Результат интеллектуальной деятельности: Способ изготовления сварочного флюса из техногенных отходов сталеплавильного производства

Изобретение относится к области сварки, в частности к сварочным флюсам и может быть использовано при изготовлении плавленых сварочных флюсов, которые могут быть использованы при сварке и наплавке плавящимся электродом стальных плит различной толщины.

Известно, что плавленые флюсы получают путем сплавления компонентов шихты в электрических или пламенных печах. В качестве сырьевых материалов при изготовлении сварочных плавленых флюсов применяют различные руды и продукты их обогащения - концентраты. Для введения окислов марганца МnО во флюс может использоваться марганцевая обогащенная руда, а также измельченный отвальный шлак производства силикомарганца и ферромарганца. Для введения оксидов кремния SiO₂ используется кремнезем в виде кварцевого песка. Окись алюминия Аl₂O₃ вводится в виде глинозема марок Г-1, Г-2 или Г-3, окись магния в виде каустического магнезитного порошка [1].

Недостатком такого способа является то, что при изготовлении флюса используются различные дорогостоящие материалы в виде чистых оксидов.

Известен сварочный флюс, предназначенный для электродуговой механизированной сварки и наплавки сталей [2]. Флюс получен из шлака производства силикомарганца, содержащего компоненты в следующем соотношении, мас. %: диоксид кремния 18-47, оксид алюминия 3-27, оксид кальция 9-28, фторид кальция 0,1-1,6, оксид магния 0,3-8,9, оксид марганца 1-13, оксид железа 0,1-1,15, углерод 0,01-0,9, оксид титана 0,01-0,6, оксид хрома 0,01-0,8, оксид натрия 0,01-0,6, оксид калия 0,01-0,5, оксид бария 0,01-3,0, серы не более 0,40, фосфора не более 0,40. Количество во флюсе фракции до 0,45 мм составляет до 5 %, количество фракции свыше 0,45 до 2,5 мм составляет до 95%, а количество фракции от 2,51 до 3,00 составляет до 1%.

Флюс аналога получен из шлака производства силикомарганца, а разрабатываемый флюс предлагается получать из техногенных отходов сталеплавильного производства без добавления дополнительных различных дорогостоящих материалов.

Задачей изобретение является разработка способа производства шлака из техногенных отходов сталеплавильного производства без добавления дополнительных различных дорогостоящих материалов. В составе перерабатываемого металлургического шлака уже имеются все необходимые оксиды, поэтому при получении флюса внешних элементов вводить нет необходимости.

Технический результат, получаемый в результате использования изобретения состоит в следующем: сокращение отходов металлургических предприятий путем переработки металлургических шлаков в сварочные материалы, а именно в сварочные флюсы; получение флюса со стабильными сварочно-технологическими свойствами, обеспечивающими получение сварных соединений без снижения качества наплавленного металла.

Технический результат достигается, за счет того, что при подготовке шихтовых материалов в процессе изготовления флюса используются отходы металлургического производства, а именно металлургические шлаки сталеплавильного производства.

Способ был реализован следующим образом. В качестве шихты был использован металлургический шлак местного металлургического предприятия, а именно завода Амурсталь, который имеет следующий химический состав, мас. %: SiO₂: 8,7-14,94, FeO: 48,24-66,05, СаО: 15,4-21,03, MgO: 2,33-3,81, Al₂O₃: 4,87-7,73, МnО: 5,56-5,98, а так же кварцевый песок и восстановитель в виде графита. Расплавление компонентов шихты производилось в электрической печи сопротивления (индукционной печи) при температуре 1100-1150°С. Процесс плавки металлургического шлака с кварцевым песком и восстановителем необходим для восстановления из состава шлака излишков железа и повышения содержания SiO₂. Добавление графита необходимо для жидкофазного восстановления железа из шлака [3]. Выдерживают расплав в течение 1-2 ч. Разливку расплава осуществляют в изложницу. В дальнейшем полученный состав дробился до необходимой фракции, а именно - 1,0-4,0 мм. Полученный сварочный флюс успешно прошел лабораторные испытания. Геометрические параметры сварного шва удовлетворяют требованиям ГОСТ 8713-79, относящимся к соединению С7: ширина и высота усиления шва в допустимых пределах. На поверхности отсутствуют внешние дефекты.

Способ обеспечивает гарантированное получение сварочного флюса для получения сварных соединений без снижения качества наплавленного металла. При применении данного способа снижается себестоимость флюса, сокращаются непереработанные отходы металлургических производств.

В результате был получен сварочный флюс который имеет следующий химический состав, мас. %: СаО: 15,7-19, MgO: 4,11-13,3, SiO₂: 35,1-41,7, Аl₂O₃: 7,73-9,29, FeO: 11,52-20,8, MnO:6,75, S: 0,048-0,096, P: не более 0,040.

Изобретение может быть использовано для получения сварочных флюсов из техногенных отходов металлургических производство содержащих большое количество железа, в частности металлургических шлаков, для сварки и наплавки сталей, в частности для сварки низко- и среднелегированных сталей и сплавов.

Примеры сварного шва, полученного с применением сварочного флюса, полученного заявляемым способом приведены на фигурах. Фиг. 1 - наплавленный валик, Фиг. 2 – двухсторонний сварной шов двух пластин.

[1] Подгаецкий В.В., Люборец И.И. Сварочные флюсы. - К.: Технiка, 1984. - 167 с.

[2] Патент RU 2772824 C1. Флюс для механизированной сварки и наплавки сталей. опубл. 26.05.2022 Бюл. №15.

[3] Патент RU 2511419. Способ жидкофазного получения железа прямого восстановления. Опубл. 10.04.2014 Бюл. № 10.