ИЗЛОЖНИЦА ДЛЯ ПРИЁМА ШЛАКА И МЕТАЛЛА
MOULD FOR RECEPTION OF SLAG AND METAL

Изобретение относится к области литья металлов, а именно к изготовлению форм для отливки слитков и может быть использовано для разливки шлаковых и металлических расплавов алюминотермического процесса выплавки феррованадия.
Известна вертикальная уширяющаяся кверху глуходонная изложница с круглым поперечным сечением для разливки металла и шлака при выплавке феррованадия. Недостатком этой изложницы является повышенная трудоемкость раздевания слитков, связанная с кантовкой и последующим разделением металла и шлака, а также частая приварка продуктов плавки к стенкам изложницы, приводящая к преждевременному износу изложниц и большим потерям металла при прогаре их стенок. Потери сплава в виде некондиционных отходов при разделке слитков составляют до 15% /1/.
Известна изложница корытообразной формы для разливки металлов и шлаков при выплавке ферросплавов, в которой стенки и днище выполнены полыми и заполнены алюминием /2/.
Недостатками корытообразной изложницы являются повышенная трудоемкость разделки слитков, связанная в первую очередь с необходимостью кантовки изложницы с помощью крана и выполнением весьма трудоемких ручных операций по отделению металла от шлака и сборкой в короба. Практически установлено, что при разливке и разделке продуктов плавки феррованадия на различных этапах его выплавки, включая скачивание промежуточных и конечных металлов и шлаков, потери металла составляют от 10 до 15%.
Известна изложница для приема расплава, сквозная с круглым поперечным сечением, устанавливаемая на поддоне, в качестве которого использована футерованная плавильная вагонетка, а в качестве приставной подины блок металлического хрома, стенками служат сборные чугунные кольца, при этом кольцо, примыкающее к подине, выполнено уширяющимся кверху с конусностью на одну сторону 25%, а отношение высоты рабочей полости изложницы к среднему ее диаметру 0,65. Данная изложница наиболее близка по технической сущности к заявляемому объекту и взята в качестве прототипа /3/.
Известная изложница проста в изготовлении, имеет сравнительно малую поверхность контакта зеркала металла с атмосферой и позволяет выполнять операции по раздеванию слитка, не прибегая к ее кантовке. Однако малая конусность стенок изложницы и большое отношение высоты внутренней полости к среднему диаметру не позволяют использовать ее для разливки шлака и металла производства феррованадия. Это связано с тем, что шлак после разливки быстро теряет жидкоподвижность и значительная часть металлических капель замораживается, оставаясь в массиве шлака в виде корольков. Осевшая же часть металла накапливается в придонной части шлакового пирога в виде отдельных рассредоточенных образований, что затрудняет его последующую выборку.
Кроме того, раздевание шлакового и металлического слитка после остывания, хотя и не требует кантовки изложницы, что само по себе является положительным фактом как с точки зрения стойкости и надежности работы оборудования, так и безопасности выполняемых операций, именно последующая разделка шлакового пирога, т.е. его разбивание на куски до крупности, имеющей товарное значение, и параллельная выборка вскрытых металлических корольков и проливов требуют применения больших затрат тяжелого ручного труда. Полученный таким образом алюминотермический шлак имеет высокую насыщенность корольками, что существенно снижает его потребительские свойства, ограничивает сферу применения, и, кроме того, обусловливает значительные потери и низкое извлечение ванадия.
Разделение металла и шлака является одной из ключевых проблем в производстве ферросплавов, что в значительной мере относится и к производству феррованадия. Это связано с необходимостью в максимальной степени удалять промежуточные алюминотермические шлаки, образующиеся в процессе ведения плавки, т.е. проводить технологическую операцию по скачиванию шлака путем наклона плавильного агрегата. При этом в промежуточную приемную емкость вместе со шлаком попадает и металл, осаждающийся затем в изложнице. Наряду с пролитым металлом в изложнице происходит доосаждение металлических капель, образовавшихся как результат восстановления оксидного расплава алюминием. Глубокое осаждение металлических капель в остывающем шлаке вне плавильного агрегата и формирование металлической фазы в виде компактного, легко отделяемого слитка составляют суть проблемы, решение которой позволит в значительной степени улучшить ситуацию в ферросплавном производстве и в первую очередь в производстве феррованадия.
