SU1447621A1 - Шихта дл получени плавленого сварочного флюса типа АН-47 - Google Patents

Description

t

Изобретение относитс  к сварке, а именно к составам шихты дл  получени  плавленых сварочньг . флюсов, и может быть использовано при иэго- товлении плавленых сварочных флюсов в газопламенных печах,

Увеличение объемов производства сварочных конструкций, работающих в т желых климатических услови х и в агрессивных средах, в частности магистральных трубопроводов большого диаметра, нефтехимического оборудовани , мостовых конструкций дл  Се- вера, потребовало увеличени  объемо производства специальных высококачественных сварочных флюсов, В наиболшем объеме из флюсов такого класса производитс  плавленый флюс марки АН-47, который до насто щего времен выплавл лс  исключительно в электродуговых печах, что обусловило недостаточный объем производству его дл  народного хоз йства при высоких затратах электроэнергии и высокой себестоимости,. Предлагаема  шихта пригодна дл  получени  плавленого сварочного флюса марки АН-47 в газопламенных печах,

Целью изобретени   вл етс  снижение уровн  загр знени  окружающей среда, расхода энергетических ресурсов и сырьевых материалов.

Введение в состав предлагаемой шихты рутиловогр и ильменитового коцентратов обеспечивает необходимое содержание титансодержащего компонента в шихте и, следовательно, двуокиси титана в готовом флюсе

Введение ильменитового концентрата позвол ет, с одной стороны, на 50% снизить расход дорогосто щего и дефицитного концентрата и снизить стоимость готового флюса, с другой стороны, снизить расход электроэнергии , газового топлива и потери фтор а также ускорить процесс плавки, объ сн етс  это тем, что ильменито- вый концентрат представл ет собой легкоплавкую эвтектику системы TiO FeO, активно взаимодействующую со всеми, даже наиболее тугоплавкими компонентами шихты - кремнеземом, глиноземом, циркониевым концентратом . Благодар  этому ускор етс  процесс растворени  компонентов шихты, сокращаетс  врем  контактировани 

5 0 5 0

5

0

5

0

5

фторсодержащих компонентов с атмосферой печи о

Полностью заменить рутиловый концентрат ильменитовым не представл етс  возможным ввиду того, что в ильменитовом концентрате содержитс  до 30% окиси железа, что ухудшает отделимость шлаковой корки с поверхности шва,

Ильменитовый концентрат вводитс  в шихту в количестве 0,5-4,5 мас,%, а рутиловый - 1,5-7,0 мас,%. При введении ильменитового концентрата менее 0,5 мас,% и рутилового менее

1.5мас,% не обеспечиваетс  минимальное содержание двуокиси титана в готовом флюсе.

При введении в шихту ильмеиито- вого концентрата более 4,5 мас,% и рутилового концентрата более 8,0 мас,%. происходит перерасход дефицитных материалов, кроме того, в готовом флюсе при этом содержитс  окиси железа больше допустимого верхнего предела, что обуславливает повышенное трещинообразование металла сварных швов.

Циркониевый концентрат вводитс  в состав шихты в количестве 1,6 - 4,0 масо%. Указанные пределы  вл ютс  оптимальными, так как при введении цирконового концентрата менее

2.6мас,% и более 4,0 мас.% не обеспечиваетс  стандартное содержание окиси циркони  во флюсе. Как при сниже1Нии, так и при увеличении указанных пределов данного компонента ухудшаетс  качество свариого шва (уменьшаетс  его ударна  в зкость).

Введение в состав шихты гранулированных пшаков производства силшсо- марганца позвол ет снизить расход товарных материалов,, При этом гранулированные шлаки производства силико- марганца содержат в среднем следующие компонеаты-, мас.%:

Диоксид кремни  48,0 Монооксид марганца 20,0 Оксид кальци  14,0 Оксид магни 5,0

Оксид алюмини  8,0 Монооксид железа 0,3 Фосфор0,008

Сера1,0

В совем составе гранулированные шлаки содержат химические соединени , которые ранее вносились в шихту в

