×
17.04.2020
220.018.1574

Брикет для производства чугуна в вагранке

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, в частности к подготовке материалов для ваграночной плавки чугуна. Брикет содержит железосодержащий материал, включающий чугунную, стальную стружку и оксиды железа, углеродосодержащее вещество и известковую пыль. В качестве углеродсодержащего вещества применяется отработанная воскообразная модельная композиция (ОВМК) при следующем соотношении компонентов, мас.%: ОВМК – 10-20, известковая пыль – 5-10, железосодержащий материал – остальное. При этом в качестве источника оксидов железа используется замасленная стальная окалина в количестве до 12% от массы железосодержащего материала. Изобретение обеспечивает компактность, максимальную гидрофобность, минимальную осыпаемость брикета при наличии в его составе мелкодисперсных и пылевидных составляющих, интенсификацию ваграночной плавки и минимизацию содержания серы в выплавляемом чугуне при его использовании. 2 табл.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области металлургии и литейного производства, в частности, к подготовке материалов для ваграночной плавки чугуна.

Известна шихта для изготовления брикетов металлургического производства, содержащая железоуглеродистые отходы электросталеплавильного производства, карбюризатор и связующий материал [1].

К ее недостаткам относятся использование связующего сульфатно-шлакового происхождения, что способствует дополнительному шлакообразованию в ходе плавки и внесению вредной примеси серы в выплавляемый металл, а также высокая гидрофильность и подверженность активной атмосферной коррозии при хранении из-за наличия в составе мелкодисперсных и пылевидных компонентов.

Известен брикет для металлургического передела, включающий железосодержащий материал, углеродсодержащее вещество и связующее, отличающийся тем, что связующее изготовлено из смеси строительного цемента и пластифицирующей воздухововлекающей добавки – адипинового щелочного пластификатора, имеющего химическую формулу СООН(СН2)4СООNа [2].

К недостаткам такого брикета относятся его гидрофильность при хранении, интенсивное шлакообразование при плавке из-за наличия цемента в составе, а также повышенная температура плавления по причине образования при нагреве тугоплавких соединений типа n(CaO)SiO2, что в конечном итоге снижает количество полезного тепла, идущего непосредственно на расплавление металлической шихты, замедляет процесс плавки и снижает производительность печи.

Известен брикет для производства чугуна и стали, включающий стальную окалину, углеродсодержащий материал и связующее, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего материала он содержит электродный бой, а в качестве связующего смесь диоксида кремния, оксида кальция, оксида натрия и оксида алюминия [3].

Однако данный брикет не свободен от недостатков. Наличие в его составе целой линейки материалов, взятых в определенных соотношениях, а также необходимость их предварительного измельчения перед прессованием до размеров регламентированной фракции, проведения обжига в печи в течение 0,5-1,0 ч при 700-1000°C с последующим охлаждением на воздухе повышают трудоемкость, длительность и стоимость изготовления брикета, использование в ходе изготовления брикета жидкого стекла для обеспечения его механической прочности ведет к образованию «камня» силикат-глыбы (окускованию), а по ходу плавки – к повышенному шлакообразованию, что неизбежно увеличивает время плавки. Кроме того, присутствие в составе брикета в качестве углеродосодержащего вещества боя графитовых электродов в количестве до 30% по массе ведет к загрязнению выплавляемого металла примесью серы.

Наиболее близким к изобретению является брикет для производства чугуна в вагранке, содержащий углеродосодержащее вещество и железосодержащей материал, включающий чугунную и стальную стружку, оксиды железа, отличающийся тем, что в него введена известковая пыль, а в качестве источника оксидов железа – пыль системы вентиляции электродуговых печей, при следующем соотношении компонентов в брикете, мас.%:

углеродосодержащее вещество 10-15
известковая пыль 5-10
железосодержащий материал остальное

При этом содержание в нем пыли системы вентиляции электродуговых печей составляет 10-15% по массе [4].

Однако данный брикет имеет ряд недостатков. Он характеризуется высокой осыпаемостью, что серьезно затрудняет его хранение без упаковки и транспортировку перед загрузкой в печь. Наличие в составе брикета в качестве углеродосодержащего вещества пылевидной фракции боя графитовых электродов в количестве 10-15% по массе не снимает риска внесения вредной примеси серы в выплавляемый чугун, а известковой пыли и пыли системы вентиляции электродуговых печей с высокими значениями удельной поверхности способствует насыщению брикета влагой атмосферного воздуха.

