SU808537A1 - Способ получени синтетическогочугуНА - Google Patents

Description

Изобретение относится к области чёрной металлургии, а именно к способам обработки жидкого чугуна.

В практике производства железных порошков методом распыления расплава требуется применение синтетического чугуна с содержанием таких примесей, как кремний, марганец, фосфор и сера мене§ 0,010% каждого, и углерода более 3,5%.

Известен способ удаления марганца из жидкого чугуна, при котором в жидкий чугун добавляют Fe_aO₃ и другие шлакообразуюшиё материалы, перемешивают &анну азотом , обрабатывая ее в случае необходимости кислородом для снижения содержания марганца в чугуне, а полученный шлак используют снова [1].

Однако этот способ имеет низкуА» степень окисления марганца (45-48%), не предусматривает удаление серы, фосфора, кремния и вызывает дополнительные затраты на приготовление порошкообразной окиси железа.

Известен также способ дефосфорации чугуна, при котором жидкий чугун заливают в ковш или другую емкость, имеющую в дне сопло Для вдувания инертного газа, а в боковых стенках — сопла, состоящие из двух концентричных трубок для вдувания кислорода ниже уровня шлака. На поверхность расплава загружают окислы железа, известь, плавиковый шпат. Из донного сопла подают инертный газ, и из боковых сопел - кислород и инертный газ [2}.

Недостатки способа - высокий расход дорогостоящего аргона (100 л/мин), низкая степень десульфурации чугуна и необходимость создания сложной системы транспортировки различных газов.

Известен способ дефосфорации · жидкого чугуна перед заливкой его в конвертор, в котором при температуре чугуна ниже 1450°С наводят шлак за счет добавки окислов железа, конвертерного шлака, известняка и извести, выполняющих роль дефосфораторов и окислителей.'

808537 При этом содержание в шлаке СаО должно составлять 0,3 - 3,0 от суммы . S-i а количество шлака - 15—

50% от веса чугуна. Предлагается использовать -плавиковый шпат или соду более 15 кг/т чугуна. Расход окислить-. · лей' должен обеспечивать полное окисление кремния, марганца и фосфора, содер-. жащихся в чугуне, и менее 1,5% углерода. Подачу оксилителей в токе кислородсодержащего газа проводят или через погруженную в жидкий чугун трубу, или на поверхность чугуна. Предусмотрен барботаж чугуна инертным газом. После цефосфорации шлак скачивают [3].

Основными недостатками этого способа являются относительно высокое содержание фосфора в обработанном чугуне (0,023%), высокий угар углерода ( <8 1,5%), кроме того, в способе не предусматривается возможность десульфурации чугуна. Повышенное содержание фосфора и серы, а также пониженная концентрация углерода в чугуне, получаемом этим способом, не позврляют использовать его для производства железных порошков методом распыления жидкого металла.

Цель изобретения - получение чугуна с минимальным содержанием примесей и снижение степени окисления углерода.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем заливку чугуна в футерованную емкость, наведение шлака из окислов железа, отработанного сталеплавильного шлака, известняка и извести в количестве 1550% от веса чугуна, разжижение шлака присадками плавикового шпата или соды, • подачу кислородсодержащего газа, окисление примесей, перемешивание расплава газами и скачивание шлака, перед наведением шлака чугун обрабатывают углеродсодержащими материалами в количестве 17,5 - 60 кг/т чугуна, а после скачивания окислительного шлака, наводят восстановительный шлак в количестве 5-15% от веса чугуна и проводят перемешивание расплава смесью углекислого газа с порошкообразным углеродсодержащим материалом, взятыми в стехиометрическом соотношении. _

Термодинамические и кинетические особенности окисления фосфора при высоком содержании углерода в расплаве показывают, что присутствие в расплаве углерода способствует ослаблению связей железа с фосфором, повышая коэффициент активности фосфора.

Степень дефосфорации существенно возрастает при увеличении содержания угле-) рода, надример при увеличении исходной концентрации углерода с 4% до 4,5%, степень дефосфорации возрастает в 1,34 раза.

Однако при этом происходит также окисление углерода в результате реакции взаимодействия углерода с окислами железа шлакового расплава.

Учитывая указанные обстоятельства, принимая во внимание то, что предельный чугун содержит в среднем 4%'· углерода, необходимо обеспечить максимальное содержание углерода в расплаве, предельные растворимости которого составляют при температурах 1300 и 1500°С соответственно 4,62 и 5,15%.

