RU2605729C2 - Mould for reception of slag and metal - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to metallurgy and can be used for pouring slag and metal melts of aluminothermic process of melting ferrovanadium. Through wider upwards mould is made with a tray and has round cross section. Slenderness ratio on one side of side surface is 50-80 %, ratio of height to average diameter of cross section of its working cavity is 0.19-0.23. Working surface of tray is made in form of a conical recess with an inclination formed in peripheral zone of 9-30 %.

EFFECT: mould simplifies processes related to strip ingot, separation of metal and slag processing, and improving quality of slag due to reduction of content of metal inclusions.

1 cl, 4 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области литья металлов, а именно к изготовлению форм для отливки слитков и может быть использовано для разливки шлаковых и металлических расплавов алюминотермического процесса выплавки феррованадия.The invention relates to the field of metal casting, namely the manufacture of molds for casting ingots and can be used for casting slag and metal melts of the aluminothermic process for smelting ferrovanadium.

Известна вертикальная уширяющаяся кверху глуходонная изложница с круглым поперечным сечением для разливки металла и шлака при выплавке феррованадия. Недостатком этой изложницы является повышенная трудоемкость раздевания слитков, связанная с кантовкой и последующим разделением металла и шлака, а также частая приварка продуктов плавки к стенкам изложницы, приводящая к преждевременному износу изложниц и большим потерям металла при прогаре их стенок. Потери сплава в виде некондиционных отходов при разделке слитков составляют до 15% /1/.Known vertical broadening upward deaf-ingot mold with a circular cross-section for casting metal and slag in the smelting of ferrovanadium. The disadvantage of this mold is the increased complexity of stripping ingots associated with tilting and subsequent separation of metal and slag, as well as the frequent welding of melting products to the walls of the mold, leading to premature wear of the molds and large losses of metal during burnout of their walls. Loss of alloy in the form of substandard waste during the cutting of ingots amounts to 15% / 1 /.

Известна изложница корытообразной формы для разливки металлов и шлаков при выплавке ферросплавов, в которой стенки и днище выполнены полыми и заполнены алюминием /2/.Known mold trough-shaped for casting metals and slag in the smelting of ferroalloys, in which the walls and bottom are made hollow and filled with aluminum / 2 /.

Недостатками корытообразной изложницы являются повышенная трудоемкость разделки слитков, связанная в первую очередь с необходимостью кантовки изложницы с помощью крана и выполнением весьма трудоемких ручных операций по отделению металла от шлака и сборкой в короба. Практически установлено, что при разливке и разделке продуктов плавки феррованадия на различных этапах его выплавки, включая скачивание промежуточных и конечных металлов и шлаков, потери металла составляют от 10 до 15%.The disadvantages of the trough-shaped ingot molds are the increased laboriousness of cutting ingots, which is primarily associated with the need to tilt the ingot molds using a crane and the implementation of very laborious manual operations to separate the metal from slag and assemble them into boxes. It has been practically established that during casting and cutting of ferrovanadium smelting products at various stages of its smelting, including downloading intermediate and final metals and slags, metal losses are from 10 to 15%.

Известна изложница для приема расплава, сквозная с круглым поперечным сечением, устанавливаемая на поддоне, в качестве которого использована футерованная плавильная вагонетка, а в качестве приставной подины блок металлического хрома, стенками служат сборные чугунные кольца, при этом кольцо, примыкающее к подине, выполнено уширяющимся кверху с конусностью на одну сторону 25%, а отношение высоты рабочей полости изложницы к среднему ее диаметру 0,65. Данная изложница наиболее близка по технической сущности к заявляемому объекту и взята в качестве прототипа /3/.A known mold for receiving the melt, through with a round cross-section, mounted on a pallet, which is used as a lined melting trolley, and as an attached hearth a chrome metal block, prefabricated cast-iron rings serve as walls, while the ring adjacent to the hearth is made widening up with a taper on one side 25%, and the ratio of the height of the working cavity of the mold to its average diameter of 0.65. This mold is the closest in technical essence to the claimed object and taken as a prototype / 3 /.

