Способ получения хромоникелевого сплава

(5 ЛТЕНТНОГ ГОСУДАРСТВЕННО ВЕДОМСТВО ССС (ГОСПАТЕНТ ССС РЕТЕНИ ТЕНТУ У ОПИСАНИЕ(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХРОМОНИКЕЛЕВОГО СПЛАВА Изобретениелургии, конкретнсплавов, в частхромоникелевогостали.Целью изобрстепени переходсей - фосфора, сечения потерь хпрогара ковша, Вникелевого сплавпроплавление широдуговой рафинющейся ваннойполучение низкоуи состоящей из хкохрома и извест относится к черной метале к производству ферроности к производству сплава для легирования етения является снижение а в сплав вредных примеры и углерода - без увели- рома и предотвращения Способе получения хромов, включающем загрузку и хты в две стадии в электировочной печи с наклоняшихты, рассчитанной на глеродистого феррохрома ромовой руды, ферросилии, дополнительно вводят в(57) Использование: изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству хромоникелееого сплава для легирования стали. Сущность изобретения; на обеих стадиях сначала в печь загружают и разравнивают на подине металлический никельсодержащий материал. Затем покрывают его ферросиликохромом и после набора токовой нагрузки загружают смесь хромовой руды и извести, Известь е шихту первой стадии вводят с избытком 10-20% против рассчитанного количества на получение низкоуглеродистого феррохрома, а ферросиликохром в количестве 10-200 от загруженного вводят в расплав после проплавления шихты первой стадии, Расплав из печи после окончания второй стадии выпускают в ковш после слива из него шлака первой стадии в последовательности: вначале шлак, затем сплав. 2 табл,шихту на обеих стадиях металлический никельсодержащий материал в количестве, обеспечивающем получение сплава требуемого состава, выпуск после проплавления шихты первой стадии в стальной ковш шлака, а после проплавления шихты второй стадии шлака и сплава отделение сплава от шлака после выдержки,Цель достигается тем, что на обоих стадиях вначале в печь загружают и разравнивают на подине металлический никельсодержащий материал, затем покрывают его ферросиликохромом и после набора токовой нагрузки загружают смесь хромовой руды и извести, при этом известь в шихту первой стадии вводят с избытком 10-20против рассчитанного количества на получениенизкоуглеродистого феррохрома, после окончания проплавления шихты, загруженной на первую стадию, а расплав вводят дополнительно ферросиликохром в количестве 10 - 20;4 от загруженного, а расплав из печи после окончания второй стадии выпускают в ковш, после слива из него шлака первой стадии, в последовательности: вначале шлак, затем расплав,Способ осуществляется следующим образом, В печь после выпуска шлака и сплава и возврата в первоначальное положение наклоняющейся ванны на первой стадии загружают и разравнивают на подине металлический никель, содержащий материал (например, никелевую стружку, отходы от обдирки слитков хромникелевых сталей и т.п,), Затем загруженный никельсодержащий материал покрывают ферросиликохромом ( 40;6 Я 1,30; Сг), зажигают на загруженном материале электрические дуги и набирают токовую нагрузку, Поверх заданного в печь ферросиликохрома к электродам загружают смесь хромовой руды и извести (90 - 95;ь СаО) при соотношении ферросиликохрома и хромовой руды, обеспечивающем получение низкоуглеродистого феррохрома, а извест.и на 10 - 20 Д больше, чем это необходимо для его получения, и далее ведут плавление загруженной шихты. В процессе плавления электроды находятся сначала над ферросиликохромом и при дальнейшем плавлении - в рудноизвестковом расплэве над металлической составляющей проплавляемой шихты, При этом в процессе плавления образующийся металлический расплав в верхней части значительно насыщен кремнием, что препятствует переходу в него углерода электродов.