Выделение металла из шлака

Обновлено: 19.04.2024

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик и 11977506(22) Заявлено 250631 (21) 3307701/22-02 ф 1 М. К.з с присоединением заявки Мо С 22 В 7/04 Государственный комитет С С,С Р по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Ю.Ф. Санников, Б.А. Фридман, А.К. Воробьев и П.Г, Учакин Всесоюзный научно-исследовательский и проект институт вторичных цветных металлов(54) СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛОВ ИЗ ШЛАКОВ Изобретение относится к цветнойметаллургии, в частности к способампереработки шлаков с целью извлечения из них механически связанного сними металла, и может быть использовано во вторичной цветной металлургии.Известен способ извлечения металлов из металлургического шлака, состоящий в мокром тонком измельчении,при котором получаются зерна металлаи тонкий порошок неметаллического материала и окислов металла 1).Недостаткбм известного способа является низкое извлечение свободногометалла иэшлака.Ближайшим к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ извлеченияметаллов из шлаков путем обработкиводой, отделения освободившихся корольков и Фильтрации пульпы 12 3..Недостатком известного способа является низкое извлечение металла иэза неполного -разделения металлической и окисной части шлака.Цель изобретения - повышение извлечения металлов,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу извлечения металлов иэ шлаков путем обработки водой, отделения освободившихся корольков и фильтрации пульпы, обработкушлака водой ведут при 500-600 С вприсутствии жидкого натриевого содово-.го стекла при рН 8,5-9.Способ осуществляют следующим образом.Шлак, нагретый до температуры 850950 оС, охлаждается со скоростью 80120 оС в час до температуры 500-600 С,затем крупные куски металла отделяютот шлака грохочением .и подвергают переплавку, а оставшийся шлак.при 500600 С охлаждается водой с подачейжидкого натриевого содового стеклаили силиката натриевого содового растворимого до рН 8,5-9, дробится и иэмельчается, вследствие чего разрушаются частицы шлака и раскрываютсякорольки металла, Водный раствор жидкого натриевого содового стекла суносимой неметаллической частью шлакапоступает на Фильтрацию, откуда осадок извлекают, сушат н отправляют надальнейшую переработку, а осветленныйраствор возвращают в оборот. Металл,выделенный иэ шлака, извлекают, сушатподвергают магнитной сепарации и на- ЗО правляют на переплавку.977506 Формула изобретения Составитель М.Петрова Редактор А,Фролова Техред Ж,Кастелевич Корректор Е.РошкоЗаказ 9122/33 Тираж 660 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4 Испытания показывают, что разработанный метод переработки латунных шлаков обеспечивает извлечение механически связанной латуни иэ шлака до 96 против 75-88 при применении известных способов, 5П р и м е р 1. Испытания провоцят с 12 кг латунного шлака, полученного при плавке латуней из вторичного сырья. Шлак, нагретый до 950 фС, охлаждают со скоростью 120 С/ч до 0о500 С, затем подвергают грохочению на грохоте с размерами ячейки 30 мм, Куски металла крупностью + 30 мм подвергают переплаву, а шлак крупностью 30 мм при температуре 5000 С подвер гается обработке водой с добавкой жидкого натриевого содового стекла до рН 8,5 с последующим перемешиванием во вращающемся барабане. Промытые корольки латуни извлекают, сушат,Я подвергают магнитной сепарации и переплавляют, Водный раствор жидкого стекла с уносимыми неметаллическими частицами шлака отфильтровывают, а осветленный раствор пускают в оборот.5 Извлечение механическй связанного металла составляет 95,3.П р и м е р 2Опыт проводится в условиях, аналогичных примеру 1. Шлак весом 12 кг, нагретый до 500 С, под- Зо вергается обработке водой с добавкой жидкого натриевого содового стекла до рН = 9, Извлечение механически связанного металла составляет 95,5,П р и м е р 3. Опыт проводится в условиях, аналогичных примеру 1 и 2, Шлак весом 12 кг, нагретый до 600 С, подвергается обработке водой с добавкой жидкого стекла до рН8,5. Извлечение составляет 96,1.П р и м е р 4. Опыт проводится в условиях, аналогичных примеру 1-3,Шлак весом 12 кг, нагретый до 600 С, подвергается обработке водой с добавкой жидкого стекла до рН = 9.Извлечение составляет 85,9. Согласно прототипу извлечение металла составляет 88.Предлагаемый способ обладает. такими преимуществами, как повышение извлечения на 8 механически связанного металла из шлака за счет лучшего разрушения частиц шлака и раскрытия корольков металла; возвращение в народное хозяйство дополнительного количества цветных металлов, ожидаемый экономический эффект от использования предлагаемого способа на единицу выпущенной продукции или работы составляет 200 руб. на 1 т перерабатываемого шлака ожидаемый годовой экономичесййй эффект от использования предлагаемого способа в максимальном объеме составляет 800 тыс, руб. Способ извлечения металлов из шлаков путем обработки водой, отделения освободившихся корольков и фильтрации пульпы, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения извлечения металлов, обработку шлака водой ведут при 500-600 С в присутствии жидкого натриевого содового стекла при рН 8,5-9. Источники информации,. принятые во внимание при экспертизе 1, Патент Японии Р 51-78664,кл. 10 АГ, опублик. 1978,2. Авторское свидетельство Волгарии 9 25739, кл. С 22 В 7/04, 1978.

