close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Патент BY14183

код для вставкиСкачать
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ПАТЕНТУ
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
(46) 2011.04.30
(12)
(51) МПК (2009)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(54)
C 21C 1/00
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА
(21) Номер заявки: a 20091272
(22) 2009.08.31
(43) 2011.04.30
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный технологический университет" (BY)
(72) Автор: Гарост Александр Иванович
(BY)
BY 14183 C1 2011.04.30
BY (11) 14183
(13) C1
(19)
(73) Патентообладатель: Учреждение образования "Белорусский государственный технологический университет"
(BY)
(56) BY 11641 C1, 2009.
RU 2154680 C1, 2000.
RU 2317341 C2, 2008.
RU 2142018 C1, 1999.
US 3053647, 1962.
(57)
1. Способ выплавки чугуна, включающий загрузку шихты, плавление, введение в расплав легирующих и модифицирующих присадок, в том числе углеродсодержащих, и скачивание побочного продукта, отличающийся тем, что в качестве шихты используют
чугунный лом, легирующие и модифицирующие присадки вводят в виде пакетов, включающих углеродсодержащее вещество и железосодержащий материал, содержащий
0,0- 8,0 мас. % масла, и в качестве связующего, глину, магнезит, фосфорную кислоту и
воду при следующем соотношении компонентов, мас. %:
углеродсодержащее вещество
1,0-20,0
глина
9,0-12,0
магнезит
1,8-3,0
фосфорная кислота
0,8-1,6
вода
3,0-4,5
железосодержащий материал
остальное.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве углеродсодержащего вещества
используют измельченный каменный уголь или кокс, или термоантрацит, или отходы изделий из высокополимерных соединений.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве железосодержащего материала
используют материал фракции до 30 мм, представляющий собой железную руду, железорудный концентрат, окалину, замасленную окалину термических ванн, замасленную чугунную или стальную стружку, причем доля металлического железа в железосодержащем
материале составляет 0-95 %.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к способам переработки
железосодержащих материалов и этих же материалов с органическими загрязнителями, в
том числе железной руды, железорудных концентратов, окалины, замасленной окалины
термических ванн, замасленной чугунной или стальной стружки, содержащих органиче-
BY 14183 C1 2011.04.30
ские загрязнители, путем ее пакетирования (брикетирования) для дальнейшего переплава
в плавильных агрегатах.
Использование железосодержащих материалов в виде россыпи имеет ряд недостатков.
Так, низкая насыпная плотность (300-800 кг/м3) значительно снижает производительность
плавильных агрегатов, большая удельная поверхность приводит к повышенному физическому угару и окислению находящихся легирующих элементов, большое содержание масла и эмульсий, и оксидов увеличивает количество газов, серы и снижает качество
выплавляемых сплавов.
Одной из проблем в данной области является получение прочных брикетов (пакетов),
позволяющих осуществлять их транспортировку и дальнейшую переработку.
Ранее были предложены способы брикетирования металлической стружки, заключающиеся в ее дроблении, очистке, просушивании, добавлении связующего материала, перемешивании и уплотнении смеси в пресс-форме. При этом в качестве связующего
материала используют либо жидкое стекло с продувкой брикета горячим воздухом [1],
либо в качестве связующего материала используют термореактивную смолу и катализатор, а отвердение брикета ведут в пресс-форме при температуре 220-240 °С в течение 3040 с [2], либо в качестве связующего материала применяют жидкое стекло с добавлением
гидрофобной массы в виде неразлагающейся эмульсии, а в качестве газообразного реагента используют углекислый газ [3].
Полученные вышеуказанными способами брикеты обладают низкой прочностью, проходят длительную тепловую сушку, содержат дорогие связующие материалы.
Известен также способ брикетирования металлической стружки [4], включающий ее
дробление, очистку, добавление связующего материала, перемешивание и уплотнение в
пресс-форме, при этом в качестве связующего используют металлический порошок, полученный обогащением шламовых отходов металлообработки с коэффициентом заполнения
брикета порошком от 0,3 до 0,7 его объема.