Целью настоящего изобретения является:
- упрощение процессов раздевания слитка, отделения металла и переработки шлака;
- улучшение качества шлака;
- повышение извлечения ванадия.
Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемой изложнице для приема шлака и металла, вертикальной, сквозной, уширяющейся кверху, с круглым поперечным сечением, на приставном днище, конусность боковой поверхности изложницы на одну сторону составляет 50-80%, отношение высоты к среднему диаметру поперечного сечения ее рабочей полости 0,19-0,23, а рабочая поверхность приставного днища выполнена в виде конического углубления с уклоном образующей в переферийной зоне 9-30%.
Предлагаемая изложница изображена на фиг. 1, 2 и 3.
Разливку шлака и металла в предлагаемую изложницу производят следующим образом. Стальную, круглую, уширенную кверху изложницу (фиг. 1) устанавливают перед разливкой на стальное днище (поддон) с коническим углублением (фиг. 2). Изложница в сборе изображена на фиг.3. Разливку шлака и металла производят из ковша, подвешенного на траверсе, через носок. После затвердевания и остывания расплава изложницу краном с помощью стропа поднимают за цапфы, при этом металл, сформированный в конусной части днища в виде слитка, легко отделяется, оставаясь на поддоне, а шлаковый слиток (блок), удерживаемый в кольце изложницы за счет конусности боковых стенок и арочной его конфигурации, опускают на упор, установленный в отдельном коробе, в результате чего шлак растрескивается и в виде кусков, размер которых определяется толщиной шлакового массива до разрушения, составляющей 150-200 мм, осыпается в короб, затем формируется в партии и направляется потребителям.
Особенность предложенной изложницы состоит в том, что параметры ее рабочей полости обеспечивают необходимую прочность шлаковому блоку после его кристаллизации, а также достаточную глубину осаждения металлических капель и скатывание их по технологическому уклону в центральную зону углубления в днище с объединением в слиток до потери расплавом жидкоподвижности. Параметры изложницы, отраженные в формуле, найдены опытным путем и отражают пределы, в которых реализуется цель изобретения.
Конусность боковой поверхности предложенной изложницы, составляющая 50-80%, является оптимальной с точки зрения обеспечения прочности сформированного шлакового блока, необходимой для его удержания в изложнице и предотвращения преждевременного разрушения и высыпания шлака при транспортировке изложницы без приставного днища.
При конусности боковой поверхности менее 50% строительная прочность массива шлака, залитого в изложницу как единого целого снижается, в результате чего часть шлакового блока, расположенная ниже усадочной раковины, сформированной в процессе его кристаллизации и проходящей вдоль горизонтального сечения рабочей полости, при транспортировке разрушается с неконтролируемым высыпанием шлака, что представляет опасность в первую очередь с точки зрения охраны труда и, кроме того, усложняет последующую его сборку.
Конусность боковой поверхности более 80% приводит к ускоренной кристаллизации переферийной зоны шлакового блока и ее растрескиванию, в результате чего прочность блока снижается и происходит его высыпание при транспортировке.
Отношение высоты к среднему диаметру рабочей полости изложницы 0,19-0,23 в максимальной степени обеспечивает прохождение металлических капель через слой огненно-жидкого шлакового расплава до потери им жидкоподвижности. При отношении меньше чем 0,19 происходит быстрое замораживание шлака и металл остается в шлаковом массиве в виде корольков, что ухудшает его свойства и приводит к повышенным потерям ванадия. При отношении больше чем 0,23 осаждение металлических капель затягивается, что также сопровождается повышенным содержанием в шлаке корольков и ухудшением его технологических свойств.