Эти недостатки устраняются предлагаемым решением.

Решается задача получения компактного, удобного для хранения и транспортировки железосодержащего брикета, успешно и одновременно выполняющего функции топлива и компонента шихты, обеспечивающего эффективность протекания ваграночной плавки в части нагрева и науглероживания металла и чистоту получаемого чугуна по примеси серы.

Технический результат – компактность, максимальная гидрофобность, минимальная осыпаемость брикета при наличии в его составе мелкодисперсных и пылевидных составляющих; интенсификация ваграночной плавки и минимизация содержания серы в выплавляемом чугуне при его использовании.

Технический результат достигается тем, что согласно изобретению в брикет для производства чугуна в вагранке, содержащий железосодержащий материал, включающий чугунную, стальную стружку и оксиды железа, углеродосодержащее вещество и известковую пыль, в качестве углеродсодержащего вещества введена отработанная воскообразная модельная композиция (ОВМК) при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ОВМК 10-20
известковая пыль 5-10
железосодержащий материал остальное

При этом в составе железосодержащего материала чугунная и стальная стружка берутся в любом соотношении, а в качестве источника оксидов железа используется замасленная стальная окалина в количестве до 12% от его массы.

Присутствие в составе брикета известковой пыли в количестве 5-10% по массе благоприятно сказывается на процессе плавки, шлакообразования и химическом составе получаемого чугуна [4].

Замасленная стальная окалина в составе брикета используется в качестве источника оксидов железа. Содержание окалины с содержанием минерального масла 10% масс. в железосодержащем материале брикета в количестве более 12% от массы железосодержащего материала нарушает технические нормы по маслосодержанию брикета (не более 1% масс.), создает риск недостаточной степени восстановления железа при плавке и ведет к повышенному дымовыделению и ухудшению экологической ситуации.

Отработанные воскообразные модельные композиции (ОВМК), относящиеся к группе материалов, которые представляют собой твердые легкоплавкие гидрофобные вещества, обладающие кристаллическим строением и низкой механической прочностью [5].

Характерным примером такой модельной композиции может служить широко применяемый в практике модельный состав ПС 50/50 (смесь парафина и стеарина), в достаточном количестве имеющийся в распоряжении отечественных машиностроительных предприятий, реализующих способ производства заготовок литьем по выплавляемым моделям. Согласно рекомендациям специалистов, после 8-10 циклов использования модельный состав ПС 50/50 должен полностью или частично освежаться, в связи с чем возникает задача его утилизации.

Парафиностеариновые двухкомпонентные составы широко распространены в отечественной промышленности вследствие легкости приготовления, невысокой температуры их плавления (в среднем 50-60°С), жидкотекучести и низкой зольности (0,01-0,04%).

Парафин представляет собой смесь твердых насыщенных (предельных) углеводородов метанового ряда СnН2n+2 (при n=25-40), получаемых при возгонке нефти, бурого угля и сланцев. Парафин пластичен, температура его размягчения составляет около 30°С [6].

Стеарин представляет собой смесь жирных кислот. Основой является стеариновая кислота СН3(СН2)16СООН (или C17H35COOH), в качестве примесей выступают преимущественно пальмитиновая и олеиновая кислоты (соответственно СН3(СН2)14СООН и СН3 – (СН2)7 – СН = СН – (СН2)7 – СООН). Температура размягчения стеарина около 70°С [6].

Низкие температуры размягчения и хорошая жидкотекучесть парафина и стеарина способствуют проявлению их композицией отличных связующих свойств, поскольку этот материал без особых проблем может пропитывать пористые среды (спрессованный брикет стальной и чугунной стружки) и удерживать мелкодисперсную и даже пылевидную фракцию технологических добавок, препятствуя осыпаемости брикета, насыщению его влагой и протеканию коррозионных процессов при хранении на открытом воздухе.

Важной особенностью парафина и стеарина является тот факт, что они не горят в твердом и жидком (расплавленном) виде. Однако при нагреве до температур выше 400°С эти вещества переходят в парообразное состояние, распадаясь на активные углеводородные радикалы, легко вступающие в реакцию с кислородом с выделением большого количества тепла.

В условиях доступа (избытка) кислорода идут реакции горения парафина

2CnH2n+2 + (3n +1) O2 = 2nCO2↑ + (2n + 2) H2O↑ (n=25-40)

и стеарина

C17H35COOH + 26O2 = 18CO2↑+ 18H2O↑,

то есть ОВМК успешно выполняет важнейшую для вагранки функцию эффективного топлива.