Установлено, что для обеспечения предельно растворимых концентраций углерода в расплаве требуются дополнительные присадки углеродсодержащего материала, например электродного боя, графита и т. д., в чугун в количестве

3,5-12 кг/т чугуна при полном усвоении углерода. Установлено, что для увеличения содержания углерода с 4,16% до 4,5% необходимо ввести 15,2 кг углерода на 1 т чугуна, при этом коэффициент усвоения углерода составляет 23%. Поскольку необходимо получение более высокого содержания углерода, коэффициент усвоения углерода принимают 20%. Следовательно, для получения концентраций углерода 4,62 и 5,15% требуется ввести в расплав соответственно 17,5 и 60 кг/г чугуна (в 5 раз больше теоретически необходимого)

Углеродсодержащие материалы присаживают на струю чугуна, на дно футерованной емкости или помощью газа.

Для получения в Д 0,010% серы при жании 0,020—0,070% необходимо обеспечить степень десульфурации 50-85%.

Обработка чугуна 5% шлака (известь, плавиковый шпаг, шамотный бой, отработанный сталеплавильный шлак) обеспечивает стабильное удаление из него не менее 50% серы при исходном ее содержании не более 0,020%. При содержании серы в чугуне 0,070% для обеспечения удаления из него 85% серы количество шлака составляет 1.5% от веса чугуна.

Таким образом, обработка чугуна, содержащего 0,20-0,070% 5 и шлака •5-15% обеспечивает получение синтетического чугуна с содержанием ί 0,010% S.

вдувают в чугун с синтетическом чугуне исходном ее содер55

808537 6

Перемешивание расплава смесью у глёт кислого газа с порошкообразным углеродсодержащим материалом, взятыми в стехиометрическом соотношении по уравнению реакции СО^+С - 2 СО, обеспечи- 5 вает получение восстановительной атмос. феры над расплавом. Наличие восстановительной атмосферы создает наиболее благоприятные условия для протекания реакции десульфурации. Ю

П р и м е р . В дуговую сталеплавильную печь (ДСП—ЗА) заливают 3 т предельного чугуна с температурой 1350°С следующего состава,%: С 4,05; Мп 0,52;·

Si 0,68; S-0,050; Р 0,10. ι₅

На подину печи предварительно загружают 96 кг электродного боя. После нагрева чу-гуна до 1400°С и растворения 4,78% углерода, на поверхность чугуна .сливают 500 кг отработанного конвер!терного шлака следующего состава,%: |РеО 14,28; Ре^0^5,80; СаО 42,26;

O/j 10,80. Кроме этого добавляют 150 кг извести и 50 кг железной руды. Затем расплав продувают кислородом 10 мин. При этом шлак самотеком удаляют из печи. По окончании продувки |получают чугун следующего состава,%: :С 3,60; Мп 0,08; Si следы; S 0,040; Р 0,008, с температурой 1480¾. Окис 735 длительный шлак скачивают полностью, и наводят восстановительный шлак в количестве 300 кг из извести, плавикового шпата и шамотного боя в соотношении 6:1:3. По расплавлении шлаковой смеси ! проводят перемешивание шлакового и ³⁵ металлического расплава путем продувки смесью углекислого газа с порошкообразным электродным боем, взятым в ко'личестве 0,535 кг/мм³ СС^. 40

Расплав перемешивают 10 мин. Рас— ход углекислого газа составляет 30 нм7ч при давлении 3,5-4 атм.

По окончании обработки чугун имеет следующий состав, %: С 3,62; Мп 0,07;

S4 следы; S 0,010; Р 0,009. _ ⁴⁵

Способ получения синтетического чугуна обеспечивает высокую степень окисления кремния, марганца, фосфора, а также высокую степень десульфурации при относительно невысокой степени окисления углерода, значительно сокращаются затраты на электроэнергию по сравнению с существующим технологическим производством, повышается производительность сталеплавильного агрегата.

Claims (3)