По этому способу для получения брикета, пригодного к транспортировке и переработке, необходимо приложить усилие прессования, равное 9 т/см2, и, кроме того, требуется
наличие большого количества металлического порошка.
Известен способ брикетирования металлической стружки [5], согласно которому с целью повышения чистоты брикетов и увеличения их плотности без приложения сжимающей нагрузки стружку при заполнении емкости смешивают с металлическим расплавом из
металла стружки. Плотность и прочность брикета регулируют расходом и температурой
металлического расплава.
Такой способ требует наличия средств расплавления основного металла, а поэтому его
применение непосредственно на месте образования стружки не всегда возможно. Кроме
того, такой способ требует больших затрат электрической энергии. Полученные брикеты
имеют высокую стоимость, кроме того, формирование брикетов из замасленной стружки
практически невозможно из-за экологических проблем. Одновременно из-за низкой
насыпной плотности стружки в составе дорогостоящих брикетов будет содержаться не
более 20-30 мас. % стружки.
Рассмотренные выше способы не могут обеспечить получение прочных брикетов из
замасленных железосодержащих материалов. Содержание масел и эмульсий, используемых, например, при механической обработке резанием, в стружке может достигать 10 %.
Наличие масел препятствует окусковыванию стружки.
В настоящее время известно несколько способов удаления смазочных масел и эмульсий со стружки [6]. Обезжиривание в центрифуге не обеспечивает остаточную замасленность ниже 1,5-2,0 %. Отмывка стружки кислотами, щелочами, горячей водой, острым
паром и др. обеспечивает хорошую степень очистки, но является дорогостоящей и трудоемкой операцией. Удаление масла и эмульсий со стружки методом обжига в окислительной атмосфере приводит к угару металла и загрязнению воздушного бассейна продуктами
2
BY 14183 C1 2011.04.30
сгорания. Электрохимический способ обезжиривания стружки имеет низкую производительность и степень обезмасливания при больших затратах. Следовательно, существующие способы обезжиривания стружки являются малоэффективными, их осуществление
сопряжено с большими капитальными затратами и определенными техническими трудностями.
Близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому результату
является брикет для металлургического производства [7], включающий железосодержащий материал, углеродсодержащее вещество и связующее. В данном случае связующее
изготавливается из смеси строительного цемента и пластифицирующей воздухововлекающей добавки - адипинового щелочного пластификатора, имеющего химическую формулу COOH(CH2)4COONa. При этом в брикете следующее соотношение компонентов,
мас. %: углеродсодержащее вещество - 5-35; строительный цемент - 10-18; пластификатор
адипиновый щелочной - 0,1-0,9; железосодержащий материал - остальное. В качестве углеродсодержащего вещества используют отходы производства графитовых электродов,
содержащие менее 0,5 % S, а отношение общего содержания углерода к общему содержанию оксидов железа в составе брикета поддерживается в весовом соотношении 1 : 4,0-6,0.
В составе брикета доля углеродсодержащего вещества составляет 10-35 мас. %. В качестве железосодержащего материала используют смесь оксидов железа природного или
промышленного происхождения с металлическими производственными отходами, имеющими фракционный состав 0-30 мм, причем доля металлического железа в железосодержащем материале составляет от 0 до 95 %. В качестве углеродсодержащего вещества
используют измельченный каменный уголь или кокс, или термоантрацит.
К недостаткам известного объекта следует отнести невозможность получения прочных брикетов из маслосодержащей чугунной стружки, так как строительный цемент не
обеспечивает твердение при наличии масел, необходимость проведения дорогостоящей
очистки стружки от эмульсий и масел, т.к. жидкости несжимаемы и применение даже самых высоких давлений не обеспечивает эффективного сцепления металлических частиц.