Известная изложница проста в изготовлении, имеет сравнительно малую поверхность контакта зеркала металла с атмосферой и позволяет выполнять операции по раздеванию слитка, не прибегая к ее кантовке. Однако малая конусность стенок изложницы и большое отношение высоты внутренней полости к среднему диаметру не позволяют использовать ее для разливки шлака и металла производства феррованадия. Это связано с тем, что шлак после разливки быстро теряет жидкоподвижность и значительная часть металлических капель замораживается, оставаясь в массиве шлака в виде корольков. Осевшая же часть металла накапливается в придонной части шлакового пирога в виде отдельных рассредоточенных образований, что затрудняет его последующую выборку.The known mold is simple to manufacture, has a relatively small contact surface of the metal mirror with the atmosphere and allows you to perform operations to strip the ingot without resorting to its canting. However, the low taper of the walls of the mold and the large ratio of the height of the inner cavity to the average diameter do not allow it to be used for casting slag and metal from the production of ferrovanadium. This is due to the fact that the slag after pouring quickly loses its fluidity and a significant part of the metal droplets freezes, remaining in the slag mass in the form of kings. The settled part of the metal accumulates in the bottom part of the slag cake in the form of separate dispersed formations, which complicates its subsequent sampling.

Кроме того, раздевание шлакового и металлического слитка после остывания, хотя и не требует кантовки изложницы, что само по себе является положительным фактом как с точки зрения стойкости и надежности работы оборудования, так и безопасности выполняемых операций, именно последующая разделка шлакового пирога, т.е. его разбивание на куски до крупности, имеющей товарное значение, и параллельная выборка вскрытых металлических корольков и проливов требуют применения больших затрат тяжелого ручного труда. Полученный таким образом алюминотермический шлак имеет высокую насыщенность корольками, что существенно снижает его потребительские свойства, ограничивает сферу применения, и, кроме того, обусловливает значительные потери и низкое извлечение ванадия.In addition, undressing the slag and metal ingot after cooling, although it does not require the mold to be tilted, which in itself is a positive fact both in terms of stability and reliability of the equipment and the safety of the operations performed, it is the subsequent cutting of the slag cake, i.e. . breaking it into pieces to a size of commodity importance, and a parallel selection of exposed metal kings and straits require the use of large expenditures of heavy manual labor. Thus obtained aluminothermic slag has a high saturation with kings, which significantly reduces its consumer properties, limits the scope of application, and, in addition, causes significant losses and low vanadium recovery.

Разделение металла и шлака является одной из ключевых проблем в производстве ферросплавов, что в значительной мере относится и к производству феррованадия. Это связано с необходимостью в максимальной степени удалять промежуточные алюминотермические шлаки, образующиеся в процессе ведения плавки, т.е. проводить технологическую операцию по скачиванию шлака путем наклона плавильного агрегата. При этом в промежуточную приемную емкость вместе со шлаком попадает и металл, осаждающийся затем в изложнице. Наряду с пролитым металлом в изложнице происходит доосаждение металлических капель, образовавшихся как результат восстановления оксидного расплава алюминием. Глубокое осаждение металлических капель в остывающем шлаке вне плавильного агрегата и формирование металлической фазы в виде компактного, легко отделяемого слитка составляют суть проблемы, решение которой позволит в значительной степени улучшить ситуацию в ферросплавном производстве и в первую очередь в производстве феррованадия.The separation of metal and slag is one of the key problems in the production of ferroalloys, which to a large extent applies to the production of ferrovanadium. This is due to the need to maximally remove intermediate aluminothermic slags formed during the smelting process, i.e. carry out a technological operation for downloading slag by tilting the melting unit. In this case, the metal, which is then deposited in the mold, also enters the intermediate receiving tank together with the slag. Along with spilled metal in the mold, there is an additional deposition of metal droplets formed as a result of the reduction of the oxide melt by aluminum. The deep deposition of metal droplets in the cooling slag outside the melting unit and the formation of the metal phase in the form of a compact, easily detachable ingot are the essence of the problem, the solution of which will significantly improve the situation in ferroalloy production and, first of all, in the production of ferrovanadium.

