Сплав для выплавки ферросплавов

(5 ц С 22 ( й н с я тем, что,го повышениясадительной иости он дополгний и барийенин компоненщ иремен оьной, оспособнржит масоотнош 11 Попова арлМагний Барий Железо 2. Сплав по щ и й с я тем держание кремн составляет 60 ч а е сов нем чтя и(71) Челябинский орденаордена Трудового КрасногЬлектрометаллургический(56) 1, Бюллетень НТИ ЦНЧМ У 22 (834, 1978, с.2. Патент США В 3215кл. 75-123, 1966.(54)(57) 1СПЛАВРОСПЛАВОВ, содержминий, кальций, в ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРащий кремний, алюодород и железо,отличаюс целью одновосстановителрафинирующейнительно содпри следующетов, мас.В:КремнийАлюминийКальцийВодородИзобретение относится к металлургии, в частности к производствуферросплавон, точнее к сплавам дляметаллотермнческой выплавки Ферросглавов.Для выплавки ферросплавов - силнкованадия, силикониобия, кремний-ванадий-кальциевой лигатуры и другихиспользуют кремний или алюминийсодержащие сплавы (Ферросилиций,ферроснликоалюминий, ферроалюминий) 10с содержанием 60-80 суммыэлементов восстановителей - кремния иалюминия 13,Недостатками. этих сплавов являются:15низкая восстановительная способность в связи с тем, что скоростьвзаимодействия элементов снижена изза недостаточно эффективной диффузиикомпонентов в объеме расплава к гра Онице раздела металл-шлак;недостаточная осадительная способность, приводящая к потерям ферросплава со шпаком, вследствие пониженных скоростей осаждения мелкихкапель металла и процессе плавки,низкая рафннирующая способностьот вредных примесей, и прежде всего 8, Р и неметаллических включаний,получаемого Ферросплава, особенно,если, включения мелкодисперсны.Наиболее близким к предложенномупо технической сущности и достигаемому результату является сплав 2,содержащий, мас.Ф:Кремний 49-64 35Кальций 10-16Алюминий 0-2Водород 0,0004-0,001Железо ОстальноеНедостатком известного сплава 40является также низкая восстановительная, осадительная и рафинирующаяспособности при использовании егодля выплавки ферросплавов.Целью изобретения является одно- . 45временное повыаенне восстановительной, осадительной и рафинирующейспособности сплава.Поставленная цель достигаетсятем, что сплав, содержащий кремний,алюминий, кальций, водород н желе-,зо, дополнительно содержит магнийи барийпри следующем соотношениикомпонентов, мас.Ф:кремний . 57,5-94,755Алюминий 0,3-2,5. Кальций 1,0-5,0Водород0,0005-0,01Магний 0,05-2,5Барий 0,1"5,0ЖелезО ОстальноеПри этом суммарное содержаниекремний и алюминия в нем составляет60-95Этот сплав получают углетермическим процессом из материалов, содер жащих оксиды кремния, алюминия,магния, бария, кальция, кокса и железной стружки с дополнительным увлажнением шихты. Сплав разливают вплоские изложницы, после охлаждениядробят до крупности менее 80 мм илигранулируют водой, Полученный сплависпользуют для выплавки ферросплавов (или лигатур). Для этого сплав(с содержанием 60-95% 8 + А 1) проплавляют с оксидом восстаналнваемого элемента, например ч 2 0, известьюи плавиковым шпатом,В процессе плавки элементы-носстановители - кремний и алюминий - взаимодействуют с оксидами восстанавливаемых элементов с образованием оксидов кремния и алюминия. Оксиды кремкремния и алюминия взаимодействуютс СаО и образуют двухкальциевые силикаты и алюминаты.Восстановительные элементы с избыточным кремнием (А 1) образуют дисилициды (диалюминиды), Одновременно в сплав переходят восстановленные вредные примеси - сера и фосфор.