Кремнистый металлический расплав взаимодействует с оксидным расплавом (рудноизвестковым расплавом) только на границе йх контакта, т,е. восстановительные процессы проходят в диффузионном режиме. Рудноизвестковый расплав с избытком извести достаточно тугоплавкий и вязкий и диффузия в объеме расплава в этих условиях затруднена. Поэтому в процессе взаимодействия с кремнием металлического расплава идет восстановление хрома в нижних горизонтах оксидного расплава. Эти горизонты оксидного расплава достаточно быстро обедняются по содержанию оксида хрома и во взаимодействие с кремнием вступает оксид кальция4 СаО+ ЗЯ 1 = СаЯ 12+ Сэз 02 Я 102 (1) Образующийся силицид кальция не растворяется в ферросиликохроме вследствие45 50 55 жидким металлическим расплэвом не происходит вследствие избыточного содержания в нем кремния. Твердые частицы всплывают через слой металлического расплава и при контакте с образующимися не- металлическими включениями - СазР 2 и СаЯ - выводят их в оксидную фазу, чем достигается значительное очищение сплава от ЯиР.После окончания плавления заданной на первой стадии шихты полученный оксидный расплав обогащен недовосстановленным хромом, хотя в металлическом расплаве содержится в достаточно большом количестве кремний. Для снижения содержания оксида хрома в оксидный расплав вводят дополнительно ферросиликохром в снижения концентрации кремния в нем в процессе восстановления. Однако при наличии в металлическом рэсплэве никеля идет взаимодействие силицида кальция с ним с образованием Сай 1 г и М 12 Я 1СаЯ 1 р+ 981= Сай 15+ 2 МЫ 1 (2)которые хорошо растворяются в никельсодержащем сплаве.Образующийся по реакции (1) Сэз 02 х 10 хЯ 102 при взаимодействии с Р и Я оксидногорасплава и растворенный в нем углеродом электродов образует фосфид, сульфид и карбид кальция, которые усваиваются шлаком:3(сэз 02 Я 102) + 2 Р = Сэзр 2 115 + 3(2 СаО Я 102) . (3)Саз 02 Я 102+Я= СаЯ+2 СаО Я 10 (4) СазО Я 10 г+ 2 С = СаС+.+2 СаО Я 102 (5) Аналогичные соединения образуютсяпри,взаимодействии примесей - фосфора, серы и углерода - с кальцием дисилицида кальция, количество которого превышает необходимое для прохождения реакции(2).Дисилицид кальция обладает ограниченной растворимостью в сплаве и, вследствие более низкой плотности, чем сплав, концентрируется на поверхности раздела металл-шлак, Это обуславливает снижение перехода вредных примесей - фосфора, серы и углерода - в сплав из оксидной фазы, а также способствует выведению этих элементов в оксидную фазу, если они привнесены в металлический расплав металлическим никельсодержащим материалом и ферроси ликохромом.В случае использования в качествеметаллического никельсодержэщего материала отходов от обдирки слитков хромо- никелевых сталей, содержащих в 40 значительном количестве частицы абразивного материала (корунда, карборунда), взаимодействие этих тугоплавких частиц сколичестве 1 О;4 от загруженного на первую стадию. В процессе перемещения частиц ферросиликохрома через слой оксидного расплава он плавится и. взаимодействуя с оксидом хрома восстанавливает его,Полученный после окончания первой стадии плавки шлак содержит оксид хрома в пределах 3 - 4 ь, что несколько ниже его содержания при проплавлении шихты, предназначенной для выплавки низкоуглеродистого феррохрома (за счет увеличения количества шлака из-за увеличения навЕСки извести), и обеспечивает степень перехода хрома в сплав на уровне, достигаемом при выплавке низкоуглеродистого феррохрома, Содержание же оксида кальция несКолько выше (54 - 57 О при 48 - 52 О в шлаке низко- углеродистого феррохрома), что делает шлак более тугоплавким, чем при производстве рафинированного феррохрома (1 пл.1650 С - 1700 С против 1600 С для шлака производства рафинированного феррохрома).После завершения первой стадии плавки ванну печи наклоняют и шлак сливают в стальной ковш, Шлак первого периода с повышенным содержанием СаО создает гарниссаж с высокой огнеупорностью и стойкостью к размыванию, а также к взаимодействию с жидким сплавом.Это обстоятельство предупреждает прогары стальных ковшей при выпуске в них металлического расплава. После затвердения на стенках ковша 10 - 15 О от массы выпущенного в него шлака первой стадии жидкую часть оставшегося шлака сливают (обычно перед выпуском из печи шлака и металла после окончания второй стадии плавки),После слива в ковш шлака первой стадии плавки печь возвращают в горизонтальное положение и начинают загрузку шихты нэ вторую стадию плавки в порядке, аналогичном загрузке на первую стадию, Количество загружаемых металлических никельсодержащих отходов, ферросиликохрома и хромовой руды аналогично загружаемым в печь на первую стадию, но без дополнительного введения в расплав ферросиликохромэ. Количество извести в шихте без избытка, Т,е, ферросиликохром; хромруду и известь на вторую стадию задают в соотношении, обеспечивающем получение низкоуглеродистого феррохрома.Плавление шихты, заданной на вторую стадию, проводят аналогично первой стадии. В процессе проплавления шихты второй стадии проходят те же процессы, что и в первой стадии, что препятствует переходустадии плавки, так как содержание оксида 10 кальция в нем меньше(48-52 оь), т.е, на уровне шлака производства низкоуглеродистого 15 20 25. включений, которые не перешли в оксидную30 фазу в процессе плавки вследствие малых 35 50 40 45 серы, фосфора и углерода из шихты в образующийся сплав,После окончания второй стадии плавки получающийся оксидный расплав (шлак) обогащен оксидом хрома (при повышенном содержании кремния в металлическом расплаве), но имеет более низкую температуру плавления (1 пл. 1600 С), чем шлак первой феррохрома, Обработку шлака, полученного на второй стадии плавки. дополнительным введением в расплав силикохрома не производят.По завершении второй стадии плавки в ошлакованный ковш после слива шлака первой стадии последовательно сливают из печи вначале шлак, а затем слив. При перемещении жидкого сплава через слой шлака проходит довосстановление хрома из шлака кремнием сплава с получением конечного шлака с содержанием Сг 20 з в пределах 3-4, т,е, на уровне содержаний в шлаке, получающемся при производстве низкоуглеродистого феррохрома. Одновременно проходит очищение сплава от остаточного количества неметаллических размеров, что обеспечивает получение конечного сплава с низким содержанием вредных примесей (взаимодействия с элементами сплава вредных примесей и обратного перехода их в металлический расплав не имеет места, так как они связаны в прочные соединения: карбид, фосфид и сульфидкальция). Затем после выдержки для полноты осаждения капель сплава, шлак из ковша сливают, а сплав разливают в изложницы;При загрузке на обе стадии всех шихты в смеси или, как при выплавке рафинированного феррохрома, загрузке вначале на подину к электродам ферросиликохромэ, а после набора нагрузки - смеси остальных компонентов шихты, примеси усваиваются хромоникелевым сплавом практически полностью,При введении на первой стадии плавки с шихтой извести с избытком менее 10 образующийся шлак имеет низкую температуру плавления и гарниссаж ковша легко размывается кремнистым сплавом, выпускаемым в ошлэкованный ковш после окон-чания второй стадии плавки, что может привести к прогару ковша, Избыток извести в шихте первой стадии плавки выше 20 излишени приводит лишь к дополнительному расходу электроэнергии на плавку,25 сплава проводили в злектродуговой рафинированной печи с наклоняющейся ваннойс трансформатором мощностью 5 МВ. А при 45 50 55 При введении в расплав, полученный после проплавления шихты, загруженной на первую. стадию плавки, дополнительно ферросиликохрома в количестве менее 10 6 от заданного с шихтой в первый период плавки, содержание Сг 20 з в шлаке высокое, что приводит к снижению извлечения хрома, т.к. этот шлак перед выпуском расплава второй стадии из ковша сливается и хром теряется безвозвратно, Количество дополнительно загружаемого ферросиликохрома в конце первой стадии плавки свыше 20% от загруженного с шихтой на первую стадию излишне и практически не приводит к увеличению извлечения хрома в сплаве.Если из ковша перед выпуском в него расплава, полученного на второй стадии плавки, шлак не сливать, а выпуск осуществлять в наполненный шлаком ковш (с установкой последовательно второго ковша для приема избыточного количества шлака при сливе из печи сплава), то часть шлака второй стадии с повышенным содержанием хрома сольется в другой ковш при сливе сплава из печи без довосстановления хрома,что приведет к снижению извлечения его всплав,При совместном сливе шлака и сплава также будет иметь место снижение извлечения, хрома в сплав, так как вследствие уменьшения контакта сплава со шлаком при сливе, довосстановление хрома будет неполным.Выплавка хромоникелевого сплава по предлагаемой технологии позволяет значительно снизить степень перехода в сплав вредных примесей - фосфора, серы и углерода - без увеличения потерь хрома, а также предотвращает возможность прогара ковша при выпуске в него сплава в конце плавки.П р и м е р. Выплавку хромоникелевого напряжении с низкой стороны - 343 В.В качестве шихтовых материалов для проведения плавок использовали:хромовую руду по ТУ 14 - 9-220-86 "Руды хромовые Донского месторождения (для производства феррохрома)" марки ДХ - 1 - 2 с содержанием 49,8% Сг 20 з, 0,004 оР;известь по ВТТ 139 - 1 - 84 "Известь технологическая с вращающихся печей с содержанием 957 О СаО, 0,018 Р, 0,1 Я, 1,1 С; ферросиликохром грэнулированный по ВТТ 139-25-85 "Ферросиликохром" марки ФСХП 48 с содержанием 49,7% 31, 30,2 Сг, 0,03;6 Р; 10 15 20 30 35 40 никельсодержащие отходы, полученные от обдирки слитков хромоникелевых сталей абразивными кругами, содержащие в среднем 91,7 ометаллической составляющей (остальные частицы абразива - карборунда и корунда) при содержании в металлической составляющей в среднем 18,1 М 1, 20,3% Сг, 0.03 оР, 0,11 оЯ, 0,5 С,Плавки по предлагаемой технологии проводили по трем вариантам (по 4 плавки в каждом варианте) с различным количеством избытка извести в шихте первой стадии против рассчитанного на получение низко- углеродистого феррохрома и дополнительно загружаемого в расплав после проплавления шихты первой стадии плавки ферросиликохрома,В плавках 1-го варианта на 4000 кг хромовой руды задавали 3960 кг извести (избыток 10 опротив необходимого для выплавки рафинированного феррохрома) и 1400 кг ферросиликохрома с дополнительным введением в расплав после проплавления шихты 140 кг ферросиликохрома (10 оот загруженного ранее).В плавках 2-го варианта на 4000 кг хромовой руды - 4140 кг извести (15 оизбытка) и 1400 кг ферросиликохрома с дополнительным введением в расплав 210 кг ферросиликохрома (15 оот загруженного),В плавках 3-го варианта на 4000 кг хромовой руды - 4320 кг извести (20 избытка) и 1400 кг ферросиликохрома с дополнительным введением в расплав 280 кг ферросиликохрома (20 от загруженного),. На второй стадии плавок вариантов 1 - 3 задавали на 4000 кг хромовой руды 3600 кг извести (без избытка) и 1400 кг ферросиликохрома без дополнительного введения его в расплав,Количество никельсодержащих отходов на каждую, стадию плавок вариантов 1 - 3 составляло 1200 кг,Состав шихты на плавку рассчитывали из условия, что на получение рафинированного феррохрома следует шихтовые компоненты брать в соотношении хромовой руды, извести и ферросиликохрома 1;0,9;0,25. Для получения хромоникелевого сплава по техническим условиям ТУ 14 - 5-224 - 90 "Феррохром с никелем" марки ФХ 015 Ни 5 расчетное соотношение хромовой руды и металлического никельсодержащего материала было выбрано равным 1:0,3, что обеспечивало получение сплава с содержанием хрома в пределах 52-55 ои никеля не менее 6,Плавки вели в две стадии. В обеих стадиях (после выпуска из печи расплава и возвращения ванны в горизонтальное поло10 ва по предлагаемой технологии при 15 20 жение) в ванну печи загружали на подинуникельсодержащие отходы и разравнивалислоем постоянной толщины. Затем на слойотходов загружали ферросиликохром и на-бирали нагрузку на всех фазах. После набора токовой нагрузки в печь загружали смесьхромовой среды и извести и далее вели проплавление шихты.После окончания проплавления шихтыпервой стадии в расплав загружали дополнительно ферросиликохром, Полученныйоксидный расплав (шлак) сливали в стальной ковш, из которого жидкую часть шлакасливали после выдержки в течение 1 ч,В расплав после проплавления шихтывторой стадии дополнительно ферросиликохром не загружали, а расплав выпускалив ошлакованный ковш в последовательности: в начале шлак, затем сплав,Шлак из ковша после 15-минутной выдержки для осаждения капель металла сливали в шлаковни, а сплав разливали вплоские изложницы. После охлажденияслитки сплава взвешивали, дробили и отбирали пробы на химический анализ, в которых затем определяли содержание Сг, й, 31,Р, Я и С. Прогаров ковшей при выплавкесплава по предлагаемой технологии в течение месяца не имело места. 25 30 35 40 45 50 Характеристики проведенных плавок по вариантам представлены в табл. 1, средние результаты плавок - в табл. 2.Для сравнения в той же печи провели две плавки по прототипу(вариант 4), Загрузку шихтовых материалов на обе стадии плавки осуществляли в последовательности; вначале под электроды загружали ферросиликохром, затем, после набора токовой нагрузки, в виде смеси хромовую руду, известь и никельсодержащие отходы. Плавки вели без избытка извести в шихте первой стадии и без введения в расплав, полученный после проплавления шихты первой стадии, дополнительно ферросиликохрома, Соотношение количеств хромовой руды, извести и ферросиликохрома в задаваемой шихте было аналогичным расчетному для получения рафинированного феррохрома; а соотношение количеств хромовой руды и никельсодержащих отходов аналогично плавкам по предлагаемой технологии. Навеска хромовой руды на обеих стадиях плавок была такой же, как и на плавках по предлагаемой технологии. После окончания 5 плавки шлак и сплав сливали вместе в ковш со шлаком первой стадии плавки без его предварительного слива перед выпуском) с установкой второго ковша под перелив избытка шлака из первого ковша. Характеристика плавок по 4 варианту представлена в табл, 1, результаты одной плавки этого варианта (вторая плавка не исследована, так как во время выпуска из печи в ковш расплава после окончания плавки имел место прогар ковша с выходом расплава на пол) - в табл. 2.Анализ проведенных плавок показывает, что при выплавке хромоникелевого спладостаточно близких содержаниях хрома и никеля содержание вредных примесей значительно снижено по сравнению с плавкой по прототипу. В частности, содержание фосфора ниже в 1,51 - 1,66 раз (более того, содержание фосфора и углерода в плавке по прототипу превышает предельно до-. пустимые содержания по технологическим условиям на сплав 0,05 и 0,15% соответственно), серы ниже в 1,43 - 2 раза, углерода - в 1,57-1,83 раза. При этом извлечение хрома в сплав получено примерно на том же уровне, как по прототипу (некоторое увеличение массы получаемого сплава и за счет этого увеличение извлечения хрома при примерно одинаковом его содержании в плавках по предлагаемой технологии вызвано увеличением количества задаваемого на плавку хрома с дополнительно вводимым в расплав ферросиликохромом и увеличением за счет этого степени восстановления хрома),Важным преимуществом плавок по предлагаемой технологии является отсутствие прогара ковшей, что делает. процесс проведения плавок безопасным и предотвращаетдополнительные потери сплава в результате аварий.Плавки по предлагаемой технологии позволяют получать сплав достаточно стабильного состава, полностью отвечающего требованиям технических условий ТУ 14 - 5- 224-90 "Феррохром с никелем" марки. ФХ 015 Ни 5.Экономия достигается эа счет увеличе" ния извлечения хрома в сплав, отсутствия брака по составу и вызванных этим дополнительных потерь по его переработке, отсутствия прогаров стальных ковшей и улучшения качества сплава,Формула изобретения Способ получения хромоникелевого сплава, включающий загрузку и проплавление в две стадии в электродуговой рафинированной печи с наклоняющейся. ванной шихты, рассчитанной на получение низкоуглеродистого феррохрома и состоящей иэ хромовой руды, ферросиликохрома и извести, с дополнительным введением в шихту1804490 12 Таблица 1 Характеристика плавок хромоникелевого сплава по вариантам Заг жено шихты Коли- чество ВариантНа пе в ю ста ию плавки плавок в вари- анте е осиликох ома извести хромовой руды, кг Дополнительно в расплав после проплавления шихтывеличина избытка против рассчитанного на получение низкоуглеродистого феррох ома в шихту, кг всего,кгкг кг 1400 1400 1400 1400 360 540 720 3960 4140 4320 3600 10 15 20 140 210 280 10 15 20 4 4 4 2 1200 1200 1200 1200 4000 4000 4000 400 1 2 3 4 (прото- тип Продолжение табл, 1 Загоужено шихты Порядок выпуска расплава в ковш после окончания второй стадии плавкиВариант На вто ю ста ию плавки ферроси- ликохрома, кг хромой ру- извести, кг ды, кг металлического никельсодержащего материала (никельсодержащих отходов от обдирки),кг 3600 3600 3600 3600 1200 1200 1200 .1200 1400 1400 1400 1400 4000 4000 4000 4000 Вначале выпускают в ошлакованный ковш шлак, затем сплав В ковш без слива выпускают совместносплав и шлак 1 2 3 4 (прото- тип на обеих стадиях металлического никельсодержащего материала в количестве, обеспечивающем получение сплава требуемого состава, выпуск шлака после первой стадии в ковш, а после проплавления шихты второй стадии выпуск шлака и сплава в ковш и отделение сплава от шлака после выдержки, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения степени перехода в сплав вредных примесей фосфора, серы и углерода без увеличения потерь хрома и предотвращения прогара ковша, на обеих стадиях вначале в печь загружают и разравнивают на подине металлический никельсодержащий материал. затем покрывают его ферросиликохромом и после набора токовой нагрузки загружают смесь хромовой руды и извести, при этом известь в шихту первой стадии 5 вводят с избытком 10 - 20 против рассчитанного количества на получение низкоуглеродистого феррохрома, а ферросиликохром в количестве 10-20 от загруженного вводят в расплав после проплавления шихты 10 первой стадии, расплав из печи после окончания второй стадии выпускают в ковш, после слива из него шлака первой стадии в последовательности: вначале шлак, затем сплав. металлического никельсодержащего материала (ни- кельсодержащих отходов от обдирки слитков), кг1804490 Тэбпипа 2 Средние показатели получения хромоникелевого сплава по вариантам оставитель А, Янковскаехред М.Моргентал едактор А. Купрякова ректор Н. Г аказ 1071 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10