Целью настоящего изобретения является:The aim of the present invention is:

- упрощение процессов раздевания слитка, отделения металла и переработки шлака;- simplification of the processes of strip ingot, metal separation and slag processing;

- улучшение качества шлака;- improving the quality of slag;

- повышение извлечения ванадия.- increased extraction of vanadium.

Поставленная цель достигается тем, что в предлагаемой изложнице для приема шлака и металла, вертикальной, сквозной, уширяющейся кверху, с круглым поперечным сечением, на приставном днище, конусность боковой поверхности изложницы на одну сторону составляет 50-80%, отношение высоты к среднему диаметру поперечного сечения ее рабочей полости 0,19-0,23, а рабочая поверхность приставного днища выполнена в виде конического углубления с уклоном образующей в переферийной зоне 9-30%.This goal is achieved by the fact that in the proposed mold for receiving slag and metal, vertical, through, broadening upwards, with a round cross section, on the attached bottom, the taper of the side surface of the mold on one side is 50-80%, the ratio of height to the average diameter of the cross the cross sections of its working cavity are 0.19-0.23, and the working surface of the attached bottom is made in the form of a conical recess with a slope of the generatrix in the peripheral zone of 9-30%.

Предлагаемая изложница изображена на фиг. 1, 2 и 3.The proposed mold is depicted in FIG. 1, 2 and 3.

Разливку шлака и металла в предлагаемую изложницу производят следующим образом. Стальную, круглую, уширенную кверху изложницу (фиг. 1) устанавливают перед разливкой на стальное днище (поддон) с коническим углублением (фиг. 2). Изложница в сборе изображена на фиг.3. Разливку шлака и металла производят из ковша, подвешенного на траверсе, через носок. После затвердевания и остывания расплава изложницу краном с помощью стропа поднимают за цапфы, при этом металл, сформированный в конусной части днища в виде слитка, легко отделяется, оставаясь на поддоне, а шлаковый слиток (блок), удерживаемый в кольце изложницы за счет конусности боковых стенок и арочной его конфигурации, опускают на упор, установленный в отдельном коробе, в результате чего шлак растрескивается и в виде кусков, размер которых определяется толщиной шлакового массива до разрушения, составляющей 150-200 мм, осыпается в короб, затем формируется в партии и направляется потребителям.The casting of slag and metal in the proposed mold is made as follows. A steel round mold, widened upward (Fig. 1), is installed before casting onto a steel bottom (pallet) with a conical recess (Fig. 2). The mold assembly is shown in Fig.3. The slag and metal are cast from a ladle suspended on a traverse through a sock. After the melt has solidified and cooled, the mold is lifted by the crane using the sling by the pins, while the metal formed in the conical part of the bottom in the form of an ingot can be easily separated, remaining on the pallet, and the slag ingot (block) held in the mold ring due to the taper of the side walls and its arched configuration, they are lowered to an emphasis installed in a separate box, as a result of which the slag is cracked and in pieces, the size of which is determined by the thickness of the slag mass before destruction, comprising 150-200 mm, crumbles into the box, for thereby formed in the party and sent to consumers.

Особенность предложенной изложницы состоит в том, что параметры ее рабочей полости обеспечивают необходимую прочность шлаковому блоку после его кристаллизации, а также достаточную глубину осаждения металлических капель и скатывание их по технологическому уклону в центральную зону углубления в днище с объединением в слиток до потери расплавом жидкоподвижности. Параметры изложницы, отраженные в формуле, найдены опытным путем и отражают пределы, в которых реализуется цель изобретения.A feature of the proposed mold is that the parameters of its working cavity provide the necessary strength for the slag block after its crystallization, as well as a sufficient depth of deposition of metal droplets and their rolling along the technological slope into the central zone of the recess in the bottom with pooling until the melt loses fluidity. The parameters of the mold reflected in the formula are found empirically and reflect the limits within which the objective of the invention is realized.

