Способ удаления меди из расплава чугуна

(19) 111)С 1/ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ССС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫ ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ о-металлурИ.Носоваеский инв, А. И. Ушеров .С.Уваровский В. Тычез 197(71) Магнитогорский гогический институт им.и Челябинский политехн ститут(56) Авторское свидете9 777068, кл. С 21 СВгоняю К.Е Ма 1 саг Н11 о К.Б. Кейп 1 пе шо 1 г;зц 1 ЕЫе-Гогш 1 пд з 1 аезг 1 оп Кешоча 1 оГ Соррегшрцг 1 гдеа - Керг., ТМцпез 7,8. 1)1.р Еп 1 ег.,р. 8065-32. ьство СССР 04, 1974.7., 1)ач- и 1 гоп Ьу пй С 1 огпаТп апй огоВцг5,(54) (57) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ МЕДИ ИЭРАСПЛАВА ЧУГУНА, включающий расплавление металла в плавильном агрегате и загрузку на поверхностьрасплава серосодержащих соединенийщелочных металлов и графита, о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности процесса удаления меди из исходного чугуна и снижения содержания серы вготовом чугуне, одновременно с загрузкой серосодержащих соединенийщелочных металлов присаживают 8-127буры от массы образующегося сульфидного пшака,(2) Для эффективного протекания процесса обезмеживания необходимо оптимальное протекание реакции (2), так как при чрезмерном развитии этой реакции происходит насыщение металла серой, что снижает производительность процесса удаления меди, так как после него требуется специальная операция - десульфурация (удаление серы) для получения стали.Кроме того, металлический натрий, перешедший по реакции (2) в шлак, частично испаряется, реагируя с кислородом атмосферы, образуя оксид натрия, который, осаждаясь на кладке печи, сильно снижает ее стойкость, что ведет к частым ремонтам кладки, а это удорожает процесс. К удорожа" нию приводит и повышенный расход шпака.При слабом развитии реакции (2) снижается количество меди, перешедшее в шлак по реакции (1), что ведет к снижению эффективности удаления меди, так как снижается коэффициент 1 1Изобретение относится к металлур.гии, а именно к технологии рафинирования черных металлов от меди,например вторичных черных металловмедистых чугунов (сталей) и может быть осуществлено на предприятиях черной и цветной металлургии.Цель изобретения в .повышение эффективности процесса удаления медииз исходного чугуна и снижение содержания серы в готовом чугуне.Одновременно с подачей серосодержащих соединений щелочных металловна поверхность жидкого металла присаживают 8-12% натрия тетраборнокислого (буры) от массы сульфидногошлака еМеханизм удаления меди из расплава черных металлов заключается вследующем,Медь имеет более высокое сродство к среде, чем железо, поэтому медьудаляется из расплава по следующейреакции:2 Сц 1+ Я 1=(Сц Я) . (1)Для протекания реакции (1) необходимо поступление серы из шлаковойФазы в металл, Это достигается засчет реакции диссоциации сульфиданатрия:227 б 89 распределения меди между металлом и(Сц 1Сгг Сцповышается конечное остаточное содержание меди в чугуне: я СцГС 4=йм уК хогг лаггг э(3) 10 где Я, Сц 1, - начальная и конечная концентрация меди в расплаве металла,%,количество металла, кг,количество шлака,кг,коэффициент распределения медимежду сульфиднымшлаком и метал 0Действие буры на снижение количества продиссоциировавшего сульфида натрия по реакции (2) основано на снижении концентрации Яа Я в шлако 7вой Фазе, что соответственно ведет ук снижению активности (ма 7 Я)7 . аг ауй агог Ч(4) лом.Согласно формуле (3) для достижения одинакового оСтаточного со держания меди в расплаве Сц применьшем Ес потребуется большее количество д , а это ведет к удорожанию процесса обезмеживания,Регулирование протекания реак ции (2) температурой невозможно,таккак оптимальная температура для чистого сульфидного шлака для протекания реакции (1) 1300-1380 С, а приэтой температуре реакция (2) поставляет в расплав серы .больше, чемтребуется для удаления меди.Для регулирования поступления серы по реакции (2) при оптимальныхтемпературах обезмеживания 1300- 40 1380 С в предложенном способе примеонена бура (Ба 7 В О) в количеств е 812% от массы образующегося сульфидного шлака, при этом 8% буры соответствуют условиям, когда процесс 45 удаления меди из чугуна протекаетпри 1300-1320 С, а 12% присаживаемой буры от массы образующегося сульфидного шлака соответствуют температуре процесса 13 бОС.(7) 40 45 50 55 где К - константа реакции (2); зависит только от температуры;а - активность натрия в расплайаве шлака;а - активность серы в расплавеметалла;а - активность сульфида натрия("дФшлака.