Патент на изобретение №2247155
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
(54) БРИКЕТ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЙ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЧУГУНА (ВАРИАНТЫ)
(57) Реферат:
Изобретение относится к черной металлургии. Брикет включает кремнийсодержащий материал, углеродсодержащий материал и связующее. В качестве кремнийсодержащего материала он содержит карбид кремния металлургический, в качестве углеродсодержащего материала содержит углеродкремнистую смесь, а в качестве связующего – цемент. Изобретение позволит улучшить технологический процесс производства отливок из синтетических чугунов за счет их одновременного донауглероживания и модифицирования. 4 с.п. ф-лы, 2 табл.
Заявляемое изобретение (четыре варианта) относится к черной металлургии, в частности к производству железоуглеродистых сплавов. Заявляется четыре варианта технического решения, которое по каждому из вариантов является решением одной и той же задачи принципиально тем самым путем, которые не могут быть охвачены одним общим пунктом формулы изобретения. Известна смесь для обработки чугуна, которая содержит углеродсодержащий материал, карбид кремния, ферросилиций и оксиды ванадия при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углеродистый материал 10-30 Карбид кремния 1-5 Оксид ванадия 10-30 Ферросилиций 75% остальное (А.С. СССР №1169996, С 22 С1/00. Бюл. №28, 1985 г.) Указанная смесь увеличивает стойкость против износа обрабатываемого чугуна. Известна смесь для обработки чугунов, содержащая 75% ферросилиций, углеродсодержащий материал и оксиды хрома при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углеродистый материал 10-30 Карбид кремния 1-5 Оксиды хрома 10-30 75% ферросилиций остальное (А.С. СССР №1266869, С 22 С 1/00. Бюл. №40, 1986 г.) Указанная смесь увеличивает твердость и коррозионную стойкость чугуна. Известен модифицирующий брикет, содержащий алюминий, плавиковый шпат, графит, ферросилиций и/или силикобарий и связующее при следующем соотношении компонентов, мас.%: Алюминий 15-35 Плавиковый шпат 2-10 Графит 2-4 Ферросилиций и/или силикобарий остальное При этом связка имеет следующий состав, мас.%: Гидрокарбонат магния 52,0-56,0 Хромовый ангидрид 2,6-2,9 Оксид хрома 11,2-11,9 Диоксид титана 23,3-26,0 Вода остальное (А.С. СССР №1498792, С 21 С 1/08, С 22 С 35/00. Бюл. №29, 1989 г.) Указанная смесь увеличивает прочность брикета и улучшает механические свойства обрабатываемых чугунов. Известен брикет для производства чугуна и стали (Патент РФ №2083681, МПК С 21 С 5/06, С 22 В 1/24). По данному изобретению брикет для производства чугуна и стали включает стальную окалину, углеродсодержащий материал и связующее, причем в качестве связующего используется смесь диоксида кремния, оксида кальция, оксида натрия и оксида алюминия, а в качестве углеродсодержащего материала – электродный бой. Известен брикет, содержащий кремнийсодержащие остатки (варианты), и способ его получения. Брикет по этому изобретению содержит кремнийсодержащие остатки в качестве добавок для металлургических целей, при этом он состоит по сухому весу из 1-10% по весу картонной фибры, 5-40% по весу гидравлического цемента, а остальное кремний (Патент РФ №2124058, МПК С 22 В 1/242). Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту являются модифицирующие брикеты для синтетического чугуна, содержащие ферросилиций ФС-75, связующее и карбюризатор, в качестве карбюризатора выступает кокс, в качестве связующего – 40% водный раствор твердого осадка технических лигносульфонатов при следующем соотношении компонентов, мас.%: Ферросилиций ФС-75 5,0-8,0 Коксик 80,0-85,0 40% водный раствор твердого осадка технических лигносульфонатов 10,0-12,0 (А.