способ получения полуфабриката для металлургического передела

Формула изобретения

1. Способ получения полуфабриката для металлургического передела, включающий предварительное заполнение мульд разливочной машины твердыми добавками и последующую заливку на них жидкого чугуна, отличающийся тем, что в рабочий объем мульды вначале вводят вещество, выделяющее газ при температуре меньшей температуры заливаемого чугуна в количестве 6 12% от его массы, а мульду заполняют жидким чугуном на 26 60% ее рабочего объема.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве вещества выделяющего газ используют карбонаты металлов, например, CaCO₃ и/или MoCO₃, и/или органические соединения, например капролактам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к производству металлошихты для выплавки в дуговых электропечах.

Известен способ получения полуфабриката для металлургического передела в виде шихтовой заготовки, включающей предварительную загрузку в мульды разливочной машины железорудных окатышей (твердого наполнителя) и последующую заливку их жидким чугуном. Полученный полуфабрикат представляет собой стандартную чушку, основу которой составляет чугун с распределенными по его объему окатышами. Недостатком известного способа получения полуфабриката является весьма ограниченная возможность регулирования плотности, что приводит к получению материала с плотностью 4,5-5,8 г/см³, приближающийся к плотности тяжеловесного лома. Использование полуфабриката, полученного известным способом, может вызвать образование в электропечи при загрузке плотного слоя металлошихты, имеющей низкую скорость плавления, а также ограничивающего возможность работы на мощных, длинных дугах при достаточном расходе кислорода. Кроме того, может возникать опасность появления выбросов металла и увеличения числа поломок электродов, а также увеличивается время освобождения зоны перед рабочим окном электропечи от металлошихты. По этой причине приходится ограничивать долю полуфабриката в шихте уровнем 25 35% и заменять ее менее плотными видами металлошихты. Другим недостатком известного способа являются узкие пределы регулирования соотношения долей чугуна и твердых добавок в полуфабрикате, что ограничивает возможную массовую долю окатышей в составе материала пределом 25% В ряде случаев этого количества окатышей недостаточно, что вызывает необходимость дополнительного ввода компонентов по ходу плавки.

Цель изобретения получение заготовки с пониженной плотностью, то есть с уменьшенной долей чугуна в том же объеме чушки.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе, включающем предварительное заполнение мульд разливочной машины твердыми добавками и последующую заливку на них жидкого чугуна, в рабочий объем мульды вначале вводят вещество, выделяющее газ при температуре, меньшей температуры заливаемого чугуна в количестве 6,0-12,0% от его массы, а мульду заполняют расплавом на 26-60% ее рабочего объема. В качестве вещества, выделяющего газ, используется известняк (CuCo₃), доломит (MgCO₃), другие карбонаты металлов, например Na₂CO₃, FeCO₃, MnCO₃ и др. а также органические добавки, такие, как капролактам, сульфитно-дрожжевая бражка марки "КБТ", синтетические смолы с небольшим коксовым числом (7-20%), карбамид и др.

Способ осуществляют путем загрузки на дно мульды одного или нескольких из упомянутых выше газотворных компонентов в количестве 6-12% затем подают твердые добавки, например окатыши. В процессе заполнения мульды жидким расплавом происходит нагрев и разложение или сгорание газотворных материалов, дополнительно введенных в мульду, и выделяющих при этом газы. Например, на дно мульды загружают одно из следующих веществ: карбонат железа (FeCO₃), карбонат марганца (MnCO₃), карбонат натрия (Na₂CO₃), карбонат магния (MgCO₃), карбонат кальция (CaCO₃), капролактам [(CH₂)5NOH] карбамид [(NH₂)₂ CO] сульфитно-дрожжевая бражка (сложный состав), синтетические смолы или их смесь в количестве 6-12% от массы заливаемого чугуна. Температура интенсивного разложения указанных веществ ниже температуры жидкого чугуна. Например, FeCO₃ разлагается с выделением CO₂ при температуре 360-500^oС, МnСО₃ при температуре 450-530^oС, капролактам при температуре ниже 250^oС, сульфитно-дрожжевая бражка и другие (органические смолы, например) также выделяют газы при нагревании до температуры ниже 250^oС. При использовании капролактама в качестве газовыделяющего вещества, при нагревании до 250^oС он начинает разлагаться с выделением газа. Образующиеся газы, проходя через слой жидкого расплава, вязкость которого постепенно снижается из-за непрерывного охлаждения вследствие его теплообмена со стенками мульды и твердыми добавками, вызывают вспучивание расплава и подъем поверхностного слоя. В результате получается материал, содержащий в своем составе диспергированную газовую фазу, плотность которого значительно меньше плотности монолитного материала и определяется относительной долей газа в объеме чушки. Поскольку жидкий металл сохраняется более длительное время в центральной зоне, наиболее удаленной от стенок мульды, охлаждающих расплав, наибольший уровень подъема поверхности расплава и рост заготовки наблюдается именно в центральной ее части. При этом высота получаемой чушки может превышать глубину литейной формы, что позволяет получать полуфабрикат различных размеров и различной плотности при постоянной глубине мульды.

Пределы изменения количества газотворного вещества составляют 6,0-12,0 от массы заливаемого чугуна и определяются физико-химическими особенностями и составом этого вещества. Нижний предел относится к веществам, которые имеют низкую температуру разложения, например Na₂CO₃, капролактаму, синтетическим смолам, сульфитно-дрожжевой бражке и др.

В процессе фильтрации газов через расплав с высокой температурой объем газов вследствие нагрева многократно увеличивается. Это позволяет добиться требуемого понижения плотности при минимальных расходах компонента. Верхний предел относится к веществам, температура разложения которых приближается к температуре заливаемого металла, например CaCO₃ (>900^oC). В этом случае разложениt идет замедленно, количество выделяющегося газа невелико, степень нагрева газа также относительно мала. Это требует увеличения расхода компонента или добавки веществ с низкой температурой разложения.

Степень заполнения мульды жидким металлом 26-60% выбрана из следующих соображений. В случае если эта степень меньше 26% поступающий металл быстро охлаждается и вследствие потери жидкотекучести не в состоянии под влиянием выделяющихся газов подняться в мульде и образовать заготовку с пониженной плотностью. Когда же степень заполнения мульды превышает 60% уровень металла в мульде расположен слишком высоко и выделение газов в начальный момент может привести к переливу его через борт мульды. Это нежелательно, так как увеличивает потери металла.

Пример. В мульды, закрепленные на конвейерной ленте разливочной машины, подавали карбонат кальция в количестве 0,9 кг. Затем загружали окатыши диаметром 10-18 мм в количестве 2,5-3,0 кг и после этого на них заливали жидкий чугун. В результате разложения карбоната кальция выделялась двуокись углерода, которая, проходя через слой жидкого чугуна, дополнительно охлаждала чушку и, создавая поры, уменьшала плотность чушки.

Результаты испытаний приведены в таблице.

Плотность полуфабриката снижена на 20-30% по сравнению с отлитыми на разливочных машинах чушках без газотворного вещества, что при выплавке стали в дуговых электропечах в период расплавления металлошихты снижает броски тока.