способ получения шихты из порошков на железной основе

Формула изобретения

Способ получения шихты из порошков сплавов на железной основе, включающий введение связующего в порошок, перемешивание компонентов и формование брикетов, отличающийся тем, что в качестве связующего используют отработанный раствор серной кислоты концентрацией 0,5-5,0%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области порошковой металлургии, к способам химической обработки порошков сплавов на железной основе, в частности, для получения брикетированной шихты из пылевидных отходов чугунной и стальной дроби, образующихся при дробеметной обработке окисленной поверхности металла. Шихта затем используется в качестве сырья в черной металлургии.

В процессе дробеметной обработки поверхности металла образуется до 70% пылевидной фракции сплавов на железной основе, размеры частиц, как правило, находятся в пределах 0,005-1,0 мм. В таком виде отходы не могут быть использованы для повторной плавки, т. к. при переплаве частицы сгорают и металл переходит в жидкий шлак. Отходы отработанной дроби накапливаются в цехах или вывозятся на свалку Х.Б. и П.О.

Известен способ формования брикетов сплавов на железной основе без приложения давления холодным способом методом шликерного литья. Состав шликера: порошок сплава на железной основе, жидкость (вода или спирт) и поверхностно-активные вещества (алгинаты натрия и аммония) (Порошковая металлургия. Справочник. Академия наук УССР. Институт проблем материаловедения, 1985 г., стр. 162-163).

Недостатком данного способа является большая пористость и малая прочность брикетов, т. к. связь между частицами порошка осуществляется только за счет капиллярных усилий на границе раздела порошок-жидкость.

Известен способ получения шихты из порошковых материалов, включающий смешивание компонентов шихты в аппарате с перемешивающим и дробящим органами, введение жидкой связки (5%-ный раствор поливинилового спирта), гранулирование и сушку гранул путем подачи сжатого воздуха или обдува вентилятором до влажности не более 6%. Весь процесс осуществляется в одном аппарате (авторское свидетельство СССР 1688979, B 22 F 1/100, 07.11.91, БИ 41).

Недостатком данного способа является сложность оборудования и технологического процесса, малая прочность гранул.

Известен способ формования брикетов пылевидных хромосодержащих отходов в производстве ферросплавов. В качестве связующего (отвердителя) используется окись магния. Смесь твердеет в результате реакции гидратации и образования на границах зерен порошка прочных кристаллов гидрохроматов магния (MqOCr₂O₃6H₂O), (ISSN 0038-920X. "Сталь", 3, 2000 г., стр. 36-39).

Недостатком данного способа является то, что в связующем для формования брикетов из пылевидных фракций отработанной чугунной и стальной дроби присутствует компонент магния, который недопустим в шихте, используемой для плавки серого чугуна.

Известен способ изготовления смеси порошков, в котором в качестве связующего используется 0,5-1,0%-ный раствор натрийкарбоксиметилцеллюлозы в 5%-ном растворе борной кислоты (авт. св. SU 205982, кл. В 22 F 1/00, опубл. 01.12.1967 г.).

Недостатком способа является недопустимость содержания в химическом составе чугуна соединений бора.

Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности является способ формования брикетов губчатого железа, описанный в заявке DE 2919272, С 22 В 1/243, опубл. 27.11.1980 г., содержащий введение связующего в порошок, перемешивание компонентов, формирование брикетов, использование в качестве связующего 10-30% отработанной серной кислоты - прототип.

Недостатком прототипа является высокая концентрация серной кислоты, в результате чего происходит интенсивное растворение железа с образованием солей, что в конечном итоге уменьшает количество выплавляемого металла, при концентрации кислоты 10-30% потери металла достигают 40% и более (по результатам опытных работ). Кроме того, наличие серы в химическом составе чугуна строго регламентируется и ее превышение приводит к браку.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является утилизация отходов стальной и чугунной дроби с минимальными потерями и получение из них брикетированной шихты с высокими механическими свойствами и химическим составом, пригодным для изготовления чугунно-колотой дроби.

Поставленная задача решается тем, что в предлагаемом способе получения шихты из порошков сплавов на железной основе, включающим введение связующего в порошок, перемешивание компонентов и формование брикетов, в качестве связующего используют отработанный водный раствор серной кислоты концентрацией 0,5-5,0%.

При смешивании компонентов происходит химическая реакция взаимодействия железа и кислоты с образованием на поверхности зерен кристаллов соли двухвалентного железа, которые связывают отдельные частицы, что приводит к отверждению пылевидной фракции отработанной дроби.

Величина концентрации кислоты 0,5-5,0%, используемой в качестве связующего, обусловлена следующими ограничениями:

- концентрация ниже указанной не приводит к образованию на поверхности достаточной толщины слоя зерен кристаллов соли двухвалентного железа, необходимого для связывания отдельных частиц ферросплавов, брикеты получаются недостаточно прочными;

- при концентрации кислоты выше указанной величины происходит интенсивное растворение железа с образованием солей, что в конечном счете уменьшает количество выплавляемого металла, а также увеличивает содержание серы в сплаве, что ухудшает его качество.

Пример 1. Порошок отработанной чугунной и стальной дроби размером частиц 1,0-0,005 мм и химическим составом, который указан в табл. 1, перемешивали в растворомешалке емкостью 500 л со скоростью вращения 30-60 об./мин с добавлением отработанной серной кислоты с концентрацией 3,5% в течение 10 мин. Затем смесь перегружали в стационарные открытые формы и уплотняли трамбовкой. Отверждение брикетов происходило в течение 12 ч при 50^oС. Данные брикеты использовали при плавке серого чугуна в индукционной печи в пропорции до 30% от общей массы шихты с последующим изготовлением чугунно-колотой дроби. Химический состав выплавленного чугуна приведен в табл. 2.

Пример 2. При выполнении всех вышеуказанных условий отверждение чугуна при 25^oС происходило в течение 48 ч.

Результаты проведения промышленных испытаний показали возможность получения шихты из пылевидных отходов дроби и отработанных кислот концентрацией 0,5-5,0%.

Предлагаемый способ позволяет получать брикетированную шихту из дешевых отходов стальной и чугунной дроби с высокими прочностными свойствами, т. к. частицы порошка связываются между собой с помощью энергии химического взаимодействия. Химический состав чугуна, выплавленного с добавлением данной шихты, удовлетворяет требованиям изготовления из него товарного продукта - чугунно-колотой дроби. Технологический процесс низкотемпературный, с минимальными энергозатратами, снижаются расходы на утилизацию отходов и улучшается экология окружающей среды.