С. СССР №1574667, С 22 С 35/00. Бюл. №24, 1990 г.) Состав указанных брикетов обеспечивает только донауглероживание расплава и снижение отбела тонкостенных отливок. Технической задачей данного изобретения является достижение качественного улучшения состава брикета путем замены ферросилиция карбидом кремния металлургическим при определенных количественных соотношениях всех компонентов, что приводит к получению более высоких технических результатов – повышения прочностных характеристик железоуглеродистых сплавов и улучшения технологического процесса производства отливок из синтетических чугунов за счет их одновременного донауглероживания и модифицирования. Брикеты, заявляемые данным изобретением (четыре варианта), могут быть использованы в процессах производства железоуглеродистых сплавов, а также серых и легированных чугунов на базе синтетического расплава, который имеет низкую способность к графитизации. В первом варианте поставленная задача решается тем, что брикет для производства железоуглеродистого сплава, включающий кремнийсодержащий материал, углеродсодержащий материал и связующее, содержит в качестве кремнийсодержащего и углеродсодержащего материалов карбид кремния металлургический и углерод – кремнистую смесь, в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 59-62 Углеродкремнистая смесь 21-25 Цемент 13-20 Во втором варианте брикет для производства железоуглеродистого сплава включает кремнийсодержащий материал, углеродсодержащий материал и связующее, содержит в качестве кремнийсодержащего и углеродсодержащего материалов карбид кремния металлургический и углеродкремнистую смесь, в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 44-48 Углеродкремнистая смесь 36-39 Цемент 13-20 В третьем варианте брикет для производства железоуглеродистого сплава включает кремнийсодержащий материал, углеродсодержащий материал и связующее, содержит в качестве кремнийсодержащего и углеродсодержащего материалов карбид кремния металлургический и углеродкремнистую смесь, в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 18-21 Углеродкремнистая смесь 62-66 Цемент 13-20 В четвертом варианте брикет для производства железоуглеродистого сплава включает кремнийсодержащий материал, углеродсодержащий материал и связующее, содержит в качестве кремнийсодержащего и углеродсодержащего материалов карбид кремния металлургический и углеродкремнистую смесь, в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 1-5 Углеродкремнистая смесь 79-82 Цемент 13-20 Признаком, общим для указанных для всех вариантов заявляемых брикетов и у прототипа, является наличие кремнийсодержащего материала, углеродсодержащего материала и связующего. Отличительным признаком для первого варианта является содержание в качестве кремнийсодержащего и углеродсодержащего материалов карбида кремния металлургического и углеродкремнистой смеси, в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 59-62 Углеродкремнистая смесь 21-25 Цемент 13-20 Отличительным признаком для второго варианта является содержание в качестве кремнийсодержащего и углеродсодержащего материалов карбида кремния металлургического и углеродкремнистой смеси, в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 44-48 Углеродкремнистая смесь 36-39 Цемент 13-20 Отличительным признаком для третьего варианта является содержание в качестве кремнийсодержащего и углеродсодержащего материалов карбида кремния металлургического и углеродкремнистой смеси, в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 18-21 Углеродкремнистая смесь 62-66 Цемент 13-20 Отличительным признаком для четвертого варианта является содержание в качестве кремнийсодержащего и углеродсодержащего материалов карбида кремния металлургического и углеродкремнистой смеси, в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 1-5 Углеродкремнистая смесь 79-82 Цемент 13-20 Введение в состав смеси металлургического карбида кремния обеспечивает замену ферросилиция. Карбид кремния используется как компонент шихты, обеспечивая необходимое содержание в чугуне кремния и частично углерода. Использование карбида кремния металлургического более экономично в сравнении с ферросилицием и способствует снижению склонности жидкого чугуна к отбелу, а также к более равномерному распределению включений шаровидного графита в высокопрочном чугуне и более стабильному содержанию кремния во всех чугунах, что значительно улучшает технологические характеристики железоуглеродистого расплава и механические свойства чугуна. Влияние карбида кремния металлургического совместно с углеродкремнистой смесью обеспечивает достаточность процесса науглероживания. Карбид кремния содержит меньшее количество неметаллических включений и примесей цветных металлов, чем ферросилиций, меньшее содержание газов и способствует выделению элементарного углерода, образует в жидком расплаве центры