значительных количествах как самосто тельные компоненты Введение гранулированных ишаков уменьшает в составе шихты количество такого до- рогосто щего и дефицитното сырь , как марганцеворудный концентрат. При этом также сокращаетс  количество вводимых в шихту кварцевого песка, доломита, магнезита и глинозема,

Кроме того, введение гранулированных шлаков производства силикомар- ганца ускор ет процесс растворени  пшхты, поскольку Шлаки  вл ютс  относительно легкоплавкой эвтектикой, котора  активно раствор ет более тугоплавкие компоненты шихты. Указанный эффект усиливаетс  при совместном действии шлаков и ильменито- вого концентрата. В результате такого совместного действи  обоих компонентов облегчаетс  процесс плавки, снижаетс  теплова  нагрузка на печь, снижаетс  расход электроэнергии и коксового газа.

При введении гранулированных шлаков в количестве менее 0,5 мас.% замедл етс  77роцесс плавлени  шихты и возрастает содержание фосфора в расплаве вследствие увеличени  доли мар- гандерудного концентрата, содержащего фосфор в наибольшем количестве. При содержании гранулированных шлаков вьш1е 16 мас. уже невозможно обеспечить необходимое содержание СаО во флюсе.

В качестве капьцийсодержащего компонента в состав шихты ввод т доломит , позвол ющий полностью исключить применение металлургической извести - тонкодисперсного токсичного материала . Доломит  вл етс  готовым природным полупродуктом и вводитс  в шихту в виде крупки размером 1 - 15 мм, благодар  чему значительно сокращаетс  концентраци  пылевидных токсичных частиц в воздухе. В результате снижаетс  запыленность производственных помещений и уровень загр знени  окружающей среды.

Кроме того, благодар  введению доломита одновременно в шихту ввод т до 50% магнезита, в результате чего снижаетс  требуемое количество маг

10

зо 47621

Использование доломита позвол ет также снизить расх:од газового топлива при выплавке сварочного флюса из предлагаемой шихты, поскольку до- ломит имеет более низкую температуру расплавлени , чем магнезит.

Введение доломита в состав шихты позвол ет снизить расход сырьевых материалов, в частности магнезита, а также самого доломита за счет снижени  пылеуноса.

При введ ении в шихту доломита менее 9,5 мас.% не обеспечиваетс  тре- 15 буемое содержание окиси кальци , не-| обходимое дл  подавлени  химической активности кремнезема во флюсе, что в дальнейшем при сварке с использованием такого флюса приводит к сниже 20 нию ударной в зкости металла сварочного шва.

, Введение в шихту доломита более 22,0 мас.% приводит к перерасходу энергии при плавке флюса, так как

25 при этом повьш1аетс  содержание более тугоплавкого магнезита, а также повыщаетс  содержание окиси магни  в готовом флюсе, что способствует ухудшению формирующих свойств сварного шва, особенно при сварке швов на криволинейных поверхност х;.

Марганцеворудный концентрат вводитс  в состав шихты в количестве 12,5-25,0 мас.% дл  обеспечени  стандартного содержани  окиси марганца во флюсе. Значительна  часть окиси марганца (до 20%) вводитс  посредством введени  в шихту гранулирован- ных шлаков производства силикомар- ганца.

35

40

Используемый в предлагаемой шихте марганецсодержащий компонент - мар- ганцеворудный концентрат Чиатурского .{- месторождени  и гранулированные шлаки производства силикомарганца, со-; держащие незначительное количество карбонатов. Благодар  этому при расплавлении шихты на поверхности рас-.

50

плава не образуетс  шуба, что делает возможным вьтлавку сварочного флюса марки АН-47 из предлагаемой шихты в газопламенной печи.

При введении марганцеворудного

составе шихты. Уменьша  ко- цс концентрата в количестве менее

ЭО . „ f-f

незита в

лкчество магнезита, имеющего тонкодисперсную структуру, также снижают уровень загр знени  производственных помещений и окружаккдей среды.

12,5 мас.% не обеспечиваетс  со жание МпО во флюсе по нижнему п делу, что вызывает снижение про ти металла сварного шва при св

. „ f-f

12,5 мас.% не обеспечиваетс  содержание МпО во флюсе по нижнему пределу , что вызывает снижение прочности металла сварного шва при сварке

с использованием низкомарганцовистой проволоки.

