Способ получения сплава на основе кремния, кальция, алюминия и железа

) СПОСОБ ПЕ КРЕМНИЯЕЛЕЗА57) Изобретение отнодству ферросплавоволучению сплавов наия, кальция, алюминель изобретенияости летки, сниженитрудозатрат на очишлака, повьппение сте ПЛАВА А 1 ПОМИН сится к произ- конкретно к основе кремя и железа, величение стой простоев печи тку ковша от ени восстановСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Челябинский ордена Ленидена Трудового Красного Знамометаллургический комб(56) Авторское свидетельствоУ 214563, кл. С 22 С 33/04,Авторское свидетельство ССВ 1109458, кл. С 22 С 33/04,Сталь 1981, У 7, с. 42. ления кальция. После выпуска расплавов из печи перед началом загрузкисмеси шихтовых материалов на плавкуна поверхностьколошника к электродам единовременно загружают дополнительную порцию кокса в количестве,обеспечивающем общий избыток восстановителя - углерода на плавку 30-403.В ковш, устанавливаемый под выпускрасплавов, загружают кремнеземсодержащий материал в количеств . 0,05-.0,06 от навески извести, задаваемойна плавку. Кусковой алюминий вводягв ковш на кремнеземсодержащий материал непосредственно перед выпуском расплавов и далее на него выпускают из печи сначала шлак, эатем -металл. Для получения сплава с регламентированным содержанием алюминияколичество выпускаемого из печи металлического расплава за один выпускрегулируют установкой ковша с известной тарировкой, а алюминий вводятс 15-207.-ным избытком против требуемого при полном усвоении его металлическим расплавом, 1 з.п. ф-лы,2 табл.Изобретение относится к чернойметаллургии, конкретнее к производству ферросплавов в частности к производству сплавов на основе кремния,кальция, алюминия и железа,Цель изобретения - увеличениестойкости летки, снижение простоевпечи и трудозатрат на очистку ковшаот шлака, ловьппение степени восстановления кальция,Сущность изобретения заключаетсяв следующем.В начале плавки перед загрузкойсмеси шихтовых материалов на плавкуна поверхность калошника к электродам производят загрузку .(равномерно по всем электродам) дополнительной навески кокса, Величину ее определяют иэ расчета избытка восстановителя - углерода на планку, на 3040% превышающего необходимое дляполного восстановления элементов изоксидов по стехиометричскому сооношению. На кокс загружают (по мерепроплавления) смесь шихтовых материалов, предназначенных на плавку.7 емпература в печи в зоне карборундовых тиглей (в зоне плавления,достигает 2000-2100 С. При попадании кокса в зону плавления совмест".но с шихтой идет интенсивное образование карбида кальция,. который, растворяясь в известково-силикатном шлаке, повышает его температуру плавления. Одновременно избыточным углеродом идет восстановление части кальция и кремния из оксидов шлака, Образование карбида кремния в этих условиях не происходит, так как обязательным условием для прохожденияэтой реакции наряду с избытком углерода является пониженная (16001700 С) температура, В данных условиях в зоне плавления происходит разрушение карбида кремния в результате взаимодействия его с оксидами иобразуется металлический расплав.Взаимодействие кокса с оксидамиидет продолжительное время, практически до конца плавки, что способствует формированию в течение всейплавки вязкого карбидо-известковосиликатного шлака,Образовавшийся шлак имееп плотность меньше плотности металла и находится на его поверхности, Для вы"пуска шлака летку разделывают та-"ким образом, чтобы в первую очередьвьппел шлакВязкий Р 3 зк д сгмГп:ннь 15 20 5 Ъ 35 40 45 5 О Б карбидами кальция, .текал по графитовой футеровке летки, практически 1 Р взаимодействует с ней попадая Б зову более низких темпсратур настывает на футеровке летки, обеспечивая ее сохранность,К концу выпуска плака из лечи очко летки прожигают вниз для выпуска металла, чем н достигается последовательность выпуска из печи расплавов,Выпуск расплавов иэ лечи осуществляют в горячий (от предь 1 дущеговыпуска или нагретый газом) футерованный графитовой плиткой ковш,Перед установкой ковша под выпуск надно загружают кремнеземсодержащийматериал, крупностью до 10 мм(кварцевый песок, отсевы кварцита)в количестве 0,05-0,06 от навескиизвести, задаваемой на плавку, Кремнеземсодержащий материал в ковше разравнивают и на его поверхность равномерно укладывают кусковый алюминий(обычно з виде чушек), Загрузку аломиния в коны осуществляют непосредственно перед выпуском шлака из печи, чтобы предотвратить возможностьего предварительного нагрева до контакта со шлаком.