Заявка

ВСЕСОЮЗНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ И ПРОЕКТНЫЙ ИНСТИТУТ ВТОРИЧНЫХ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

САННИКОВ ЮРИЙ ФЕДОРОВИЧ, ФРИДМАН БОРИС АБРАМОВИЧ, ВОРОБЬЕВ АЛЕКСАНДР КУЗЬМИЧ, УЧАКИН ПАВЕЛ ГРИГОРЬЕВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

Способ получения жидкого стекла

Номер патента: 919992

Отвердитель жидкого стекла

Номер патента: 1261736

. С 1.при соотношении С 1:А 1 = 0,5-2,5, При анализе состав алюмохлорида пересчитывают на А 1 О .Известно использование алюмохлоридных сточных вод для очистки промьппленных стоков от загрязнения.Исследования показали, что алюмохлоридные сточные воды взаимодействуют с жидким стеклом с образованием геля кремниевой кислоты.Существенным является наличие в составе вод хлорида натрия и ароматических углеводородов - этилбензола и диэтилбензола, приводящих к образованию при обжиге Форм пространственной пористой алюмосиликатной структуры, обладающей высокой термостойкостью (1700-1900 С), что обеспечивает снижение внутренних напряжений в многослойной керамической Форме и повьпнает ее трещиноустойчивость. В исходном составе сточных вод может.

Номер патента: 1118613

. 6,07. После 5 мин перемешивания суспензии ее температура поднимается до 100 С. Суспензию выдержи 0ают в реакторе 40 мин при перемешивании и слабом нагреве, поддерживая температуру 1005 С, после чего ре оакционную смесь выливают в отстойник, содержащий 24 мводы, Суспензия отстаивается 1 ч, Полученный готовый продукт пригодный, например, для снижения вязкости глинистых суспензий. Выход жидкого стекла 907.При осуществлении процесса по известному способу выход жидкого стекла 437.Для определения граничных значений параметров процесса получения жидкого стекла проведены опыты, идентичные вышеописанному примеру.Результаты влияния продолжительности процесса взаимодействия диатомита и едкого натра при 100 С нао выход жидкого стекла приведены в.

Устройство автоматического регулирования процесса смешения преимущественно для разбавления жидкого стекла

Номер патента: 1792730

. жидкоестекло, имеющее стабильные параметры -температура 115 + 2 С и плотность 1,4г/см + 0,01 г/см . Стабильность этих параметров обеспечивается системой автоматизации автоклавного отделения, котораяподцерживает на постоянном уровне количество загружаемой в автоклав силикат -глыбы, воды, времени разварки, температурф и давления острого пара. Туда же (вразбав тель) подают нагретую в теплообменнике 1 до заданного значения температурь техническую воду. Стабилизациютемпературы воды на заданном уровне осуществляют в теплообменнике 1 контуромрегулирования температуры воды, состоящим из датчика 7 температуры воды,преобразователя 8, регулятора 9 и исполнительного механизма 10 подачи теплоносителя,Заданием регулятору 9.

Способ извлечения тяжелых металлов из сточных вод

Номер патента: 1766850

. из колонки определяют концентрации меди, олова и свинца атомно-абсорбционным и поляоогоафическим методами, Далее из вслокна элюируют ионы металлов, производя десорбцию сначала меди 10%-ной серной кислотой со скоростью 1-2 м/ч до исчезновения сине-голубой окраски волокна-сорбента, после чего элюируют ионыооа и свинца 1 М азотной соой со скоростью 1 - 2 м/ч. Из полученных концентрированных растворов элюатов меди в виде Сц 304 выделяют металлическую медь электролитическим методом, а из концентрированных растворов азотнокислого свинца иолова выделяют металлы реагентным мето.дом,Способ извлечения тяжелых металлов из сточных вод подтверждается следующими конкретными примерамиП р и м е р 1, По описанной выше технологии извлекают тяжелые.

Способ извлечения железа из шлаков сталеплавильного производства

Использование: в области черной металлургии при переработке шлаков сталеплавильного производства, например конвертерных. Сущность изобретения: по способу извлечения железа из шлаков сталеплавильного производства в расплав сталеплавильного шлака вводят оксид алюминия в количестве 5 - 10% от массы расплава и углерод. После выдержки расплава шлак охлаждают и подвергают магнитной сепарации. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии черных металлов и может быть использовано при переработке шлаков сталеплавильного производства, например конвертерных.