В условиях недостатка кислорода и анаэробного нагрева парафина и стеарина протекают реакции

CnH2n+2 + (n +1/2) O2 = nCO↑ + (n + 1) H2O↑

CnH2n+2 + 1/2(n +1) O2 = nC + (n + 1) H2O↑

и

C17H35COOH + 17O2 = 18CO↑+ 18H2O↑

C17H35COOH + 8O2 = C + 18H2O↑,

то есть ОВМК обеспечивает науглероживание расплава и одновременно восполняет дефицит кислорода в рабочем пространстве печи.

Температура пламени при горении паров парафина и стеарина достигает уровня 1400˚С для парафина и 1500˚С для стеарина, что при использовании ОВМК в ваграночной плавке обеспечивает интенсификацию протекающих процессов за счет повышения и выравнивания температуры в шахте вагранки и, в конечном итоге, способствует повышению производительности печи.

Ряд опытных составов брикета проходил проверку на осыпаемость, компактность (стабильность геометрии при транспортировке и выполнении разгрузочно-погрузочных операций), и влагосодержание в сравнении с прототипом (таблица 1). Брикеты по прототипу размером 150х100х60 мм изготавливали холодным прессованием в форме под давлением 15-16МПа. В опытные брикеты того же размера вводили ОВМК ПС50/50, количество которой варьировалось от 3 до 25% от массы брикета. При этом содержание замасленной стальной окалины фиксировалось на уровне до 12% масс. железосодержащего материала опытного брикета, стальная и чугунная стружка, взятые в соотношении 50:50 в % масс., – остальное, а доля известковой пыли в брикете соответствовала прототипу.

Ударные нагрузки на брикет при проведении испытаний на осыпаемость и компактность имитировались падением брикета с высоты 50 см на стальную плиту. Влагосодержание контролировалось весовым методом после погружения брикета на 1 мин в емкость с водой комнатной температуры.

Результаты проверки приведены в таблице 2.

Наилучшими показателями по осыпаемости, компактности и влагосодержанию обладают опытные брикеты третьего и четвертого вариантов состава с содержанием ОВМК 10-20% от массы брикета.

Проводили повторные испытания брикетов с содержанием ОВМК 10-20% от массы брикета, варьируя соотношение чугунной и стальной стружки в металлосодержащем материале брикета. Рассматривались варианты соотношений 0:100, 25:75, 75:25, 100:0. Результаты показали, что показатели осыпаемости, компактности и влагосодержания брикетов не зависят от соотношения чугунной и стальной стружки в составе железосодержащего материала брикета.

В условиях действующего производства проводилась серия плавок чугуна марки СЧ20 ГОСТ 1412 в газовой вагранке с содержанием в шихте 10% масс. брикетов состава, взятого по прототипу, и брикетов предлагаемого состава, мас.%:

ОВМК 10-20
известковая пыль 5-10
железосодержащий материал остальное

При этом соотношение чугунной и стальной стружки не регламентировалось, а количество замасленной стальной окалины в составе железосодержащего материала составляло 10-12% от его массы.

По результатам проведенного химического анализа содержание примесей серы в металле оказалось равным 0,12% при использовании в шихте брикетов состава, взятого по прототипу, и 0,07% при использовании брикетов предлагаемого состава при допустимом содержании примесей серы до 0,15% согласно требованиям стандарта.

Таким образом, практическая проверка подтвердила эффективность применения брикета предлагаемого состава в сравнении с прототипом.

Источники информации

1. Патент на изобретение РФ №2352648, кл. C22 B1/243, 2009.

2. Патент на изобретение РФ №2228377, кл. C22 B1/242, 2004.

3. Патент на изобретение РФ №2083681, кл. C21 C5/06, C22 B1/24, C22 B1/242, 1997.

4. Патент на изобретение РФ №2549029, C22 B1/242, 2015 – прототип.

5. Большая энциклопедия нефти и газа. – URL: https://www.ngpedia.ru/id137721p1.html (дата обращения 26.11.2019).

6. Слета, Л.А. Химия: справочник / Л.А. Слета. – Харьков: ФОЛИО; М.: ООО «Издательство АСТ», 2000. – 496с.