Для получения сплава с регламентированным содержанием алюминия подвыпуск расплава устанавливают ковшс известной тарировхой. установлено,что количество получающегося привыплавке и выпускаемого в ковш шлака достаточно стабильно и определяется расходом на плавку извести (в пределах 2 О% от мас ы заданной извести).,Это дает возможность с достаточно высокой точностью выпуститьтребуемое количество металла. Регулирование массы выпущенного в ковшрасплава осуществляют по уровню егов ковше, имеющем тарировкуПри необходимости прекращают выпуск расплава в ковш перекрытием летки,Количество вводимого алюминия рассчитывают из условия 15-20% избыткаот требуемого для получения сплавас заданным его содержанием. Этот избыток установлен практически и определяется угаром алюминия. При этомобязательно учитывается содержаниеалюминия в металле, выпускаемом иэпечи и содержание алюминия в используемык кусках ,чушках),Ил"-"хпопадая я оьш соприеасас материалами .лмеющт,"ми юначи -(5) (б) СаО+3 С=СаС+СО; 2 А 1+Са=СаА 1,или суммарной реакциейЬА 1+2 СаО+СаС =ЗСаА 1 +2 СаО . (7) Особенностью процесса является то, что в результате не образуется оксид алюминия. Алюминий только 40 связывает восстановленный кальций в диалюминид, т.е. участвует в процессе как катализатор. Процесс разжижения шлака описывается реакциями: 2 СаО+80 в - 2 СаО 810, (8)2 Са 0810 +80 =2(СаОБдО ), (9)В ходе этих реакций идет интен сивное разжижение шлака за счет снижения содержания в нем СаО и СаС (реакция 7) и увеличения содержания БьО (реакции 8 и 9) с одновременным образованием алюминида кальция (реакция 7). Выделяющийся при этом газообразный СО перемешивает расплавы и интенсифицирует процесс,тельно меньшую температуру (стенки ковша, чушки алюминия, кремнеземсодержащий материал), настывает на них и цементирует чушки алюминия, предотвращая их всплывание, Алюминий обладает высокой теплоемкостью, благодаря чему не происходит его немедленного расплавления и перемещения на поверхность шлака. После расплавления алюминий продолжает оставать ся в твердой шлаковой оболочке, покрывающей чушки алюминия.По мере расплавления и разогрева алюминий начинает взаимодействовать с оксидом и карбидом кальция шлака, 15 Одновременно благодаря выделяющейся теплоте восстановительных реакций в зоне контакта начинаются реакции взаимодействия оксида кальция шлака с кремнеземом с образованием извест ково-силикатного расплава, понижающего температуру плавления шлака.Восстановительные процессы, проходящие в зоне контакта алюминия со шлаком, описываются реакциями: 25 Образующийся сплав Н 1-СаА.". имеет плотность, меньше плотности шлака, ц по мере образования жидко- подвижной шлаковой фазы, всплывая в объеме шлака, продолжает играть роль восстановителя, ускоряет образование жидкоподвижной шлаковой фазы. Разжижение шлака продолжается и в зоне днища ковша эа счет взаимодейст- вия шлака нового состава с кремнеземом.Этот процесс прекращается,. как только в ковш начинают сливать металл, имеющий плотность, выше плотности шлака. На дне ковша он вытесняет жидкий шлак и ра:жижение шлака кремнеземом прекращается.Реакции (7) не прекрашаются и после начала попадания металла в ковш, Струя металла, сталкиваясь с всплывающим расплавом РЗ.-СаАЗ., растворя" ет его и восстановительные процессы начинают перемещаться в толще шлакового распгава сверху вниз, так как плотность получающегося сплава выше . плотности шлака. После разделения шлака и сплава восстановительныепроцессы продолжают идти на границе Раздела металл - шлак, т.е. между обраэовавшимся шлаком и полученным сплавом, а также между первичным шлаком, настывшим на стенках ковша и.контактирующим сплавом.Так как восстановительные процес-, сы не сопровождаются насыщением шла" ка глиноземом, то реакции могут проходить практически до полного взаимо . действия, не связанного с кальцием алюминия, содержащегося в сплаве, с оксидами и карбидами шлака. После окончания выпуска из печи расплавы выдерживают в ковше в течение 10-15 мин. За это время проходит практически полное разделение металла и шлака, достаточно полное разрушение шлакового гарнисажа,Затем шлак отделяют от сплава, Отделение может производиться либо сливом, либо загущением (обычно используют вначале первое, затем, для полного предотвращения попадания шлака в слитки разлитого сплава, второе). Далее сплав разливают в металлические изложницы, с боковых стенок ковша очищают остатки загущенного шлака. Кольцевая пленка внутри ковша легко удаляется без разрушения футеровки, после чего раэби 1 276680вают прутом корку цл дне ковша Ос -тавшаяся засыпка рассыпается и хор;.шо удаляется из ковша, В результатеполезная емкость ковша почти неуменьшается и он готов для осуществления следующего выпуска расплаваиэ печи, При введении в печь послеокончания выпуска металла предыдущей плавки на поверхность колошникак электродам дополнительной навески кокса в количестве, обеспечивающем общий избыток восстановителяуглерода на плавку в размере менееЗОБ по сравнению со стехиометрически необходимым на полное восстановление элементов иэ оксидов, в шлакеобразуется мало карбида кальция. Онполучается жидкоподвижным, что вызывает интенсивное разрушение футеровки летки и преждевременный выход ее 20из строя, Жидкий шлак., попадая вковш с алюминием, не удерживает егона дне. Ковша,;Алюминий всплывает наповерхность шлака в виде жидкогорасплава, Металл при выпуске из печи проходит через слой алюминия, раСтворяя его. В ковше образуетсятройной расплав, а з верхней част;:сплав обогащенный алюминием, имяющий плотность, меньше плотностишлака. Это приводчт к потерям ал.о:ния и восстановленного им кальция чне обеспечивает ни увеличенияни восстановления кальция в сплэ:е,ни регламентированного в нем содержания алюминия,Увеличение загрузки дополнительной навески кокса на плавку более403, приводит к получению очень вязкого шлака, который плохо выходит иэ40печи, приводя к нарушению хода печии,преждевременному выходу ее изстроя.Если на дно футерованного ковшазадать кремнеземсодержащий матери ал в количестве менее 0,05 от навески извести на плавку, то Он полностью размывается шлаком, при этомизнашивается футеровка ковша.Увеличение навески кремнеэемсодер-. 50 жащего материала более 0,06 навески извести на плавку нецелесообразно,.так как приводит к излишнему его расходу и уменьшению полезной емкости ковша, Совместный ввод на дно ковша кремнеземсодержащего материала и а 1,ю: миния также ведет к размыванию футеровки днища, ввод в ковш -.Качал: алюминия и затем крем еземсодержа=щего материала гриводит к расплавлению и выходу алюминия на поверх"ность шлака прч его выпуске в ковш.Это же получается, если алрмцнийзадать в горячий ковш задолго до выпуска из печи шлакаПри использовании для выпуска шла.ка холодного ковша из-эа намерэанияувеличенного гарнисажа ухудшаютсяусловия развития реакций (1-9), Эффект размывания шлака не достигается,и сплав плохо насьшается алюминием.Практикой установлен оптимальныйонагрев ковша ча уровне 800-1000 Сперед началом выпуска шлака,Если выпуск из печи металла и 1 плака осуществлять совместно, то алюминий всплывает на поверхность шлака,потери его увеличиваются, не растетстепень восстановления кальция исодержание алюминия в сплаве нижетребуемого П р и м е р. Предлагаемый способвыплавки сплава на основе кремния,кальция, алюминия и железа (силикокальция с алюминием, провели в промышленной печи с мощностью трансформатора 15 МВ, А, Плавки. вели на Э-йступени напряжения (141,5 В),Использовали кварцит, содержащий9627, БЫ., 17 А 1 Оз, шахтную известь с содержанием СаО 95,67 коксовый Орешек марки КОс содержанием влаги 147., углерода в твердом87 Ж и золы 137 (А 10 э в золе 18 Х),древесный уголь использовали с содержанием влаги 5 Е и углерода в твер.дом 70 Е, металлическую стружку 9 1группы 14 А с содержанием железа 907,(остальное влага и масло)Для введения н ковш использовалиОтсевы (фракция менее 10 мм) кварци"та и чушковый алюминий марки АВ с содержанием А 1 98,17.Расход материалов для получениясплавов представлен в табл. 1, технико-экономические показатели промышленных плавов в табл. 2.Из сравнительных результатов выплавки сплава (силикокальция с Злюминием) о предлагаемому и известному способам следует, что преждевременный выход иэ строя футеровки летки на плавках по прототипу вызываетснижение прои в цч еьнощ ги печичет увеличрния горячих простоевна замену футеровки до 207. В плавкахпо ггред.:гагаемоггу способу стоггксс;";., летки высокая. Показатель сниженияпроизводительности печи меньше в 9-13 раз уменьшаются эатратьг труда и материалов иа футеровку летки, 5 Малый износ футеровки летки печи на плавках практически полностью исключает аварии в результате проедания летки, в то время как в плавках по известному способу такие проедания в 1 О практике имеют. местоСкорость эарастания ковгпа шлаковым гарниссажем в 6-7 раз ниже, чем на плавках по известному способу, что во столько же раз снижает трудозатраты на очистку гс ковшей. Легкость очистки днища ковша не вызывает,как в известном способе, разрушения футеровки при удалении шлака, Выход сплава с плавки за счет зарастания ковша шлаковым гарнисса) жем в плавках снижается на 9,2-9,7 ь в кампании из 20 плавок против 30,0- 34,9 в кампании иэ 1 О плавок по известному. Степень восстановления кальция и переход его в сплав наЭ 1 12,9-16,3 Е выше. Отклонение содержания алюминия в плавках от регламентированного не превьппает 6,77. относительных, в то время, как в плавках по известному способу это отклонение достигает 18,3 и 207.Средняя степень перехода алюминия в сплав на 20,8-30,67 выше, чем в вариантах по известному способу (аб 35 солютная величина степени перехода А 1 в плавках вьппе ста процентов эа счет того, что при расчете не учитывался алюминий, восстановленный из шихты).Зкономия при выплавке сплава по предлагаемому способу достигается за счет увеличения производительности плавильной печи, повьппения извлечения кальция в сплав, снижения рас" хода электроэнергии на производство единицы базового сплава, увеличения степени перехода в сплав алюминия, сокращения расходов и трудовых эатрат на ремонт лсггг и очистку ковшей от шлака и их ремонт,Формула изобретени я1, Способ получения сплава на основе кремния, кальция, алюминия и железа углетермическим процессом,включающий загрузку шихтьг на поверхность калошника рудно-термической электропечи и непрерывное ее проплавление, периодический выпуск иэ печи в горячий футерованныгг ковш шлакового и металлического расплавов, ввод в металлический расплав алюминия, выдерж ку расплавов в ковше, отделение шлака и разливку сплава, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения стойкости летки, снижения простоев печи и трудозатрат на очистку ковша от шлака, повышения степени восстановления кальция, после выпуска расплавов из печи перед началом загрузки смеси шихтовых материалов на плавку на поверхность колошника к электроцам производят единовременную загрузку дополнительной навески кокса в количестве, обеспечивающем общий избыток восстановителя - углерода на плавку 30-407 по сравнению со стехиометрически необходимым Для пслного восстановления элементов из оксидов, а в ковш, устзггавливаемый под вьгпуск расплавов, загружают кремнеземсодержащий материал в количестве 0,05-0,06 от навески извести, задаваемой на плавку, кусковый алюминий вводят в ковш на кремнеэемсодержащий материал непосредственно перед выпуском расплавов и далее на него выпускают из печи сначала шлак, затем - металл.2, Способ по п, 1, о т л и ч аю щ и й ся тем, что количество выпускаемого иэ печи металла за один выпуск регулируют установкой ковша с известной тарировкой, а алюминий вводят с 15-207.-ньпг избытком против требуемого при полном усвоении его металлом.176680 о ед Ф ю о ю 61 х Юдо нд Юо о .х к к е х ох. Ф к О1, х о й 0 З С од фо о х о во в о 13 ц ф )хгье о а.хкц к хо а ежоц л л ае маВх оЭ ХИ Э с;э а1 Э Вцооц 1млм 0+1 01 Ос 0 ф Ф ссс О ф.Ф М Ос сф оО 0 н К м Э В Э сс Ххо Ц о ц ссФ Ф сс ссс 1 фФ л 1мфгй мЛ ссс сч 1Ь л сО ссс сс и сс,т лсо ф 01со офс соо о фох х вво Мом 1 1Ц Вцо а хе хцаххомммв оо л и сч о сч счо осч омсч сч 1 оо ф счФ сч 1 оо ф л сч о сч сч о о1О1О 1.11 В .мцох аЭОЭОЭ о сч а Э о х оча сч о 5 с. 1. Э о 3 о що о ах э н Э 1 Ц а Э О Вэ с ц ххц хн ХЭОЭО ц ас. В 010 5 ос.До со