Результат интеллектуальной деятельности: Композиционный шихтовой материал для дуговых электропечей

Изобретение относится к области металлургических процессов получения расплава черных металлов в дуговых электропечах, а именно к применяемым для этой цели шихтовым материалам.

Может быть использовано для насыщения металлической ванны железом, углеродом и экономии электрической энергии.

Известен способ науглероживания железо-углеродистых расплавов чугуном, коксом и электродным боем [1], включающий в себя выплавку чугуна в электродуговых, индукционных печах и газовых вагранках с копильником, ввод науглероживателя инжекционным способом под зеркало металла.

Недостатками [1] являются:

1. Данные материалы обладают определенной и достаточно высокой дороговизной и дефицитностью.

2. В результате введения чугуна в шихту в металле увеличивается содержание фосфора, который потребует проведения металлургических операций по его выводу из металла. В этой связи использование чугуна в шихте как науглероживателя ограничено.

3. Кокс и электродный бой ввиду отсутствия развитой поверхности соприкосновения с железом требуют определенного регламента их ввода в шихту для улучшения усвоения.

4. Кокс является источником загрязнения металла серой особенно тогда, когда в его «генезисе» имеет место донецкий уголь. Это обстоятельство также требует проведения металлургических операций по выводу серы из металла, которые обуславливают повышенный расход шлакообразующих, увеличение трудоемкости сталеплавильного процесса, длительность плавки и применение различных способов ковшевой десульфурирующей обработки металла. В комплексе указанные обстоятельства увеличивают затраты на производство стали.

Известен композиционный шихтовый материал для производства высококачественной стали [2], который представляет собой рудно-угольные окатыши с содержанием суммарного углерода, обеспечивающего полное восстановление окислов железа.

Недостатками [2] в составе шихты дуговых электропечей при плавке стали являются:

1. Отсутствие в составе металлического железа. Это обстоятельство ограничивает рециклирование многих дисперсных отходов металлургии и машиностроения, которые имеют в своем составе металлическое железо.

2. Уголь, входящий в состав указанных известных шихтовых материалов, имеет повышенное содержание серы, которая имеет негативное влияние на сталеплавильный процесс.

3. Материал является источником железа для металлической ванны дуговой электропечи, но не насыщают ее углеродом для проведения процесса кипения.

4. Использование в шихте материала не позволяет сократить расход электроэнергии.

Наиболее близким по существу заявляемого изобретения, прототипом, является способ прямого получения железа [3], включающий подачу компонентов шихты, содержащей руду, углеродистый восстановитель и флюс в форме рудоугольного брикета неограниченной длины, погружаемый в расплав металла, а окись углерода дожигают для передачи тепла расплаву.

Недостатками прототипа [3] являются:

1. Отсутствие в составе металлического железа. Это обстоятельство ограничивает рециклирование многих дисперсных отходов металлургии и машиностроения, которые имеют в своем составе металлическое железо.

2. Уголь, входящий в состав указанных известных шихтовых материалов, имеет повышенное содержание серы, негативное влияние которой на сталеплавильный процесс освещено выше.

Целью предполагаемого изобретения является рециклирование дисперсных отходов металлургии и машиностроения, которые имеют в своем составе металлическое железо, а также введение науглероживающего компонента, не имеющего в своем составе серы.

Цели достигают тем, что в состав материала входит металлическое железо на углеродистой связке, не имеющей в своем составе серы.

При проведении указанных металлургических процессов для рафинирования металла осуществляют кипение электросталеплавильной ванны. Для проведения этой операции необходимо повышенное относительно марочного состава количество углерода в металле.

Заявляемое изобретение может быть осуществлено, например, следующим путем.

Композиционный шихтовый материал для дуговых электропечей вводится на подину дуговой электропечи совместно с другими материалами загрузочной бадьи. В состав этого материала входят железосодержащие отходы металлургии и машиностроения дисперсного вида, в которых железо может быть как восстановленным, так и окисленным. Связка является углеродистой и представляет собой отходы переработки каменноугольной, торфяной, древесной и нефтяной смол, семян растений и других исходных материалов (каменноугольный и нефтяной пеки, битумы, фильтропрессовые осадки, кубовые остатки от дисциляции жирных кислот). Соотношение окисленного и восстановленного железа в наполнительной части композита меняется в пределах: от 1:0 до 0:1. Т.е. возможно формирование композита, как из окисленного железа, так и железа в свободном состоянии. Соотношение между наполнителем и связующим меняется в пределах: от 0,7:0,3 до 0,2:0,8. Это соотношение обусловлено связующими свойствами углеродистой связки. На фиг. приведена Таблица, где представлены экспериментальные данные.

Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод о том, что, если содержание (масс. %) углеродистого связующего менее 30% и более 80% формообразование композиционного шихтового материала не происходит.

Технический результат заключается в рециклинге отходов технологических процессов машиностроения и металлургии дисперсного вида, содержащих железо, а также отходы переработки каменноугольной, торфяной, древесной и нефтяной смол, семян растений и других исходных материалов, содержащих углерод. Рециклирование осуществляется путем использования композиционного шихтового материала для дуговых электропечей, загружаемого на подину дуговой электросталеплавильной печи в процессе завалки, для насыщения металлической ванны железом, углеродом и экономии электрической энергии.

Заявляемый композиционный шихтовый материал для дуговых электропечей, вводимый на подину дуговой электропечи совместно с другими материалами загрузочной бадьи, решает следующие задачи:

1) является источником железа для металлической ванны;

2) науглероживает металлическую ванну дуговой электропечи для проведения процесса кипения;

3) позволяет экономить дорогостоящую электроэнергию при проведении электросталеплавильных процессов.

Приведенные примеры применения предполагаемого изобретения показывают его полезность для процессов переработки отходов машиностроения и металлургии, а также раскисления стали.

Предполагаемое изобретение удовлетворяет критериям новизны, так как при определении уровня техники не обнаружено средство, которому присущи признаки, идентичные (то есть совпадающие по исполняемой ими функции и форме выполнения этих признаков) всем признакам, перечисленным в формуле изобретения, включая характеристику назначения.

Предполагаемое изобретение имеет изобретательский уровень, поскольку не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с отличительными признаками данного изобретения, и не установлена известность влияния отличительных признаков на указанный технический результат.

Заявленное техническое решение можно реализовать на предприятия машиностроения и металлургии в процессе переработки дисперсных железосодержащих отходов и раскисления стали.

Источники информации

1. Электрометаллургия стали и ферросплавов. Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е., Рысс М.А., Строганов А.И., Ярцев М.А. - Учебник для вузов. Изд. 2-е, перераб. и доп. - М.: Металлургия, 1984. - 568 с.

2. Патент РФ 2009207 от 15.03.94.

3. Патент РФ 2080391 от 27.05.97.