Таблица 1

Составы брикета ваграночной плавки чугуна

№ варианта Железосодержащий материал,
% масс.
Углеродсодержащий материал, % масс. Технологические добавки,
% масс.
пыль системы вентиляции дуговых сталеплавильных печей окалина стальная
замасленная
стружка чугунная /
стружка стальная
пылевидная фракция боя графитовых электродов дуговых сталеплавильных печей отработанная модельная композиция ПС 50/50 известковая пыль
прототип 10-15 в железосодержащем материале остальное (50/50) 10-15 5-10
1 до 12 в железосодержащем материале остальное (50/50) 3-5 по прототипу
2 до 12 в железосодержащем материале остальное (50/50) 5-10 по прототипу
3 до 12 в железосодержащем материале остальное (50/50) 10-15 по прототипу
4 до 12 в железосодержащем материале остальное (50/50) 15-20 по прототипу
5 до 12 в железосодержащем материале остальное (50/50) 20-25 по прототипу

Таблица 2

Результаты испытаний брикета

Номер варианта прототип 1 2 3 4 5
Осыпаемость, % масс. 10 5 2 0,5 0 0
Компактность удовлетворительная хорошая хорошая хорошая удовлетворительная геометрия брикета нестабильна
Влагосодержание, % масс. 6 3 1 0 0 0

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 96 items.
27.08.2016
№216.015.4da0

Ветроэнергетическая установка с системой автоматического регулирования

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в установках выработки электрической энергии с постоянными выходными параметрами. Технический результат - поддержание максимальной выходной мощности при изменяющихся первичных скоростях, увеличение точности и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002595643
Дата охранного документа: 27.08.2016
10.08.2016
№216.015.532e

Устройство для переработки нефтеотходов

Изобретение описывает устройство для переработки нефтеотходов, включающее узел подготовки сырьевой смеси, диспергатор, резервуар готовой эмульсии, соединенный трубопроводом через обратный клапан с узлом подготовки сырьевой смеси, при этом резервуар готовой эмульсии снабжен обогревом, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594153
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.5400

Многофункциональный инновационный модульный дозиметр

Изобретение относится к радиационной безопасности. Способ измерения параметров ионизирующего излучения включает этапы, на которых измеряют четырьмя счетчиками Гейгера-Мюллера ионизирующее излучение, при этом регистрация гамма-излучения осуществляется с помощью четырех счетчиков Гейгера-Мюллера...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593820
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.545e

Активно-импульсный комплекс ночного видения

Активно-импульсный ПНВ содержит в качестве источника подсветки объекта импульсный излучатель, а в качестве приемника изображения ЭОП с импульсной модуляцией коэффициента усиления. При этом момент включения максимального усиления ЭОП регулируют с помощью независимого генератора импульсов, причём...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593627
Дата охранного документа: 10.08.2016
10.08.2016
№216.015.5601

Способ и устройство для адаптивной радиосвязи

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к системам сеансовой связи, обеспечивающим выполнение высоких требований к достоверности передачи сообщений. Технический результат состоит в повышении помехозащищенности системы радиосвязи за счет использования метода пространственного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002593378
Дата охранного документа: 10.08.2016
13.01.2017
№217.015.77a3

Способ изготовления отливок из чугуна с дифференцированной структурой

Изобретение относится к литейному производству и может быть использовано для изготовления отливок из чугуна, в том числе, отливок стеклоформующей оснастки. Способ включает выплавку чугуна, разливку в ковш, ковшовое модифицирование, заливку в формы и термическую обработку отливок. В ковш...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599588
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.7973

Способ удаления цинка с оцинкованной стали

Изобретение относится к области цветной металлургии и может быть использовано для переработки отходов оцинкованной стали. Способ включает обработку отходов оцинкованной стали водным раствором, содержащим 250 г/л соляной кислоты и 2,5 г/л гексаметилентетрамина, в котором при температуре 10-40°С...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002599061
Дата охранного документа: 10.10.2016
13.01.2017
№217.015.7eec

Многопозиционная машина трения

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к устройствам для трибологических испытаний наружных и внутренних цилиндрических поверхностей образцов, и может быть использовано при испытаниях на износ, например, гильз цилиндров, валов и т.п. Многопозиционная машина трения содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601258
Дата охранного документа: 27.10.2016
13.01.2017
№217.015.82ce

