Результат интеллектуальной деятельности: Способ выплавки чугуна в электродуговых печах

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способу получения чугуна в электродуговых печах.

Известен способ введения ферросилиция по ГОСТ 1415-93 «Ферросилиций. Технические требования и условия поставки» для повышения содержания кремния в чугуне и его кратковременном модифицировании. По сравнению с чугуном ферросилиций обладает более низкой температурой плавления, поэтому недостатком данного способа является кратковременный модифицирующий эффект. Металлургический карбид кремния имеет более высокую температуру плавления 2600°C, за счет чего не плавится, а усваивается в жидком металле за счет изотермической диффузии, тем самым создавая более длительный эффект модифицирования чугуна.

Из известного уровня техники в качестве наиболее близкого аналога можно принять патент RU №2395589 «Способ выплавки железоуглеродистых сплавов в индукционных печах», приоритет 01.08.2007 г., включающий завалку металлической части шихты, плавление и легирование расплава кремний- и углеродсодержащими материалами, при этом легирование осуществляют комплексной смесью, содержащей кремний и углерод, при соотношении C_Σ:Si=(25÷90):(0,5÷65), где Si - содержание кремния в комплексной смеси; C_Σ - суммарное содержание углерода в комплексной смеси, причем кремний содержится в составе смеси в виде металлургического карбида кремния и/или его шламов, а углерод - в виде термообработанных углеродсодержащих материалов электродного производства и/или графита.

Недостатками данного способа выплавки являются:

1. В условиях электропечной плавки, характеризующейся более высоким локальным перегревом расплава и растворением исходных центров зарождения графитных включений, раздельное введение сначала карбида кремния, а затем графита измельченного позволяет не только увеличить их содержание, но и в большей степени сохранить его во времени до момента заливки чугуна в литейную форму. При индукционной плавке сохраняется исходное, необходимое для формирования требуемых показателей структуры и свойств чугуна, количество центров зарождения графитных включений, поэтому дополнительный эффект от введения углеродсодержащего материала и металлургического карбида кремния в виде смеси не проявляется.

2. Существенно более высокая стоимость смеси из углеродсодержащего материала и металлургического карбида кремния, по сравнению с их суммой их стоимостей как отдельно взятых материалов, так как в нее помимо стоимостей входящих компонентов включаются производственные трудо- и энергозатраты, амортизация оборудования, площадей и т.д.

Таким образом, технической задачей настоящего изобретения является выплавка чугуна заданного химического состава, в котором необходимое содержание углерода и кремния достигается как введением в шихтозавалку металлургического карбида кремния и графита измельченного, так и последующей доводкой расплава данными материалами.

Изобретение предназначено для подготовки расплава чугуна с заданным химическим составом, в том числе за счет его доводки по углероду и кремнию металлургическим карбидом кремния, за счет полного исключения в шихте ферросилиция и частично - графита.

Поставленная задача решается путем реализации способа выплавки чугуна в электродуговых печах, включающем завалку металлической части шихты, плавление и легирование расплава кремний- и углеродсодержащими материалами, отличающимся тем, что в шихтозавалку поэтапно загружают в качестве одновременного источника углерода и кремния - металлургический карбид кремния фр. 0-10 мм и содержанием SiC 82-95% в количестве 0,57-1% и в качестве дополнительного источника углерода -графит измельченный в количестве 0,15-0,74%, а также стальную составляющую шихты с дальнейшим ее расплавлением и последующей корректировкой химического состава расплава дополнительным введением графита измельченного, металлургического карбида кремния и ферросплавов.

Способ выплавки чугуна в электродуговых печах, включающий поэтапную завалку графита измельченного, металлической части шихты и металлургического карбида кремния в электродуговую печь производится без смешивания данных компонентов.

Исследования, проведенные по источникам патентной и научно-технической информации, показали, что заявляемый способ выплавки чугуна в электродуговых печах неизвестен и явным образом не следует из изученного уровня техники, то есть соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень».

В качестве примеров использования изобретения приведены: расчет шихты в электродуговых печах с использованием металлургического карбида кремния для выплавки серого чугуна марки Gh190 «Общий» и расчет шихты для выплавки высокопрочного чугуна марок ВЧ40, ВЧ50 и Gh65-48-05.

1. Серый чугун с пластинчатым графитом, выплавленный в электродуговой печи из следующих шихтовых материалов (см. табл. 1) согласно заявленному способу позволяет достичь требуемых показателей структуры и свойств получаемых из него отливок.

2. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом, выплавленный в электродуговой печи из следующих шихтовых материалов (см. табл. 2) согласно заявленному способу позволяет достичь требуемых показателей структуры и свойств получаемых из него отливок.

Приведенные в таблицах примеры показывают, что заявляемый способ выплавки чугуна может быть использован в условиях чугунолитейного производства и соответствует критерию «промышленная применимость».

Таким образом, заявленный способ получении чугуна в электродуговых печах, позволяет стабильно получать требуемые содержания углерода и кремния за счет применения в шихтозавалке и на доводке графита и металлургического карбида кремния, являющегося гораздо более экономичным источником одновременно двух химических элементов - углерода и кремния, взамен более дорогого источника кремния - ферросилиция.