ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БАРИЙСОДЕРЖАЩЕГО СПЛАВА Российский патент 1994 года по МПК C22C1/02 C22C35/00 

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к получению модифицирующих и раскисляющих ферросплавов, содержащих барий и другие элементы.

Известна шихта для получения сплава бария с кремнием, содержащая, мас.% : Барит 24-30 Кварцит 32-48 Углеродистый восстановитель 6-20 Карбид кремния 8-32
Недостатками указанной шихты являются: - в шихте использованы дефицитные материалы как барит, кварцит и углеродистый восстановитель; - шихта не позволяет широкого варьирования состава полученного сплава, кроме того, процесс получения сплава является довольно сложным и энергоемким.

В качестве прототипа предлагается шихта для получения барийсодержащего сплава, содержащая, мас. % : Баритовая руда 10-40 Кварцит 30-60 Известь 1-13 Коксик Остальное
Недостатками указанной шихты являются: - в составе шихты использованы дефицитные материалы, имеющие широкое применение в различных отраслях промышленности; - в составе шихты в качестве восстановителя используется коксик, который является дефицитным и дорогостоящим материалом, кроме того, коксик является основным составляющим компонентом в процессе агломерации, доменного, сталеплавильного и ферросплавного производства; - состав шихты не позволяет получать сплав с высокой раскислительной способностью, состав получаемого сплава ограничен; - использование известного сплава для раскисления и модифицирования стали возможно только после предварительной обработки ее алюминием, что усложняет процесс и удорожает сталь; поэтому можно утверждать, что модифицирующая способность известного сплава ограничена только наличием бария, причем его воздействие на сталь происходит только после комплексной предварительной обработки. При этом, как правило, сталь обрабатывают последовательно различными сплавами; - шихта не позволяет широкого варьирования состава полученного сплава; известная шихта не позволяет получать комплексные сплавы, содержащие такие раскислители и модификаторы, как Al, Mn и Mg.

Целью изобретения является освоение вторичных ресурсов, повышение раскислительной и модифицированной способности сплава и его удешевление.

Поставленная цель достигается тем, что заявляемая шихта для получения барийсодержащего сплава, включающего барийсодержащий, кремнийсодержащий материалы, углеродсодержщий материал - восстановитель, известь, шихта содержит в качестве барийсодержащего и углеродсодержащего материала-восстановителя - шлам литопонного производства сульфида бария, в качестве кремнийсодержащего материала - гранулированный шлак производства силикомарганца - и дополнительно в качестве восстановителя - отсевы подготовки вторичного алюминиевого сырья, в качестве марганецсодержащего материала - шлам производства электролитической двуокиси марганца, в качестве кальций и магнийсодержащего материала - отсев обожженного доломита - при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%: Шлам литопонного производства сульфи- да бария 7-42 Гранулированный шлак производства силико- марганца 5-12 Отсевы подготовки вторичного алюминие- вого сырья 32-40 Шлам производства электролитической дву- окиси марганца 4-30 Отсев обожженного доломита 3-10 Известь Остальное
Наличие перечисленных признаков позволяет классифицировать заявляемое изобретение как соответствующее критерию "новизна".

Проведенный анализ показал, что заявляемая шихта для получения барийсодержащего сплава обладает существенными отличиями, а указанная совокупность признаков позволяет освоить вторичные ресурсы, повысить раскислительную, модифицирующую способность сплава и снизить себестоимость.

Следовательно, предложенное техническое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Сущность изобретения поясняется на примерах осуществления. Было подготовлено несколько составов шихты, из которых выплавляли барийсодержащий сплав.

Составы шихты приведены в табл.1.

Химические составы шихтовых материалов приведены ниже.

Химический состав шлама литопонного производства сульфида бария (ЛПСБ), мас. % : BaS 10; BaSO₄ 15; BaCO₃ 50; C 12; SiO₂ 10; Fe_общ 3-5; остальное - сульфиды др. элементы. Шлам, содержащий соединения бария, является отходом литопонного производства, который образуется отходом литопонного производства, который образуется в результате гидрохимической обработки сульфидбариевого плава. Указанный шлам не имеет ГОСТ, ОСТ, ТУ и является некондиционным отходом литопонного производства, полностью поступающим в отвал. Количество отходов в отвале накопилось более 1 млн.тонн. Химические составы отсевов подготовки вторичного алюминиевого сырья: а) отсев алюминиевой стружки (ТУ 48-26-52-82), мас.%: Al 40-55; Si 5,6; Mg 0,35; Zn 1,9; Ni 1,2; Mn 0,25; Fe 14-15; остальное - оксиды Al, Fe и др. элементы. б) отход отсева вторичного сырья, мас. %: Al 25-30; Si 6,20; Mg 0,20; Zn 0,80; Ni 0,87; Fe 15-18; остальное - оксиды Fe, Al и др. элементы Металлургический выход 25-30%. Содержание класса (-0,1 м) - 14-30%. Содержание металлического алюминия в классе 0,1 мм 30-35%. Отход отсева вторичного алюминиевого сырья не удовлетворяет ТУ 48-26-52-82 (Министерство СССР, ВПО Союзвторцветмет, СКП1781190013) и представляет на кондицированный отход отсева вторичного алюминиевого сырья. Химический состав гранулированного шлака производства силикомарганца, мас. % : SiO₂ 50; CaO 10; Mn_общ 15; MgO ₃; Al₂O₃ 7,5; P 0,062; S 0,5; Fe - остальное. Гранулированный шлак получается из шлака силикомарганца после его грануляции. Он не имеет ГОСТ, ОСТ и ТУ и является отходом производства. Химический состав шлама производства электролитической двуокиси марганца (ЭДМ), мас.%: Mn 20,5-26,60; SiO₂ 20-21,4; MnO₂ 8,3; CaO 4,80; Ni 0,20; Fe₂O₃ 4,60; MgO 1,20; P 0,30; остальное - сульфиды и оксиды других элементов. Шлам ЭДМ является отходом при электролитическом производстве двуокиси марганца, которое остается в электролизерах. Щлам ЭДМ не имеет ГОСТ, ОСТ и ТУ и является отходом, практически полностью поступающим в отвал. Тем самым усложняется экологическая обстановка на территории, прилегающей к производству ЭДМ.

