 150180 С , а брикеты с борной кислотой при 250-ЗОО С,

Пример. Приготавливают три серии брикетов оптимального состава и две серии с избытком и недостатком прокаленного марганцевого концентрата. Дл  изготовлени  их ffcпользуюу комплексный сплав алюмини , кремни  и железа с содержание 45 и 65% кремни  н 3-5% алюмини , плавиковый шпат, мел (СаСО 90-97% Si02+ влага 2% в качестве св зующего - борньй ангидрид (серии I, II и III), жидкое стекло (сери  IV и V). В качес ве окислител  используют прокаленный при 400°С марганцевый концентрат следующего состава, %: Мп 52,3 МпОз 44,3; ЗЮз .16,0; СаО 4,48. Составл ющие брикета дроб т до крупности 1,0 мм и тщательно перемешивают . Брикеты прессуют в виде таблеток диаметром см и толщиной 2-3 см на лабораторном прессе с усилием . Брикеты испытывают: путем присадки отдельных брикетов на зеркало чугуна; путем нагрева брикетов до 1500-1550 С в печи Таммана и выдержки их при указанной температуре в течение 5 мин; путем введени  брикетов на зеркало чугуна в печи Таммана; путем введени  брикетов в ковш при выпуске чугуна из 60 кг индукционной печи. В результате опытов устанавливают что экзотермические реакции в брикете начинаютс  немедленно после подачи брикета на зеркало чугуна и продолжаютс  25-30 с; в чугун из брикетов оптимального состава извлекаетс  ,1-93,4% марганца и 77-83,6% кремни ; темТаблица 1 псратура чугуна н ковше при введении брикетов по сравнению с чугуном , легированным в печи, не понижаетс ; при использовании брикетов оптимального состава кратность шлака 0,35-0,45 кг/кг, шпаки легкоплавкие. Содержание закиси марганца составл ет 3,5-7,5% . при содержании SiO 43%. Состав брикетов и результаты испытани  брикетов оптимального состава (серии II-IV) в сравнении с брикетами, состав которых выходит за пределы оптимального и известными брикетами дл  легировани  и раскислени  чугуна, приведены в табл. 1 и 2, По сравнению с известными брикетами использование брикетов предлагаемого состава обеспечивает повьш1ение извлечени  как марганца (88,,4%), так и кремни  (77,3-83,6%), тогда как при применении известных брикетов извлечение кремни  составл ет v 70%, в результате чего Si необходимо вводить ферросилицием. Кроме того, растет стабильность сплава по кремнию (to,04% Si от среднего его содержани ) и по марганцу (iO,015% Мп от среднего его содержани ), тогда как при использовании известных брикетов концентраци  кремни  колеблетс  в пределах ±0,2% от его среднего содержани .

50,0 52,0

33,0 31,0 т

12,0 10,5

46

58,0 64,0 67,0

20,0 18,0

26

34

8,0 5,0 4,0

3,0 4,0

2,0 2,5 Извлечение кремни  в чугун, % 77,0 77,3 Извлечение марганца 82,5 88,1 из окислител , % Содержание МпО в 9,5 7,4 шпаке, % Температура плавлени  шлака,.с 1350 1280

9,0 6,0 5,0 5,0 4,0

2,0

6,0 6,0 7,0 83,6 82,8 78,5 70,0 93,4 92,08 86,5 78,8 3,6 7,8 плохо 12,0 отдел етс  1250 1280 1450 1500

Claims (3)

1. ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ БРИКЕТ ДЛЯ ЛЕГИРОВАНИЯ И РАСКИСЛЕНИЯ ЧУГУНА, включающий комплексный сплав алюминия, кремния и железа, окислитель, основной флюс, плавиковый шпат и связующее, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения марганца и кремния, стабильности чугуна по содержанию этих компонентов и понижения температуры плавления первич ных- шлаков, в качестве окислителя он содержит прокаленный марганцевый концентрат, а в качестве основного флюса - мел, при следующем соотношении компонентов, мае. %:

Комплексный сплав алю миния, кремния и железа Прокаленный марганцевый концентрат

Мел

Плавиковый . шпат

Связующее

2. Брикет по п. 1, чающийся тем,

52,0-64,0

20,0-31,0

5,0-10,5

4,0-6,0

2,0-6,0 о т л и что в качестве комлексного сплава алюминия, кремния ч железа он содержит само рассыпающийся комплексный сплав следующего состава, мае. %:

Кремний Алюминий Железо

45-65

3-5 Остальное >