графитизации. Углеродкремнистая смесь – вторичный продукт химико-термических реакций с соотношением Ссвяз.: Ссвоб. = 1:7, обеспечивает насыщение расплава частицами углерода, которые являются активными центрами графитизации и также являются источником кремния в виде SiC. Таким образом, в заявляемом брикете комбинация углеродсодержащих компонентов обеспечивает графитизацию чугуна за счет комплексного влияния и одновременно обеспечивается синергетический принцип их действия. Выбор цемента в качестве связующего позволяет изготовить брикеты достаточно высокой прочности, благодаря чему существенно снижаются потери компонентов при их хранении и транспортировке. Границы содержания компонентов в составе брикета по первому варианту обосновываются следующим. Карбид кремния (СТП 002222-162-99). При содержании в пределах 59-62 мас.% обеспечивается устранение отбела в чугуне, обеспечивается необходимое содержание кремния. При содержании менее 59 мас.% – содержание кремния в чугуне не отвечает марочному. При содержании более 62 мас.% – время реагирования брикетов значительно увеличивается при малом донауглероживающем эффекте (ухудшается модифицирующая способность брикета, ухудшается форма графита и, как следствие, механические свойства отливок). Углеродкремнистая смесь (ТУУ 322-00196204.005-99). Количество углеродкремнистой смеси в брикетах в пределах 21-25 мас.% обеспечивает стабильную науглероживающую способность брикетов. При содержании в брикете углеродкремнистой смеси менее 21 мас.% науглероживающая способность их недостаточна, а при содержании ее более 25 мас.% появляется избыток углерода в сравнении с марочным составом. Цемент (ГОСТ 30515-97), например, марки М-400 обеспечивает необходимую прочность брикетов. Но при содержании в составе брикета менее 13 мас.% цемента они имеют недостаточную прочность, увеличенное рассыпание. При содержании более 20 мас.% ухудшаются механические свойства чугуна, увеличивается количество шлака. Границы содержания компонентов в составе брикета по второму варианту обосновываются следующим. Карбид кремния (СТП 002222-162-99). При содержании в пределах 44-48 мас.% обеспечивается устранение отбела в чугуне, увеличение количества феррита в чугуне и обеспечивается необходимое содержание кремния. При содержании менее 44 мас.% содержание кремния в чугуне не отвечает марочному. При содержании более 48 мас.% появляется избыток кремния, вследствие чего снижаются прочностные характеристики чугуна из-за неоднородности структуры металлической матрицы. Углеродкремнистая смесь (ТУУ 322-00196204.005-99). Количество углеродкремнистой смеси в брикетах в пределах 36-39 мас.% обеспечивает высокую и стабильную науглероживающую способность брикетов. При содержании в брикете углеродкремнистой смеси менее 36 мас.% науглероживающая способность их низкая, при содержании ее более 39 мас.% ухудшается форма, размеры и распределение включений графита, что ухудшает качество отливок. Цемент (ГОСТ 30515-97), например, марки М-400. В заявляемом количестве обеспечивает необходимую прочность брикетов. Но при содержании в составе брикета менее 13 мас.% цемента они имеют недостаточную прочность, увеличенное рассыпание. При содержании более 20 мас.% ухудшаются механические свойства чугуна, увеличивается количество шлака. Границы содержания компонентов в составе брикета по третьему варианту обосновывается следующим. Карбид кремния (СТП 002222-162-99). При содержании в пределах 18-21 мас.% обеспечивается необходимое содержание кремния, достижение эффекта графитизирующего модифицирования, устраняется отбел. При содержании менее 18 мас.% содержание кремния в чугуне не отвечает марочному. При содержании более 21 мас.% появляется избыток кремния, вследствие чего снижаются прочностные свойства из-за неоднородности структуры металлической матрицы. Углеродкремнистая смесь (ТУУ 322-00196204.005-99). При содержании в пределах 62-66 мас.% обеспечивается достаточность процесса науглероживания. При содержании в брикете углеродкремнистой смеси менее 62 мас.% не обеспечивается марочный состав чугуна по углероду, а при содержании ее более 66 мас.% ухудшается форма, размеры и распределение включений графита, что ухудшает качество отливок. Цемент (ГОСТ 30515-97), например, марки М-400. В заявляемом количестве обеспечивает необходимую прочность брикетов. Но при содержании в составе брикета менее 13 мас.% цемента они имеют недостаточную прочность, увеличенное рассыпание. При содержании более 20 мас.% ухудшаются механические свойства чугуна, увеличивается количество шлака. Границы содержания компонентов в составе брикета по четвертому варианту обосновываются следующим. Карбид кремния (СТП 002222-162-99). При содержании в пределах 1-5 мас.% обеспечивается достижение эффекта графитизирующего модифицирования, снижение количества структурно свободного цементита. При содержании более 5 мас.% в чугуне появляется избыток кремния, вследствие чего снижаются прочностные свойства из-за неоднородности структуры металлической матрицы. Углеродкремнистая смесь (ТУУ 322-00196204.005-99). При содержании в пределах 79-82 мас.% обеспечивается насыщение расплава частицами углерода, которые являются активными центрами графитизации. При содержании в брикете углеродкремнистой смеси менее 79 мас.% не обеспечивается достаточная степень, а при содержании ее более 82 мас.% приводит к выходу графита с жидкого чугуна в виде спели, что ухудшает качество отливок. Цемент (ГОСТ 30515-97), например, марки М-400. В заявляемом количестве обеспечивает необходимую прочность брикетов. Но при содержании в составе брикета менее 13 мас.% цемента они имеют недостаточную прочность, увеличенное рассыпание. При содержании более 20 мас.% ухудшаются механические свойства чугуна, увеличивается количество шлака. Проведенный заявителем поиск по научно-техническим и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволяет выявить вышеприведенные отличия в предлагаемом техническом решении. Итак, предлагаемое техническое решение “Брикет для производства железоуглеродистого сплава” (четыре варианта) отвечает критерию изобретения – новизна. Проведенный дополнительный анализ известных технических решений для определения в них признаков, аналогичных признаками отличительной части формулы изобретения заявляемого технического решения, показал, что эти признаки не найдены среди известных решений. Таким образом заявляемое техническое решение, отвечает критерию изобретения – изобретательский уровень. Примеры конкретного выполнения. 1. Брикеты по первому варианту используются при производстве синтетического чугуна из шихты, состоящей из 27% стального лома, 63% литейных или передельных чугунов, 10% брикетов, по заявляемому изобретению, например, для чугуна ЧС5Ш (ГОСТ 7769-82). Для проведения сравнительных исследований брикетов для плавки чугуна как объект исследований выбран чугун ЧС5Ш следующего химического состава, %: углерод 2,7-3,5; кремний 4,5-5,5; марганец Плавку синтетического чугуна проводили в индукционной печи ЛПЗ-57 с кислой футеровкой. В качестве металлической шихты использовали 27% стального лома марки 1А (ГОСТ 2787-88), 63% передельного чугуна марки ПЛ2 (Ст СЭВ 3288-92). Расплав перегревали до 1450°С и вводили 10% брикетов. Исследованные составы брикетов и результаты исследований приведены в табл.1. 2. Брикеты по второму варианту используются при производстве синтетического чугуна из шихты, состоящей из 45% стального лома, 45% литейных или передельных чугунов, 10% брикетов, по заявляемому изобретению, например, для чугуна СЧ10 (ГОСТ 1412-85), АЧС-5 (ГОСТ 1585-85). Для проведения сравнительных исследований брикетов для плавки чугуна как объект исследований выбран чугун АЧС-5 следующего химического состава, %: углерод 3,5-4,3; кремний 2,5-3,5; марганец 7,5-12,5; фосфор не более 0,20; сера не более 0,06; хром до 0,2; железо остальное. Плавку синтетического чугуна осуществляли в индукционной печи ЛПЗ-57 с кислой футеровкой. В качестве металлошихты использовали 45% стального лома марки 1А (ГОСТ 2787-88), передельного чугуна марки ПЛ2 (Ст СЭВ 3288-92). Расплав перегревали до 1450°С и вводили 10% брикетов. Исследованные составы брикетов и результаты исследований приведены в табл.1. 