СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ИЗ ШЛАКА Российский патент 1995 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к металлургии, в частности к переработке шлака, и может быть использовано для извлечения металла из шлака при производстве ферросплавов.

В настоящее время при производстве ферросплавов, в частности силикокальция, в шлаках остается значительное количество (до 7%) ведущих элементов, например кремний, кальций, в виде корольков сплава.

Известен способ извлечения металла из шлаков, в котором из пересыпающихся шлаков после их застывания корольки сплавов отделяются путем размола шлаков и последующего выделения концентрата на концентрационных столах.

Однако этот способ требует больших затрат труда. В полученном концентрате содержится, например, при переработке шлаков от производства ферросилиция ФС45 70-80 мас.% металла, извлечение металла из шлака также не превышает 70-80 мас. %. Переплав такого концентрата, содержащего 20-30% шлака, малоэффективен.

Для саморассыпающихся шлаков широкое распространение получил способ извлечения металла из шлаков. Огненно-жидкий шлак при выпуске направляется в чугунные или стальные ковши и выдерживается в них в течение 24-48 ч до затвердевания прочной корки и затем вываливается на чугунные решетки бункерного отделения специального цеха или участка сепарации горячих шлаков. На этих решетках по мере остывания шлак рассыпается в порошок, который проваливается вместе с мелкими кусочками металла в бункер, а на решетке остаются крупные куски металла размером более 80 мм, которые отправляются затем на переплав. В бункерах шлак охлаждается до 60-80^оС и затем направляется на грохот-бурат, где производится отделение фракции 10 мм, идущей в бункер плюсового продукта воздушного сепаратора. Фракция менее 10 мм направляется на воздушный сепаратор. Получаемый в воздушном сепараторе плюсовый продукт 0,4-10 мм объединяется в бункере с продуктом 10 мм. Минусовый товарный продукт 0,4 мм из воздушного сепаратора с помощью двухкамерных насосов перекачивается в силосы хранения, оттуда шлак отгружается потребителю.

Плюсовый продукт 0,4 мм поступает на двухситовый грохот-бурат с ситами 20 и 4,0 мм. Фракция 20 мм содержит около 85% металла и поступает в бункер для ее переплава. Фракция 4-20 мм с грохота-бурата направляется на магнитную сепарацию, магнитный продукт идет на переплав, а немагнитный является отвальным.

При таком способе теряется около 12% хрома от заданного с шихтовыми материалами, в основном это потери в шлаке фракции -0,4 мм. В крупных фракциях, т. е. в металлическом скрапе, содержится 11% хрома от заданного с шихтой.

Использование данного способа для извлечения металла из шлака, например силикокальция, оказывается неэффективным, так как составляющие шлака немагнитны.

Опытная воздушная сепарация шлака от производства силикокальция СК15 показала, что этим способом можно получить концентрат с содержанием около 38% металла. Извлечение последнего из шлака составляет 32,4%.

В качестве прототипа принят способ извлечения металла из шлака, включающий охлаждение шлака производства ферросплавов с последующим рассевом на ситах и классификацией по крупности.

Способ-прототип имеет следующие недостатки:
1. Неудовлетворительные условия труда обслуживающего персонала вследствие выделения пыли в местах рассева и пересыпки порошкообразного шлака;
2. Низкая степень извлечения металла из шлака вследствие наличия мелких частиц металла, образующихся при самораспаде шлака;
3. Высокая себестоимость извлечения металла из шлака из-за затрат на организацию самораспада шлака при естественном охлаждении на больших площадях цеха сепарации шлаков.

Цель изобретения - улучшение условий труда обслуживающего персонала, увеличение степени извлечения металла из шлака и снижение себестоимости процесса извлечения металла из шлака.

Для этого в известном способе, включающем охлаждение шлака и рассев на ситах, на шлак после слива из печи и охлаждения до температуры на 50-100^оС выше линии ликвидуса воздействуют струей газа с давлением 2-10 ати и расходом 1-5 м³/кг шлака, а из полученного диспергированного материала высевают металлическую фракцию размером более 2,5 мм.

Способ заключается в следующем. За счет разницы в физических свойствах сплава и шлака, а именно теплопроводности, жидкотекучести (вязкости) и поверхностного натяжения, результаты взаимодействия струи газа со шлаком существенно различны. Корольки металла при динамическом воздействии струи газа благодаря высокой жидкотекучести под действием сил, обусловленных избыточным давлением, и вязкости расплава, окружающего королек, растекаются в виде плоских пластинообразных образований. Из-за значительной теплопроводности металла происходит его очень быстрое затвердевание (повышение вязкости). Последнее усиливается по мере растекания капель, так как с увеличением удельной поверхности пластин увеличивается поверхность контакта газ-металл. Сил поверхностного натяжения недостаточно для придания частицам металла округлой формы при выходе последних из зоны действия газовой струи, так как к данному времени частицы металла перешли в твердое состояние.

