Екзотермічна сіміш для обробки чавуну

Реферат: Екзотермічна суміш для обробки чавуну містить магній та метал-відновник. Додатково містить оксиди кальцію та заліза, а як метал-відновник використовують сплав, що містить металевого алюмінію не менше 84,0 % за масою. UA 86130 U (54) ЕКЗОТЕРМІЧНА СІМІШ ДЛЯ ОБРОБКИ ЧАВУНУ UA 86130 U UA 86130 U 5 Екзотермічна суміш для обробки чавуну належить до чорної металургії, а саме до матеріалів для рафінування та модифікування чавуну. Відома суміш для обробки чавуну, що містить силікокальцій, з'єднання магнію та вуглець (співвідношення компонентів, що використовуються, наведені у таблиці 1) [Авт. свід. СРСР № 872561 М.Кл.3 С21С 1/00, С21С 5/54, опубл. 15.10.1981, Бюл. № 38]. Таблиця 1 Співвідношення компонентів у складі суміші для обробки чавуну № п/п 1 2 3 Компонент Силікокальцій Вуглець З'єднання магнію Вміст, % за масою 40-89,5 0,5-10 10-50 Як з'єднання магнію була використана стружка магній-літієвого сплаву (хімічний склад наведено в таблиці 2). 10 Таблиця 2 Співвідношення компонентів у складі стружки магній-літієвого сплаву № п/п 1 2 3 4 5 6 7 15 20 Компонент Вміст, % за масою 7-9 4-6 3-5 0,01-0,2 0,1-0,4 0,8-2 Інше Літій Алюміній Кадмій Церій Марганець Цинк Магній Наявність у складі стружки магній-літієвого сплаву таких активних металів модифікаторів, як магній, літій, церій та мікролегуючих елементів (алюміній, кадмій, марганець, цинк) дозволяє у значній мірі десульфурувати та модифікувати розплав. До недоліків існуючої суміші можна віднести використання матеріалів високої вартості, утворення летючих отруйних з'єднань (випари цинку, кадмію) та зниження ступеня рафінування внаслідок випаровування магній-літієвого сплаву при безпосередньому контакті з рідким металевим розплавом. Відома також, вибрана як прототип, суміш для обробки чавуну, що містить карбід кальцію, вуглець, окисли та галоїди магнію та лужних металів, метал-відновник, які введені у вигляді магнієвого шлаку [Авт. свід. СРСР №836112 М.Кл. 3 С21С 1/00, опубл. 07.06.1981, Бюл. № 21]. Співвідношення складових суміші приведено в таблиці 3. Таблиця 3 Співвідношення компонентів суміші для обробки чавуну № п/п 1 2 3 25 Компонент Вуглець Карбід кальцію Магнієвий шлак Вміст, % за масою 0,05-10 0,5-10 80-95,5 Хімічний склад магнієвого шлаку приведений у таблиці 4. Хімічний склад магнієвого шлаку 30 1 UA 86130 U Таблиця 4 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Складова Оксид магнію Хлористий магній Хлористий натрій Хлористий калій Фтористий кальцій Магній Алюміній Марганець Вміст, % за масою 0,2-30,0 0,5-20,0 1,0-5,0 0,5-20,0 3,0-10,0 5,0-50,0 0,05-3,0 0,01-2,0 Наявність у складі суміші магнієвого шлаку - відходу виробництва магнієвих сплавів у кількості 80-95,5 % за масою, що містить такий активний метал-модифікатор як магній, рафінуючі елементи у вигляді хлоридів і фторидів та мікролегуючі елементи (алюміній та марганець), дозволяє проводити десульфурацію та модифікування розплаву з високим ступенем. Використання відомої суміші для обробки чавуну має ряд наступних недоліків: - необхідність використання систем витяжки та аспірації (до складу суміші входять хлориди та фториди, які у процесі контакту з рідким чавуном утворюють летючі з'єднання хлору та фтору); - значне зниження ступеню засвоєння металевого магнію, який введено у складі суміші (використання як метал-відновник сплав магнію з алюмінієм та марганцем призводить до значного їх окислення внаслідок взаємодії з окислювальним газовим середовищем на початкових стадіях обробки розплаву); - значна вартість вихідних складових для виготовлення суміші (використання у складі суміші матеріалів, що містять металевий магній або інші рідкоземельні метали). В основу корисної моделі