Уклон образующей конического углубления, выполненного в переферийной зоне рабочей поверхности приставного днища в пределах 9-30%, является оптимальным и обеспечивает скатывание осевших металлических капель в центральную часть днища и их ассимиляцию в слиток. При уклоне образующей менее 9% формирование слитка затруднено и металлическая фаза остается в раздробленном виде, что не позволяет производить ее отделение от шлака и выборку без предварительного дробления шлака. При уклоне образующей более 30% толщина шлакового массива в центральной части становится чрезмерной, что, в свою очередь, приводит к потере прочности шлакового блока, как единого целого, нежелательному его разрушению и высыпанию при транспортировке.
Разработанные параметры предлагаемой изложницы были опробованы в опытно-промышленных условиях электрометаллургического цеха ОАО «ЕВРАЗ Ванадий Тула».
В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения изложницы с указанием ее размеров (№№1-3). Здесь же приведены параметры изложницы с отклонением от предельных значений (№№4, 5). Для сравнения приведены результаты испытаний известной изложницы (№6), взятой в качестве прототипа.
Испытание предлагаемой изложницы показало ее высокую технологичность, пригара металла и шлака к днищу и боковой поверхности изложницы не наблюдалось, металлическая фаза, ассимилированная в виде слитка, легко отделялась при подъеме изложницы. Разделка шлакового блока проводилась путем опускания изложницы со шлаком на упор, установленный в коробе, при этом металла в виде отдельных образований для примеров 1-3 обнаружено не было, количество металловключений в шлаке по сравнению с прототипом снизилось с 0,93% до уровня 0,14-0,19%, а извлечение ванадия увеличилось на 1,2-1,5%, причем лучшие показатели как по содержанию металловключений в шлаке, так и по извлечению ванадия достигнуты при средних значениях параметров, отраженных в формуле изобретения.
При отклонении параметров изложницы от предельных значений (примеры №№4 и 5) выполнить операцию по перемещению изложницы со шлаком не удалось из-за разрушения и высыпания шлака при подъеме, при этом количество металлических включений в шлаке имело более высокие значения и соответственно понижалось извлечение ванадия.
Известная изложница (пример №6) характеризуется более низкими показателями как по качеству шлака из-за насыщенности его металлическими включениями, так и по извлечению ванадия, вследствие возросших его потерь. Кроме того, шлаковый блок после освобождения его от изложницы обрабатывается по сложной схеме, включающей разбивку его в шлаковой яме с применением специального оборудования и последующей ручной выборкой металловключений.
Таким образом, использование новой изложницы позволило значительно упростить процесс раздевания слитков, а также последующую разделку шлакового блока до кусков требуемого размера за счет проведения этой операции путем опускания изложницы со шлаком, на упор, установленный в коробе, при этом исключается тяжелая ручная выборка металла в виде корольков и проливов при разделке шлакового блока.
Кроме того, использование заявляемой изложницы позволяет исключить из технологического процесса шлаковую яму со специальным оборудованием в виде экскаватора «Драглайн» для разбивки шлаковых блоков и выборку металловключений, также отпадает необходимость применения шлаковозов как средства транспортировки жидких и твердых алюминотермических шлаков к шлаковой яме для их переработки. Шлак, в кусковом виде и практически не содержащий металлических включений, формируется непосредственно в изложнице в процессе его кристаллизации, охлаждения и последующей выемки.
Экономический эффект от использования изобретения, только за счет увеличения извлечения ванадия на 0,5% на каждые 100 тн произведенного продукта по чистому ванадию при цене ванадия 1100 руб./кг составит: 100∗0.5/100∗1200=600000 руб.
Кроме того, дополнительный эффект может быть достигнут за счет упрощения процессов, связанных с разделкой шлака и улучшения его качества.
Источники информации
1. Шведов Л.В. и др. Плавильщик ферросплавов. М., «Металлургия», 1073, с. 264.
2. Авторское свидетельство СССР №337190, кл. B22D 7/06, 1972.
3. Лякишев Н.П. и др. Алюминотермия. М., «Металлургия», 1978, с. 251, 252.