Наиболее близкими к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому
результату являются способ выплавки чугуна и способ выплавки стали [8]. Для достижения технического результата в известном способе выплавки чугуна, включающем загрузку
шихтовых материалов, плавление, введение в расплав легирующих и модифицирующих
присадок, в том числе углеродсодержащих, и скачивание побочного продукта, в качестве
присадок в расплав вводят помещенные в закрытые емкости из сплавов черных металлов,
скрепленные в брикеты биологически поврежденные или подвергнутые старению материалы из пластических масс или помещенные в закрытые емкости из сплавов черных металлов, скрепленные в брикеты непригодные к регенерации эластомеры, при этом
соотношение материалов из пластических масс к массе расплава составляет 1 : (20÷45), а
соотношение непригодных к регенерации эластомеров к массе расплава составляет
1 : (15÷35).
Одновременно при реализации известного способа выплавки чугуна и способа выплавки стали в качестве пластических масс используют не склонные к образованию кокса
при термической деструкции полиолефины, алифатические полиамиды или склонные к
образованию кокса полифенилены, полиамиды, полибензимидазолы. Способ предусматривает использование в качестве эластомеров силиконовых, акриловых резин, резин на
основе этиленпропиленовых, хлоропреновых, полисульфидных каучуков, бутилкаучуков,
полиуретанов, а также резинотехнических изделий, содержащих корд, проволоку. Способ
также предусматривает возможность получения побочного продукта, а именно технического углерода, при этом операцию скачивания побочного продукта осуществляют в отдельные емкости.
При реализации известных способа выплавки чугуна и способа выплавки стали в брикеты дополнительно вводят оксиды Nb, V, Ti и Mg при их соотношении к массе биологи3
BY 14183 C1 2011.04.30
чески поврежденных или подвергнутых старению пластических масс или к массе непригодных для регенерации эластомеров около 1,4 : 1 с использованием в качестве связующего цемента.
Способ предусматривает ввод в брикеты дополнительно отходов в виде окалины, получаемой при термообработке, и/или шлифовочных отходов при соотношении отходов к
общей массе шихтовых материалов (0,5-0,8), с использованием в качестве связующего
цемента. В брикеты предусматривается одновременный ввод оксидов металлов, окалины
и шлифовочных отходов с использованием в качестве связующего цемента.
К недостаткам известного объекта следует отнести невозможность получения прочных пакетов (брикетов) из железосодержащих материалов, представляющих собой смесь
оксидов железа природного или промышленного происхождения с металлическими производственными отходами, загрязненных маслами и эмульсиями, так как строительный
цемент не обеспечивает твердение при наличии масел, необходимость проведения дорогостоящей очистки стружки от эмульсий и масел; брикетирование же без очистки не обеспечивает эффективного сцепления металлических частиц даже при самых высоких
давлениях ввиду несжимаемости жидкостей, в данном случае органических загрязнителей.
Задача изобретения - создание способа выплавки чугуна с использованием в качестве
шихты железосодержащих материалов, загрязненных маслами и эмульсиями, при котором
железосодержащий материал и углеродсодержащие вещества вводятся в расплав в составе
прочных, не разрушаемых при транспортировке пакетов, формируемых без применения
высоких давлений из не подвергаемых предварительной подготовке железосодержащих
материалов, а в качестве связующего при изготовлении пакетов используются недорогие
связующие, способные обеспечивать их формирование за счет химического твердения и
окисления составляющих масел до экологически менее вредных соединений и при плавке
рафинировать расплав от вредных примесей; состав пакетов должен обеспечивать восстановление железа из его оксидных соединений.
Указанная задача решается тем, что предлагаемый способ выплавки чугуна, включающий загрузку шихты, плавление, введение в расплав легирующих и модифицирующих
присадок, в том числе углеродсодержащих, и скачивание побочного продукта, когда в качестве шихты используют чугунный лом, при этом в качестве легирующих и модифицирующих присадок используют пакеты, включающие углеродсодержащее вещество и
железосодержащий материал, содержащий 0,0-8,0 мас. % масла, и в качестве связующего глину, магнезит, фосфорную кислоту и воду при следующем соотношении компонентов,
мас. %:
углеродсодержащее вещество
1,0-20,0
глина
9,0-12,0
магнезит
1,8-3,0
фосфорная кислота
0,8-1,6
вода
3,0-4,5
железосодержащий материал
остальное.
