способ науглероживания чугуна

Формула изобретения

Способ науглероживания чугуна, включающий пропускание струи жидкого металла через слой карбюризатора, нагреваемого продуктами сгорания газокислородной смеси, отличающийся тем, что слой карбюризатора помещают во вращающуюся огнеупорную оболочку для осуществления вращения слоя карбюризатора при пропускании через него жидкого металла вдоль оси струи металла, при этом продукты сгорания газокислородной смеси с коэффициентом расхода кислорода в пределах 0,8-0,85 подают в верхние слои карбюризатора для обеспечения нагрева его до 1700-1800^oС.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, точнее - к способам получения чугуна с высоким содержанием углерода, например, в газовых вагранках.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ науглероживания чугуна, согласно которому металл пропускают через слой карбюризатора, нагреваемого продуктами сгорания газокислородной смеси, с целью увеличения степени усвояемости углерода и повышения эффективности науглероживания за счет повышения температуры карбюризатора [1].

Недостатками известного способа являются недостаточная температура разогрева карбюризатора в слое, отсутствие перемешивания металла и карбюризатора и невысокая в связи с этим степень усвоения углерода. Техническим результатом настоящего изобретения является повышение степени усвоения углерода и эффективности науглероживания за счет повышения температуры разогрева карбюризатора, обеспечения взаимного перемешивания металла и углеродсодержащего материала и снижения угара углерода при нагреве карбюризатора.

Задача решена тем, что в способе науглероживания чугуна, включающем пропускание струи жидкого металла через слой карбюризатора, нагреваемого продуктами сгорания газокислородной смеси, слой карбюризатора помещают во вращающуюся огнеупорную оболочку для осуществления вращения слоя карбюризатора при пропускании через него жидкого металла вдоль оси струи металла, при этом продукты сгорания газокислородной смеси с коэффициентом расхода кислорода в пределах 0,8 - 0,85 подают в верхние слои карбюризатора для обеспечения нагрева его до 1700 - 1800^oС.

Изобретение иллюстрируется чертежом, где изображена схема устройства для осуществления способа.

Способ осуществляется при выпуске чугуна из вагранки 1 по желобу 2. На выходе желоба смонтирована вращающаяся огнеупорная оболочка 3, заполненная углеродсодержащим материалом 4. Оболочка 3 снабжена приводом 5. Выпуск металла из оболочки осуществляется в желоб 6. Таким образом, карбюризатор при науглероживании чугуна приводится во вращательное движение вдоль оси струи поступающего металла.

Огнеупорная оболочка снабжена газокислородной горелкой 7, которая подает высокотемпературные продукты сгорания с температурой 1800 - 1900^oС в верхние слои углеродсодержащего материала. Отходящие газы улавливаются зонтом 8. Сжигание газа в горелке 7 производят с коэффициентом расхода кислорода 0,8 - 0,85, то есть осуществляют неполное сжигание газа с целью снижения угара углерода карбюризатора свободным кислородом.

Способ осуществляют следующим образом. Перед выпуском чугуна из вагранки оболочку 3 заполняют карбюризатором (электродный бой, кокс, нефтяной коксик и др. ). Затем включают газокислородную горелку 7 и разогревают оболочку и карбюризатор до 1700 - 1800^oС. При разогреве оболочку вращают вместе с карбюризатором со скоростью 2-3 об/ мин.

Далее начинают выпуск чугуна. Чугун по желобу 2 поступает в оболочку 3, контактирует с карбюризатором 4, науглероживается за счет растворения углерода в жидком чугуне. Науглероженный чугун выпускают в желоб 6, а далее - в ковш.

Положительный эффект, достигаемый в результате использования изобретения, заключается в следующем:

а) Повышается степень усвоения углерода (до 1,17 - 1,27). Это достигается за счет того, что карбюризатор, во-первых, при науглероживании вращается, то есть обеспечивается интенсивное перемешивание металла и карбюризатора, что согласно теории науглероживания способствует повышению эффективности науглероживания.

