автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка технологии выплавки стали и чугуна на основе металлизованного сырья из концентрата "Сантьяго"

РГ6 • од

пдоншкийоордена трудового красного знамени

£ о плж и политехнический институт

На прапах рукописи МОРСЬЕГО САКЕР Освальдо Хорхе

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ И ЧУГУНА НА ОСНОВЕ МЕТАЛЛИЗОВАННОГО СЫРЬЯ ИЗ КОНЦЕНТРАТА «САНТЬЯГО»

Специальность 05.16.02 — «Металлургия черных металлов»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ДОНЕЦК 1993

I

1

Работа выполнена в Донецком ордена Трудового Красного 3} политехническом институте.

Научный руководитель - доктор технических наук, профессс ИВАНОВ А. II

Научный консультант - кандить; технических наук, доцент САФЬЯНЦ С. М,

Официальные оппоненты - доктор технических наук, професс АНДРОНОВ В. Е ,' кандитат технических наук, ПАХОШВ II А.

Ведушэе предприятие - Донецкий металлургический завод.

Защита состоится "2,'Ъ' 1993 года в '

в аудг-ории ЗбЗ пятого учебного корпуса на заседании специа. рованного совета Д 068.20.01 при Донецком политехническом ш туте ( 340000, г. Донецк, ул. Артема, 53 ).

■ С диссертацией можно познакомиться в библиотеке Донецко] политехнического института

Автореферат разослан " —-^1993 года.

Ученый секретарь специализированного совета Д 068.20.0: доктор технических наук, профессор

ЯРОШЕЕСКИЙ

ппплсз лгл р А Т/Т ТГ ОТ/ПТ Д

^АлфЛ ^ач-Г 4 / 1и> 1 Х лх/^ 1 Со

Актуальное ь работы. В основных направлениях экономического социального развития Республики Куба накечена болъпая программа зеития народного хозяйства, предусматривающая дальнейший рост одукции машиностроения, и в первую очередь, запасных деталей .я сахарных заводов, горно-металлургической промышленности, льскохозяйственной техники, транспорта. Сбщ;Я объем прилзводс-а литейных сплавов будет превышать 160 тысяч тонн/год.

В настоящее время перед литейщиками Кубы стоят проблемы ор-.низации производства и освоения отливок новых видов, повышения .чества и надежности литых деталей, расширения использования в ;тейтм производстве местных материалов и ресурсов.

В литейном производстве практически не применяют традицнон-:е специальные дорогостоящие методы вн«. ;ечнсй обработки металла вакуумирование, продувку инертными гагами, обработку металлов штетическимп шлаками и т. д.), которые широко используется в ме-шлургии. Это объясняется тем, что разливка жидкого металла из >чи производится ковшами малой емкости и нежеланием литейщиков ¡лолиять технологию получения чугуна и стали. При этом высоте шество отливок не достигается, что приводит к повышению их ме-тлоемкости.

С ростом требований к качеству отливок все более актуальным гановится использование мегаллизованного сырья вместо скрапа для ¿плавки качественных литейных сг.лавов, вследствие повышенной ютоты по вредным примесям и примесям цветных металлов, е^змож-зсть организации маломасштабного производства с использованием »лезорудного концентрата "САНТЬЯГО" и древесного угля, получен-:го из отходен от сахарного производства.

Сказанное определяет актуальность исследования влияния пер-эродней ютты, произведенной на Сазе местных ресурсов, на струк-,гру, механические свойства и служебные характеристики литейных ллавов.

Цель работы. Получение и исследование стали и чугуна с пользованием металлизованнсго сырья нг. базе железорудного кон-энтрата " САНТЬЯГО " и дрезесного угля с целью улучшения их ка-=ства.

В соответствии с целью раС^ы решались следующие задачи :

- изучение комплексных характеристик железорудного концен рата "САНТЬЯГО" и получение металлизованного сырьл, отЕечаклцэ требованиям металлургического производства;

- изучение влияния первородной шихты и легирующих элемент на механические свойства и износостойкость стали, при помощ! ре рессионного анализа и косвенных методов исследования С металле рафпческого , рентгенсгра4ичэского, оценка служебных сеойств );

- промысленное освоение технологии выплави; стальных лил деталей на основе металлизованного сырья из кснцекграта"САН! ЯГО";

- получение литейного чугуна в индукционной печи при при) нении г енхтэ металлизованного материала и стального лома, и i следование его характеристик;

Научная новизна. Проведены комплексные исследования желе; рудного концентрата "САНТЬЯГО". Доказана возможность получения полуромыаленных условиях мёталлизованного сырья на Сазе куби ких железорудных и топливных ресурсов, отвечающего металлургич ким требованиям. Отработана методика и осуществлена серия опыт плавок сталей ка основе металлизоЕанного сырья из концентр "САШЬЯГО". Получены регрессионные уравнения связи между химич ким составом -и ударной вязкостью, относительной износостойкое! На основании математической обработки разработана технология i лавки легированной стали ка основе металлизованного сырья из у цантрата"САНТЬЯГО" в заводских условиях. Определено влияние si металлизованного сырья ка структуру, механические свойства и : луатационные характеристики стали. Доказана возможность пол; ния синтетического чугуна со значительно улучшенными зкеплуат; онными свойствами на ссноЕе металлизованного сырья.