В промышленной практике конвертерные шлаки, для извлечения из них железа, вводят в состав доменной шихты (Шестопалов К.И. и др. Использование конвертерных шлаков в доменном производстве. Металлург, 1990, N 12, с. 37-38).

Наиболее близким к заявляемому способу по технической сущности и достигаемому результату является способ, согласно которому жидкий железистый сталеплавильный шлак, например конвертерный шлак, смешивают при выпуске с пылью, содержащей 19-32% углерода в соотношении шлак-пыль от 15 1 до 20 1. После частичного восстановления железа из оксидов шлак охлаждают, дробят и подвергают магнитной сепарации для извлечения железа (патент ГДР N 279692, кл. C 21 B 3/06, 1990).

К недостаткам способа относятся: необходимо механическое дробление, которое сопровождается пылевыносом, что ухудшает условия труда; высокие затраты на дробление.

Задачей изобретения является снижение затрат и улучшение условий труда.

Эта задача решается тем, что в известном способе извлечения железа из шлаков сталеплавильного производства, включающем частичное восстановление железа из расплава шлака углеродом, охлаждение шлака и магнитную сепарацию, согласно изобретению, в шлак дополнительно вводят оксид алюминия в количестве 5-10% от массы шлака.

Сущность предлагаемого способа состоит в следующем. В отличие от прототипа измельчение конечного сталеплавильного шлака в предлагаемом способе основано на явлении самораспада шлака при охлаждении вследствие полиморфного превращения двукальциевого силиката. При этом введение в шлаковый расплав оксида алюминия, вероятно, способствует протеканию реакции: в результате чего оксиды железа связаны с оксидом алюминия и соответственно не образуется ортосиликат железа, отрицательно влияющий на процесс самораспада, стабилизируя модификации двукальциевого силиката, не склонные к самораспаду.

Оптимальное количество оксида алюминия, вводимого в шлак, составляет 5-10% от массы шлака. Уменьшение количества присадки менее 5% или увеличение более 10% сопровождается снижением доли мелкой фракции и соответственно увеличением потерь металла вследствие неполного распада конечного шлака.

Способ осуществляется следующим образом. В расплавленный сталеплавильный шлак вводят оксид алюминия в количестве 5-10% от массы расплава и углерод. Выдерживает при 1450-1550 o C в течение 30-40 мин. Затем шлак охлаждают и подвергают магнитной сепарации.

Способ проверен в лабораторных условиях.

Пример. Извлекали металл из конвертерного шлака состава, мас. 14,4 SiO₂, 53 CaO, 17,7 Fe общ. 4,8 MnO, 1,9 MgO, по предлагаемому способу. Навеску шлака (200 г) нагревали в электропечи сопротивления в графитовом тигле до 1500 o C и вводили оксид алюминия в количестве 3-12% от массы расплава и углерод. После выдержки расплава при температуре 1500-1550 o C в течение 40 мин тигель с навеской шлака извлекали и охлаждали на воздухе. Охлажденный шлак разделяли по фракциям и, после магнитной сепарации, определяли количество шлака по фракциям. Результаты опыта приведены в таблице.

Из таблицы видно, что предлагаемый способ обеспечивает эффективное измельчение шлака и соответственно высокое извлечение железа, близкое к достигаемому в способе-прототипе. Отклонение от заявляемых пределов как в сторону уменьшения или увеличения количества присадки приводит к снижению выхода мелкой фракции и соответственно уменьшению извлечения металла (опыт N 4 и 5).

Применение предлагаемого способа в промышленности позволит снизить затраты на переработку шлака на 20% за счет исключения стадии механического дробления, что также способствует улучшению условий труда.

Способ извлечения железа из шлаков сталеплавильного производства, включающий частичное восстановление железа из расплава шлака углеродом, охлаждение шлака и магнитную сепарацию, отличающийся тем, что в шлак дополнительно вводят оксид алюминия в количестве 5 10% от массы расплава.

Извлечение металла из шлаковых отвалов

В результате доменной плавки получаются: основной продукт— чугун и побочный продукт — шлак и доменный газ.

Чугун идет для дальнейшего передела на сталь в мартеновские, электросталеплавильные, бессемеровские и томасовские цехи, а также для отливок.

Газ используется как в самом доменном цехе для нагрева воздухонагревателей, так и в качестве топлива в тепловых агрегатах (котельных, нагревательных и других печах).

При выплавке чугуна в доменных печах в зависимости от качества руд и сорта выплавляемого чугуна в среднем образуется около 0,6 т шлака на тонну выплавленного металла.

В зависимости от наличия в составе шлака тех или иных окислов шлаки принимают ту или иную окраску.

Небольшие примеси закиси железа и марганца в кислом шлаке придают ему желтый и зеленый оттенки. Шлаки расстроенного хода печи с большим содержанием окислов железа становятся более темным» и даже черными. Шлаки с повышенным содержанием закиси марганца имеют голубоватые и зеленоватые цвета различных оттенков.

Один литр доменного шлака в жидком виде весит от 1,8 до 2,2 кг, один литр шлака при «стылом» ходе печи—темного и черного цвета — вследствие большого содержания окислов железа весит до 3,5 кг.

Нормальные доменные шлаки при выплавке различных видов чугуна имеют состав, приведенный в табл. 1.

В жидком состоянии в шлаках эти составные компоненты находятся частью в связанном и частью в свободном состоянии в зависимости от температуры и количества тех или других окислов.

При остывании в массе нормальные доменные шлаки образуют стеклообразную твердую монолитную породу, сравнительно хрупкую при быстром охлаждении и, наоборот, более прочную при замедленном остываний.

За последнее время из нормальных доменных шлаков на многих заводах организовано производство брусчатки для мощения шоссейных дорог.

Сильно основные шлаки с большим содержанием извести, остывая, рассыпаются в порошок. Эти шлаки, будучи просеяны через сито с мелкими отверстиями, применяются как добавочный материал, обладающий хорошими связующими свойствами, вместе с цементом и известью для строительных растворов.

На многих заводах доменные шлаки гранулируют, т. е. в жидком виде подвергают воздействию воды. Благодаря образованию при этом пара шлак разрывается на мелкие частицы в виде стекловидных зерен, образуя песковидный материал.

Доменные шлаки в значительной мере можно использовать при соответствующей обработке их для строительных работ и в качестве сырья для производства цемента, шлакового кирпича, шлаковой ваты, для изготовления растворов шлакобетонов и пр. Несмотря на это, основная масса доменных шлаков вывозится в жидком виде на шлаковые отвалы.

В отвалах доменных шлаков металлический лом встречается в виде скрапа от чистки желобов, пришедших в негодность металлических изделий и чугунных скардовин, образующихся в желобах, ковшах и во время неполадок при разливках чугуна.

ОТВАЛЫ МАРТЕНОВСКИХ ШЛАКОВ

Сущность мартеновского процесса заключается в расплавлении металлошихты и удалении из жидкого металла примесей (углерода, марганца, кремния, фосфора; серы и др.) до пределов, определяемых маркой выплавляемой стали.

В сталеплавильные печи задают чугун, стальной (и чугунный) лом, стружку, руду, флюсы (известняк) и раскислители, к которым относят ферромарганец, ферросилиций, зеркальный чугун и др. Благодаря применению соответствующих материалов и соблюдению технологии каждая плавка, получаемая в сталеплавильных агрегатах, должна соответствовать химическому составу и качеству в зависимости от требований заказа.

Шлак в мартеновской ванне для свободного выделения газов при кипении ванны, а также нормального протекания технологического процесса плавки должен соответствовать требованиям инструкции и обладать определенными свойствами.

На формирование мартеновского шлака оказывают влияние окислы компонентов металлической шихты, флюсы и руда, материалы подины « кладки печи, загрязнения металлической шихты (земля, песок) и пр.

Придание шлаку необходимых свойств достигается введением как в завалку, так и по ходу плавки флюсов — известняка, боксита, плавикового шпата, а также железной и марганцевой руды или окалины.

Преобладание в составе сталеплавильных шлаков окислов кремнезема, фосфора, титана, ванадия, железа, хрома делает его кислым, а кальция, магния, закиси железа, марганца — основным.

Кроме того, на образование сталеплавильных шлаков оказывает влияние ряд амфотерных окислов, т. е. окислов, меняющих свои химические свойства в зависимости от условий среды, в которой они находятся. К таким окислам относятся Аl2О3 и в некоторых случаях Mg.

Процесс шлакообразования, по существу, есть процесс нейтрализации в расплаве кислотных окислов основными окислами с образованием соответствующих солей. Число соединений шлако-образующих компонентов в передельных шлаках велико и зависит от физических и химических условий процесса плавки.

Типичные сталеплавильные шлаки имеют состав, приведенный в табл. 2.

В жидких сталеплавильных шлаках окислы и их составляющие находятся главным образом в связанном состоянии, хотя некоторая часть их может быть и в свободном виде, в зависимости от физико-химических условий.

Переход шлаков из жидкого состояния в твердое сопровождается рядом изменений как физических, так и химических. Существующая связь отдельных составляющих шлаков в расплавленном состоянии при этом меняется с образованием новых соединений и многочисленных минералогических систем в зависимости от характера сталеплавильного процесса.

Нормальные основные мартеновские шлаки, затвердевая, как правило, образуют монолитную массу плотного или ноздреватого строения от темно-серого до черного цвета.

В случае содержания большого количества извести, что бывает при специальных мартеновских плавках и при электроплавках, основные шлаки делаются более светлыми, а иногда белыми. Такие шлаки под воздействием атмосферной влаги более или менее разлагаются, превращаясь иногда в порошок.

Шлаки томасовского передела, как сильно основные, неустойчивы. Эти шлаки, как ценное сельскохозяйственное удобрение, отправляют на переработку.

Кислые мартеновские шлаки при остывании превращаются в плотную стеклообразную массу серого или зеленоватого цвета, прочную и устойчивую, но в значительной мере хрупкую.

Бессемеровские шлаки в твердом состоянии имеют такие же физические свойства, как и кислые мартеновские шлаки с той лишь разницей, что окраска их несколько темнее.

Из перечисленных сталеплавильных шлаков в заводских отвалах в основном встречаются шлаки основного мартеновского передела, поскольку он собственно является превалирующим в производстве стали на металлургических предприятиях.

На заводах, имеющих доменное производство, основные мартеновские шлаки, содержащие значительное количество мелких металлических корольков, химически связанное железо и марганец, а также окись кальция, с успехом используются в доменной плавке в качестве флюса взамен известняка. За счет этого в доменном цехе может быть достигнута экономия марганцевой руды и известняка, а также получено дополнительное .количество железа н марганца в шихте. Надо, однако, отметить, что, к сожалению, не все заводы используют эти возможности.

Отвалы мартеновских шлаков являются наиболее богатым источником добычи металлических отходов. В мартеновские шлаки попадают и с ними вывозятся в отвалы из сталеплавильных цехов остатки металла, получаемые при очистке ванн печей после выпуска плавок и подготовки печи к следующим плавкам, а также остатки металла после разливки плавок, сливаемые со шлаком в коробки, шлаковые ковши и ямы. Немало металла попадает и в скачиваемые первичные шлаки в начале процесса плавок. Мартеновских шлаков получается от 10 до 15 % от выплавляемой стали. Шлаки с содержанием большого количества окислов кальция, как указывалось выше, находясь длительное время в отвалах, под влиявшем атмосферной влаги рассыпаются. Обычные же нормальные мартеновские шлаки долго сохраняются в виде глыб и прочных кусков, тем более, что в них в большинстве случаев всегда имеются прослойки металла.

ОТВАЛЫ КОТЕЛЬНЫХ ШЛАКОВ

На всех металлургических заводах обычно имеются крупные энергетические хозяйства с значительным количеством котельных установок, отапливаемых, как правило, энергетическими углями. Кроме того, каменным углем нередко отапливают на многих заводах прокатные нагревательные печи, а также газифицируют его для получения генераторного газа. В результате этого на металлургических заводах ежесуточно получается большое количество зольных отходов.

В настоящее время на ряде заводов некоторое количество котельных шлаков используется для производства строительных шлакоблочных камней, в качестве материала для шлакоцементных стеновых материалов и для других разнообразных строительных работ. Однако значительная часть заводских зальных шлаков все же вывозится за черту завода в специально подобранные низко расположенные участки, где и сваливается в специальные отвалы котельных и зольных шлаков. Такие отвалы состоят в основном из рыхлых мелках материалов.

Однако на большинстве заводов предпочитают зольные отходы вывозить в имеющиеся доменные или мартеновские отвалы, не отводя для ник специальных мест. Металлический лом в зольных отходах тоже встречается, хотя и в небольших количествах.

СМЕШАННЫЕ ОТВАЛЫ

Смешанные отвалы образуются в том случае, когда отходы всех производств вывозятся в одно место.

Сливание жидких доменных шлаков на шлаки и отходы других цехов превращает всю массу в монолит. Для его рыхления приходится применять взрывчатые вещества. При разработке смешанных отвалов, на которые вывозится также мусор из цехов завода, часто приходится разрабатывать участки отвалов, в которых почти не содержится металла, или разрабатывать скалистую монолитную массу, трудно поддающуюся разработке. В смешанных отвалах иногда попадается мартеновский шлак с большим содержанием металла в виде остатков его в коробках со шлаком или в виде чистого скрапа, а также другие крупные металлические отходы, попавшие с мусором.

МУСОРНЫЕ ОТВАЛЫ

В металлургическом производстве в доменных, мартеновских, прокатных цехах мусор всегда смешивается с металлом. Мусором в металлургических цехах являются отходы огнеупоров в виде боя кирпича и сифонных изделий, обломков шлака, остатков растворов и прочих поделочных материалов. В мусор иногда попадают после ремонтов агрегатов старые детали — шестерни, болты, смятые листы, сутунки, мелкие скардовины , литники, куски металла и пр. — все это собирают в мусорные коробки и высыпают в вагоны, которые затем разгружают в отвалы.

Мусорные отвалы часто имеют значительную высоту и занимают большие площади.

СОДЕРЖАНИЕ МАТАЛЛА В ОТВАЛАХ

По содержанию металла в отвалах наиболее богатыми являются, как правило, шлаковые отвалы мартеновского производства, содержание лома в которых доходит до 150—250 кг на 1 ж 3 шлака.

На втором месте по наличию металлоотходов стоят смешанные отвалы, в которых в 1 м 3 содержится от 100 до 200 кг лома. В мусорных и доменных отвалах имеется меньше всего металла — от 5 до 25 кг на I м 3 шлаков. В отвалах котельного шлака почти не содержится лома.

Металлоотходы в мартеновские и смешанные отвалы попадают различными путями.

На некоторых заводах, как указывалось выше, мартеновские шлаки сливают прямо в ямы у печей. Для того, чтобы после остывания шлака легче было убрать из этих ям шлаковые «козлы» (застывший шлак), предварительно до выпуска плавок и до сливания шлака в приготовленные ямы устанавливают металлические центровые литники от старых плавок, полученные после разборки канавы. В этих случаях установленные литники (их ставят по 2—3 штуки) вместе со шлаковыми козлами отвозят на свалку — отвал мартеновских шлаков. В шлаковые «козлы», кроме того, зачастую попадает лишний металл из ковшей и выплески из печей при заправках подин, доходящие повесу иногда до нескольких тонн.

На других заводах, где шлаки в мартеновских цехах убирают в шлаковни, ковши, туда при сливе попадают также остатки металла после разливки или выпуска плавки. Затвердевшие глыбы шлака в таких случаях получаются в виде шлакового пирога с прослойками металла.

Во время аварий в мартеновских цехах металл иногда разливают в коробки, аварийные ямы, иногда он прямо попадает в канаву, заливая приготовленные изложницы, образуя металлические «козлы» большого веса. Такой аварийный скардовин трудно разделывать в цехе, тем более его нужно убрать в очень короткий срок для того, чтобы освободить место для следующей плавки, в связи с чем эти «козлы» быстро вывозят из цеха.

В прошлом, когда сжатый кислород на заводах был в незначительных количествах и взрывные работы для разделки лома не применялись, такие козлы вывозили на шлаковые отвалы или в специально выкопанные ямы. Поэтому на старых шлаковых отвалах иногда находят тяжеловесные металлические монолиты.

В мартеновские и смешанные отвалы металл попадает из мартеновских цехов и в виде различного скрапа и металлических отходов после разливки: центровые, литники, скардовины, сплески, ковшовые и желобовые настыли. Иногда из цехов случайно с мусором вывозят на отвалы даже сутунки, концы прокатных изделий, листовую обрезь, чушки чугуна, чугунное крошье, сварочные шлаки, окалину, стружку, детали, полуфабрикаты и другой металлический лом.

В мусорные отвалы попадают детали от ремонта оборудования или случайно вывезенные с мусором металлургическая продукция и другие отходы, убираемые с заводской территории вместе с мусором, особенно при очистке транспортных путей.

В отвалах доменных шлаков металл встречается в виде чугунных козлов, скрапа, ковшовых и желобовых настылей.

В отвалах котельного шлака, как уже указывалось, металл встречается в небольших количествах и изредка в виде случайно вывезенных вместе со шлаком старых деталей оборудования котельных или случайно попавших металлических предметов.

Попадание металла в отвалы объясняется отсутствием должного внимания к металлоотходам и сбору его в местах образования.

Сварочные шлаки

Содержащий шлакообразующие вещества сварочный материал называется флюсом. Флюс применяется при нескольких способах сварки и наплавки. Он является обязательным материалом, обеспечивающим технологию электродуговой сварки и наплавки под флюсом, сварки по флюсу, сварки с магнитным флюсом, а также электрошлаковой сварки и наплавки. Шлак образуется также при плавлении электродного покрытия, сердечника порошковой и активированной проволок, окислении электродного металла сварочной ванны, при сварке в окислительной атмосфере и т. п.

Роль шлака при сварке и наплавке очень велика. Его составом определяется атмосфера дуги, от которой зависят стабильность ее горения, стойкость против порообразования швов, объем и соотношение выделяющихся при сварке вредных газов. От шлака зависит и стабильность электрошлакового процесса. Взаимодействие расплавленного шлака с металлом сварочной ванны существенно влияет на химический состав металла шва, от которого в свою очередь зависят структура, стойкость против образования кристаллизационных (горячих) трещин и пор металла.

Шлак должен также обладать хорошими санитарно-гигиеническими свойствами, в процессе сварки выделение вредных веществ должно быть минимальным. Кроме этих общих функций имеются и функции, специфические для каждого вида сварки.

Устойчивость процесса электродуговой сварки в первую очередь зависит от устойчивости (стабильности) горения дуги, т. е. постоянства во времени основных электрических параметров дуги — напряжения и силы тока. Сварочная дуга один из видов электрического разряда в газах, а поэтому устойчивость ее горения, при прочих равных условиях, определяется составом атмосферы дуги. При нагреве теплом дуги шлак выделяет газы и пары, изменяя этим состав атмосферы дуги. Наличие в шлаке оксидов щелочных и щелочноземельных металлов (в отличие от фторидов и хлоридов) повышает устойчивость горения дуги и процесса сварки.