1. Изобретение относитс  к области чёрной металлургии, а именно к способам обработки жидкого чугуна. В практике произвоаства железных: порошков методом распылени  расплава требуетс  применение синтетического чугуна с содержанием таких примесей, как кремний, марганед, фосфор и сера мене§ О,01О% каждого, и углерода более 3,5%. Известен способ удалени  марганца ва жидкого чугуна, при котором в жидкий чугун добавл ют и другие шлакообразующиё материалы, перемешивают Ьанну азотом , обрабатыва  ее в случае необходимости кислородом дл  снижени  содержани  марганца в чугуне, а полученный шлак используют снова li Однако этот способ имеет низкуА степень окислени  марганца (45-48%), не предусматривает удаление серы, фосфора, кремни  и вызьшает дополнительные затраты на приготовление порошкообразной окиси железа. Известен также способ дефосфорации чугуна, при котором жидкий чугун заливают в ковш или другую емкость, имеющую в дне сопло Дл  вдувани  инертного газа, а в боковых стенках - сопла, состо щие из двух концентричных трубок дл  вдувани  кислорода ниже уровн  шлака. На поверхность расплава загружают окислы железа, известь, плавиковый шпат. Из донного сопла подают инертный газ, и из боковых сопел - кислород и инертный газ 2. Недостатки способа - высокий расход дорогосто щего аргона (100 л/мин), низка  степень десульфурации чугуна и необходимость создани  сложной системы транспортировки различных газов. Известен способ дефосфорации жидкого чугуна перед заливкой его в конвертор , в котором при температуре чугуна ниже 1450 С навод т шлак за счет добавки окислов железа, конвертерного шлака, ипвестн ка и извести, выполн ю;- щих роль дефос4«)раторов и окислителей 3 При этом содержание в шлаке СаО аопжно сосгавл ть 0,3 - 3,0 от сук4мы . Si , а количество шлака - от веса чугуна. Предлагаетс  использовать Плавиковый шпаг шш соду более 15 кг/т чугуна Расход окислитьлей должен обеспечивать по нре окисле,™ ние кремни , марганца и фосфора, содержащикс  в чугуне, и менее 1,5% углерода . Подачу оксилителей в токе кислородсодержащего газа провод т или через погруженную в жидкий чугун трубу, или на поверхность чугуна„ Предусмотрен барбогаж чугуна инертным газом. После дефосфорации шлак скачивают ГЗ, Основными недостатками этого способа  вл ютс  относительно высокое содер жание фосфора в обработанном чугуне (0,023%), высокий угар углерода ( ( 1,5%), кроме того, в способе не предусматриваетс  возможность десульфура- ции чугуна. Повышенное содержание фосфора и серы, а также пониженна  концент раци  углерода в чугуне, получаемом этим способом, не позврл ют использовать его дл  производства железных порошков методом распылени  жидкого металла . Цель изобретени  - получение чугуна с минимальным содержанием примесей и снижение степени окислени  углерода. Поставленна  цель Достигаетс  тем, что в известном способе, включающем заливку чугуна в футерованную емкость, наведение шлака из окислов железа, отработанного сталеплавильного шлака, известн ка и извести в количестве 1550% от веса чугуна, разжижение шлака присадками плавикового шпата или соды, подачу кислородсодержащего газа, окисление примесей, перемешивание расплава газами н скачивание шлака, перед наведением шлака чугун обрабатывают угле- родсодержащими материалами в количест ве 17,5 - 60 кг/т чугуна, а после-скачивани  окислительного шлака, навод т восстановительный шлак в количестве 5-15% от веса чугуна и провод т перем шивание расплава смесью углекислого газа с порошкообразным углеродсодержащим материаипом, вз тыми в стехиометри ческом соотношении, Термодинамические и кинетические особенности окислени  фосфора при высо ком содержании углерода в расплаве показывают , что присутствие в расплаве углерода способствует ослаблению св зей железа с фосфором, повыша  коэффициент активности фосфора. 7 Степень дефосфорации существенно возрастает при увеличении содержани  угле-) рода, например при увеличении исходной концентрации углерода с 4% до 4,5%, степень дефосфорации возрастает в 1,34 раза. Однако при этом происходит также окисление углерода в результате реакции взаимодействи  углерода с окисла- . ми железа шлакового расплава. Учитыва  указанные обсто тельства, принима  во внимание то, что предельный чугун содержит в среднем 4%углерода, необходимо обеспечить максимальное содержание углерода в расплаве, предельные растворимости которого составл ют при температурах 130О и 15ОО°С соответственно 4,62 и 5,15%, Установлено, что дл  обеспечени  предельно растворимых, концентраций углерода в расплаве требуютс  