ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЙ БРИКЕТ ДЛЯ РАСКИСЛЕНИЯ И ЛЕГИРОВАНИЯ СПОКОЙНОЙ СТАЛИ Российский патент 1996 года по МПК C21C7/06 C22C35/00 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве углеродистой и легированной стали. Спокойные марки стали отличаются более высоким качеством, чем полуспокойные. Поэтому их производство все более увеличивается. Это связано с тем, что одно из преимуществ полуспокойной стали, более высокий выход при прокатке, с переходом на современные способы разливки с применением УНРС исчезает.

Известны брикеты для раскисления и легирования стали марганцем следующего состава, масс. доля в
Ферромарганец 85
Алюминиевый порошок 4
Селитра 7
Плавиковый шпат 4
(см. например, Батизманский В.И. и др. "Раскисление и легирование стали экзотермическими ферросплавами". Киев, Техника, 1970, с.60-68). Введение марганца в сталь с помощью подобных брикетов повышает извлечение марганца при легировании, а также, даже при производстве легированной стали, позволяет перенести процесс раскисления и легирования из печи в ковш.

Однако присадка таких брикетов в ковш сопровождается пироэффектами и интенсивным дымовыделением в атмосферу цехов. Кроме этого, подобные брикеты взрыво- и пожароопасны. Это связано с низкой температурой их воспламенения и очень высокой температурой, которая развивается в зоне горения. Поэтому в нашей стране раскисление и легирование стали марганцем с использованием экзотермических брикетов применяется редко. Сталь обычно раскисляют ферромарганцем или силикомарганцем.

Однако введение большого количества этих сплавов в ковш невозможно, а их введение в печь сопровождается большими потерями (угаром). В нашей стране последний недостаток дополняется еще и тем, что при производстве марганцевых сплавов из отечественных руд извлечение марганца не превышает 70-75% а сами ферросплавы отличаются повышенным (до 0,70%) содержанием фосфора. Поэтому качественные марганцевые ферросплавы становятся все более дорогими и дефицитными.

Наиболее близким к заявляемому является брикет для легирования стали, включающий в качестве восстановителя комплексный сплав марганца и железа с кремнием и алюминием, в качестве окислителя марганцевую руду и в качестве флюса доломит при следующем соотношении компонентов, масс. доля в
комплексный сплав 41,0-48,0
марганцевая руда 29,0-33,5
доломит 14,5-25,0
(см. А.С. СССР N 1079682. Заявл. 11.01.83 Опубл. 15.03.84 БИ N 10).

При использовании брикетов подобного состава устраняются пироэффекты и дымовыделения в атмосферу цеха. Устраняется и пожароопасность брикетов. Растет и извлечение марганца. Так сквозное извлечение марганца в сталь, с учетом потерь при плавке комплексного сплава Fe-Mn-Si-Al, по А.С. N 1079682 составляет 75-86% тогда как при раскислении обычными ферросплавами с учетом потерь при плавке ферросплавов и угара при введении в ковш 15% составляет не более 60-64%
Однако производство комплексного сплава Fe-Mn-Si-Al промышленностью не освоено. Ни в странах СНГ, ни в России сплав подобного состава не производится. Производить же такой сплав сплавлением других материалов невыгодно как из-за значительных потерь марганца и алюминия, так и из-за дороговизны и дефицитности металлического алюминия.

Другим недостатком брикетов подобного состава является то, что извлечение марганца из руды, вводимой в брикет, составляет лишь 60-65% а извлечение из брикетов (из руды и сплава АМС) лишь при соотношении руда-восстановитель, равном 0,7 и менее, достигает 82-90% Однако при этом соотношение между концентрацией марганца и кремния в восстанавливаемом металле составляет только 0,75-0,85, что не позволяет без добавки ферросплавов использовать брикеты для раскисления и легирования марганцем нелегированной кремнием стали.

Задачей изобретения является повышение извлечения марганца из руды и расширение сортамента легируемой стали за счет повышения соотношения между марганцем и кремнием в металле.

Поставленная задача достигается тем, что в брикет, содержащий марганцевую руду и доломит, в качестве восстановителя вводится 45%-ный ферросилиций, а брикет дополнительно содержит ковшевой шлак при следующих соотношениях компонентов:
Ферросилиций 45% 41,5-50,0
Руда марганцевая -35,5-41,5
Доломит 10,0-12,0
Шлак ковшевой 4,0-5,0
Использование 45% -ного ферросилиция, также как и использование сплава Fe-Mn-Si-Al в брикете по а.с. N 1079682, позволяет повысить температуру воспламенения и понизить температуру в зоне горения и тем самым делают брикеты пожаробезопасными и экологически чистыми. Вместе с этим, введение в брикет ковшевого шлака, образующегося при выпуске металла из мартена, электропечи или кислородного конвертера в ковш, интенсифицирует процесс химического горения, так как наиболее тугоплавкий продукт реакции

