15.05.2018

Технология производства грейнала


Эффективность легирования стали бором значительно повышается при совместном введении его в сталь с такими элементами, как кремний, алюминий, титан и цирконий. Одним из комплексных сплавов, содержащих бор вместе с указанными выше элементами, является грейнал, имеющий следующий химический состав: >1% В; >6,0% Si; >15,0% Al; >10,0% Ti; >1,5% Zr; <0,2% С; <2,0% Mn; <0,06% S; <0,06% Р.

Грейнал получают методом металлотермического переплава, при котором часть легирующих элементов в виде металлов и сплавов (металлическая часть шихты) растворяется в получаемом сплаве избыточным количеством тепла, выделяющегося при восстановлении окислов алюминием в алюминотермической части шихты. Так как металлы и сплавы, входящие в состав металлической части шихты, расплавляются под слоем высокоглиноземистого шлака, их окисление незначительно.

Для равномерного распределения элементов по сечению слитка плотность металлов, входящих в состав металлической части шихты, должна быть ниже плотности конечного сплава. Кроме того, в металлическую часть шихты целесообразно вводить элементы с низкой температурой плавления. Для многих элементов, используемых в алюминотермии, указанные условия удается совместить, так как с увеличением плотности элементов наблюдается определенная тенденция к повышению температуры их плавления и уменьшению теплового эффекта образования окисла.

Промышленная плавка грейнала проводится в стационарном плавильном агрегате диаметром 1400 мм, футерованном магнезитовым кирпичом.

Измельченную металлическую часть шихты нагревают до 400° С и укладывают на подину плавильного агрегата. Затем в ванну загружают алюминотермическую часть шихты и ведут плавку с верхним запалом. Скорость проплавления шихты 120 кг/(м2*мин); длительность плавки для получения 1 т металла около 4 мин.

Переход легирующих элементов в сплав, определенный при проведении материального баланса одной из промышленных плавок, приведен в табл. 105.
Степень использования алюминия значительно повышается при введении алюминия, требуемого для насыщения грейнала, в состав металлической части шихты.

При выплавке грейнала методом металлотермического переплава толщина слитка не должна превышать 100 мм, так как при большей толщине резко повышается ликвация легирующих элементов. Увеличить массу слитка без ухудшения его качества можно, ведя плавку в наклоняющемся плавильном горне с выпуском металла и шлака.

Расход шихтовых материалов на 1 т сплава следующий, кг:
Рассмотрим некоторые особенности тепловых условий проведения металлотермического переплава.

При проведении промышленной плавки грейнала металлическая часть шихты состоит из 170 кг ферробора, 100 кг ферросиликоциркония и 135 кг титановых отходов. Для переплава этого количества сплавов алюминотермическая часть шихты содержит 700 кг железной руды, 100 кг извести и 480 кг алюминиевого порошка (из них 230 кг включается в состав шихты для насыщения грейнала алюминием).

Температура расплава в момент окончания проплавления алюминотермической части шихты составляет 2170 К.

В связи с высокой скоростью проплавления железотермитной смеси с верхним запалом (общее время плавки не превышает 4 мин) величину тепловых потерь можно принять равной 15%, тогда удельная теплота процесса, обеспечивающая необходимую температуру расплава, равна
В алюминотермической части шихты промышленной плавки грейнала содержится 45 070 г-атом; при восстановлении железной руды выделяется 226 000 кДж тепла; следовательно, фактическая удельная теплота процесса bH'факт составляет 88,2 кДж/г-атом.

Таким образом, фактическая удельная теплота проплавления алюминотермической части шихты при промышленном производстве грейнала совпадает с величиной bH'необх, несмотря на введение металлической части шихты. Это обстоятельство становится понятным, если принять во внимание, что при протекании алюминотермического восстановления металлическая часть шихты на протяжении почти всей плавки не находится в зоне реакции и поэтому не может оказать существенного влияния на температуру шлакового расплава. Учитывая большие скорости протекания плавки и охлаждения металлического расплава (особенно после начала кристаллизации шлака на границе с металлом), можно полагать, что тепло, аккумулируемое жидким шлаком во время процесса, расходуется на плавление металлической части шихты крайне незначительно (об этом свидетельствует, в частности, совпадение расчетной температуры расплава с фактической) и что плавление металлической части шихты, находящейся на подине плавильного горна, осуществляется преимущественно за счет тепла металлического расплава и небольшего слоя шлака, примыкающего к металлу.

Отсутствие экспериментальных данных по величинам теплот растворения легирующих элементов, входящих в состав грейнала, в железоалюминиевых расплавах не дает возможности провести точный расчет количества тепла, требуемого для образования гомогенного металлического расплава; анализ результатов промышленной плавки грейнала позволяет лишь сопоставить избыточное тепло железоалюминиевого расплава AQр (под величиной AQp понимается количество тепла, выделяющегося при охлаждении металлического расплава от температуры Tр до точки ликвидуса) с количеством тепла, требуемым для расплавления и нагрева до температуры ликвидуса железоалюминиевого сплава компонентов металлической части шихты AQм*ч.

При алюминотермическом восстановлении железной руды образуется 525 кг железа; кроме того, в сплав переходит 230 кг алюминия; следовательно, металл, образующийся при проплавлении железотермитной смеси, состоит из 30% Al и 70% Fe. При охлаждении этого сплава до температуры ликвидуса (1620 К) выделяется следующее количество тепла:
Для расчета состав компонентов металлической части шихты можно принять следующим: ферробор — 6% В, 7% Al, 87% Fe; ферросиликоцирконий — 60% Zr, 20% Si, 20% Fe; титановые отходы — 100% Ti.

Оценим изменение теплосодержания металлической части шихты при ее расплавлении и нагреве до 1620 К (учитывая, что перед плавкой металл нагревается примерно до 700 К):
Таким образом, аддитивно определенная величина изменения теплосодержания компонентов металлической части шихты при их нагреве и плавлении оказывается близкой к изменению теплосодержания железоалюминиевого сплава при охлаждении от Tр до температуры ликвидуса (разница между величинами AQр и AQм*ч составляет примерно 15%).

Несмотря на приближенность результатов, получаемых при сопоставлении величин AQр и AQм*ч, близость их значений может Дать определенную ориентацию при проведении теплового расчета металлотермического переплава.





Яндекс.Метрика