К концу восстановительного процессавесь кремний и алюминий в ферросплаве связаны в дисилициды (диалюминиды . В этот период повышаетсяактивность кальция и бария, которые нерастноримы в дисилицидах (диалюминидах )восстановленных элементов. Кальций и бария взаимодействуют с серой и фосфором, полностьюсвязывая их в сульфиды и фосфиды.Са 8 и СаР 2 всплывают иэ объемаметалла и усваиваются шлаком, мелкие частицы остаются в металле, неуспевая выделиться из него. Тяжелыечастицы Ва 8, ВаэР и мелкие сульфидыи фосфиды кальция полностью не выделяются из металла и находятся внем в виде неметаллических включений. При образовании дисилицидоввосстановленных элементов снижаетсярастворимость в ферросплаве водорода, который выделяется в объемеметалла в виде микроскопических газовых пузырьков. Водород в объемеметалла оказывает каталитическоевоздействие на содержащийся в металле магний и он переходит в ниде пара с газовые водородные пузырьки,.За счет паров магния пузырьки быстро увеличиваются в размере и перемещаются в объеме металла снизу вверх.По мере движения пузырьки сталкиваются с частицами Са 8, СаЗР 2, Ва 8,ВаР, которые не .смачиваются металлом, при соприкосновении они прилипают к пузырькам газа и транспортируются из объема металла в шлаковуюфазу, Поступающий и объем пузырькамагний в виде газа увеличивает ихподъемную силу,Газовые пузырьки с неметаллнчес- . кими частицами пересекают границу раздела металл-шлак, где неметаллические включения поладают в шлаковую фазу и усваиваются ею. Далее свободные от неметаллических вклю чений газовые пузырьки перемещаются вверх в объеме шлака. В процессе движения в шлаке газовые пузырьки контактируют с мелкими, не успевшими осесть каплями металла, которые . не смачиваются шлаком и прилипают к ним, скатываясь под действием собственного веса в их кормовую часть, где, столкнувшись с другими каплями скоалеецировав, укрупняются.Одновременно газовые пузырьки. (магний и водород ) вступают во взаимодействие с оставшимися в шкале невосстановленными оксидами. восстанавливаемого элемента (у 20) шихты. При этом в пузырьках идет замещение магния и водорода образующимися в результате взаимодействия с окси- дами водяными парами (оксидом водорода).На поверхности раздела шлак-печ-ной газ пузырьки газа (преимущественно пары оксида водорода) лопаются.Капли металла остаются на поверхности расплава. Под действием движения поверхности расплава капли пере мещаются, сталкиваются и укрупняются.укрупненные капли металла под действием силы тяжести тонут в шкале, соприкасаются с металлическим расплавом и усваиваются им. Нижние и верх ние пределы содержания кремния, алюминия в сплаве обусловлены способностью сплава растворять водород, при одновременном растворении в сплаве необходимого количества магния, 40 кальция и бария. Нижние и верхние пределы содержания бария обеспечивают полноту связывания вредных примесей - серы и фосфора - всилициды и фосфиды. При отсутствии бария не обеспечивается глубокое рафинирование металла от Б и Р и большая часть их остается в металле, кальций в заданных пределах позволяет про-вести глубокое рафинирование металла от примесей, полное связывание 3 и Р в сульфиды и фосфиды, которые при отсутствии его остаются в металле, не всплывая.При отсутствии кальция для полного удаления примесей из металла 55 требуется большая продолжительность рафинировочного периода, что приводит к увеличению продолжительности плавки снижению производительности печного агрегата и увеличению энер гозатрат. Опытами установлено оптимальное весовое соотношение Ва/Са = (0,1-1,0). При содержании в сплаве водорода менее 0,0005 и магния менее 0,05 мас, не достигается полнота восстановления и осаждениявосстанавливаемых элементов и выведение неметаллических включений изметалла. Содержание этих. элементовсоответственно выше 0,01 и 2,5 мас.не увеличивает эффективность осаждения капель металла,Максимальная эффективность достигается при пропорциональном соотношении этих элементов: нижнему иверхнему пределам содержаний одногоэлемента целесообразно соответствиенижнего и верхнего предела содержаний другого элемента.П р и м е р В промышленной руднотермической электропечи с трансформатором 16,5 МВ А по 6 вариантам изматериалов, содержащих оксиды кремния, алюминия, магния, бария, кальция, углеродистого восстановителяи железной стружки на увлажненнойшихте получили сплав для выплавкиферросплава, Плавки вели при напряжении с низкой стороны трансформатора 140 В. От полученных сплавовотобрали необходимое количество каждого состава для выплавки ферросплва.Состав шихты на плавку по варитам и состав отобранныхна выплавку ферросплава сплавов представленв табл, 1.Полученные по 6 вариантам сплавыв дальнейшем были использованы вкачестве восстановителя при выплавке ферросиликованадия. ВыплавкуФерросиликованадия осуществляли взакрытой сводом рудно-термическойпечи с трансформатором мощностью3,5 МВ А. Плавки вели на напряжении 150 В. В качестве шихтовых материалов для выплавки ферросиликованадия использовали известь(98,2 СаО), плавиковый шпат, техническую пятиокись ванадия(76,4 70) и предложенный сплавдля выплавки ферросплава.Шихтовые материалы перед загрузкой в печь смешивали и загружалиполностью. На каждом варианте проводили по одной плавке (вариант выплавки ферросиликованадия соответствовал варианту сплава ). После окончания плавки от металла и шлака отбирали пробы, В пробах шлака определяли содержание петиокиси ванадия исодержание металловключений, в пробах металла - содержание ванадия,фосфора, серы и кремния. Отделенныеметалл и шлак плавки взвешивали. Пополученным данным определяли степеньвосстановления ванадия, извлечениеванадия, потери ванадия в виде металловключений со шлаком.В табл . 1 представлена шихта длявыплавки и состав сплавов, отобранных для выплавки ферросплавов, втабл,. 2 представлены состав шихты1081229 Таблица 1 Составы шихты на калошу, кг Вариант Кварцит810295,2 сэот 1до 2 Кокс Магнезитовыйпорошок Стальнаястружка Баритовая руда Влага на ув- лажне- ние Известь Нолукокс 20 1 300 2 300 3 300 15 10 30 45 100 80 10 100 0,5 10 100 70 известныйй 1,5 25 120 100 140 300 5 ЗОО 6 300 20 12 32 2350 100 85 68 1,5 0,5 0,3 100. на плавку и показатели выплавки ферросиликованадия.В табл. 1 и 2 первые 4 варианта соответствуют вариантам плавок предложенного состава (варианты 1-3) и известного (вариант 4). Варианты 5 и 6 выполнены с получением и использованием для выплавки ферросиликованадия сплавов, содержащих те же компоненты, что и в предлагаемом сплаве, но с их содержанием, выходящим 1 О за рамки заявленных: ниже нижних пределов содержания Са, Ва, М 8 и Нвариант 6 ) и выше верхнего предела их содержания вариант 5.В табл. 2 извлечение ванадия представлено по каждому варианту в двух цифрах: расчетное, т.е. подсчитанное ,из условия, что весь ванадия, не попавший в шлак, находится в металле и Фактическое - с учетом оседания 20 части ванадия в виде карбида на подину, подсчитанное по количеству ванадия в годном металле.Иэ табл. 2 видно, что количество невосстановленного ванадия в шлаке при использовании предложенного сплава сократилось на 0,785-0,9 кг/т по сравнению с использованием известного сплава. Осадительная способность определено по количеству30 металловключений в отвальном шлаке ) на 1,213-1,828 кг/т шлака выше, чем при использовании известного сплава. Содержание в металле серы в 17-70 раз и фосфора в 5-8 раз меньше при использовании сплава предложенного состава, чем сплава по известному составу.Иэ приведенных данных видно также, что при содержании компонентов, выходящих за рамки заявленных (варианты 5 и 6), показатели процесса значительно хуже и близки к показателям, достигнутым по известному составу (4 вариант ), а именно степень восстановления соответственно 99,333 и 99,41, фактическое извлечение 91,53 и 92,1 содержание фосфора 0,04 и 0,038, содержание серы 0,006 и 0,006, т.е, при выходе содержаний компонентов эа рамки заявленных - положительный эффект не достигаетсяЭкономия при выплавке.ферросплавов с использованием предлагаемого сплава достигается за счет снижения потерь восстанавливаемого элемента со шлаком в восстановленном и невосстановленном виде и за счет повышения качества получаемого ферросплава,Ожидаемый экономический эффектпри использовании предлагаемогосплава для выплавки ферросплавов илигатур на основе кремния составит25 тыс.руб. в год.1081229 Продолжение табл. 1 Вариант Составы сплава, % Уе (по разо ности Ва Н 57,5 2,5 0,01 2,5 125 791 0,9 2,5 2,5 0,0051 0,0005 94,7 03 01 0,05 3,85 4извест- ный 59,5 0,5 13 27,028,99 Нет Нет 5,5 5 54,1 2,8 5,7 2,9 95,7 ф 0,8 0,2 0,05 0;03 3,27 Полученный сплав для увеличения содержания водорода подвергалсядополнительно водной грануляции . ф Варианты 5 и б выполнены с получением сплавов, содержащих те жкомпоненты, что и в испытуемых (варианты 1-3),но с их содержанием, выходящим за рамки заявленных (ниже нижнего и выше верхнего пределов) . Таблица 2 Содержание в металле, % Состав вахты на плавку,кгПолученос плавки,кг Вариант Иа Шлакталл г 1 дТ Иэвесть Плавн"ковайваат Сплав 1080 120 600 1980 1860 1900 12,88 51,2 О31 35,6 0006 0,0002 1440 160 800 1200 1115 2470 28,76 52,8 0,20 18,1 0,005 0,0001 16 го 18 о 900 9 оо 87 о г 71 о 41,24 54,3 0,16 4,о о;ооВ о,оо 04 4иэвеатиый 1440 160 800 1200 1110 2460 28,12 52,9 0,24 18,6 0,040 0,007 120 120 600 .1980 3850 1910 12,71 51,0 0,33 35,9 0,040 0,006 180 180 900 900 860 2700 41,27 548 0,14 37 0,038 0006 етттттфтт ет т тте ттттттттттеетттеетт тттт еЗехни- ческая пятнокись вава- . ДЯЙ 0,0007 0,0120 0,0003 27,49 13,7510 1081229 Продолжение табл. 2 Потери ванадия со шлаком, Степень вос кг/т становления У 20, фСодержаниев шлаке,Извлечениеванадия в металле, % Вариант етал- овклю- чений Сулюларные Расчетное Факти- чесоке ловключений ) 0,03 0,153 0,168 0,197 0,365 98,875 99,73 . 93,25 0,01 0,117 0,056 0,336 0,392 99,96 99,76 93,62 0,02 0,197 0,112 0,812 0,924 .99,92 99,35 93,11 4Известный 0,17 0,72 0,953 2,025 2,978 99,31,5 97,86 91,12 0,16 0,70 0,897 0,890 1,787 99,333 98,67 91,53 0,15 0,68 0,841 2,806 3,647 99,41 99,05 92,10 ф Содержание компонентов в металловключениях принято равным содержанию их в основном металле.Варианты 5 и 6 выполнены с использованием сплавов, содержащих те жекомпоненты. что и в испытуемых сплавах вариантов 1-3, но с их содержанием, выходящим за рамки заявленных ниже и выше верхнего пределов. Редактор Г.Волкова Заказ 1481/24 Тираж 603 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5