Нршггичк&сая ценность. ' Предложена технологическая с: производства металлизованного сырья на базе железорудного i центрата "САНТЬЯГО". Доказана возможность получений лите: сплавов с улучшенными эксплуатационными свойствам!, с использ нием кубинских ресурсов. Результаты проведенных исследований дут использоваться при разработке и освоении новых видов отл в лигей: im производстве Республики Куба.

Апробация работы. Отдельные положения работы доложены

- научно-технической конференции "Каучно-исследовательс центра черной металлургии, Никаро, КуСа, 1990 год;

- расширенном заседании кафедры " Промышленная теплоэнерге-гка " Донецкого политехнического института, 1933 год.

По материа^м диссертации опубликовано четь-ре статьи.

Структура н объем райоты. Диссертация состоит из введения, I глав и cCnçïx Еывидов. Общий объем работы - 155 страниц, 34 рн-:унка и 21 таблица. Список литературы из 149 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе проведен теоретический анализ по --зученип злияния случайных и постоянных примесей элементов цветных металлов , неметаллических включения и содержания газов на свойства железоуглеродистых сплавов. Установлено, что качество к служебные гвойства металла определяются не только обычным химическим ссста-вом,но и характеристиками более глубоких свойств : содержанием неметаллически включений и их типом, количеством газов и мпкроп-римесей цветньг металлов.

L ряде исследовательских ¿абот убедительно показано, что применение первородной шихты позволяет снизить содержание примесей цветных металлов и улучшить технологические и эксплуатационные свойства сплэесз.

Во второй главе проЕеден обзор литературных источников, посвященных процессам получения металлкзовакного сырья, охарактеризован железорудный концентрат "САНТЬЯГО" и приведены результаты получения металлизованного сырья.

На основг.нии анализа литературных источников, и учитывая необходимость создания маломасштабного производства с использованием .кубинских железорудных и энергетических ресурсов, обеспечение металлиэованным сырьем мелких потребителей, наш была предложена технология производства тяжеловесного металлизованного сырья твердым восстановителем з тунельнсй проходной печи, обладающая следующими преимуществами : полученный продукт имеет плотность до

5 г/см3, не подвержен вторичному ок"?лению и не пирофорен.

Важным фактором, определяющим возможности развития процессов прямого восстановления, является налш: :е ресурсов легкообогатимо-го и чистого по вредным и цветным примесям железорудного сырья. Характеристики железорудного концентрата "САНТЬЯГО" приведены в таблице 1. Анализом эквивалентного магнетита установлено, что со-'

ржание магнетита составляет 70.862.

Таблица 1.

Химический состав железорудного концентрата "САНТЬЯГО"

и п/п : Химический состав : Количество, X

1. сОщяй 69.51

2. ГеО 28. 39

3. 510. . 0. 83

4. • СаО 0.42

5. №0 0.33

6. А12°3 0.66

7. Б 0.02

8. Р2°5 0.01

Э. МпО 0.34

10. Сг2°3 0.016

11. N10 0.032

12. ТЮ, 0.10

13. гпо 0. 006

14. РЪО а 0072

15. СоО 0.038

16. ! к* и 0. 0016

17. ' БпО 0. 0003

13. N3^0 + (С,0 0.069

Петрографические исследования концентрата магнетитовых Р5 показали, что основная масса представлена рудными компонентами

виде верен оксидов белого цвета с микротвердостью 40^ кгс/мм* Эти верна представляет собой магнетит неправильной формы. Средщ размер зерна равен 0.09 мм. За счет измельчения руды количест! свободных зерэн магнетита составило примерно 85*. Остальная масс концентр'та (примерно 15%) представлена зернами кварца серого щ та. Средний размер равен 0.153 мм.

Термогравиметрический анализ, проведенный при помощи термо;

- s - ,

газатора BDTD24AY 5ETERAM, показал, что по мере роста темпера-зи начинается первая трансформация, обусловленная поверхностным

делением эери при переходе иона Fes+B Fe3+. На кривой ATD зявляется экзотермическое воздействие с выраженным пиком при

0-375°С, который сопровождается на кривой ATG ростом кассы, ко-рый продолжается до 1000°С. На этой кривой ясно виден малень-й пик при 585°С, соответствующий оксидной трансформации нагнета. При температуре от 600 до 950°С наблюдается значительный

х^ект, максимально выраженный при 700°С, соответствующий глуОо-»му окислении зерен магнетита и приводящий через полпформные ¡раткмые превращения к гематиту.