Конусность боковой поверхности предложенной изложницы, составляющая 50-80%, является оптимальной с точки зрения обеспечения прочности сформированного шлакового блока, необходимой для его удержания в изложнице и предотвращения преждевременного разрушения и высыпания шлака при транспортировке изложницы без приставного днища.The taper of the side surface of the proposed mold, comprising 50-80%, is optimal from the point of view of ensuring the strength of the formed slag block, necessary to keep it in the mold and to prevent premature destruction and precipitation of slag during transportation of the mold without an attached bottom.

При конусности боковой поверхности менее 50% строительная прочность массива шлака, залитого в изложницу как единого целого снижается, в результате чего часть шлакового блока, расположенная ниже усадочной раковины, сформированной в процессе его кристаллизации и проходящей вдоль горизонтального сечения рабочей полости, при транспортировке разрушается с неконтролируемым высыпанием шлака, что представляет опасность в первую очередь с точки зрения охраны труда и, кроме того, усложняет последующую его сборку.When the taper of the side surface is less than 50%, the structural strength of the slag mass, cast into the mold as a whole, decreases, as a result of which the part of the slag block located below the shrink shell formed during its crystallization and passing along the horizontal section of the working cavity is destroyed with uncontrolled transportation slag pouring out, which is dangerous first of all from the point of view of labor protection and, in addition, complicates its subsequent assembly.

Конусность боковой поверхности более 80% приводит к ускоренной кристаллизации переферийной зоны шлакового блока и ее растрескиванию, в результате чего прочность блока снижается и происходит его высыпание при транспортировке.The taper of the side surface of more than 80% leads to accelerated crystallization of the peripheral zone of the slag block and its cracking, as a result of which the strength of the block decreases and it precipitates during transportation.

Отношение высоты к среднему диаметру рабочей полости изложницы 0,19-0,23 в максимальной степени обеспечивает прохождение металлических капель через слой огненно-жидкого шлакового расплава до потери им жидкоподвижности. При отношении меньше чем 0,19 происходит быстрое замораживание шлака и металл остается в шлаковом массиве в виде корольков, что ухудшает его свойства и приводит к повышенным потерям ванадия. При отношении больше чем 0,23 осаждение металлических капель затягивается, что также сопровождается повышенным содержанием в шлаке корольков и ухудшением его технологических свойств.The ratio of the height to the average diameter of the working cavity of the mold 0.19-0.23 maximally ensures the passage of metal droplets through the layer of fiery-liquid slag melt until it loses its fluidity. When the ratio is less than 0.19, the slag quickly freezes and the metal remains in the slag mass in the form of kings, which impairs its properties and leads to increased losses of vanadium. With a ratio of more than 0.23, the precipitation of metal droplets is delayed, which is also accompanied by an increased content of kings in the slag and a deterioration in its technological properties.

Уклон образующей конического углубления, выполненного в переферийной зоне рабочей поверхности приставного днища в пределах 9-30%, является оптимальным и обеспечивает скатывание осевших металлических капель в центральную часть днища и их ассимиляцию в слиток. При уклоне образующей менее 9% формирование слитка затруднено и металлическая фаза остается в раздробленном виде, что не позволяет производить ее отделение от шлака и выборку без предварительного дробления шлака. При уклоне образующей более 30% толщина шлакового массива в центральной части становится чрезмерной, что, в свою очередь, приводит к потере прочности шлакового блока, как единого целого, нежелательному его разрушению и высыпанию при транспортировке.The slope of the generatrix of the conical recess, made in the peripheral zone of the working surface of the attached bottom within 9-30%, is optimal and ensures the rolling of the settled metal droplets into the central part of the bottom and their assimilation into the ingot. When the slope of the generatrix is less than 9%, the formation of the ingot is difficult and the metal phase remains fragmented, which does not allow its separation from the slag and sampling without preliminary crushing of the slag. When the slope of the generatrix is more than 30%, the thickness of the slag mass in the central part becomes excessive, which, in turn, leads to a loss of strength of the slag block as a whole, its undesirable destruction and rash during transportation.