Экзотермическая смесь для обогрева прибылей стальных и чугунных отливок

Изобретение относится к области литейного производства. Экзотермическая смесь содержит, мас.%: алюминиевый порошок 16,0-27,0, жидкое стекло 6,0-7,0, АЦЭГ 0,6-0,7, шлам селитровых ванн термического производства 2,5-7,5, шлам закалочных баков 13,0-22,0, огнеупорный наполнитель остальное....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002601721
Дата охранного документа: 10.11.2016
13.01.2017
№217.015.851d

Способ определения места повреждения линии электропередачи

Изобретение относится к электротехнике и электроэнергетике и может быть использовано для определения места повреждения линии электропередачи. Технический результат: повышение точности определения места повреждения линии электропередачи. Сущность: фиксируют электромагнитные волны, возникающие в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603247
Дата охранного документа: 27.11.2016
Showing 1-10 of 37 items.
20.10.2013
№216.012.7577

Смесь для изготовления литейных форм и стержней

Изобретение относится к литейному производству. Смесь содержит шламовый отход производства поливинилхлорида в количестве 97-99 мас.%, содержащий, мас.%: НО 50,2; CaSO·2HO 12,2; Са(ОН) 7,2; NaCl 28,2; NaSO 2,0; NaOH 0,2 и древесные опилки. Связующим в смеси являются кристаллогидраты солей NaCl....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002495731
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.03.2014
№216.012.a9b4

Способ получения отливок из хладостойкого чугуна

Изобретение относится к области металлургии, в частности к способу получения хладостойкого высокопрочного чугуна для производства литых заготовок в условиях массового производства. Обработку расплава чугуна проводят в литейной форме путем подачи модифицирующей смеси, содержащей сфероидизирующую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509159
Дата охранного документа: 10.03.2014
10.11.2014
№216.013.0548

Способ изготовления отливок по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству. На блок выплавляемых моделей послойно наносят огнеупорную суспензию. В состав суспензии первого слоя вводят мелкодисперсный модификатор - абразивную пыль полировально-шлифовальной обработки изделий из сплавов черных металлов в количестве 1-2 мас.%...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532750
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.054b

Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает послойное нанесение на блок выплавляемых моделей огнеупорной суспензии, обсыпку зернистым материалом, вытопку моделей, сушку и прокаливание. Начиная со второго слоя оболочки, используют огнеупорную суспензию с кислородсодержащим...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532753
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.0556

Способ изготовления многослойных оболочковых литейных форм по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству. На блок выплавляемых моделей наносят огнеупорную суспензию. Обсыпают его зернистым материалом. В первый слой оболочки, в состав зернистого материала для обсыпки, вводят порошок алюминия в количестве 5-10 мас.%, а начиная со второго слоя оболочки,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532764
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.0557

Обсыпочный материал для изготовления оболочковых форм по выплавляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству. Обсыпочный материал содержит в мас.%: электрокорунд 30-40, железная окалина 25-35, железо остальное. Обеспечивается повышение качества оболочковых форм и получаемых отливок. 1 табл., 1 пр.
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532765
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.02.2015
№216.013.2645

Способ изготовления отливок из чугуна

Изобретение относится к литейному производству. Способ включает выплавку чугуна, разливку в ковш, в который предварительно введены предсфероидизирующий, сфероидизирующий и графитизирующий модификаторы в количестве соответственно 0,2-0,3, 0,4-0,5, 0,4-0,5 мас.% от массы жидкого чугуна в ковше....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541250
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.2648

Способ защиты стальных отливок от обезуглероживания при термической обработке

Изобретение относится к литейному производству. Для повышения качества защиты стальных отливок от обезуглероживания, в частности минимизации толщины обезуглероженного слоя, отливки помещают в контейнер и засыпают их карбюризатором, в качестве которого используют смесь древесного угля и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002541253
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.04.2015
№216.013.3cdf

Способ изготовления керамических оболочек для литья по удаляемым моделям

Изобретение относится к литейному производству. Модельный блок послойно обмазывают керамической суспензией с последующей обсыпкой огнеупорным материалом и сушкой каждого слоя. В качестве обсыпочного материала используют измельченный бой керамических оболочек, содержащий в своем составе кварц в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547071
Дата охранного документа: 10.04.2015
20.04.2015
№216.013.447b

Брикет для металлургического передела

Изобретение относится к металлургии. Брикет содержит углеродосодержащее вещество и железосодержащий материал, включающий чугунную и стальную стружку, оксиды железа, известковую пыль и пыль системы вентиляции электродуговых печей в качестве источника оксидов железа. Соотношение компонентов в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002549029
Дата охранного документа: 20.04.2015
+ добавить свой РИД