При исследовании концентрата на электронном микроскопе с 1крозондом JE0L модель JSM-800, с анал"затором LINK АН-10000, :тановлено, что концентрат представляет собой достаточно одно-эдные частицы i. агнетита. Содержание железа 70.53£ в ¿магнетито-:й выраженного как FegO^, соответствует 97. 477..

Исследование размягчения и расплавления концентрата произво-илось на установке LEC0, на которой достигается максимальная

емпература 1650°С. Установлено, что температура размягчения рав-

а 15S5°C, температура расплавления равна 1593°С.

Процесс получения метгллизованного сырья был проведен мето-;ом твердофазного восстановления руг.оугольных заготовок в тунель-:ой проходной печи, обогреваемой продуктами горения природного 'аза, сжигаемого с коэффициентом расхода воздуха равным 0. о-О. 5. 1ри производстве рудоугольных заготовок восстановителями могут ¡лужить любые виды низкосортного твердого ' топлива, эффективность соторого возрастает по мере снижения в ;шм концентраций S. В качестве твердого восстановителя применялся древесный уголь, полуденный с использованием отходов от сахарного производства. Содержание нелетучего углерода 72.322.

В качестве шихты для производства метаялизованного сырья использовали следующие материалы: 797, кснцентрата "САНТЬЯГО", 20 Z древесного угля, 17. бентонита, Отношение С/Fe = О. 262.

1

Данный процесс осуществлялся при 1150-1200°С. Длительное восстановления характеризовалась времскньи.г/. затратам:; на движен: теплового потока от поверхности к центру заготовки, имеющей да: ную температуру. Установлено, ч/о время металлизации составляв 4 часа при дпамэтре 80мм. Металлизацию заготовки проводили следующим температурным режимам :

Номер зоны "О" "1" • "2" "3"

1'емлература,°С 550 750 10С0 - 1100 ИБО - 1200 12С0 - 110

Восстановление по такому релпму нагрева отвечает услов равномерного прогрева заготовок, так как температура первой го позволяет заготовкам, попадающим во вторую зону иметь минимальк разницу температур поверхности-центра , что препятствует растре киванию заготовок, создает благоприятные условия для завершен реакции восстановления в центре заготовки за счет увеличения вр меня выдержи материала при высоких температурах. При температу

на выходе третьей зены И00°С обеспечивается выравнивание темп ратуры достаточной для завершения процесса.

Проведен сравнительный анализ трех металлизованных матери лов: железорудного концентрата "САГОЬЯГО", "ТЫС" и окатышей 03},! В таблице 2 приведены химические и физические характеристики к: таллизованных материалов. Анализ показал, что металлизованн сырье "САНТЬЯГО" и оглтыаи ОЗМК имеют низкое содержание серн фосфора и примесей цветных металлов. "САНТЬЯГО" и "ТЫС" сблзда высокой плотностью по сравнению с окатышами 03!,К.

Петрографическим исследованием установлено , что микростру тура металлизованного сырья из концентрата "САНТЬЯГО" преставле металлическим железом и силикатной связкой. В меньшем ксличест присутствует вюстит, который находится в центре участков металл ческого железа.

В третьей глава излагаются результаты по выплавке стали основе металлизованного сырья. Особый интерес представляет выя лениэ. возможного влияния использования металлизованного сырья свойстве и качество износостойкой стали для литых деталей, раб гакзщих в тяжелых условиях.

С целью повышения качества и надежности литейных ст лей, идущих на изготовление деталей ответственного назначен;'

тпблпр г.

Характеристики металлизованных материалов

Погазатели : Сантьяго : ТЫС 03!,К

Fe оСя , * 39.5 90.0 90 Р5

Fe мет. , % 81. 33 ' 33. 4 ОО -1 ^ Uüi i i

:тэпень металлизации, 7. 90.8 92.6 91.73

Эффект, степень метал-ции'Д 96.8 99.8 106.13

SiOr, А* 3.0 2.1 4.2

А12о3 0. 83 1.6 0.9

СаО 0. 34 0.7 0.6

MgO 0. 29 0.1- -

№i0 - 0. 28 -

Feo 10. 72 8. 67 9.76

°2 2.48 2. 01 2. 26

S 0. 014 0.16 0. 01

Р 0. 01 0. 01 0. 026

С 1.03 1.2 2. 4

Zn D. 00014 0. 0009 0. 0009

Sn 0. 0003 0.0004 0. 0004

Pb 0. 0043 0. 0017 0. 0017

Основность : 0.16 0. 22 0.11

Гранулометрический состав, *

10- 16 мм - - 87 28

т Плотность, г/см 3.7 4.0 2. 45

была поставлена задача разработать износостойка сталь ьа основе металлизованнсго сырья из концентра-а "САНТЬЯГО".