Химический состав отсева обожженного доломита, мас.%: SiO₂ 2,0; Al₂O₃ 2,0; Fe₂O₃ 0,30; MgO 36,00; CaO 55,00; H₂O 2,20; CO₂ 2,50. Добываемый доломит обжигают в барабанных печах, после обжига рассеивают. Фракцию более 3 мм используют в металлургическом производстве, фракция менее 3 мм является отсевом обожженного доломита, на него не имеется ТУ.

Подготовленные к плавке шихтовые материалы засыпали в бункера дозировочного устройства, откуда при помощи питателей или самотеком их подавали в мерник, установленный на весах. Взвешенные материалы загружали в смеситель, где шихту перемешивали в течение 5-7 мин. Тщательно перемешанную шихту засыпали в графитовый тигель индукционной печи емкостью 2 т. Предварительно тигель был нагрет до 900-950^оС. После заполнения тигля шихтой через 3-5 мин начинался экзотермический процесс, который продолжался в среднем 15 мин. После завершения экзотермического процесса шлакометаллический расплав выдерживали в тигле в течение 10 мин с целью усреднения химического состава сплава и для полного разделения металла и шлака.

По окончанию периода выдержки сплав со шлаком выпускали в кокили при температуре 1400-1450^оС. Весь процесс с момента загрузки шихты в тигель до загрузки новой порции продолжается 28-30 мин.

После завершения процесса кристаллизации сплава кокиль переворачивали, слитки легко отделяли от стенок кокиля. Поверхность металла была чистой. Шлаковый слой на верхней части слитка отделялся от сплава без дополнительной механической обработки. Выход сплава составил 45-55%. Химические составы барийсодержащего сплава и данные по извлечению элементов из заявляемой и известной шихт приведены в табл.2.

При выходе из рекомендуемых в изобретении пределов содержания в шихте исходных шихтовых материалов резко снижаются технологические показатели получения сплава.

При содержании в шихте литопонного производства сульфида бария (ЛПСБ) менее заявляемого, например 6%, значительно снижается степень извлечения бария и она составляет при этом 90,2% (для сравнения для оптимальных пределов этот параметр в среднем составил 96,66%). При этом содержание бария в сплаве уменьшилось на 2,27%.

Это можно объяснить не только недостаточным внесением шламом ЛПСБ основных элементов, но и также тем, что при содержании 6% шлама ЛПСБ вносится незначительное содержание углерода, при протекании процесса выделяется СО в недостаточном количестве для того, чтобы создать эффективную восстановительную атмосферу в реакционной зоне. Это влечет за собой окисление свежевосстановленного бария и других элементов кислородом как из атмосферы, так и из окислов шихты.

При содержании шлама ПСБ более заявляемого, например 43%, процесс восстановления затруднен, реакционная зона разбивается на отдельные участки, процесс идет неровно, это влечет за собой образование вязкой, гетерогенной среды непосредственно в зоне экзотермического процесса. Основные элементы теряются в непроплавленных зонах и, как, следствие, извлечение этих элементов падает. Так, например, извлечение бария составляет всего 80,8%, кремния 81,5% , кальция 48,4%, магния 52,5%. При содержании в составе шихты гранулированного шлака производства силикомарганца менее заявляемого, например 4% , ухудшается экзотермический процесс из-за снижения газопроницаемости шихты, происходит бурное выделение газов в локальных зонах, а не по всему объему шихты, эти потоки газов увлекают за собой мелкие фракции шихтовых материалов, они выбрасываются из печи, значительное количество шихты 4-5% теряется.

При содержании гранулированного шлака производство силикомарганца более заявляемого, например 13%, ухудшается процесс шлакообразования, шлак становится гетерогенным, затрудняется отделение металла от шлака и значительное количество сплава (5%) теряется в шлаке.