кремнезем отводится из зоны ее осуществления, т.к. он с большой скоростью растворяется в шлаке, а шлак остается жидкоподвижным. Это приводит к тому, что процесс восстановления оксидов марганца отделяется от шлакообразования, доля MnO_x, растворяющегося в шлаке, уменьшается, что и способствует более полному извлечению марганца даже в отсутствии в брикете такого сильного восстановителя как алюминий и создает возможность увеличить в брикете долю руды. Однако это лишь одна причина повышения извлечения марганца. Более глубокому восстановлению оксидов марганца способствует и использование в качестве восстановителя 45%-ного ферросилиция, который отличается от других марок, например ФС65 и ФС75, значительно меньшей адгезией к шлаку. Это в сочетании с большей плотностью металла (≈6,5 г/см³ против 4-4,5 г/см³) ускоряет отделение капель металла от шлака. С другой стороны, при принятом соотношении составляющих брикета равновесная с каплями металла, содержащими 25% Si концентрация (MnO) в шлаке, не превышает нескольких процентов. Все это и приводит к тому, что извлечение марганцев из руды заметно повышается, увеличивается доля марганцевой руды (марганцевого концентрата) в брикете и расширяется сортамент углеродистой стали, которую можно легировать брикетами.

Увеличение доли руды сверх 41,5% при одновременном уменьшении доли ферросилиция ниже 41,5% увеличивает относительное количество шлака и потери марганца с ним. С другой стороны, увеличение доли ферросилиция выше 50% и одновременно уменьшение доли марганцевой руды (концентрата) менее 35,5% затрудняет использование брикетов для раскисления углеродистой стали, а при значительном понижении расхода руды уменьшает и извлечение марганца вследствие неудовлетворительного отделения металла. Оптимальный расход шлака составляет 4-5% При меньшем его расходе замедляется ошлакование SiO₂, особенно при большом расходе руды. При более высоком расходе шлака скорость удаления SiO₂ изменяется мало, тогда как потери восстановителя на восстановление оксидов железа из шлака растут, что уменьшает полезное использование кремния.

Пример 1. Ферросилиций ФС45 (44% Si; Al 2,1% ), марганцевую руду (обожженную при 900^oC (Mn 49,8% SiO₂ 12%), обожженный доломит и ковшевой мартеновский шлак размалывали в порошок, тщательно перемешивали, а затем, с добавкой связующего, брикетировали. Сырье, а также выдержанные в течение 4-5 суток брикеты затем загружали в печь Таммана, разогретую до 1550-1600^oC и выдерживали 3-5 минут. Каждый опыт повторяли 3-4 раза. Продукты опытов затем взвешивали и анализировали. При этом получили следующие результаты (см. таблицу).

Пример 2.

Брикеты (ферросилиций 41,5-50% руда марганцевая обожженная - 35,5-41,5% доломит 10-12% ковшевой шлак 4-5%) загружали в ковш по ходу выпуска стали из индукционной печи садкой 60 кг. Загрузку завершали после выпуска ≈60% металла. Содержание марганца в металле из печи 0,12-0,22% в ковше 0,48-0,62% что соответствует его извлечению из руды - 78,0-87% Металл из ковша разливали в 2 слитка весом по 30 кг. Содержание марганца в слитках колебалось в пределах 0,01-0,02% что находится в пределах точности его определения.

Предлагаемые брикеты позволяют получить преимущества:
1) Использовать в качестве восстановителя в брикетах обычно производимый сплав ферросилиций.

2) Восстановить из брикета значительную часть марганца, вносимого рудой.

3) Уменьшить угар кремния на 2-5% а расходуемый при этом кремний в основном расходовать полезно на восстановление марганца из руды.

4) При выплавке стали с содержанием ≈0,25% Si и 0,4-0,5% Mn не расходовать марганцевые ферросплавы.

Использование: черная металлургия, в частности, производство углеродистой и легированной стали. Сущность: экзотермический брикет содержит: мас. % ферросилиций 45%-ый - 41,5-50,0; руда марганцевая - 35,5-41,5; доломит - 10,0-12,0; ковшевой шлак сталеплавильного производства - 4,0-5,0; связующее - остальное. 1 табл.

Экзотермический брикет для раскисления и легирования спокойной стали, содержащий восстановитель, марганцевую руду, доломит и связующее, отличающийся тем, что он дополнительно содержит ковшевой шлак сталеплавильного производства, а качестве восстановителя 45%-ный ферросилиций при следующем соотношении компонентов, мас.

Ферросилиций 45%-ный 41,5 50,0
Руда марганцевая 35,5 41,5
Роломит 10,0 12,0
Ковшевой шлак сталеплавильного производства 4,0 5,0
Связующее Остальное