При реализации предлагаемого способа выплавки чугуна в качестве углеродсодержашего вещества используют измельченный каменный уголь, или кокс, или термоантрацит, или отходы высокополимерных соединений. В этом случае в качестве
железосодержащего материала используют материал фракции до 30 мм, представляющий
собой железную руду, железорудный концентрат, окалину, замасленную окалину термических ванн, замасленную чугунную или стальную стружку, причем доля металлического
железа в железосодержащем материале составляет 0-95 %.
Существенным отличием предложенного способа выплавки чугуна является достижение оптимального соотношения компонентов, позволяющего использовать в качестве
шихтовых материалов железосодержащие материалы, являющиеся смесью оксидов железа природного или промышленного происхождения с металлическими производственны4
BY 14183 C1 2011.04.30
ми отходами: железная руда, железорудный концентрат, окалина, замасленная окалина
термических ванн, замасленная чугунная или стальная стружка, при котором пакетирование железосодержащих материалов, загрязненных маслами и эмульсиями, проводится путем химического твердения (без применения энергоемкого и дорогостоящего прессового
оборудования). В данном случае протекает частичное окисление масел и уменьшение степени экологической опасности. В результате обеспечивается высокая механическая прочность и неразрушаемость пакетов при транспортировке. При выплавке чугуна достигаются
высокая степень восстановления железа и высокое качество отливок.
В отличие от прототипа прочные и неразрушаемые пакеты изготавливаются из железосодержащих материалов, удерживающих до 8,0 % масел, что не могло быть достигнуто
при изготовлении брикетов известных ранее составов.
Эффект затвердевания заключается в образовании основных солей типа (MgOH)3PO4
либо MgOHAlO2 + (MgOH)2SiO3 при совместном смешивании избытка глины (щелочная
среда) не только недостатка магнезита и кислой среды (H3PO4) Присутствие H3PO4 способствует образованию основных солей магния, но и взаимодействию присадок индустриальных масел, содержащих, например, амины, что способствует лучшему окислению
масел. В этом случае поверхность чугунной металлической стружки становится менее
гидрофобной, что обеспечивает более эффективное протекание процесса адгезии структурных составляющих магнезита и глины с поверхностью металла. При контакте железа с
фосфорной кислотой наблюдается одновременно разрушение рыхлой оксидной пленки.
Изобретение поясняется примерами.
Пример 1.
Готовится 1 кг сухой смеси следующего состава: глина - 0,815 кг, магнезит - 0,185 кг.
Глина и магнезит предварительно помолоты в ступке, затем тщательно перемешиваются.
Взвешиваются 6,3 кг чугунной стружки, содержащей 4,1 % масла, и измельченный каменный уголь (из расчета 7,0 % от общей массы пакета). Чугунная стружка и сухая смесь глины и магнезита перемешиваются, после чего добавляется 370 мл 31 %-ного раствора
фосфорной кислоты (93 мл H3PO4 и 277 мл воды). Продолжается перемешивание в течение 2-3 мин до образования однородной по влажности смеси. Образованная смесь пересыпается в разъемную металлическую или деревянную форму, и проводится ее уплотнение
ручной трамбовкой. Затем полученный пакет (блок) освобождается из формы.
Состав полученного пакета (мас. %):
глина
10,6
магнезит
2,4
фосфорная кислота
1,2
вода
3,6
масло
4,1
каменный уголь
7,0
чугунная стружка
75,2.
Качество полученного пакета определяется числом ударов о металлическую плиту без
разрушения с высоты 1,5 м. Изготовленный блок разбился на 2 части после 4-го удара.
Плавка проводилась в высокочастотной индукционной печи на кислой футеровке (емкость тигля 50 кг). В тигель в качестве шихты загружался чугунный лом (масса загрузки
35 кг) следующего химического состава (мас. %): C - 3,28; Mn - 0,62; Si - 2,12; P - 0,079; S
- 0,090. После расплавления в тигель загружают подготовленные ранее и высушенные пакеты общей массой 10 кг. Пакеты плавятся при включенной электрической нагрузке на
индукторе для обеспечения циркуляции расплава. После доводки расплава по температуре
заливались в сырые земляные формы заготовки (стержни диаметром 25 мм и длиной
200 мм), из которых готовились образцы для химического анализа и исследования структуры. Основную массу расплава разливали в специально заготовленные формы. Взвешивание металла после охлаждения показало, что получено 42,1 кг серого чугуна.