С целью выбора литой стали .с оптимальными свойствами износостойкости и пластичности проведена серия плавок сталей на основе 1СР£ металлизованнсго сырья в лабораторных условиях. Технологический процесс плавки осуществлялся с непрерывной загрузкой шихты. Непрерывную затолку губчатого жзЛеза "САНТЬЯГО" начинал!: только при образования жидкой ванны, которая достигается при наличии 30* шихтовых материалов. Гюслз получеши ж"дкой ванны на ее поверхности, со скоростью 30 кг/мин подавалась остав-ачся

часть губчатого железа. Скорость присадки металлизованного сыр) регулировалась таким образом, чтобы печь в нормальном режима рг ботала при полной мощности трансформатора. В дальнейшем скорой загрузки регулировали в зависимости от температуры металла, заме ряемой через определенные интервалы Бремени таким образом, чтоС

в конце присадки шихты металл был нагрет примерно на 1600°С. Те! пература выпуска при достижении заданного состава металла бш

158С-1600°С.

Поскольк: в металлизовакном сырье присутствуют углерод кислород, при продвижении фронта расплавления отдельных кускс материалов они высвобождаются в сплавляемой кромке куска одноре 1.йнно. Благодаря этому, процесс обезуглероживания можно перемес тить из фазы окисления непосредственно в фазу расплавления. Дл! тельность плавки в среднем составляла 3.8-4 часа.

Плавки на металлизованном сырье характеризовались достаточ! низким уровнем содержания в металле фосфора. При плавке металл! зеванного сырья из концентрата "САНТЬЯГО" с большим удельным ве сом, заготовки погружаются в жидкую ванну, и процесс плавлен! происходит в объеме металла. Пустая порода содержится в оксиднс форме. Фосфор, участвует в образовании шлака, который всплывает 1 поверхность ванны, не успев перейти в металл,за счет малого вре мени контакта. Пониженное содержание Б в шихте обеспечивало прс ведение плавки под одним шлаком.

Для установления зависимости между механическими свойства!, сталей, выплавленных на основе металлизованного сырья из концент рата "САНТЬЯГО]' и химическим составом был использован метод рег рессионкого анализа результатов исследования опытных сплавов. Ь основании опыта и анализа литературных, данных были определек следующие пределы изменения основных элементов: С - 0.25 - 0.533; 51 -0.7-1.4%, Мп -0. 8-1. 67., Сг -0.5-1.5Х, V- 0.1-0. 5%. В результа те статической обработки получении следующие уравнения регрессш:

Дль ударной вязкости :

У1=-69. 774 + 1774.38 51 - 864.02 С2 - 713.39 512 - 53.79 Мг

Для относительной износостойкости :

У2 = - 0. 2702 + 18. 04 - 5. 015 Мп + О. 333 Сг + 10. 28 У -- 23.18 С2 + 1.952 МП2 - 14. 43 "Л

Кроме гсго Си,*а резе.ча задача определ-жя гап- :!гмсст:г ой вязкости и износостойкости от параметров, определяемых п;и :сгытании образцов на растяжение. Получены следящие равнения агрессии.

Для ударной вязкости :

Y1 = - 9393. 5 - 1.278<ЗЪ + 27. 534 6т + 31.023 V -

- 0. 0137 б"т2 - 0.941 У2.

Для относительной износостойкости :

У2 = 143. S3 + 0.349 6b - 0.0002 ¿Т2+ 0.0004 /2.

Проверка адекватности полученной модели зспериментальным ¡анным ( расчет коэффициентов корреляции фактор"в с откликом, ос-•аточной дисперсии, совокупного коэффициента корреляции, средне-'0 квадрата регреспи, критерий Фишера) подтвердила значимость всех юлученных равнении регресии.

Для проверки полученных результатов в промышленных условиях фоводились серии плавок на рядовых конструкционных сталях, выпиленных из металлизсвакного сырья из концентрата "САНТЬЯГО", и 1ля сравнения на стальном ломе (базовая плавка), легированных Сг i V в указанных пределах.

Для проведения опытно-промышленных плг -ок была использована злектро-дуговая сталеплавильная печ*- ДСП-0.5 с трансформатором мощностью 300 iiPA и напряжением на нижней стороне от 32 до 130 в, автоматическим регулятором мог^ссти дуги и механизмом наклона, йены и подина печи футерованы магнезитовым киргнчом, свод-хрсмо-.тагнезитовым.

В процессе расплавления под электроды забрасывали известь и плавиковый ипат. Известь присаживали в количествах, требуемых длг. поддержания основности шлака равной 1.3-l.d и минимального содержания FeO в нем. Шлак раскисляли порошком электродного боя и си-яикскальцпя.

Раскисление металла в печи проводили комбинированно ферромарганцем к ферросилицием, а в ковке- А2 в количестве п. 5кг/тнну ;тали. .йред скончанием плавки( за 20-30 мин) добавлял:; феррохром н феррованадий в хорошо нагрет й металл под раскисленный шлак для получения 0. 57. Сг и О.Г. i в готовой стали. Готовую сталь раз ли-

1

вали при 1560 - 1580° С. Результаты опытно-промышленных плавен представлены в таблице 3. Из полученных сталей были отлиты направляющие башмаки шахтных подъемников.