поставлена задача підвищення ступеня рафінування розплаву, ступеня засвоєння магнію розплавом під час обробки та покращення екологічних характеристик процесів рафінування. Поставлена задача вирішується тим, що у суміш для обробки чавуну, яка містить магній та метал-відновник, додатково введені оксиди кальцію та заліза, а як метал-відновник використовується сплав, який містить металевий алюміній не менше 84 % за масою, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: оксид магнію - 10-20; оксид кальцію - 5-10; сплав, що містить металевий алюміній - 20-30; оксиди заліза - усе інше. Загальні ознаки у порівнянні· з прототипом: - наявність у складі суміші металу-відновника; - наявність у складі суміші магнію. Відмінні ознаки у порівнянні з прототипом: - додаткове введення до складу суміші оксидів кальцію та заліза; - використання як метал-відновник сплаву, що містить металевий алюміній. Введення до складу екзотермічної суміші оксидів кальцію призводить до покращення процесів алюмотермічного відновлення оксидів магнію. Це пояснюється утворенням комплексних оксидних сполук оксидами алюмінію та кальцію, внаслідок чого оксид алюмінію виводиться з зони протікання хімічної реакції. При вмісті оксидів кальцію у складі суміші менше ніж 5 % за масою спостерігається зниження ступеня рафінування розплаву, яке пов'язане з протіканням процесів відновлення оксидів магнію в неповному обсязі. При вмісті оксиду кальцію більше ніж 10 % за масою знижується термічність суміші, що призводить до погіршення термодинамічних умов протікання процесів відновлення загалом, та знижує кількість магнію, що відновлюється з одиниці маси екзотермічної суміші. Використання у складі суміші оксиду кальцію у кількості 5-10 % за масою дозволяє досягти необхідного ступеня рафінування розплаву, з одночасною незначною втратою термічності екзотермічної суміші. Використання у складі екзотермічної суміші сплаву, що містить у своєму складі металевого алюмінію менше 84 % за масою, є недоцільним, бо, у значній мірі, призводить до гальмування протікання процесів алюмотермічного відновлення оксидів. Використання як метал-відновник сплаву, що містить металевий алюміній не менше 84,0 % за масою, пов'язане зі значно меншим ступенем його вигоряння під час введення у металевий розплав, у порівнянні з більш активними металами. При використанні у складі екзотермічної суміші сплаву, що містить металевий алюміній, у кількості менше ніж 20 % за масою процеси відновлення оксидів магнію практично не протікають, оскільки весь відновник, що введено, витрачається на взаємодію з оксидами 2 UA 86130 U 5 10 15 20 25 30 заліза. При використанні у складі екзотермічної суміші сплаву, що містить металевий алюміній, у кількості більше ніж 30 % за масою надлишковий відновник переходить до розплаву, що піддається обробці, та, спливаючи на поверхню, утворює значний піроефект. При використанні у складі екзотермічної суміші сплаву, що містить металевий алюміній, у кількості 20-30 % за масою, кількість введеного відновника є достатньою для сумісного протікання реакцій алюмотермічного відновлення оксидів заліза та магнію й дозволяє у повній мірі відновити весь введений оксид магнію. Оксид заліза у складі екзотермічної суміші використовується як окислювач, за рахунок відновлення якого вивільнюється необхідна кількість тепла для нагрівання екзотермічної суміші до температури початку алюмотермічного відновлення оксидів магнію. За умови, що усі інші складові екзотермічної суміші використовуються у встановлених співвідношеннях, кількість оксидів є достатньою для ефективного нагрівання суміші та призводить до відновлення оксидів магнію у повній мірі. Введення інших складових до складу екзотермічної суміші у кількості