5
BY 14183 C1 2011.04.30
Химический состав полученного чугуна и результаты механических испытаний приведены в таблице (плавка 1).
Исследование структуры полученного чугуна указывает на наличие преимущественно
пластинчатых включений графита.
Химический состав и результаты механических испытаний опытных плавок чугуна
Механические
Химический состав, мас. %
характеристики
№
плавки
Другие элеменσв,
C
Si
Mn
P
S
HB, МПа
ты
МПа
ИсходCr - 0,11
ный
3,28
2,12
0,62
0,079
0,090
Cu - 0,11
270
1940
состав
Ni - 0,055
Cr- 0,11
1
3,30
2,10
0,62
0,081
0,082
Cu - 0,11
340
2520
Ni - 0,055
Cr - 0,0421
2
3,29
2,09
0,61
0,080
0,089
Cu - 0,0895
345
2540
Ti - 0,0094
Cr - 0,0417
3
2,28
2,10
0,62
0,078
0,087
Cu - 0,116
340
2550
Ti - 0,0099
Cr - 0,0700
4
3,33
2,13
0,62
0,080
0,028
Cu - 0,114
480
3270
Ti - 0,0140
Cr - 0,0588
5
3,51
2,15
0,66
0,078
0.043
Cu - 0,115
310
2170
Ti - 0,0204
6 (по
Cr - 0,0700
прото- 3,28
2,08
0,61
0,082
0,25
Cu - 0,114
280
1970
типу)
Ti - 0,0140
Пример 2.
Готовится 1 кг сухой смеси следующего состава: глина - 0,690 кг, магнезит - 0,230 кг.
Глина и магнезит предварительно помолоты в ступке, затем тщательно перемешиваются.
Взвешиваются 6,5 кг железорудного концентрата, не содержащего масла, и измельченный
кокс (из расчета 1,0 % от общей массы пакета). Железорудный концентрат, содержащий
92,7 % металлического железа, коксовый порошок и сухая смесь глины и магнезита перемешиваются, после чего добавляется 406 мл 23 %-ноого раствора фосфорной кислоты (61
мл H3PO4 и 345 мл воды). Продолжается перемешивание в течение 2-3 мин до образования однородной по влажности смеси. Образованная смесь пересыпается в разъемную металлическую или деревянную форму, и проводится ее уплотнение ручной трамбовкой.
Затем полученный пакет (блок) освобождается из формы.
Состав полученного пакета (мас. %):
глина
9,0
магнезит
3,0
фосфорная кислота
0,8
вода
4,5
масло
0,0
коксовый порошок
1,0
железорудный концентрат
81,8.
6
BY 14183 C1 2011.04.30
Качество полученного пакета определяется числом ударов о металлическую плиту без
разрушения с высоты 1,5 м. Изготовленный блок выдержал 5 ударов без разрушения.
Плавка проводилась в высокочастотной индукционной печи на кислой футеровке (емкость тигля 50 кг). В тигель в качестве шихты загружался чугунный лом (масса загрузки
35 кг) следующего химического состава (мас. %): C - 3,28; Mn - 0,62; Si - 2,12; P - 0,079;
S - 0,090. После расплавления в тигель загружают подготовленные ранее и высушенные
пакеты общей массой 10 кг. Пакеты плавятся при включенной электрической нагрузке на
индукторе для обеспечения циркуляции расплава. После доводки расплава по температуре
заливались в сырые земляные формы заготовки (стержни диаметром 25 мм и длиной
200 мм), из которых готовились образцы для химического анализа и исследования структуры. Основную массу расплава разливали в специально заготовленные формы. Взвешивание металла после охлаждения показало, что получено 41,9 кг серого чугуна.
Химический состав полученного чугуна и результаты механических испытаний приведены в таблице (плавка 2).