Частицы жидкого шлака при взаимодействии со струей газа, подаваемого под давлением, обладая по сравнению с металлом более высокой вязкостью, значительно меньшей теплопроводностью, большими силами поверхностного натяжения, дробятся в зоне наиболее сильного взаимодействия на более мелкие частицы. В момент динамического воздействия струи из-за сравнительно низкой жидкоподвижности происходит нарушение сплошности шлаковой фазы и переход в отдельные частицы, размеры которых обусловлены в основном равенством сил ударного воздействия струи и поверхностного натяжения. Ввиду более низкой по сравнению со сплавом теплопроводности, а следовательно, скорости понижения температуры более медленно происходит затвердевание, т.е. повышение вязкости и поверхностного натяжения во времени. Последнее способствует дроблению шлака на более мелкие частицы. При выходе частиц шлака из зоны сильного воздействия газовой струи капли шлака под действием сил поверхностного натяжения принимают округлую форму. При взаимодействии расплава со струей газа получают частицы сплава без его сращивания со шлаком. Так как поверхностное натяжение на границе металл-шлак больше поверхностного натяжения шлака и меньше поверхностного натяжения металла, то потоком воздуха шлаковый расплав сдувается с частиц сплава.

В зоне максимального взаимодействия струи и расплава внешние силы более значительны, что обеспечивает нарушение сплошности шлаковой фазы без дальнейшего объединения капель последней. Вполне естественно, что в этой зоне разрушаются адгезионные связи металл-шлак. Этот эффект усиливается тем, что происходит быстрое остывание частиц металла и шлака, уменьшая адгезионные силы между частицами с исключением возможности их дальнейшего слипания.

В результате взаимодействия получают механическую смесь, состоящую из свободных плоских частиц металла и сферических частиц шлака. При этом два линейных размера частиц металла существенно больше любых двух линейных размеров частиц шлака. После ударного воздействия струей газа и при необходимости дополнительного охлаждения производят рассев полученного материала, например, на вибрационном грохоте. При этом фракция более 2,5 мм практически не содержит шлака. В металлический концентрат переходит более 98% сплава. Полученный металлический материал переплавляют, например, в процессе выплавки силикокальция. Для рассева используют, например, вибрационные грохоты, что обеспечивает высокую чистоту выделенного металлического продукта (содержание металла более 98 и шлака менее 2%).

Способ осуществляют следующим способом.

Шлаковый расплав после слива из печи охлаждают выдержкой в ковше. Контроль за снижением температуры осуществляют термопарой погружения. Фактическая температура шлакового расплава в момент выпуска составляет 1750-1800^оС. Охлаждая шлаковый расплав, доводят его температуру на 50-100^оС выше линии ликвидуса (см. таблицу).

Если охлаждение проводят до температуры, превышающей ликвидус более чем на 100^оС, то при воздействии на шлаковый расплав струей газа получают гранулы металла размерами, близкими к размерам гранул шлака, что делает невозможным разделение металла и шлака. При охлаждении шлакового расплава до температуры менее чем на 50^оС превышающей линию ликвидуса, в ковше образуется большое количество гарнисажа и часть металла теряется в нем. Если охлаждают шлаковый расплав струей газа с давлением менее 2 ати и расходом менее 1 м³/кг шлака, то размер гранул шлака совпадает с размером частиц металла с ухудшением степени разделения металла и шлака при рассеве на ситах. Если охлаждают струей газа с давлением более 10 ати и расходом более 5 м³/кг шлака, то получают весьма мелкие частицы металла и шлака, которые неудовлетворительно разделяются на ситах.

П р и м е р. Способ извлечения металла из шлака осуществляли в промышленных условиях следующим образом.

При выпуске из печи в ковш шлака и силикокальция марки СК15 шлаковый расплав переливали во второй ковш, где температуру шлака снижали путем выдержки на 15-200^оС, затем из ковша шлак сливали и струю обдували воздухом с давлением 2-10 ати с расходом 1-5 куб.м/кг шлака. Полученный материал охлаждали орошением водой до 200-300^оС и затем шлак охлаждали на воздухе. Полученный продукт рассеивали на вибрационном грохоте на классы менее 2,5 мм (шлак) и более 2,5 мм (концентрат с содержанием 98% силикокальция).

Предлагаемый способ позволяет на 15-20% повысить производительность печей, выплавляющих силикокальций силикотермическим методом, и получить гранулированный шлак, пригодный для десульфурации стали и наведения шлака в сталеплавильном производстве. Кроме того, способ существенно улучшает условия труда эксплуатационного персонала и снижает загрязнение окружающей среды.

Использование: в металлургии при переработке шлака для извлечения металла из шлака при производстве ферросплавов. Сущность изобретения: шлак после слива из печи охлаждают до температуры на 50 - 100 градусов выше линии ликвидуса, после чего на него воздействуют струей газа с давлением 2 - 10 ати с расходом 1-5 м³/кг шлака. Из диспергированного материала высевают металлическую фракцию размером более 2,5 мм. 1 табл.

СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ИЗ ШЛАКА производства ферросплавов, включающий охлаждение шлака и рассев на ситах, отличающийся тем, что, с целью улучшения условий труда обслуживающего персонала, увеличения степени извлечения металла и снижения себестоимости процесса, шлак охлаждают до температуры на 50 - 100 град. выше линии ликвидуса, после чего шлак продувают струей газа с давлением 2 - 10 ати и расходом 1 - 5 м³ на 1 кг шлака, а из диспергированного материала высевают металлическую фракцию размером более 2,5 мм.