3. Брикеты по третьему варианту используются при производстве синтетического чугуна из шихты, состоящей из 63% стального лома, 27% литейных и передельных чугунов, 10% брикетов, по заявляемому изобретению, например, для чугуна СЧ 30-35 (ГОСТ 1412-85), АСЧ-2 (ГОСТ 1585-85). Для проведения сравнительных исследований брикетов для плавки чугуна как объект исследований выбран чугун СЧ35 следующего химического состава, %: углерод 2,9-3,0; кремний 1,2-1,5; марганец 0,7-1,1; фосфор Плавку синтетического чугуна осуществляли в индукционной печи ЛПЗ-57 с кислой футеровкой. В качестве металлической шихты использовали 63% стального лома марки 1А (ГОСТ 2787-88), 27% передельного чугуна марки ПЛ2 (Ст СЭВ 3288-92). Расплав перегревали до 1450°С и вводили 10% брикетов по заявляемому изобретению. Исследованные составы брикетов и результаты исследований приведены в табл.2. 4. Брикеты по четвертому варианту используются при производстве синтетического чугуна из шихты, состоящей на 90% из стального лома и 10% брикетов по заявляемому изобретению, например, для чугуна ЧС17 (ГОСТ 7769-82). Для проведения сравнительных исследований брикетов для плавки чугуна как объект исследований выбран чугун ЧС17 следующего химического состава, %: углерод 0,3-0,5; кремний 16,1-18,0; марганец Плавку синтетического чугуна осуществляли в индукционной печи ЛПЗ-57 с кислой футеровкой. В качестве металлошихты использовали 90% стального лома марки 1А (ГОСТ 2787-88). Расплав перегревали до 1450°С и вводили 10% брикетов. Исследованные составы брикетов и результаты исследований приведены в табл.2. Для всех плавок: Чугуны выдерживали в течение 10 мин и доводили до необходимого химического состава присадками ферросплавов и необходимых легирующих элементов. После удаления шлака заливали стандартные технические пробы Как видно из таблиц 1, 2, предлагаемые брикеты обеспечивают увеличение прочностных характеристик на 7-13% для чугунов своей группы, при более технологичном процессе производства чугуна – одновременном донауглероживании и модифицировании. Предлагаемые составы брикетов могут быть легко воспроизведены и использованы для производства высококачественных железоуглеродистых расплавов. Таким орбразом, заявляемое техническое решение (четыре варианта) отвечает критерию изобретения – промышленная применимость.
Формула изобретения
1. Брикет, используемый при производстве чугуна, включающий кремнийсодержащий материал, углеродсодержащий материал и связующее, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего материала он содержит карбид кремния металлургический, в качестве углеродсодержащего материала содержит углеродкремнистую смесь, а в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 59-62 Углеродкремнистая смесь 21-25 Цемент 13-20 2. Брикет, используемый при производстве чугуна, включающий кремнийсодержащий материал, углеродсодержащий материал и связующее, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего материала он содержит карбид кремния металлургический, в качестве углеродсодержащего материала содержит углеродкремнистую смесь, а в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 44-48 Углеродкремнистая смесь 36-39 Цемент 13-20 3. Брикет, используемый при производстве чугуна, включающий кремнийсодержащий материал, углеродсодержащий материал и связующее, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего материала он содержит карбид кремния металлургический, в качестве углеродсодержащего материала содержит углеродкремнистую смесь, а в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 18-21 Углеродкремнистая смесь 62-66 Цемент 13-20 4. Брикет, используемый при производстве чугуна, включающий кремнийсодержащий материал, углеродсодержащий материал и связующее, отличающийся тем, что в качестве кремнийсодержащего материала он содержит карбид кремния металлургический, в качестве углеродсодержащего материала содержит углеродкремнистую смесь, а в качестве связующего – цемент при следующем соотношении компонентов, мас.%: Карбид кремния металлургический 1-5 Углеродкремнистая смесь 79-82 Цемент 13-20
PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
(73) Патентообладатель(и):
(73) Патентообладатель:
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 17.01.2008 № РД0031295
Извещение опубликовано: 10.03.2008 БИ: 07/2008
PC4A – Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
(73) Патентообладатель(и):
(73) Патентообладатель:
Дата и номер государственной регистрации перехода исключительного права: 10.02.2010 № РД0060275
Извещение опубликовано: 20.03.2010 БИ: 08/2010
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
0,8; фосфор 
30 мм для исследования механических свойств чугуна, определения химического состава металла.