більше рекомендованої призводить до зниження кількості оксиду заліза та до утруднення процесів алюмотермічного відновлення оксидів магнію за рахунок зниження термічності суміші для обробки чавуну. Введення інших складових до складу екзотермічної суміші у кількості менше рекомендованої призводить до збільшення кількості оксиду заліза та до значного піроефекту, що викликає окислення відновленого магнію та знижує ступінь його використання. Оскільки до складу екзотермічної суміші не входять з'єднання фтору та хлору, то у процесі обробки відсутнє утворення летючих з'єднань, шкідливих для навколишнього середовища, що робить дану суміш більш екологічною у порівнянні з прототипом. Технологія приготування екзотермічної суміші наступна. Подрібнені до фракції 150-200 мкм оксиди заліза, кальцію, магнію та сплав, що містить металевий алюміній, усереднюють у визначеному співвідношенні. Приготовану екзотермічну суміш фасують порціями 1-10 кг у паперові пакети та використовують для обробки рідкого чавуну. Приклад: Рідкий чавун, що містить наступні компоненти, % за масою: вуглець - 3,8; кремній 1,0; марганець - 0,6; хром - 0,07; фосфор - 0,06; сірка - 0,06, з температурою 1450 °C обробляють екзотермічною сумішшю у кількості 2 % від маси чавуну. Екзотермічну суміш, у процесі обробки, вводять за допомогою пристрою дзвоноподібного типу. Після закінчення інтенсивного кипіння розплаву з його поверхні зчищають шлак, що утворився та заливають проби для хімічного аналізу. З метою визначення ефективності запропонованої екзотермічної суміші проведена експериментальна апробація та порівняння результатів з обробкою сумішшю, що була вибрана як прототип (таблиця 5). 35 Таблиця 5 Результати експериментальної апробації розробленої екзотермічної суміші та прийнятої як прототип Вміст компонентів, % за вагою Загальна Витрата Ступінь Витрата витрата Ступінь магнію на Сплав, що № засвоєна Варіант обробки Оксид Оксид процес містить Оксид суміші, магнію на десульфуп/п магнію**, кг обробку, рації, % десульфумагнію кальцію металевий заліза % кг рації, кг алюміній Суміш, що 1. 15 8 25 52 90,00 0,0101 14,06 розроблена 2 Експерименти з 9 8 25 58 87,40 0,0098 13,66 3. обробки рідкого 21 8 25 46 86,50 0,0097 13,52 4. чавуну 15 4 25 56 89,30 0,0100 13,95 0,6 0,072 5. сумішами, 15 11 25 49 88,30 0,0099 13,80 6. склад яких 15 8 19 58 85,80 0,0097 13,41 7. відрізнявся від 15 8 31 46 87,00 0,0098 13,59 8.* розробленої 15 8 25 52 86,00 0,0097 13,44 9. Суміш, що була вибрана як прототип 0,6 0,2865 85,0 0,0115 4,01 * - у складі суміші був використаний сплав, що містить металевий алюміній у кількості менше 84,0 % за вагою; ** - ступінь засвоєння магнію (  Мg) розраховується за формулою:  Mg = (Mgзac /Mgзаг)·100, %, де Mg зас. - маса магнію, що була засвоєна розплавом, кг; Mg заг. - загальна маса магнію, що була введена у розплав, кг. 3 UA 86130 U При використанні розробленої екзотермічної суміші досягаються близькі значення ступеня десульфурації розплаву у порівнянні з сумішшю, яку було вибрано як прототип, проте її використання пов'язане з більш високими ступенями засвоєння магнію розплавом, що робить запропоновану суміш для обробки чавуну економічною у порівнянні з прототипом. 5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 Екзотермічна суміш для обробки чавуну, що містить магній та метал-відновник, яка відрізняється тим, що вона додатково містить оксиди кальцію та заліза, а як метал-відновник використовують сплав, що містить металевого алюмінію не менше 84,0 % за масою, при наступному співвідношенні компонентів, мас. %: оксид магнію 10-20 оксид кальцію 5-10 сплав, що містить металевий алюміній 20-30 оксид заліза решта. Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4