СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ЧУГУНА
PROCEDURE FOR IRON MELTING

Изобретение относится к области металлургии, а именно к производству чугуна. Известен способ выплавки чугуна, включающий завалку в печь железорудного сырья, кокса, флюсов, нагрев шихты, продувку воздухом или кислородом, плавление чугуна и шлака [1].
Недостаток этого способа заключается в необходимости применения высококачественного железорудного сырья и дорогого восстановителя кокса, огневого нагрева и сложного дорогостоящего агрегата доменной печи. При плавке образуется чугун и доменный шлак, который находит ограниченное применение и, в основном, складируется в отвалах.
Наиболее близким к предлагаемому является способ доменной плавки [2]. Способ доменной плавки, включающий загрузку шихты, нагрев и расплавление ее, подачу в плазмотроны плазмообразующего газа, в котором шихту нагревают и расплавляют плазмой, а в качестве плазмообразующего газа в зазор между трубчатыми электродами подают восстановительный или окислительный газ для получения чугуна, стали или стального полупродукта. Недостаток этого способа заключается в низком качестве выплавляемого металла. Не достигается очистка расплава от наиболее вредных примесей фосфора и серы. Поэтому для плавки необходимо применять высококачественное сырье с минимальным содержанием серы и фосфора.
Задача, решаемая предлагаемым изобретением, состоит в повышении качества чугуна, в замене дорогостоящего сырья мартеновским шлаком, содержащим железо до 36% и марганца до 9%.
Технический результат, полученный при осуществлении изобретения, заключается в снижении в чугуне вредных примесей серы от 0,11% до 0,01%, фосфора от 0,16% до 0,12%. Заменяется сложный и дорогой огневой способ нагрева, железорудного сырья и кокса в доменной печи электрической дугой, что позволяет упростить процесс выплавки металла, увеличивается сырьевая база для производства чугуна, утилизируется железо, марганец, легирующие ферросплавы и шлак - компоненты мартеновского шлака.
Для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата способ выплавки чугуна, включающий завалку железорудного сырья и кокса в печь, нагрев и плавление их электрической дугой, восстановление железа, выпуск чугуна и шлака, отличающийся тем, что в качестве железорудного сырья используют отвальный мартеновский шлак с содержанием железа до 36%, марганца до 9% и металлов ферросплавов, восстанавливают железо и марганец, после восстановления обрабатывают расплав фторидами или хлоридами щелочных или щелочноземельных металлов, упакованных в металлическую капсулу, и осуществляют выпуск чугуна и рафинированного шлака.
Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что в качестве железорудного сырья предлагается использовать отходы черной металлургии - мартеновский шлак, в котором содержится до 36% железа и до 9% марганца и другие металлы ферросплавов. Предлагаемое изобретение позволяет отказаться от импорта марганца и утилизировать его из отходов: из марганцевого шлака. Электротермическое производство является более прогрессивным процессом в металлургии, обладает рядом преимуществ по сравнению с доменным производством, обладает меньшими затратами и поэтому предлагается в изобретении осуществить восстановительную плавку мартеновского шлака в электрической печи.
В промышленности применяется способ продувки расплава инертными газами. Для рафинирования металла этот способ не применяют из-за малой эффективности, при продувке кислородом теряется большое количество металла в результате окисления. При вдувании твердых порошков в металл точно так же не достигается очистка металла и, прежде всего, от сырья и фосфора, что объясняется большой разницей в плотности металла и газа. При продувке металла твердыми порошкообразными материалами порошки выносятся из металла потоком газа и, следовательно, порошки не участвуют в рафинировании металла. В предлагаемом изобретении порошкообразные материалы упаковываются в металлические капсулы. При рафинировании, например в ковше, капсулы с упакованными в них реагентами укладываются на дно ковша. В ковш заливается металл. При этом металлическая капсула разогревается от горячего металла, расплавляется, реагент переходит в металл, расплавляется и поднимается в верхнюю часть ковша. При этом происходит перемешивание металла в ковше, на границе металла и реагента протекает процесс рафинирования. У расплавленных солей плотность значительно выше, чем у газа, поэтому увеличивается период контакта металла с расплавленным реагентом. Предлагаемый способ опробован для рафинирования расплавленных стали, чугуна, ферромарганца, металлического марганца, силикомарганца. В качестве реагентов применимы фторы, хлориды, натрия, калия, кальция, магния. Содержание вредных примесей (серы, фосфора) в металлах снижалось на один порядок. Предлагаемый способ легко осуществим, не требует сложного, дорогого оборудования, экономичен и безопасен. Способ многократно опробован на различных металлах. Капсулы изготавливаются из рядовой стали, любой формы, любого размера, безопасны при изготовлении, при загрузки в них реагентов. Преимущество этого способа рафинирования неоспоримо. Возможно рафинирование в металлургическом агрегате, например в электропечи. При этом капсулу необходимо вводить с помощью металлической штанги.
Пример. Для опытной плавки применяли отвальный мартеновский шлак металлургического завода. Состав его представлен в таблице 1. В печь загрузили 3,6 тонны мартеновского шлака, 0,3 тонны кокса, 40 кг извести, опустили электроды на шихту. Подали электроэнергию на электроды. Расплавили железорудное сырье. По окончании восстановительного периода в расплав погрузили с помощью металлической штанги капсулы, в которые был упакован реагент для рафинирования чугуна - фтористый кальций в количестве 54 кг. По окончанию плавки подвергали химическому анализу чугун и шлак. В чугуне содержалось 0,01% серы и 0,02% фосфора. Для сравнения выполнена плавка по указанной методике без применения операции рафинирования. При этом получили чугун, в котором содержалось 0,11% серы и 0,16% фосфора.
В лабораторных условиях по указанной методике для рафинирования применяли хлориды и фториды натрия, кальция, бария, иодид и бромид натрия. Степень десульфурации и дефосфорации достигала 45-85%. Наилучший результат достигается при рафинировании расплава фторидами натрия, кальция, бария и хлоридом кальция.
Использование изобретения позволяет снизить стоимость чугуна, улучшить его качество, утилизировать железо из отходов металлургии из мартеновского шлака, обезвредить отходы производства из шлаковых отвалов. При выплавке чугуна по предлагаемому способу образуется второй продукт - электросталеплавильный шлак, который используется для производства высококачественного, быстротвердеющего цемента.
Список используемой литературы
1. Ефименко Г.Г., Гиммельфарб А.А., Левченков В.Е Металлургия чугуна. - Киев: Высшая школа, 1981, с.16-19.
2. Патент RU №2075221, МПК С21В 5/00, 1997.
Таблица 1
Химический состав, мас.%
Sio<sub>2</sub>
Аl<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
FEO
ТiO<sub>3</sub>
MnO
С
CaO
MgO
SO<sub>3</sub>
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
K<sub>2</sub>O+Na<sub>2</sub>O
ППП
Отвальный мартеновский шлак металлургического завода
14,88
5,74
19,81
0,95
9,8
1,5
33,86
12,84
0,27
0,21
0,34
5
16,4
36,8
12,3
40,4
Чугун, выплавленный по предлагаемому способу
4,0
S 0,010
P 0,02
Рафинировочный шлак, полученный предлагаемым способом
15,2
5,86
1,6
0,83
2,1
41,4
12,7
S 0,30
P 0,23
Чугун, выплавленный по предлагаемому способу без операции рафинирования
0,11
0,16