Решим уравнение (4) относительно а 1 и примем на основе закона Генри для разбавленных растворов, что а Я, следовательноь) К 1 а сил,)(5)Анализ уравнения (5) показывает, что с уменьшением активности сульфида натрия в шлаке, которая пропорциональна концентрации сульфида натрия в шлаке, снижается концентрация серы в металле.Данные теоретических выводов были полностью подтверждены экспериментами, причем в результате их были выяснены еще две положительные тенденции влияния буры на процесс обезмеживания.Во-первых, под действием высоких температур бура распадается оф выделением триоксида бора: Ма В 40=2 НаВО +В,О,ФОбразующийся борный ангидрид реагирует с металлическим натрием, выделяющимся по реакции (2), и с кислородом атмосферы, который поглощает шлак, по следующей реакции: 4(Ба)+О+2 В 0=4 ИаВО. Таким образом снижается количество натрия, испарившегося в газовую фазу, что ведет к удешевлению процесса обезмеживания, так как снижается количество паров натрия. Следовательно, меньше будет в газовой фазе оксида натрия, а это увеличивает срок службы футеровки печи, уменьшает расход огнеупоров, а также способствует сохранению начальной (высокой) концентрации натрия в расплаве шлака, что согласно уравнению (5) ведет к снижению концентрации серы в металле.Во-вторых, присадки буры снижают активность сульфида меди в шлаке не только за счет разбавления шлака, но и за счет образования комплексных 5 10 15 20 25 30 35 соединений типа ИаВО СцБ и ИаВЦНаЯ-СцБ.Предложенный способ удалениямеди из расплава чугуна был осуществлен в лабораторной печи емкостью 25 кг. Опыты с чугуном проводились в графитовых тиглях. Чугун с содержавкием меди 1,17. и серы 0,047 плавился в печи и его температура поддерживалась 1300-132 ФС. По установлении указанной температуры в печь подавалась смесь сульфата натрия со стехиометрически необходимым для его восстановления до МаЯ графитом и бура. Металл под шлаком выдерживался в течение 10 мин, после чего металл отделялся от шлака, Садка по металлу составляла 4 кг. Количество шлакообразующих было подано с расчетом, что по образованию на поверхности металла сульфидного шлака его масса равнялась 0,4 кг или 1 ОХ от массы металла, а масса буры в нем 87 от массы сульфидного шлака.Готовый чугун содержал 0,467. меди, 0,04 серы, Коэффициент распределения меди между сульфидным шлаком и металлом составил 12. В известном способе в аналогичных условиях, но без буры, был получен коэффициент распределения 1 О, медь удалилась с 1,05 до 0,447 при присаживании 190 г МаЯО 4 со стехиометрически необходимым для восстановления до Иа Я гра 2 фитом. Масса обрабатываемого металла быпа 1 кг, поэтому при пересчете массы шлакообразующих на сульфидный шлак по реакции Яа ЯО+4 С=ИаБ+4 СОполучим, что из 190 г На Я 04 получается 110 г НаЯ, а это составляет112 сульфидного шлака от массы металла. Концентрация серы в металле вопытах по известному способу увеличилась с 0,03 до 0,053,Аналогично были проведены опыты при 1360-1380 С с присадкой бурыв количестве 123 от массы сульфьщного шлака. Масса сульфидного шлака с бурой была 107 от массы металла.Содержание меди в металле в этихопытах снизилось с 1,12 до 0,463содержание серы в металле осталосьпрежним, т,е. 0,041. Таким образом,для достижения такого же остаточного содержания меди как в известномспособе требуется меньшее количество шпака.Эакав 2266/29 Тираж 552" ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5 производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная. з 5 1Чугун эа время обработки не насыщался серой. Такой чугун не требует в дальнейшем операции десульфурации, а это существенно повышает производительность процесса и исключает применение дорогих десульфураторов, например, магния или известково"глиноземистых смесей при последующем переделе чугуна в сталь.За счет разбавления сульфидного шлака бурой снижается активность сульфида натрия в расплаве, что уменьшает количество продиссоцииро 227689 бвавшего сульфида натрия. Поэтомудля осуществления предлагаемого процесса шлака потребуется в 1,1 разменьше по сравнению с прототипом,что удешевит процесс получения очищенного от меди металла.Снижение количества продиссоцнировавшего сульфида натрия уменьшает поступление в газовую фазу Ка,10 что позволяет повысить стойкость футеровки. Предложенный способ при егоосуществлении не требует специального оборудования.