При содержании в шихте отсевов подготовки вторичного алюминиевого сырья менее заявляемого, например 31%, не обеспечивается проведение экзотермического процесса. Процесс начинается на стенках тигля и не охватывает весь объем, образуются непроплавленные очаги и для расплавления требуется дополнительный расход электроэнергии, увеличивается продолжительность плавки на 15 мин, расход электроэнергии увеличивается на 10-12%.

Содержание отсевов подготовки вторичного алюминиевого сырья более заявляемого, например 41% , приводит к чрезмерно бурному развитию экзотермического процесса, которое протекает с большими выбросами и значительное количество шихты (10%) теряется при этом.

При содержании в заявляемой шихте шлама производства электролитической двуокиси марганца (ЭДМ) менее заявляемого, например 3%, восстанавливается недостаточное количество Mn, которое необходимо для наиболее полного обеспечения протекания процессов извлечения бария из шихты. Извлечение бария составило 86,7% (по сравнению 95,4%%97,8). Содержание в шихте ЭДМ более заявляемого, например 31% , не способствует формированию активного шлака. Ухудшается переход серы из металла в шлак, получается сплав с высоким содержанием серы - до 0,0144% S. Тем самым ухудшается качество сплава, его использование для обработки стали требует специальных технологических мероприятий.

При содержании отсева обожженного доломита менее заявляемого, например 2%, этот материал практически полностью отшлаковывается, восстановление магния не обеспечивается, наличие магния в сплаве выше 1%.

При содержании отсева обожженного доломита более заявляемого, например 11% , экзотермический процесс идет вяло, образуется вязкий, гетерогенный шлак, для его гомогенизации требуется повышение температуры расплава, что приводит к повышению продолжительности плавки на 7 мин и перерасходу электроэнергии. Кроме того, сплав от шлака трудно отделяется и требуются дополнительные механические работы для отделения металла от шлака.

Анализ результатов плавок позволяет сделать следующее заключение. Предлагаемый состав шихты позволяет, используя отходы различных производств, выплавить комплексный барийсодержащий сплав с высокой раскислительной и модифицирующей способностью. Таким образом, используя практически бросовые материалы, предлагаемая шихта позволяет создать ресурсооберегающие технологии. Шихта позволяет получить барийсодержащий сплав следующего состава, % : 9,11-56,01 Ba; 13,25-22,44 Si; 12,5-21,5 Al; 3,13-16,49 Mn; 10,63-16,21 Ca; 1,51-4,09 Mg; 0,011-0,008 S. Состав полученного сплава показывает, что предлагаемая шихта позволяет широко варьировать химический состав сплава.

Повышается извлечение бария 5,4-97,8% по сравнению с прототипом 94,1%. Кроме того, заявляемая шихта позволяет увеличить степень извлечения других элементов. Так, извлечение кремния составляет 92,8-97,2% (по сравнению с прототипом 85,5% Si). Извлечение кальция составляет 58,5-63,2% Са (по сравнению с прототипом 35% Са). Сплав, получаемый на заявляемой шихте, содержит очень низкое количество серы 0,01-0,008% (по сравнению с прототипом 0,04%).

Кроме того, заявляемая шихта дает возможность получить сплав с высокой раскислительной и модифицирующей способностью. Так как шихта позволяет дополнительно ввести в состав сплава такие химически активные элементы, как алюминий 12,5-21,5%, марганец 3,13-16,49%, магний 1,51-4,09%.

В составе шихты использованы вторичные ресурсы и отходы производства, тем самым значительно снижается себестоимость полученного сплава.

Использование: в области черной металлургии для получения модифицирующих и раскисляющих ферросплавов, содержащих барий и другие элементы. Сущность: шихта для получения барийсодержащего сплава содержит дополнительно отсевы подготовки вторичного алюминиевого сырья, шлам производства электролитической двуокиси марганца, отсев обожженного доломита, в качестве барийсодержащего и углеродсодержащего материала она содержит шлам литопонного производства сульфида бария, в качестве кремнийсодержащего материала - гранулированный шлак производства силикомарганца. 2 табл.

ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БАРИЙСОДЕРЖАЩЕГО СПЛАВА, содержащая барийсодержащий, кремнийсодержащий материалы, углеродсодержащий материал-восстановитель и известь, отличающаяся тем, что, с целью освоения вторичных ресурсов, повышения раскислительной, модифицирующей способности сплава и снижения себестоимости сплава, она дополнительно содержит отсевы подготовки вторичного алюминиевого сырья, шлам производства электролитической двуокиси марганца, отсев обожженного доломита, в качестве барийсодержащего и углеродсодержащего материала она содержит шлам литопонного производства сульфида бария, в качестве кремнийсодержащего материала - гранулированный шлак производства силикомарганца при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Шлам литопонного производства сульфида бария 7 - 42
Гранулированный шлак производства силикомарганца 5 - 12
Отсевы подготовки вторичного алюминиевого сырья 32 - 40
Шлам производства электролитической двуокиси марганца 4 - 30
Отсев обожженного доломита 3 - 10
Известь Остальное