Во-вторых, интенсификации науглероживания способствует высокая температура кусков карбюризатора (1700-1800^oС), которая не снижается в результате эндотермической реакции растворения углерода в металле. Карбюризатор благодаря вращения оболочки постоянно нагревается продуктами сгорания при выходе его из зоны струи металла. Кроме того, куски карбюризатора интенсивно разогреваются за счет теплоотдачи от стенок раскаленной огнеупорной оболочки;

б) Науглероживание чугуна производится без снижения температуры чугуна в результате эндотермической реакции растворения. Это объясняется тем, что карбюризатор нагревается до температур, значительно больших, чем температура чугуна (обычно 1290-1400^oС). Возможно даже повышение температуры чугуна на выходе из оболочки на 20-30^oС, в то время как в известном способе температура чугуна на выходе снижается на 10-15^oС;

в) При использовании изобретения значительно снижаются потери углерода карбюризатора за счет его угара при взаимодействии со свободным кислородом продуктов сгорания, который обычно присутствует при полном сжигании газа.

Это объясняется тем, что в газ в газокислородной горелке сжигают с коэффициентом расхода кислорода 0,8 - 0,85, что обеспечивает получение продуктов сгорания без свободного кислорода. В результате расход карбюризатора в предлагаемом способе в 1,5 - 2 раза ниже, чем в известном способе.

Коэффициент расхода кислорода 0,8-0,85 является оптимальным. При коэффициенте меньше 0,8 температура продуктов сгорания снижается до 1500-1550^oС, что недостаточно для эффективного протекания процесса науглероживания. При коэффициенте больше 0,85 продукты сгорания газа становятся окислительными за счет наличия СO₂, Н₂О и О₂, что приводит к окислению карбюризатора и снижению содержания углерода в нем. Это, в свою очередь, приводит к снижению эффективности науглероживания и дополнительному окислению.

Пример. Проводили науглероживание чугуна из опытной газовой вагранки производительностью 0,5 т/ч. Состав полученного чугуна из вагранки - углерод 3,2%, кремний 1,4%, марганец 0,4%.

Чугун пропускали через слой карбюризатора, помещенного во вращающуюся (вручную) футерованную трубу с внутренним диаметром 100 мм. В качестве карбюризатора использовали бой электродов размером в поперечнике 25-40 мм. Скорость вращения трубы 2-3 об/мин. Карбюризатор и стенки трубы предварительно разогревали газокислородной горелкой (горелка для сварочных работ) до 1600-1700^oС.

Коэффициент расхода кислорода держали равным 0,82. Температура чугуна из вагранки 1350^oС. Химический состав чугуна после науглероживания: углерод 3,75%, кремний 1,45%, марганец 0,43%. Степень усвоения углерода 1,17. Повышение содержания кремния в марганца объясняется восстановлением их из окислов за счет углерода карбюризатора. Степень усвоения углерода 1,17 объясняется недостаточно высокой температурой исходного чугуна. При температуре чугуна 1370-1400^oС степень усвоения может быть увеличена до 1,25 - 1,3. При снижении коэффициента расхода кислорода (менее 0,8) степень усвоения снизилась до 1,1 в связи с уменьшением температуры в трубе с карбюризатором и замедлением реакции растворения углерода в чугуне.

При увеличение коэффициента расхода кислорода (более 0,85) степень усвоения снизилась до 1,1. Это объясняется следующим. При коэффициенте более 0,85 атмосфера в трубе с карбюризатором становится окислительной. Это приводит к окислению жидкого металла и угару углерода (до 8-12%), в связи с чем, несмотря на процесс науглероживания, металл в общей сумме науглероживается незначительно. Кроме того, газы воздействуют на поверхность карбюризатора, окисляют углерод и снижают науглероживающие свойства карбюризатора.

При использовании изобретения степень усвоения углерода возрастает в 1,1 -1 раза, расход карбюризатора снижается на 10-15%, температура чугуна на выходе повышается на 20-30^oС.

Источники информации

1. Патент DE 2611458 В1, С 21 С 1/08. Способ науглероживания чугуна, 18.05.1977.