Исследование структуры полученного чугуна указывает на наличие преимущественно
пластинчатых включений графита.
Пример 3.
Готовится 1 кг сухой смеси следующего состава: глина - 0,920 кг, магнезит - 0,138 кг.
Глина и магнезит предварительно помолоты в ступке, затем тщательно перемешиваются.
Взвешиваются 5,4 кг маслосодержащей окалины, содержащей 65,0 % металлического железа, с 8 % масла и измельченный термоантрацит (из расчета 20,0 % от общей массы пакета). Маслосодержащая окалина, измельченный термоантрацит и сухая смесь глины и
магнезита перемешивается, после чего добавляется 353 мл 47,5 %-ного раствора фосфорной кислоты (123 мл H3PO4 и 230 мл воды). Продолжается перемешивание в течение 23 мин до образования однородной по влажности смеси. Образованная смесь пересыпается
в разъемную металлическую или деревянную форму, и проводится ее уплотнение ручной
трамбовкой. Затем полученный пакет (блок) освобождается из формы.
Состав полученного пакета (мас. %):
глина
12,0
магнезит
1,8
фосфорная кислота
1,6
вода
3,0
масло
8,0
порошок термоантрацита
20,0
окалина
66,1.
Качество полученного пакета определяется числом ударов о металлическую плиту без
разрушения с высоты 1,5 м. Изготовленный блок разбился на 2 части после 3-го удара.
Плавка проводилась в высокочастотной индукционной печи на кислой футеровке (емкость тигля 50 кг). В тигель в качестве шихты загружался чугунный лом (масса загрузки
35 кг) следующего химического состава (мас. %): C - 3,28; Mn - 0,62; Si - 2,12; P - 0,079;
S - 0,090. После расплавления в тигель загружают подготовленные ранее и высушенные
пакеты общей массой 10 кг. Пакеты плавятся при включенной электрической нагрузке на
индукторе для обеспечения циркуляции расплава. После доводки расплава по температуре
заливались в сырые земляные формы заготовки (стержни диаметром 25 мм и длиной
200 мм), из которых готовились образцы для химического анализа и исследования структуры. Основную массу расплава разливали в специально заготовленные формы. Взвешивание металла после охлаждения показало, что получено 37,2 кг серого чугуна.
Химический состав полученного чугуна и результаты механических испытаний приведены в таблице (плавка 3).
Исследование структуры полученного чугуна указывает на наличие преимущественно
пластинчатых включений графита.
7
BY 14183 C1 2011.04.30
Выход железа из оксида в данном примере составляет около 50 %.
Пример 4.
Готовится 1 кг сухой смеси следующего состава: глина - 0,815 кг, магнезит - 0,185 кг.
Глина и магнезит предварительно помолоты в ступке, затем тщательно перемешиваются.
Взвешивается 6,3 кг окалины, содержащей 4,1 % масла и 7,0 % по массе непригодных к
регенерации эластомеров, в качестве которых использовались резинотехнические изделия
на основе бутилкаучуков (размер кусков до 10 мм в сечении). Изучение рецептуры и химического состава каждого из компонентов таких изделий показало, что в резиновой составляющей содержится около 35,7 % химически связанного углерода, 30,7 % структурно
свободного углерода в виде сажи, 17,2 % водорода, 1,5 % серы, 1,6 % цинка, а также
включения меди, титана, алюминия, кобальта, свинца, железа и других металлов. Окалина
и сухая смесь глины и магнезита перемешиваются, после чего добавляется 370 мл 31,0 %ного раствора фосфорной кислоты (93 мл H3PO4 и 277 мл воды). Продолжается перемешивание в течение 2-3 мин до образования однородной по влажности смеси. Образованная смесь пересыпается в разъемную металлическую или деревянную форму, и
проводится ее уплотнение ручной трамбовкой. Затем полученный пакет (блок) освобождается из формы.
Состав полученного пакета (мас. %):
глина
10,6
магнезит
2,4
фосфорная кислота
1,2
вода
3,6
масло
4,1
эластомер
7,0
окалина
75,2.