дополнительные присадки углеродсодержащего материала , например эл ектродного бо , графита и т, д,, в чугун в количестве 3,5-12 кг/т чугуна при полном усвоении углерода. Установлено, что дл  увеличени  содержани  углерода с 4,16% до 4,5% необходимо ввести 15,2 кг углерода на 1 т чугуна, при этом коэффициент усвоени  углерода составл ет 23%, Поскольку необходимо получение более высокого содержани  углерода, коэффициент усвоени  углерода принимают 2О%, Следовательно, дл  получени  концентраций углерода 4,62 и 5,15% требуетс  ввести в расплав соответственно 17,5 и 6О кГ/т чугуна (в 5 раз больше теоретически необходимого Уг еродсодержащие материалы присаживают на струю чугуна, на дно футерованной емкости или вдувают в чугун с помощью газа. Дл  получени  в синтетическом чугуне i 0,010% серы при исходном ее содержании OjO2O-O,O7O% необходимо обеспечить степень десульфурации 5О-85%, Обработка чугуна 5% шлака (известь, плавиковый шпат, шамотный бой, отработанный сталеплавильный шлак) обеспечивает стабильное удаление из него не менее 5О% серы при исходном ее содержании не более 0,О20%, При содержании серы в чугуне 0,О7О% дл  обеспечени  удалени  из него 85% серы количество шлака составл ет 1.5% От веса чугуна. Таким образом, обработка чугуна, со- держаш:его 0,20-0,070% 5 и шлака 5-15% обеспечивает получение синтетического чугуна с содержанием i 0,010% 5, Перемешивание расплава смесью угле кислого газа с порошкообразным углероде оце ржа щим материалом, вз тыми в стехиометрическом соотношении по уравнению реакции - 2 СО, обеспечивает получение восстановительной атмос .ферм над расплавом. Наличие восстанови тельной атмосферы создает наиболее бла гопри тные услови  дл  протекани  реакции цесульфурации. П р и м е р . В дуговую сталеплавил ную печь (ДСП-ЗА) заливают 3 т предел ного чугуна с температурой 1350°С сле дующего состава,%: С 4,05; Mt 0,52;Si 0,68; S-0,05О; Р 0,1О. На подину печи предварительно загружают 96 кг электродного бо . После на рева чу-гуна до и растворени  4,78% углерода, на поверхность чугуна , сливают 500 кг отработанного конвер|терного шлака следующего состава,%: jFeO 14,28; Pe.,,Oj,5,80; СаО 42,26; |5-i O/jp 1О,80. Кроме этого добавл ют 150 кг извести и 5О кг железной руды . Затем расплав продувают кислородом 10 мин. При этом шлак самотеком 1УДал ют из печи. По окончании продувки получают чугун следующего состава,%: |С 3,60; Мп 0,08;5-i следы; S 0,О40; „-, , -, ;Р 0,008, с температурой 1480ПС. OKH длительный шлак скачивают полностью и ТД tf о Va UUnairNO. r. ч. {навод т Восстановительный шлак в количестве ЗОО кг из извести, плавикового шпата и шамотного бо  в соотношении |6:1:3. По расплавлении шлаковой смеси провод т перемешивание шлакового и металлического расплава путем продувки |смесью углекислого газа с порошкооб- разным электродным боем, вз тым в количестве 0,535 кг/мм CQj. Расплав перемешивают 10 мин. Расход углекислого газа составл ет ЗО нм7ч при аавлении 3,5-4 атм. По окончании обработки чугун имеет следующий состав, %: С 3,62; Мп 0,07; s-i следы; S 0,О1О; Р 0,О09. Способ получени  синтетического чугуна обеспечивает высокую степень окислени  кремни , марганца, фосфора, а также высокую степень десульфурации при относительно невысокой степени окислени  углерода, значительно сокращаютс  затраты на электроэнергию по сравнению с существующим технологическим производством, повышаетс  производительность сталеплавильного агрегата. Формула изобретени  Способ получени  синтетического чугуна , включающий его заливку в футеро- ; ванную емкость, наведение шлака из окислов железа, отработанного стелеплавиль- ного шлака, известн ка и извести в количестве 15-50% от веса чугуна, разжижение шлака присадками плавикового шпата или соды, подачу кислородсодержащего газа, окисление примесей, перемешивание расплава газами и скачивание шла- ка, отличающийс  тем, что, с целью получени  чугуна с минимальным содержанием примесей и снижени  степени окислени  углербца, перед наведением шлака чугун обрабатывают углеродсодершлала tyiya. uu{Jauaгывaют углеродсодер- жащими материалами в количестве 17,5/ j bO КГ/Т чугуна, a после скачивани  окислительного шлака навод т восстановитель- ный шлак -в количестве 5-15% от веса чугуна и перемешивают расплав смесью углекислого газа с порошкообразным углеродсодержащим материалом, вз тыи в стехиометрическом соотношении. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент Японии № 52-13491, кл. ЮТ 154, 1977.
2. 2.Патент Японии № 51-115219, кл. 1OJ 154, 1976.
3. 3.Патент CUIA № 4065297, л. 75-52, 1977.