Разработанные параметры предлагаемой изложницы были опробованы в опытно-промышленных условиях электрометаллургического цеха ОАО «ЕВРАЗ Ванадий Тула».The developed parameters of the proposed mold were tested in the pilot industrial conditions of the electrometallurgical shop of OJSC EVRAZ Vanadium Tula.

В таблице 1 приведены примеры конкретного выполнения изложницы с указанием ее размеров (№№1-3). Здесь же приведены параметры изложницы с отклонением от предельных значений (№№4, 5). Для сравнения приведены результаты испытаний известной изложницы (№6), взятой в качестве прототипа.Table 1 shows examples of the specific implementation of the mold with an indication of its size (No. 1-3). Here are the parameters of the mold with a deviation from the limit values (Nos. 4, 5). For comparison, the test results of the well-known mold (No. 6), taken as a prototype.

Испытание предлагаемой изложницы показало ее высокую технологичность, пригара металла и шлака к днищу и боковой поверхности изложницы не наблюдалось, металлическая фаза, ассимилированная в виде слитка, легко отделялась при подъеме изложницы. Разделка шлакового блока проводилась путем опускания изложницы со шлаком на упор, установленный в коробе, при этом металла в виде отдельных образований для примеров 1-3 обнаружено не было, количество металловключений в шлаке по сравнению с прототипом снизилось с 0,93% до уровня 0,14-0,19%, а извлечение ванадия увеличилось на 1,2-1,5%, причем лучшие показатели как по содержанию металловключений в шлаке, так и по извлечению ванадия достигнуты при средних значениях параметров, отраженных в формуле изобретения.Testing of the proposed mold showed its high adaptability, no burning of metal and slag to the bottom and side surface of the mold was observed, the metal phase assimilated in the form of an ingot was easily separated when the mold was lifted. Cutting of the slag block was carried out by lowering the mold with slag to the stop installed in the box, while no metal in the form of separate formations was found for examples 1-3, the number of metal inclusions in the slag compared with the prototype decreased from 0.93% to level 0, 14-0.19%, and the extraction of vanadium increased by 1.2-1.5%, and the best indicators both in the content of metal inclusions in the slag and in the extraction of vanadium were achieved with average values of the parameters reflected in the claims.

При отклонении параметров изложницы от предельных значений (примеры №№4 и 5) выполнить операцию по перемещению изложницы со шлаком не удалось из-за разрушения и высыпания шлака при подъеме, при этом количество металлических включений в шлаке имело более высокие значения и соответственно понижалось извлечение ванадия.When the mold parameters deviated from the limit values (examples Nos. 4 and 5), the operation to move the mold with slag failed because of the destruction and precipitation of slag during the rise, while the number of metal inclusions in the slag had higher values and, accordingly, vanadium extraction decreased .

Известная изложница (пример №6) характеризуется более низкими показателями как по качеству шлака из-за насыщенности его металлическими включениями, так и по извлечению ванадия, вследствие возросших его потерь. Кроме того, шлаковый блок после освобождения его от изложницы обрабатывается по сложной схеме, включающей разбивку его в шлаковой яме с применением специального оборудования и последующей ручной выборкой металловключений.The well-known mold (example No. 6) is characterized by lower indices both in terms of slag quality due to its saturation with metallic inclusions and in vanadium recovery due to increased losses. In addition, the slag block, after releasing it from the mold, is processed according to a complex scheme, including breaking it in the slag pit using special equipment and subsequent manual selection of metal inclusions.