Качество полученного пакета определяется числом ударов о металлическую плиту без
разрушения с высоты 1,5 м. Изготовленный блок не разбился на 5 ударах.
Плавка проводилась в высокочастотной индукционной печи на кислой футеровке (емкость тигля 50 кг). В тигель в качестве шихты загружался чугунный лом (масса загрузки
35 кг) следующего химического состава (мас. %): C - 3,28; Mn - 0,62; Si - 2,12; P - 0,079;
S - 0,090. После расплавления в тигель загружают подготовленные ранее и высушенные
пакеты общей массой 10 кг. Пакеты плавятся при включенной электрической нагрузке на
индукторе для обеспечения циркуляции расплава. После доводки расплава по температуре
заливались в сырые земляные формы образцы (стержни диаметром 25 мм и длиной
200 мм), из которых готовились образцы для химического анализа и исследования структуры. Затем металл разливался в специально заготовленные формы. Взвешивание металла
после охлаждения показало, что получено 39,2 кг серого чугуна.
Химический состав полученного чугуна и результаты механических испытаний приведены в таблица (плавка 4).
Исследование структуры полученного чугуна указывает на наличие преимущественно
шаровидных включений графита.
Выход железа из оксида в данном примере составляет около 95 %.
Пример 5.
Готовится 1 кг сухой смеси следующего состава: глина - 0,650 кг, магнезит - 0,245 г.
Глина и магнезит предварительно помолоты в ступке, затем тщательно перемешиваются.
Взвешивается 6,5 кг окалины и 0,9 % по массе непригодных к регенерации эластомеров, в
качестве которых использовались резинотехнические изделия на основе бутилкаучуков
(размер кусков до 10 мм в сечении). Состав и рецептура резинотехнических изделий соответствуют примеру 4. Окалина и сухая смесь глины и магнезита перемешиваются, после
чего добавляется 370 мл 20,5 %-ного раствора фосфорной кислоты (54 мл H3PO4 и 352 мл
воды). Продолжается перемешивание в течение 2-3 мин до образования однородной по
8
BY 14183 C1 2011.04.30
влажности смеси. Образованная смесь пересыпается в разъемную металлическую или деревянную форму, и проводится ее уплотнение ручной трамбовкой. Затем полученный пакет (блок) освобождается из формы. Состав полученного пакета (мас. %):
глина
8,5
магнезит
3,2
фосфорная кислота
0,7
вода
4,6
масло
0,0
эластомер
0,9
окалина
82,1.
Качество полученного пакета определяется числом ударов о металлическую плиту без
разрушения с высоты 1,5 м. Изготовленный блок разбился на 2 части после 1-го удара.
Плавка проводилась в высокочастотной индукционной печи на кислой футеровке (емкость тигля 50 кг). В тигель в качестве шихты загружался чугунный лом (масса загрузки
35 кг) следующего химического состава (мас. %): C - 3,28; Mn - 0,62; Si - 2,12; P - 0,079;
S - 0,090. После расплавления в тигель загружают подготовленные ранее и высушенные
пакеты общей массой 10 кг. Пакеты плавятся при включенной электрической нагрузке на
индукторе для обеспечения циркуляции расплава. После доводки расплава по температуре
заливались в сырые земляные формы образцы (стержни диаметром 25 мм и длиной
200 мм), из которых готовились образцы для химического анализа и исследования структуры. Основную массу расплава разливали в специально заготовленные формы. Взвешивание металла после охлаждения показало, что получено 38,2 кг серого чугуна.
Химический состав полученного чугуна и результаты механических испытаний приведены в таблице (плавка 5).
Исследование структуры полученного чугуна указывает на наличие преимущественно
пластинчатых включений графита.
Выход железа из оксида в данном примере составляет около 60 %. Из-за использования при плавке пакетов низкого качества, не соответствующих по составу заявляемому,
получен чугун не высокого качества с низким показателем восстановления железа из окалины.
Пример 6 (по прототипу).