Служебные свойства стали зависят не только от содержали; легирующих и вредных примесей, регламентируемых стандартами, но i от примесей цветных металлов. Как видно из таблицы 4, в стали, выплавленной на основе металлнзованного сырья из концентрат: "САНТЬЯГО", сумма микропримесей цветных металлов ниже, чем в стали, выплавленной из стального лома. В. таблице 5 приведены результаты анализа концентрации газов в жидком металле.

Исследованием макроструктуры выявлено, что отливки из опытной стали имеют плотную, мелкозернистую структуру, отсутствуем четкая дифференциация по зонам, нет пузырей и усадочной раковины.

При исследовании неметаллических включений обнаружена, чт< они в базовой стали расположении по границе зерен. Часть оксидо] находится внутри сульфидов, поэтому при визуальном микроскопическом анализе наблюдаются оксисульфиды. В опытной стали количеств! оксисульфидов незначительное. Это обусловленно, очевидно, небольшой концентрацией серы в металле (в 2 раза меньше, чем в обычно] плавке). Металлографические исследования опытной стали показали что сталь загрязнена главным образом сульфидами ванадия и марганца. Наблюдается небольшое количество кристаллов нитридов ванадия, Результаты анализа представлены в таблице 6.

По результатам исследований был выбран оптимальный рож::

ТсрЫЛЧсСКОЙ OwpSuOTKIl Ссашл'ЗКОВ!

1. Отжиг при 830° С в течение 2 часов с последующ! охлаждением с печью.

2. Закалка при 880°С в течение 1.5 часа, с последующим души рованием водой в течение 100 сек рабочей поверхности, а затем з

счет внутреннего тепла происходил самоогпуск примерно до 600°С.

Микроструктура рабочей поверхности отлитой из опытной стал детали представляет собой сорбит отпуска с твердостью по HRC = 3 - 38, то есть рабочая поверхность имеет наиболее оптимальную мик роструктуру.

Таблица 3

Основные показатели опытно-промышленных плавок.

N Параметры : Базовая : Опытная N 1 : Опытная N 2

1. Химический состав, X

углерод 0. 30 0. 35 Ч. 29

кремний 1.01 0. 81 0. 73

марганец 1.00 0. 84 0. 66

ХрОм 0. 54 0. 57 0. 59

ВаНаДИй 0. 07 0. 08 0.10

сера С. 026 0. 012 0. 010

фосфор 0. 032 0. 015 0. 018

о Длительность плавки, ч 4.3 4. 0 4.1

3. Расход зл. энергия кВт* ч/т 595 621 620

Л Выход годного, X 93. 4 89. В 90.1

Таблица 4

Со держание примесей цветных металлов в базовой и опытной сталях

: Содер жание эл-г мтов, мае.%

ПЛАВИ! :

: Си -5п Sb РЬ Zn Л

Базовая 0. 25 0.0033 0.0021 0.0018 0.0017 0.005

Опытная 0.01 0.0001 0.0008 0.0002 0.0009 0.001

. Таблица 5

Содержание газов в-базовой и опытной сталях"

Содержание газов ,

ПЛАВКИ

кислород

азот

водород

Базовая Спьгная

0. 008 0. 006

0. 008 0. 005

0. 0004 0. 0002

Таблица 6.

Содержание неметаллических включений в сталях

Количество неметаллических включений

IUIAEKJl : оксидов : сульфидов : ■ силикатов : Обшдя загрнз-: ненность

Базовая 0. 0198 0. 0404 0. 0032 0. 0634

Опытная 1 0. 0102 0. 0114 0. 0115 0. 0331

Опытная 2 0. 0099 0. 0134 0. 0255 0. 0437

Механические свойства в значительной степени отражают эксплуатационные характеристики отливок. Образцы для механических испытаний вырезали из пробных брусков, а для определения ударней вязкости непосредственно из тела башмака. Полученные результаты механических испытаний представлены в таблице 7.

Таблица 7

Механические свойства опытно-промышленных сталей.

Механические свойства

ПЛАВКИ : Преде- : Преде.. : Откос-е: Относ-е Ударная : KL

: прочно-: текуче-: удлине-: сужение, вязкость:

: сти.МПа: сти.МПа: ни?, Л : 7. МДж/м'- :

Базовая ¿05 57£, 10.0 19.0 277 195

опытная 1 S40 640 11. Б 21.0 403 Рс.1 Опытная 2 813 660 11.0 21.0 406 243

_ л о _

А о

Результаты рентгенографических исследований базовой и опытной стали, проведенных на рентгеновском аппарате ДРОН-3, показали, что в обеих сталях обнаруживается лишь фазав£- Ре. Плотность дислокации в стали на базе стального лома в 105 раз выше, чем в опытной стали. Размеры блоков'мозаики сталей, выплавленных на основе металлизованного сырья, значительно больше, а плотность дислокации меньше, чем у сталей, выплавленных из лома, чтг, как известно, ведет к увеличению пластичности сталей.

Электронно-микроскопический анализ поверхности разрушения стали позволил установить следующие закономерности : разрушение металла в основном имеет еязкий характер, типа конусчашечка с зарождением микротрекцш при ударном разрушении по границе раздела карбид-матрица.

В результате сравнительных испытаний опытных и базовых башмаков установлено, что опытные башмаки имеют высокую эксплуатационную стойкость, в 2.5 - 3 раза выше, чем базовые (таблица 8).

Таблица 8

Результаты опытно-промышленных испытаний.

: Базовая партия : Опытная партия

СТО I__^

испытаний : Отработанные: Количество: Отработанные: Количество сутки I ходе к с утки ! ходок

Подъемник ствол 34 3865 102 12202

Грузолвдный лифт 32 4793 89 13486

Произведений технико-экономический расчет показал, что при использовании стали, выплавленной на основе металлизованного сырья дает экономию примерно 21 тысячу рублей в год по ценам 1991 года.

В четвертой главе анализиргзтея перспективность технологий получения литейного чугуна.

Значительные перспективы для упрощения технологии получения высокопрочных чугунов открывает применение первородной шихты. Использование ее при выплаЕке чугунных отливок наиболее целесообразно для замены дорогой части шихты - чушкового чугуна.

Для выбора оптимального режима плавки провели анализ химических реакций, протекающих при плавлении губчатого железа после расплавления шихты и перегрева расплава. В расплаве протекают процессы восстановления оксидов железа и кремния углеродом по реакциям :

( FeO ) + Г С ] = [ Fe 3 + i СО > + Лв1 (1)

1/2 ( Si02 ) + [ С ] = 1/2 [ Si 3 + { СО > +ДБ2 (2)

Термодинамический анализ реакций позволил выявить, что при увеличении температуры жидкого металла увеличивается термодинамическая вероятность протекания процессов восстановления Fe и Si, следовательно наиболее благоприятный интервал температуры перегрева - 15Ь0-1570°С при плавке чугуна и в металлургическом отношении для полного протекания реакции восстановления Fe из FeO.

Опытные плавки проводили в индукционной печи ИСТ-0.05 с магнезитовой футеровкой. Были проведены три серии плавок, в которых содержание металлизованного материала варьировалось на трех уровнях: 40, 60 и 1002 от веса чп.::ты. В качестве науглероживателя применяли электродный бой с содержанием 5 0. 037.. Содержание Si и Мп регулировали вводом ферросилиция и ферромарганца.

Электродный бой во всех плавках давали на дно тигля в завалку. В опытных плавках 2 и 3 загрузку ыеталлизоакного сырья начали, когда в печи был расплавлен стальной лом и образована

жидкая ванна порциями до 1.5 кг при температуре 1Б20°С. При использовании 1007. м"-таллизоЕ_.нного сырья для ускорения расплавления применяли графитовый стержень и загрузку осуществляли порциями до 1 кг в предварительно образованную 20Г. шихтой жидкук ванну.

После расплавления и перегрева расплава до 1570°С с выдержкой при этой темлератур^ 1С 15 мин, охладили расплав в печи дс

1*60°С и вводили ©>75 и ФМн5. При Tai .ой температуре скачиваю шлак и разлили металл.

Е таблице 9 приведены результаты опытных плавок. Анализ химического состава полученных чугунов гоказал, что применение металлизованного скрьд из концентрата "САНТЬЯГО" практически н< влияет на содержание основных компонентов чугуна И, Si, !.'л,, однако с увеличением доли первородной шихты от о до 100 7. содержание примесей в чугуне снижается : от 0.17 до С ОН Сг, от 0.14 д;

0.03?, Ni, от 0.143 до.0. 025?. - и от 0.015 до 0.016% Р. Еыход годного снижается-примерно на 5 % при увеличении доли металлизован-нсго сырья в шихте.

На рис.1 представлен график зависимости угара С, Si и Мп от температуры, при которой вводился ОС-75 и ФИн5. Из графика видно, что минимальный угар Si и Мп наблюдается при вводе ферросплавов в

расплав после перегрева до 1570°С и охлаждения его до 1460°С. Угар С при этом, напротив, увеличивается, так как возрастает содержание Feü и Fe,при температуре ниже 1500°С восстанавливается

Si и Мп, а выше 1500°С углеродом.

Температура шихты, нагреваемой индукционным способом, увеличивается, пока подводимая мощность превышает мощность тепловых потерь, возрастающих с ростом температуры, поэтому достижимая температура определяется, главным образом, величиной подводимой мощности, то есть, чем выше питающая мощность и частота печи, а

Таблица 9

Результаты экспериментальных плавок чугуна.

N

п/п

Состав шихты

Химический состав чугуна, вес, в X : Еыход ______:годно-

: Ni : S : Р : го,

1. 35% ЛК-4 3.45 1.72 0.85 0.17 0.14 0.043 0.045 95.3 5% стального

ЛС1/Л

10Х чугунного

л с k1s

2. 40 % "Санть- 3.30 1.94 0.81 0.05 0.08 0.030 0.027 93.4 яго" 601 лома

3. 60?. "Санть- 3.80 2.02 0.76 0.01 0.03 0.028 0.021 91.8 яго" 40« лома

4. 1001 3.70 2.04'с 0.84 0.01 0.03 0.025 0.016 90.4 "Сантьяго"

' - 16 -

также, чем крупнее куски металлизованного материала в шихте, тем большая мощность индуктируется в садке, .ем быстрее можно нагреть и расплавить шихту. На рис. 2 показана зависимость температуры шихты и подводимой мощности от длительности плавления при выплавке металг.гзованного сырья.

Ео всех плавках расход электроэнергии на расплавление шихты

определяли при 1500°С металла. Средний удельный расход электроэнергии составил 754 кВт. ч/т. Зависимость среднего расхода электроэнергии на одну тонну выплавленного чугуна от доли металлизо-в^иного сырья в шихте приведена на рис. 3.

В результате определения содержания микропримесей цветных металлов и газов обнаружено, что по ряду таких элементов, как Си, ЭЬ, РЬ, 5п, Аз, при увеличеьгл доли первородной шихты, чугун ста-новигся существенно более чистым. Содержание газов в жидком металле уменьшается с увеличением количества металлизованного сырья в шихте.

Рис. 1. Зависимость угара углерода, кремния и марганца от температуры.

о о

«г Й а

1600 1200 800 400

/ --

1 -

1

30

20

о 10 «

л

ЕВ

Рис

20 4.0 60 80 100 120 ДЛетЕЛЬНбСТГПЛАВКЙ, мин

2. Зависимость температуры шихты от длительности плавки.

О 40 60 80 100

ЖТАЛЛИЗОВАНОГО СЫРЬЯ, %

Рис. 3. Зависимость удельного расхода электроэнергии от доли четаллизсважного сырья в шихте.

Оценка микроструктуры базового и опытного чугуна показывает, что литой базовый чугун имеет выделения графита, характерные для обычного серого чугуна; Микроструктура металлической основы представляет собой пластинчатый перлит, микротвердость перлита

равна 233 кг с/мы? Однако литой чугун, полученный на основе метал-лиэованного сырья, имет более тонкую перлитную структуру с пластинчатым и зернистым перлитом,с микротвердостью зернистого перли

т. - 212 кгс/мм2 и 240 кго/мм2 - пластинчатого. Кроме того, видн: пластинки графита, более мелкие и раздробленные по сравнению базовым чугуном.

Ш механическим характеристикам полученные чугуны соответс твуют маркам СЧ-20. На рис. 4. приведена зависимость механически характеристик чугуна от.содержания губчатого железа в пихте.

Рис 4. Зависимость механических характеристик от содержания мэталлизованного сырья "САНТЬЯГО" в кихте.

- 10 -

О,Б Ц И Е ВЫВОДЫ

1. Разработана и исследована комплексная технология получения стали и чугуна с использованием металлизованного сырья на основе железорудного концентрата "САНТЬЯГО" и древесного угля, полученного из отходов от сахарного производства.

2. В результате комплексных исследований железорудного концентрата "САНТЬЯГО" ус Тс ювлено, что в нем содержится 69. 51% железа. 2.25 % пустой породы (в том числе 0.83% кремнезема), 0.02% серы, 0.01% фосфора и следы примесей цветных металлов. Установлено, что концентрат представляет собой однородные частицы магнетита, количество которого составило примерно 85%, остальная масса представлена зернами кварца. Комплекс физико-химических свойств концентрата "САНТЬЯГО" позволяет утверждать, что он является пригодны»' материалом для получения металлизованного сырья.

3. Учитывая необходимость создания маломасштабного производства с использованием кубинских железорудных и энергетических ресурсов для обеспечения металлом мелких потребителей, наш была предложена технология производства тяжеловесного металлизованного сырья с использованием твердого восстановителя в туннельной проходной печи и его последующего переплава в дугоЕСй и индукционной печах для получения стали и чугуна.

Произведена промышленная партия металлизованного сырья на основе железорудного' концентрата "САНТЬЯГО" и древесного угля, полученного из отходов от сахарного производства. Установлено, что продолжительность процесса металлизации при температуре 1150

-1200°С и диаметре заготовки 80 мм составила 4 часа. Получен ме-таллизованный продукт с содержанием 89.5%, Гецет- 81.23%,

со степенью металлизации 90.8% и плотностью 3.7 г/см3, .с содержанием 4. 6% пустой породы, 0.014% серы и 0.01% Фосфора.

Следовательно, металлизованноэ сырье, полученное на базе кубинских желозорудных и топлиеных материалов удовлетворяет требованиям металлургического проиёвоства.

4. Е лабораторных услоь-^ях проведены серии опытных плавок с использованием в шихте 100% металлизованного сырья "САНТЬЯГО" для выбора стали с оптимальными свойствами износостойкости и пластичности. Установлена зависимость между эксплуатационными свойствами сталей и их химическим составом при помощи регрессионного анализа результатов проведении.', влзеск. Решена задача оптимального соче-

' - 20 -

тания химического состава стали и свойтсв пластичности и износостойкости. Кроме того,определено, что удь^ная вязкость исследуемых сталей имеет регрессионную связь с пределами прочности, текучести и с относительным сужением и не .зависит от относительного удлинения. Относительная износостойкость имеет регрессионную связь лишь с пределом прочности и относительным сужением.

5. Е опытно-промышленных условиях проведены плавки конструкционных сталей, выплавленных из металлизсванкого сырья и для сравнения- из обычных шихтовых материалов, микролегированных ванадием. Выявлено, что n;-.j использо! лнии первородной шихты получены отливки более плотные, без пор и пузырей с небольшой усадочной раковиной. Неметаллические включения в опытной стали расположены более равномерно и мелкодисперсно. Содержание оксидов, сульфидов и с! глкатов ( в сумме) составило 0. 04 против 0.063 в базовой стали. Получены опытные стали с улучшенными пластическим! свойствами вследствие снижения содержания примесей цветных металлов до 0.0001%, серы до 0.012;., фосфора до 0.018%. Содержание водорода и азота в опытной стали составило 0.0002% и 0. 005% соотвестЕенно против 0.0004% и 0.006% в базовой стали. Определено, что опытные стали имеют большие размеры блоков мозаики и меньшую плотность дислокации, чем базовые стали. По результатам механических испытании установлено, что применение первородной шихты способствует значительному улучшению механических свойств стали. В опытной стал" пределы прочности и текучести а также, ударная вязкость на 10-15% выше, чем в базовой стали.

Пси сравнительных испытаниях базовых и опятных напрагляющи:: башмаков установлено, что стойкость опытных башмаков в 2. 5 - 3 ">аза выше стойкости бвзовых. Экономия при использовании предлагаемой технологии составляет 21 тысячу рублей в год по ценам 1991 г.

6. Экспериментально установлено, что присутствие в шихте ме-таллизованного сырья не затрудняет процесс плавки чугуна в индукционной печи. Термодинамическим анализом установлено, что наиболее благоприятным температурным интервалом перегрева расплава

является 1550-1570°С, с последующим охлаждением до 1450°С.

Расход электроэнергии зависит от доли металлизоганного сырья в шихте, по мере его увеличения возрастает удельный расход элект-

роэнергии и составляет в среднем 754 кВт. ч/т.

Выход годного металла снизился примерно на 5% при увеличении количества металлизованного материала в шихте до 1002.

7. Доказано, что при увеличении!! металлизованного сырья в шихте значительного уменьшается количество вредных прикесей и газов в чугуне. Металлографическим анализом показано, что литой опытный чугун имеет бол^е тонкую структуру с пластинчатым и зернистым перлитом, чем базовый чугун. При увеличении количества металлизованного сырья в шихте до 100% возросли твердость чугуна от 197 до 212 НВ и предел прочности на растяжение от 227 до 249 МПа.

8. В результате проведенных исследований выявлена целесообразность применения металлизованного сырья из концентрата "САНТЬЯГО" для выплавки стали, предназначенной для изготовления деталей, работающих в тяжелых условиях, а также эффективность его применения в качестве исходного'материала для производства отливок из высококачественного чугуна.

Основное содержание диссертационной работы опубликовано в

. 1. García L., F i guare do 0., Morciego 0. y otros. Consideraciones sobre la utilización de los minerales ¡ragnetiticcs del yacimiento Hierro Santiago en la siderurgia cubana // Revista № tal urgí a CEHIM .- 1990.- Но. 2.- р. 92-105.

2. Пономарев Л. JL , Иванов А. Л , Иорсьего 0. и другие. Кинетические особенности восстановления оксидов железа твердым углеродом / ДЛИ. - Донецк.-1991. - Деп. в Черметинформации 30.12.91, Но. 5838. - 8с.

3. Пономарев JL JL , Иванов А. И., Морсьего О. и другие. Исследование процесса восстановления рудоугольных брикетов при различных температурах / ДЛИ. - Донецк. -1991. - Деп. в Чермэтинфсрмащш 30.12.91, Но. 5840.- 7с.

4. Пономарев JL Л., Иваноз А. II, Морсьего О. и другие. Исследование кинетики процесса твердофазного восстановления рудоугольных брикетов / ДЛИ. - Донецк. -1991. - Деп. в Черметинформации 30.12.91, Но. 5839.- 13"

1одп. в печать 24.05.93. Формат 60Х84'/1б. Бумага типограф. Офсетная печать. гсл. печ. л. 1,25. Усл. кр.-отт. 1,48. Уч.-изд. л. 1,22. Тираж 120 экз. Заказ 4-127. Донецкий политехнический институт, 340000, Донецк, ул. Артема, 58

следующих работах:

ДМАПП, 340050, Донецк, ул. Артема, 96