Формирование шва зависит, прежде всего, от режима сварки, т. е. от длины дуги, ее подвижности и т. п. Так, при сварке под флюсом длина дуги и ее подвижность зависят от размеров зерен флюса. При крупном флюсе дуга более подвижна и ширина шва больше, чем при сварке под мелким флюсом. Соответственно этому глубина провара больше при сварке под мелким флюсом, чем под крупным.

Внешний вид шва в значительной мере определяется равномерностью отложения металла, зависящей от состояния сварочной ванны. «Кипение» металла сварочной ванны вследствие выгорания углерода и выделения растворенных в металле газов может значительно ухудшить внешний вид шва. Введение в сварочную ванну раскислителей «успокаивает» ее и способствует образованию швов с более мелкими чешуйками на поверхности. Если шлак имеет чрезмерно высокую вязкость при температуре твердения металла, шов формируется хаотично, воспроизводя форму затвердевшей шлаковой корки .

При сварке под флюсом обеспечивается надежная защита зоны сварки от доступа воздуха. Однако при других способах дуговой сварки для такой защиты от внешней атмосферы требуется, чтобы шлак полностью покрывал поверхность металла сварочной ванны. Для этого нужно, чтобы межфазное натяжение на границе шлак— металл было минимальным, а изменение вязкости шлака с ростом температуры было плавным. Как правило, более надежную защиту металла сварочной ванны от доступа воздуха, а также лучшее качество формирования поверхности шва дают «длинные» шлаки с постепенным снижением их вязкости при затвердевании. Худшие результаты получаются при «коротких» шлаках, характеризующихся резким изменением вязкости при затвердевании. Необходимо также, чтобы температура затвердевания шлака была ниже температуры затвердевания металла.

К числу наиболее опасных дефектов сварных швов относятся поры и кристаллизационные трещины. Основными причинами возникновения пор в швах могут являться загрязнение основного металла и сварочной проволоки ржавчиной и маслом, влажный флюс и др. Роль шлака в предупреждении появления пор заключается:

2) выделении в атмосферу дуги газов и паров, снижающих Концентрацию в ней водорода и азота путем разбавления газовой фазы;

3) выделении в атмосферу дуги газообразных соединений фтора, образующих с водородом нерастворимый в жидкой стали фторид водорода;

Интенсивность испарения шлака в процессе сварки сравнительно невелика, поэтому она не может дать существенного снижения парциального давления азота и водорода в зоне сварки. Более эффективно действует введение газообразующих веществ в состав электродного покрытия, керамического флюса или сердечника порошковой проволоки.

Для уменьшения пористости швов, вызванной водородом, в зону сварки вводятся фториды. Лучше всего связывается водород в виде фторида водорода HF фторидом кремния SiF₄ — газом, образующимся при сварке в результате взаимодействия фторида кальция CaF₂ и диоксида кремния SiO₂.

Окисление металла сварочной ванны шлаком или газовой фазой снижает растворение в нем водорода, уменьшая этим возможность появления пор в швах.

Для получения беспористых (плотных) швов на кипящей и, «полууспокоенной» стали важное значение имеют кремнийвосстановительный процесс и поступление кремния в металл сварочной ванны из других источников.

Стойкость швов против образования кристаллизационных трещин зависит от химического состава металла шва. Влияя на содержание в металле шва углерода, серы, марганца, кремния и других элементов, шлак тем самым изменяет стойкость швов против образования кристаллизационных трещин: уменьшение концентрации углерода, серы и кремния в шве, а также увеличение марганца повышают эту стойкость. Изменения химического состава могут обусловливаться как окисляющим или легирующим действием шлака на металл сварочной ванны, так и его влиянием на отношение в металле шва долей переплавленных основного и электродного металлов.

Требуемые механические свойства металла шва и сварного соединения в целом обеспечиваются путем получения швов нужного химического состава и без дефектов. На механические свойства металла шва существенно влияет наличие фосфора, который при сварке восстанавливается из шлака и переходит в металл. Поскольку фосфор — вредная примесь, для уменьшения его перехода в металл необходимо максимально снижать содержание фосфора в шлаке.

Отделимость шлаковой корки от поверхности шва зависит от окисляющего действия на нее жидкого шлака. Длительность этого действия очень невелика и составляет для обычных режимов автоматической дуговой сварки 20—30 с. Жидкий шлак, если он содержит значительные количества оксидов FeO, MnO, SiO₂ или Т iO₂, окисляет поверхность затвердевшего металла. Образующаяся при этом весьма тонкая оксидная пленка прочно удерживается на поверхности шва. Если поверхность металла окислена, а в составе шлака находятся соединения, прочно сцепляющиеся с оксидной пленкой (А1₂ O₃, С r₂ O₃ и др.), следует ожидать сильного удерживания шлака на поверхности металла. Выполнение требований как в отношении легкой отделимости шлака, так и минимального окисления легирующих элементов обеспечивается применением шлаков с низким содержанием оксидов FeO, MnO, SiO₂ и TiO₂, т. е. с пониженными окислительными свойствами. Отделимость шлаковой корки от поверхности шва улучшается также при увеличении разности коэффициентов термического расширения металла и шлака.