Взвешивается 6,3 кг чугунной стружки, содержащей 4,1 % масла, и 7,0 % по массе непригодных к регенерации эластомеров, в качестве которых использовались резинотехнические изделия на основе бутилкаучуков (размер кусков до 10 мм в сечении). Состав и
рецептура резинотехнических изделий соответствуют примеру 4. В емкость с замасленной
чугунной стружкой и кусками резины добавляется 0,8 кг кварцевого песка и 0,2 кг цемента, образованная масса тщательно перемешивается. Добавляется 0,3 кг воды и продолжается тщательное перемешивание для получения однородного железоцементного раствора.
Образованную смесь пересыпаем в разъемную металлическую или деревянную форму и
проводим ее уплотнение ручной трамбовкой. Затем полученный пакет (блок) освобождаем из формы и просушиваем.
Состав полученного пакета (мас. %):
кварцевый песок
10,6
цемент
2,8
вода
3,6
масло
4,1
эластомер
7,0
чугунная стружка
76,0.
После сушки качество полученного пакета определяется числом ударов о металлическую плиту без разрушения с высоты 1,5 м. Пакет рассыпался на значительное количество
частей после первого удара, при этом наблюдается осыпание его отдельных частей.
9
BY 14183 C1 2011.04.30
Плавка проводилась в высокочастотной индукционной печи на кислой футеровке (емкость
тигля 50 кг). В тигель в качестве шихты загружался чугунный лом (масса загрузки 35 кг) следующего химического состава (мас. %): C - 3,28; Mn - 0,62; Si - 2,12; P - 0,079; S - 0,090. После расплавления в тигель загружают подготовленные ранее и высушенные пакеты общей массой 10 кг.
Пакеты плавятся при включенной электрической нагрузке на индукторе для обеспечения циркуляции расплава. После доводки расплава по температуре заливались в сырые земляные формы
образцы (стержни диаметром 25 мм и длиной 200 мм), из которых готовились образцы для химического анализа и исследования структуры. Затем металл разливался в специально заготовленные
формы. Взвешивание металла после охлаждения показало, что получено 38,1 кг серого чугуна.
Химический состав полученного чугуна и результаты механических испытаний приведены в таблице (плавка 6).
Исследование структуры полученного чугуна указывает на наличие преимущественно
пластинчатых включений графита.
Выход железа из оксида в данном примере составляет около 50 %.
Проведенные исследования показывают, что разработанный способ выплавки чугуна
позволяет выплавлять высококачественные чугуны, при реализации которого в качестве шихты используют замасленные железосодержащие материалы, при этом за счет оптимального
подбора связующих материалов при химическом пакетировании шихтовых материалов обеспечивается высокая прочность и неразрушаемость пакетов, недостижимая при реализации
известных способов. В этом случае в процессе пакетирования протекает одновременно окисление составляющих масел до экологически менее вредных соединений. Оптимальное содержание углеродсодержащего вещества в составе пакетов обеспечивает наиболее полное
восстановление железа из химических соединений в процессе плавки.
Результаты опытных плавок (примеры 1-4), отвечающих оптимальному составу вводимых пакетов, указывают на высокую эффективность предлагаемого способа выплавки чугуна
в сравнении с прототипом (пример 6). Прочностные характеристики чугуна (σв) возрастают с
270 до 480 МПа, при этом в случае использования в качестве восстановителей в пакетах оптимального состава отходов высокополимерных соединений в структуре полученных чугунов
присутствуют преимущественно шаровидные включения графита.
Источники информации:
1. А.с. СССР 653135, МПК B30B 9/32, 1979.
2. А.с. СССР 709385, МПК B30B 9/32, 1980.
3. А.с. СССР 783043, МПК B30B 9/32, 1980.
4. А.с. СССР 448967, МПК B30B 9/32, 1974.
5. А.с. СССР 1375475, МПК B30B 9/32, 1988.
6. Конюх В.А. Газокислородная плавка металлов. - Киев: Навукова думка, 1979. - 160 с.
7. Патент России 2228377, МПК 7 C22B 1/242, 2004.
8. Патент РБ на изобретение 11641, МПК (2006) C21C 1/00, C21C 7/00, F23G5/027,
2008.
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.
10
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
0
Размер файла
147 Кб
Теги
by14183, патент
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа