ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КРЕМНИСТОГО СПЛАВА Российский патент 1996 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству комплексных сплавов на основе кремния.

Бор оказывает существенное влияние на свойства стали и, как известно, улучшает механические свойства сталей и закаливаемость, а также свариваемость нержавеющих сталей.

В составе чугуна бор препятствует процессу графитизации при содержании 0,01 а при содержании 0,001 0,005 способствует образованию в ковком чугуне шаровидного графита. Вводить бор в металл следует только после раскисления, так как он является сильным раскислителем.

С целью повышения извлечения бора его введение в сталь целесообразно в виде комплексного сплава с железом, кремнием, алюминием и кальцием (по предварителным данным содержание бора в нем не должно превышать 1%).

Для получения сплавов железа с бором (ферробор и ферроборал) наиболее широко применяется электропечная плавка на блок. Основная часть шихты включает боратовую руду, стружку вторичного алюминия и железотермитный осадитель (М. И. Гасик, Н. П. Лякишев, Б. И. Емлин. Теория и технология производства ферросплавов: М. Металлургия, 1988, 783 с).

Никельбор получают внепечным и электропечным способом. При электропечной плавке состав шихты для получения сплава следующий: рудная часть (борная кислота 83,6 алюминиевый порошок 16,4), восстановительная часть (борная кислота 8,76 боратовая руда 44,73 алюминиевый порошок 18,5 известь 7,4 оксид никеля 74,1) [М. И. Гасик, Н. П. Лякишев, Б. И. Емлин. Теория и технология производства ферросплавов. М. Металлургия, 1988, 783 с]
Грейнал получают методом металлотермического восстановления оксидов и сплавлением соответствующих ферросплавов. Основная шихта состоит из двух частей: металлической (170 кг ферроборала, 100 кг ферросилиций и 145 кг титановых отходов) и жэелезотермитной (700 кг железной руды, 100 кг извести, 480 кг алюминиевого порошка (М. И. Гасик, Н. П. Лякишев, Б. И. Емлин. Теория и технология производства ферросплавов. М. Металлургия, 1988, 783 с).

Основной недостаток вышеприведенных шихт состоит в том, что из них невозможно получить ферросилиций с бором.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является шихта для получения ферросилиция (ГОСТ-1415-78).

Основным видом кремнийсодержащего сырья для получения ферросилиция являются кварциты. Крупность кварцита, вводимого в колошу, составляет 20 80 мм. Обычно его подвергают мойке, дробят и сортируют.

В качестве восстановителя при получении ферросилиция, в основном, используют каменноугольный коксик и полукокс крупностью 5 20 мм.

В качестве металлической составляющей используется стружка углеродистых нелигированных сталей с небольшим количеством посторонних примесей, длина витка не более 50 мм.

Ниже приводится примерный состав шихты при выплавке ферросилиция (М. И. Гасик, Н. П. Лякишев. Теория и технология производства феррославов. М. Металлургия, 1988, 783 с), мас.

Кварцит 48 50
Кокс 22 23
Железная стружка 26 29
Недостаток этой шихты заключается в том, что из нее невозможно получить комплексную лигатуру железо-кремний-бор-алюминий-кальций.

Цель изобретения получение комплексного сплава железо-кремний-бор-алюминий-кальций.

Цель достигается тем, что шихты для выплавки комплексного сплава дополнительно содержит шлак ферроборового производства, мас. 6 10 B₂O₃; 0,6 1,2 SiO₂; 10 14 CaO; 3 7 MgO; 2 4 FeO; 65 73 Al₂O₃) при следующем соотношении компонентов, мас.

Кварцит 47 51
Кокс 20 23
Шлак ферробора 11 15
Железная стружка Остальное
Вышеперечисленные отличительные от прототипа признаки обуславливают соответствие технического решения критерию "новизна". По каждому отличительному признаку приведен поиск по научно-технической литературе и патентной документации (по основным индексам МКИ 1 4). По отличительным признакам: шихта для выплавки комплексного сплава содержит шлак ферроборового производства в количестве 11 15 мас. и выполнения им заявляемых функций - получение комплексного сплава железо-кремний-бора-алюминий-кальций известных решений не найдено.

Таким образом предлагаемое решение соответствует критерию "существенные отличия".

Поскольку предлагаемая совокупность признаков позволяет достичь поставленную цель (получение комплексного сплава), а также повысить использование бора в стали, по сравнению с использованием двухкомпонентных сплавов (ферробора, никельбора) обусловленную отличительными существенными признаками, изобретение соответствует критерию "положительный эффект" по наличию разницы при использовании известного и заявляемого решений.

Исследование различных соотношений компонентов шихты и составов получаемых сплавов, проведенные заявителем, позволили разработать оптимальный состав шихты для получения комплексного сплава железо-кремний-бор-алюминий-кальций.

Установлено, что при содержании в шихте менее 47 кварцита невозможно получить стандартный ФС 45.

Содержание в шихте более 51 кварцита приводит к снижению извлечения кремния в сплав с 95,1 до 89,1 вследствие образования соединений типа Al₂O₃•2SiO₂, и заростанию ванны печи при той же навеске коксика. При увеличении навески кокса получаем сплав с содержанием более 47 кремния.

При содержании в шихте менее 11 шлака ферроборового производства невозможно получить минимально необходимое количество бора в сплаве (0,1).

При содержании в шихте более 15 шлака ферроборового производства происходит снижение извлечения в сплав бора и кремния, вследствие резкого увеличения температуры процесса и заростания ванны печи (образование муллита 3Al₂O₃•SiO₂).

Пределы содержания железной стружки обусловлены необходимым содержанием железа в сплаве.

Содержание кокса в шихте менее 20 приводит к недостатку восстановителя и недостаточно полному восстановлению элементов.

Содержание кокса более 23 приводит к высокой посадке электродов и ухудшению хода процесса.

Лабораторные испытания проводили в трехфазной электропечи мощностью 250 кВА. Результаты испытаний приведены в табл. 1. Результаты представлены средними значениями по вариантам.

Использование: в черной металлургии, в частности в производстве комплексных сплавов на основе кремния. Сущность изобретения: шихта содержит компоненты в следующем составе, мас. %: кварцит 47 - 51; коксик 20 - 23; шлак ферробора 11 - 15; железная стружка остальное. 1 табл.

Шихта для получения комплексного кремнистого сплава, содержащая кварцит, железную стружку, коксик, отличающаяся тем, что, с целью легирования сплава бором, алюминием, кальцием, она дополнительно содержит шлак производства ферробора при следующем соотношении компонентов, мас.

Кварцит 47 51
Коксик 20 23
Шлак ферробора 11 15
Железная стружка Остальное