Таким образом, использование новой изложницы позволило значительно упростить процесс раздевания слитков, а также последующую разделку шлакового блока до кусков требуемого размера за счет проведения этой операции путем опускания изложницы со шлаком, на упор, установленный в коробе, при этом исключается тяжелая ручная выборка металла в виде корольков и проливов при разделке шлакового блока.Thus, the use of the new mold made it possible to significantly simplify the process of stripping the ingots, as well as the subsequent cutting of the slag block to pieces of the required size by carrying out this operation by lowering the mold with slag to the stop installed in the box, while heavy manual selection of metal in the form kings and straits when cutting a slag block.

Кроме того, использование заявляемой изложницы позволяет исключить из технологического процесса шлаковую яму со специальным оборудованием в виде экскаватора «Драглайн» для разбивки шлаковых блоков и выборку металловключений, также отпадает необходимость применения шлаковозов как средства транспортировки жидких и твердых алюминотермических шлаков к шлаковой яме для их переработки. Шлак, в кусковом виде и практически не содержащий металлических включений, формируется непосредственно в изложнице в процессе его кристаллизации, охлаждения и последующей выемки.In addition, the use of the inventive mold allows you to exclude from the process a slag pit with special equipment in the form of a dragline excavator for breaking up slag blocks and sample metal inclusions, there is also no need to use slag carriers as a means of transporting liquid and solid aluminothermic slag to a slag pit for their processing. Slag, in a lumpy form and practically free of metal inclusions, is formed directly in the mold during its crystallization, cooling and subsequent excavation.

Экономический эффект от использования изобретения, только за счет увеличения извлечения ванадия на 0,5% на каждые 100 тн произведенного продукта по чистому ванадию при цене ванадия 1100 руб./кг составит: 100∗0.5/100∗1200=600000 руб.The economic effect of using the invention, only by increasing the extraction of vanadium by 0.5% for every 100 tons of product produced by pure vanadium at a price of vanadium 1100 rubles / kg will be: 100 ∗ 0.5 / 100 ∗ 1200 = 600000 rubles.

Кроме того, дополнительный эффект может быть достигнут за счет упрощения процессов, связанных с разделкой шлака и улучшения его качества.In addition, an additional effect can be achieved by simplifying the processes associated with slag cutting and improving its quality.

Источники информацииInformation sources

1. Шведов Л.В. и др. Плавильщик ферросплавов. М., «Металлургия», 1073, с. 264.1. Shvedov L.V. and others. Ferroalloy smelter. M., "Metallurgy", 1073, p. 264.

2. Авторское свидетельство СССР №337190, кл. B22D 7/06, 1972.2. Copyright certificate of the USSR No. 337190, cl. B22D 7/06, 1972.

3. Лякишев Н.П. и др. Алюминотермия. М., «Металлургия», 1978, с. 251, 252.3. Lyakishev N.P. and others. Aluminothermy. M., "Metallurgy", 1978, p. 251, 252.

Claims (1)

Изложница для приема шлакового расплава алюминотермического процесса выплавки феррованадия с последующим отделением металлической составляющей, выполненная с поддоном, сквозной, уширенной кверху и с круглым поперечным сечением, отличающаяся тем, что конусность боковой поверхности изложницы на сторону составляет 50-80%, а отношение высоты к среднему диаметру поперечного сечения ее рабочей полости составляет 0,19-0,23, при этом рабочая поверхность поддона выполнена в виде конического углубления с уклоном в периферийной зоне 9-30%. A mold for receiving a slag melt of the aluminothermic process of smelting ferrovanadium with the subsequent separation of the metal component, made with a pallet, through, broadened up and with a round cross section, characterized in that the taper of the side surface of the mold on the side is 50-80%, and the ratio of height to average the diameter of the cross section of its working cavity is 0.19-0.23, while the working surface of the pallet is made in the form of a conical recess with a slope in the peripheral zone of 9-30%.

Images