Наиболее простой и надежный способ уменьшения выделения вредных газов при дуговой сварке — применение шлаков, не содержащих в своем составе фторидов. Однако стойкость швов против образования пор при этом не всегда может быть обеспечена.

В связи с принципиальными отличиями процесса электрошлаковой сварки от электродуговой, к флюсам для электрошлаковой сварки предъявляются особые требования. Они обусловлены, с одной стороны, необходимостью обеспечить устойчивый электрошлаковый процесс, а с другой — наличием устройств для удержания шлаковой и металлической ванн. От флюса требуется :

1) обеспечение быстрого начала электрошлакового процесса и поддержание его устойчивого прохождения, в особенности при малой глубине шлаковой ванны и большой скорости подачи сварочной проволоки;

3) отсутствие отжимания ползунов от свариваемых кромок шлаком, вытекания последнего в зазоры между ползунами и кромками при достигаемой на практике точности сборки свариваемых изделий.

Флюс также должен обеспечивать выполнение других функций — защищать зону сварки от доступа воздуха, давать хорошо отделяющийся от поверхности шва шлак и др.

Ввиду того что электрошлаковый процесс основан на электрической проводимости шлака, последняя существенно влияет на прохождение процесса. Устойчивость электрошлакового процесса возрастает с повышением электрической проводимости шлака в жидком состоянии. Чем она меньше, тем при более высоком напряжении должна проводиться электрошлаковая сварка. Следует, однако, иметь в виду, что шлаки с высокой электрической проводимостью при прохождении через них электрического тока выделяют мало тепла и поэтому для успешного осуществления процесса сварки требуются значительные электрические мощности. При небольших силах тока сварка с применением таких шлаков не дает надежного сплавления кромок.

Для обеспечения устойчивого прохождения электрошлакового процесса важно, чтобы шлак имел высокую температуру кипения и не выделял много газов при высоких температурах. Некоторые шлаки кипят спокойно, без бурного выделения газов. Такое кипение, если оно не слишком интенсивно, не мешает процессу сварки, а наоборот, служит хорошим регулятором температуры ванны, поглощая излишек энергии при повышении температуры.

Шлак для электрошлаковой сварки не должен быть слишком тугоплавким или «коротким», в противном случае будут отжиматься ползуны, что приведет при сварке швов большой протяженности к вытеканию шлака и металла сварочной ванны и прекращению процесса сварки. Вместе с тем, чтобы шлак не вытекал в зазоры между ползунами, он не должен быть чрезмерно жидкотекучим. Поэтому при электрошлаковой сварке требуется оптимальная вязкость шлака, при которой не будет происходить ни отжимания ползунов от свариваемых кромок, ни вытекания шлака в зазоры. Если шов формируется без применения ползунов (сварка с неподвижной подкладкой), вязкость шлака играет второстепенную роль и основным требованием, предъявляемым к физическим свойствам шлака, остается оптимальная электрическая проводимость.

При электрошлаковой сварке шлаковая ванна надежно защищает расплавленный металл от доступа воздуха. Однако остается возможность поступления газов к металлу через шлак.

Металл шва, сваренный электрошлаковым способом, более стоек против образования пор, чем таковой, сваренный электродуговым способом, ввиду специфических условий кристаллизации металлической ванны. Причиной появления пор является наличие на кромках изделий значительного слоя окалины, а также большая влажность и загрязненность флюса. Поры могут также возникнуть в результате отклонения химического состава шва от заданного, в частности из-за низкого содержания в нем кремния или других раскислителей.

Образование кристаллизационных трещин в швах, выполненных электрошлаковой сваркой, например на стали, зависит главным образом от химического состава основного металла и формы сварочной ванны. Последняя, в свою очередь, определяется режимом сварки. Состав и свойства флюса практически не влияют на образование дефектов этого типа.

При электрошлаковой сварке подача шлака в ванну очень небольшая, она ограничивается отлагающейся на поверхности шва шлаковой коркой (толщиной 1—1,5 мм). С учетом потерь на рассыпание это составляет около 5 % массы наплавленного металла, т. е. в 20 раз меньше, чем при электродуговой сварке под флюсом. В связи с небольшим расходом при электрошлаковой сварке углеродистых и низколегированных сталей шлак мало влияет на химический состав металла шва. При наличии в основном металле и сварочной проволоке таких химически активных элементов, как титан, алюминий и др., для предупреждения их окисления должны применяться бескремнистые или бескислородные флюсы.

Отличие электрошлаковой сварки от электродуговой под флюсом состоит в наличии зеркала шлаковой ванны, с которого в окружающую атмосферу свободно выделяются пары и газы. Это ухудшает гигиенические условия труда и требует устройства местных вытяжных отсосов, независимо от состава применяющегося флюса.

Читайте также: