Способ выплавки оксидно-фторидных флюсов, содержащих рзм

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ОКСИДНО-ФТОРИДНЫХ ФЛЮСОВ, СОДЕРЖАЩИХ РЗМ, включающий смешивание компонентов шихты, их проплавление и рафинирование, отличающийся тем, что, с целью расширения сырьевой базы, в качестве материала, содержащего окислы РЗМ, используют фосфаты РЗМ в количестве 55-65 мас.%, которые сначала смешивают с 50% плавикового шпата от суммарного его расхода, затем добавляют графитовую и чугунную стружку в количестве 5-10% и 50-100% массы смеси соответственно, расплавляют при температуре 1650-1700^oС, выдерживают в течение 30-35 мин, после чего дополнительно присаживают чугунную стружку в количестве не менее 50% от расплава и вторую половину плавикового шпата, выдерживают расплав в течение 30-35 мин и сливают.

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству флюсов для электрошлакового переплава.
Цель изобретения - расширение сырьевой базы.
Способ заключается в том, что при выплавке оксидно-фторидных флюсов, содержащих РЗМ, происходит смешивание компонентов шихты, их проплавление и рафинирование. В качестве материала, содержащего РЗМ, используют фосфаты РЗМ в количестве 55-65 мас.%, которые сначала смешивают с 50% плавикового шпата от суммарного его расхода, затем добавляют графитовую и чугунную стружку в количестве 5-10% и 50-100% от массы смеси соответственно, расплавляют при температуре 1650-1700^оС, выдерживают в течение 30-35 мин, затем дополнительно присаживают чугунную стружку в количестве не менее 50% от массы расплава и вторую половину плавикового шпата, выдерживают расплав в течение 30-35 мин и сливают.
Использование в качестве материала, содержащего РЗМ, фосфатов РЗМ в количестве 55-65 мас.% необходимо для получения химического состава флюсов, удовлетворяющего условиям электрошлакового переплава. При использовании фосфатов РЗМ в количестве 70% в получаемых флюсах содержится много оксидов РЗМ. Такие флюсы плавятся при высокой температуре, а при температуре электрошлакового переплава обладают высокой вязкостью и не обеспечивают оптимальных условий переплава. Использование плавикового шпата и фосфатов РЗМ в соотношении мас.% 50:50, соответственно приводит к получению флюсов с низким содержанием оксидов РЗМ, в результате чего такие шлаки не обеспечивают условий для рафинирования и модифицирования стали РЗМ.
Процесс восстановления фосфора и кремния целесообразно разделить во времени, например, восстанавливая вначале фосфор из фосфатов РЗМ, а затем кремний из кремнезема, вносимого плавиковым шпатом. Для этого необходимо вначале расплавить и очистить от фосфора РЗМ, а затем добавить плавиковый шпат и очистить расплав от кремнезема. Однако фосфаты РЗМ тугоплавки и в расплавленном состоянии характеризуются высокой вязкостью, что затрудняет процесс их рафинирования от фосфора.
Для обеспечения оптимальных условий рафинирования предварительно готовят смесь плавикового шпата и фосфатов РЗМ. Использование смеси, содержащей менее 50% потребного количества плавикового шпата не обеспечивает заметного снижения температуры плавления и вязкости расплава, вследствие чего рафинирование протекает неэффективно. Содержание в смеси плавикового шпата в количестве более 50% потребного приводит к необходимости одновременно с фосфором восстанавливать значительное количество кремния, что уменьшает скорость рафинирования.
Добавление к смеси графитовой стружки в количестве 5-10% необходимо для улучшения условий восстановления фосфора и кремния углеродом. Введение графитовой стружки в количестве менее 5% недостаточно для восстановления фосфора и кремния до требуемых пределов их содержания. Добавка стружки в количестве более 10% приведет к появлению во флюсе избыточного взвешенного углерода, частичному восстановлению оксидов РЗМ, их потере с попутным металлом, а также к последующему науглероживанию стали.
Введение в смесь чугунной стружки в количестве 100-150% необходимо для поглощения восстанавливаемых из шлакового расплава фосфора и кремния и обеспечивает повышение эффективности рафинирования. Расход чугунной стружки в количестве менее 100% недостаточен для эффективного поглощения фосфора и кремния и не обеспечивает оптимальных условий рафинирования. Присадка чугунной стружки в количестве более 150% является излишней, ведет к дополнительному расходу электроэнергии на плавление и перегрев чугуна и не сказывается на эффективности рафинирования.
Нагрев шлакового расплава до температуры 1650^оС необходим для обеспечения хороших кинетических условий рафинирования. Нагрев до температуры менее 1650^оС не обеспечивает оптимальных условий рафинирования, а нагрев выше 1700^оС нецелесообразен из-за перерасхода электроэнергии.
П р и м е р. Эксперименты проводили в печи Таммана. Шихту расплавляли и рафинировали в графитовом тигле. Температуру расплава контролировали вольфрам-рениевой термопарой ВР 5/20. В качестве компонентов шихты для получения косифторидного флюса, содержащего оксиды РЗМ, использовали плавиковый шпат (85% CaF₂, 9,5% SiO₂, ост. Н₂О) и фосфаты РЗМ 34,5% P₂O₅, 22% оксидов РЗМ, 41% Н₂О, 3% SiO₂. В качестве восстановителя применяли графитовую стружку, а в качестве железосодержащего материала - чугунную стружку. Варианты опробованных составов шихты приведены в таблице.
Для составления флюса-прототипа использовали флюс АНФ-1П, кварцевое стекло и цериевый концентрат (45-55% GO₂, 20% Za₂O₃, 16,5% Nd₂O₃, 9% Pr₂O₃). При получении флюса предлагаемым способом плавиковый шпат в количестве 50% от потребного смешивали с фосфатами РЗМ, к смеси добавляли все потребное количество графитовой стружки и 50% потребного количества чугунной стружки. Смесь в графитовом тигле помещали в печь Таммана и нагревали до температуры 1650-1700^оС, выдерживали при этих температурах 30-35 мин, после чего присаживали оставшиеся чугунную стружку и плавиковый шпат. Шлаковый расплав выдерживали в печи при температурах 1650-1700^оС в течение 30-35 мин и сливали.
Варианты проведенных исследований и результаты оценки влияния состава шихты, температуры и времени выдержки расплава в печи на химический состав и свойства полученного флюса приведены в таблице. При содержании в шихте 4% графитовой стружки в готовом флюсе получается высокое содержание фосфора, а при содержании графитовой стружки более 10% в готовом флюсе содержится свободный углерод. При расходе чугунной стружки менее 100% готовый флюс характеризуется высоким содержанием фосфора. Присадка чугунной стружки в количестве более 150% является излишней, ведет к перерасходу электроэнергии.
При температуре в печи 1600^оС во флюсе высокое содержание фосфора и кремнезема, а при температуре выше 1700^оС - флюс имеет требуемый химический состав, но при этом требуется дополнительный расход электроэнергии.
Если время выдержки расплава менее 30 мин, в шлаке получается высоким содержание фосфора. Увеличение времени выдержки выше 35 мин приводит к снижению производительности плавильного агрегата и перерасходу электроэнергии.
Таким образом, при использовании шихты, содержащей 35-45% плавикового шпата, 55. ..65% фосфатов РЗМ, графитовую стружку (5-10% от массы шихты) и чугунную стружку (100-150% от массы шихты), температуре в плавильном агрегате 1650-1700^оС и времени выдержки расплава в плавильном агрегате 30-35 мин получается флюс требуемого химического состава.
Использование для выплавки флюса отходов обогащения апатитовых руд в виде фосфатов РЗМ позволяет расширить сырьевую базу.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству флюсов для электрошлакового переплава. Цель изобретения - расширение сырьевой базы для изготовления флюсов. Способ выплавки оксидно-фторидных флюсов, содержащих РЗМ, включает смешивание компонентов шихты, их проплавление и рафинирование. В качестве материала, содержащего РЗМ, используют фосфаты РЗМ в количестве 55-65% мас. Фосфаты РЗМ сначала смешивают с 50% плавикового шпата от суммарного его расхода, затем добавляют графитовую чугунную стружку в количестве 5-10 и 50-100% от массы смеси соответственно, расплавляют при температуре 1650-1700°С, и выдерживают в течение 30-35 мин, затем дополнительно присаживают чугунную стружку в количестве не менее 50% от массы расплава и вторую половину плавикового шпата. Выдерживают расплав в течение 30-35 мин и сливают. Использование недефицитных и дешевых плавикового шпата и фосфатов РЗМ позволяет уменьшить затраты на производство флюса и расширить сырьевую базу. 1 табл.