При введении марганцеворудного концентрата в количестве более 25,0 мае.% не только нарушаетс  требуемый химический состав флюса, но и увеличиваетс  расход дефицитного марганцеворудного концентрата Чиатур ского месторождени .

Кварцевый песок вводитс  в состав шихты в количестве 0,5-7,5 мас.%. Такое количество достаточно дл  обеспечени  стандартного содержани  диоксида кремни  (SiO) в сумме с ко- личеством Si02, вносимым в шихту другими компонентами. По сравнению с известной шихтой содержание кварцевого песка в предлагаемой шихте снижено в 3 раза. Снижение количества тугоплавкого компонента, каким  вл етс  кварцевый песок, способствует экономии сырьевых материалов, а также снижению расхода электроэнергии и газового топлива при расплавлении шихты.

При введении кварцевого песка в количестве менее 0,5 мас,% или более 7,5 мас.% не обеспечиваетс  стандартное содержание диоксида кремни  в готовом флюсе следовательно происходит ухудшение его сварочно-технологических свойств.

При введении магнезита в количестве менее 3,5 мас.% и глинозема в количестве менее 6,5 мас.% не обеспечиваетс  стандартное содержание в готовом флюсе окиси магни  и окиси алюмини  по нижнему пределу.

При введении магнезита в количества более 10,0 мас.% происходит перерасход товарных материалов, а также повышенное пылеввделение.

Введение глинозема в количестве более 9,0 мас.% приводит к повышенной концентрации окиси алюмини , в результате чего ухудшаетс  отделимость шлаковой корки.

Плавикошпатовый концентрат, вво- в шихту в количестве 36,6-5,0% обеспечивает наличие в шихте стандартного содержани  плавнеобразую- щей добавки фторнда кальци  (CaF) Дл  плавки в газопламенной печи наиболее пригоден плавикошпатовый концентрат марки ФГ-55, 1а4еющйй зернистую структуру. Благодар  зернистости указанного компонента значительно снижаетс  пьшевьщеление во

0

0

5

0

5

0

5

0

5

Врем  транспортировки и смешивани  с другими компонентами шихты, снижаетс  унос пыли фторида кальци , а также токсичных фтористых соединений кик во врем  дозировки концентрата, так и в процессе плавки. Все это способствует снижению уровн  запыленности и загазованности производственных помещений и в целом снижению уровн  загр знени  окружающей среды, снижению расхода сырьевых материалов за счет снижени  безвозвратных потерь и вследствие снижени  пыле- и газоуноса .

Плавиковошпатовый концентрат в своем составе содержит до 20% кремнезема , благодар  чему возможно уменьшить количество кварцевого песка в шихте и, как следствие, понизить температуру плавки и снизить энергозатраты.

Введение плавикошпатового концентрата менее 5,0 мас.% не обеспечивает требуемого содержани  фтористого кальци  во , вследствие чего нарушаетс  соотношение ингредиентов во фтаосе, ухудшаютс  свароч- но-тахнологйческие свойства флюса, особенно в части обеспечени  ударной в зкости металла швов.

Введение плавикошпатового концентрата более 36,6 мас,% способствует усилению процесса выделени  газооб- разйого фтора, что ведет к интенсивному разрушению огнеупорной кладки печи, газоходов, горелок, снижа  ; . срок их службы. При этом также увеличиваетс  количество токсичных выбросов в окружающую атмосферу.

Наличие ильменитового и рутилово- го концентратов способствует снижению выделени  газообразного фтора вследствие образовани  тетрафторида титана. Происходит это следующим образом . В процессе расплавлени  исходных компонентов двуокись титана вступает во взаимодействие с фтористым кальцием: I

aCaFg + TiOa 2CaO+TiF4.

f

Образующийс  при этом тетрафторид- титана (TiF) удерживает фтор в расплаве , так как  вл етс  твердым до , а при температуре существовани  жидкого расплава  вл етс  жидкостью , т.е. одной из составл ющих расплава шихты. Таким образом, уменьшаетс  содержание газообразного фтоpa , вследствие чего улучшаютс  санитарно-гигиенические услови  производственных помещений, снижаетс  уровень загр знени  окружающей среды увеличиваетс  срок службы флюсопла- вильных печей за счет снижени  износа , которьш вызван разъеданием ее конструкционных элементов газообразным фтором.

Шихта приготавливаетс  путем смешивани  предварительно подготовленных компонентов. От качества исходного сырь  зависит качество готового флюса, но независимо от этого сырье подвергаетс  входному анализу: про- вернетс  визуально его внешний вид и отбираетс  проба на химический ана ЛИЗ. Особо обращают внимание на содержание влаги в шихтовых материалах ее не должно быть более 1%, так как при более высокой влажности в процес се плавки интенсивно улетучиваетс  фтор.

Дозированные исходные компоненты предлагаемой шихты - глинозем, концентраты :арганцеворудный, рутило- вый, ильменитовый, циркониевый, магнезит , песок кварцевый, гранулирован ные шлаки производства силикомарган- ца, доломит и плавикошпатовый концентрат - перемешивали и загружали в газопламенную печь. Процес расплавлени  протекал стабильно, зеркало расплава было чистым без образовани  шубы, на стенках печи отсутствовал гарнисаж. У загрузочных окон печи отсутствовало скопление шихты, что свидетельствует о высокой скорости растворени  компойен- тов шихты.

В табл. 1 приведены составы шихты дл  плавок,

5 процессе плавок посто нно контролировалс  химический состав флюса. Результаты анализов готового флюса указаны в табЛо2,

По химическому составу флюс, полученный из предлагаемой шихты, соответствовал критери м флюса марки АН-47. Гранулометрический состав, влажность и объемна  масса готового флюса в стандартных пределах

Опытно-статистическим путем были определены нормы расхода сырьевых материалов на 1 т готового флюса. В табл.3 приведены нормы расхода сырьевых материалов на 1 т флюса, полу

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

На 2,8 На 3,4

На 12,3

На 15,9

ченного из известной и предлагаемой шихты.

Из табл.З видно, что общее пыле- вьщеление при использовании предлагаемой шихты снизилось на 34,4%, в том числе,%:

За счет снижени  содержани  в шихте глинозема

За счет снижени  магнезита За счет замены тонкодисперсной металлургической извести зернистым доломитом

За счет замены тонкодисперсного флюоритового концентрата зернистым плавикошпа- товым концентратом

При расчете расхода сырьевых материалов на годовой объем сварочного флюса АН-47 (3000 т) получена экономи  товарных продуктов, т: Рутиловый концентрат Глинозем Магнезит Кварцевый песок Металлургическа  известь Наиболее корректную оценку преимуществ предлагаемой шихты перед шихтой-прототипом в части вли ни  на окружающую среду можно, произвести путем сравнени  коэффициеитов ynei- та компонентов шихты. Указанные ко- эффициенты представл ют собой отношение массы компонента, загружаемой в печь, к массе того же компонента, извлеченной из печи. Эти коэффици- ентц с достаточной точностью характеризуют вли ние на процесс плавки флюса состава шихты.

В табл.4 представлены коэффициента улета, определенные на основе длительной практики производства флюса АН-46 (2 года дл  за вленной шихты и 12 лет дл  шихты-прототипа).

Приведенные данные нагл дно пока- зьшают преимущество за вленной шихты ;перед шихтой-прототипом, особенно в

69

93

120

765

495

части потерь фторсодержащего компонента . Последний оказывает наиболее отрицательное воздействие на окружающую среду, поскольку выд л ет фтористый водород, трудно улавливаемый системами газоочистки

Специфика технологического процесса вьтлавки флюса в электродуговой печи (по прототипу) обуславливает залповые выбросы пылевидных токодисперсных материалов. Такие выбросы не имеют места при вьшлавки флюса из предлагаемой шихты в газопламенной печИе Это обусловлено тем что шихта в газопламенной печи поступает непрерывно небольшими порци ми непосредственно в расплав в отличие от плавки флюса в электропечи куда шихта поступает дискретно большими порци ми Поэтому переход на вьтлавку флюса в газопламенных пе- ;Чах уже само по себе исключает залповые выбросы.

Но дл  вьтлавки флюса в газопламенных печах состав ШИХТБ1 должен удовлетвор ть определенным требовани м , а именно: в ней должно содержатьс  пониженное количество тугоплавких компонентов и легкоплавкие .компоненты, способствующие образова- нию эвтектик. Именно таким требова- Ни м удовлетвор ет нова  шихта. Б ней содержитс  меньшее количество ту гоплавких (они же и тонкодисперсные компонентыо

Введение в состав шихты в качестве кальцийсодержащего компонента доломита , имеюш;его зернистзто структуру в виде крупки размером 1-15 мм (взамен металлургической извести по прототипу) позвол ет снизить количество тонкодисперсного токсичного Материала на 12,3% о

Благодар  использованию в составе шихты плавиковошпатового концентрата марки ФГ-55, имеющего зернис- туго структуру, по сравнению с исполь зованием флюоритового концентрата, имеющего тонкодисперснзпо структуру, в известной шихте позвол ет снизить

0

s

количество пылевидного компонента на 15,9%„

В предлагаемой шихте снижено количество тонкодиспередах пыле;видных компонентов на 34,4%,

Claims (1)

1. При выплавке 1 т флюса из предлагаемой шихты расходуетс  175 кВт/ч электроэнергии и 818,2 кг газового топлива, в то врем  как при выплавке I т аналогичного флюса в электропечи расход электроэнергии составл ет J200-1300 кВт/ч., Формула изобретени 

   Шихта дл  получени  плавленого сварочного флюса типа MI-47, содержаща  глинозем, марганцеворудный, ру- тиловый и циркониевый концентраты, фторид кальци , магнезит, кальций- содержащий коьшонент, а также кварцевый песок, отх{ичающа с  тем, что, с целью снижени  уровн  выброса загр зн ющей среды, расхода энергетических ресурсов и сырьевьк 5 материалов за счет выплавки флюса в газопламенных печах, шихта дополнительно содержит ильменитовьё) концентрат и гранулированные шпаки производства силикомарганца, в качестве кальцийоодержащего компонента - доломит , а в качестве фтор1|да кальци  - плавиковошпатовый концентрат при следующем соотношении компонентов,мае.%,:

   Глинозем

   Марганцеворудный концентрат

   0

   0

   5

   0

   5

   0

   Рутиловый концентрат Циркониевый концентрат Магнезит Кварцевый песок йльменитовый концентрат

   Гранулнрованн&й шлак производства силикомарганца

   Доломит

   Плав иковошпато- вый концентрат

   6,5-9,0

   12,5-25,0

   .1,5-7,0

   1,6-4,0

   3,5-10,0

   0,5-7,5

   0,5-4,5

   0,5-16,0 9,5-22,0

   Остальное

   Таблице I

   Cocr тав

   Содержание компонентов, мас,Х

   Ti

   НпО 14-18

   СаО 13-17

   CaFa 9-13

   А1,0,

   930 7217,5315,379,39H,298,204,121,601,,0250,057

   1031,9615,24 ie,07tO,189,478,574,09Ij51U360,,045

   n .31,5415,22 17,0010,6110,977,734,131,66l.,440,0210,053

   1231,9015,83 15,42 9,09-10,547,824,781,451,450,0170,050

   1331,9017,9213,929,4410,457,254,091,15.1,490,0200,070

   1430,9617,82 15,63I0,(

   7,31 4,41 1,07

   1,07 0,041 . 0,070

   141 10,5 ПО 7,7 10,5

   320 23,9

   298 21,0

   58 4,3 353,5

   26 1,9 353,5

   120 9,0 805,6 9,0

   295 22,0 402,8

   503,5

   103 7,2

   165 12,3

   12,3

   1-2,5 I 2,0

   Zrb

   0,05

   0,08

   1,07 0,041 . 0,070

   Таблица 3

   7 .

   2,8

   298 21,0

   5,6

   3,4

   103 7,2

   12,3

   12,3

   Доломит

   Фпуоритовый концентрат

   Плавиковошпатовый концентрат

   1 .0

   1,13

   Продолжение табл.3

   200 14,1

   15,9

   15,

   470 33,1

   Доломит Флюоритовый кон1 ,0