БРИКЕТ ДЛЯ ПРЯМОГО ЛЕГИРОВАНИЯ СТАЛИ Российский патент 1997 года по МПК C21C7/00 C22B35/00 

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве стали в кислородных конвертерах, электропечах и др. агрегатах.

Широко известны в металлургии экзотермические брикеты, содержащие в качестве основы легирующий металл или его сплав с железом, восстановитель, окислитель, флюсы и связующее [1] Применение таких брикетов позволяет перенести легирование стали в ковш, уменьшить потери легирующего, повысить производительность агрегатов.

Однако в качестве восстановителя в таких брикетах обычно используют алюминий. Алюминий дорог и дефицитен. Поэтому такого рода брикеты обычно применяют только для таких дорогих легирующих элементов, как вольфрам, ниобий и ванадий. Кроме этого, введение в ковш подобного рода брикетов сопровождается пироэффектами и интенсивным дымовыделением в атмосферу цеха, а сами брикеты пожаро- и взрывоопасны.

Наиболее близким к заявляемому является брикет для прямого легирования стали марганцем, включающий сплав алюминия, кремния, марганца и железа, вещество, содержащее оксидные соединения кальция и марганца и связующее [2]
При изготовлении таких брикетов вместо дорогого и дефицитного алюминия используется дешевый сплав, производимый из бедных марганцевых руд. Другим достоинством брикетов подобного состава является то, что ликвидируется пожаро- и взрывоопасность, пироэффекты и дымовыделения в атмосферу цеха. Последнее связано с тем, что при введение в брикет комплексного сплава температура алюмотермического восстановления понижается, что устраняет местные перегревы.

Важным достоинством брикетов этого состава является также довольно высокое извлечение марганца из брикета, составляющее при использовании марганцевой руды с содержанием 37,5% Mn 80-87%
Однако извлечение марганца из руды, входящей в брикеты этого состава, составляет только 67-72% Поэтому брикеты подобного состава нельзя применять для легирования стали с использованием богатых концентратов, производимых химическим обогащением (КХО). При извлечении марганца из КХО, составляющего 67-72% как это имеет место в прототипе, общее извлечение из брикета также будет составлять лишь 76,3-83,2%
Задачей изобретения является повышение извлечение марганца при использовании для прямого легирования стали богатых концентратов химического обогащения. Поставленная задача достигается тем, что в брикет, содержащий сплав алюминия, кремния, марганца и железа, вещество, содержащее оксидные соединения кальция и марганца и связующее в качестве последнего вводится маракит-манганитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.

сплав алюминия, кремния, марганца и железа 47,5-52,5
маракит-манганитовый концентрат 45,0-49,0
связующее остальное.

Взаимодействие оксидов марганца с алюминием и кремнием сплава АМС при использовании смеси маракита с манганитом происходит по экзотермическим реакциям:
3CaMnO₃+4Al=3CaO•2Al₂O₃+3Mn /1/
CaMn₂O₄+2Al=CaO•Al₂O₃+2Mn /2/
CaMnO₃+Si=CaO•SiO₂+Mn /3/
3CaMn₂O₄+3Si=2CaO•3SiO₂+4Mn /4/
Продукты всех этих четырех реакций легкоплавки, а обе стадии (восстановление марганца; ошлакование продуктов реакций оксидом кальция) реакций (1)-(4) экзотерические процессы. Они идут с большой скоростью. Поэтому при достаточной активности восстановителей алюминия и, особенно, кремния, восстановление марганца из смеси маракита и манганита кальция идет с большой скоростью и достаточно полно. Процессы ошлакования оксидов марганца кремнеземом и глиноземом при этом практически отсутствуют, т.к. в любом случае для образования силикатов или алюминатов должно произойти восстановление оксида марганца из маракита и манганита хотя бы до ПаО. Поэтому извлечение марганца из брикетов предлагаемого состава по сравнению с прототипом растет почти на 20% и достигает 90-96% Маракит-манганитовый концентрат получают путем смещения КХО с доломитом и обжига смеси при температуре 950^oC. Расход КХО и расход доломита поддерживают таким, чтобы соотношение было в пределах 0,5-1,0.

КХО и доломит тщательно перемешивают, после чего выдерживают в окислительной атмосфере в течение 1-2 ч при 950^oC. При этом разлагаются карбонаты магния и кальция, удаляется влага, а оксиды вступают в реакцию между собой, образуя маракит CaMn₂O₄ и манганиты кальция CaMnO₃ и магния MgMnO₃. При соотношении в концентрате появляется свободная магнезия, а затем и известь, что делает брикет гигроскопичным и затрудняет их хранение и введение в сталь. Наоборот при все основания связаны, но появляются свободные оксиды марганца, что увеличивает его потери при введении брикетов в сталь. Однако лучшие результаты получаются при отношении В этом случае обеспечивается и высокое извлечение марганца и минимальный расход кремния и алюминия на его восстановление.

Оптимальный расход маракит -манганитового концентрата составляет 45 -49% сплав АМС 47,5-52,5%
При других расходах концентрата и порошка сплава АМС показатели плавки ухудшаются.

Так, при расходе маракит-манганитового концентрата, меньшем чем 45% и соответственно расходе сплава АМС большем чем 52,5% растет концентрация кремния в сплаве, получаемом в ходе восстановления. Это затрудняет отделение сплава от шлака, увеличивая его потери с корольками. Это в свою очередь понижает скорость процесса. По этим причинам извлечение марганца в товарный сплав (в сталь) понижается.

При расходе маракит-манганитового концентрата, большем чем 49% и расходе сплава АМС, меньшем чем 47,5% растет равновесная концентрация (MnO) в шлаке, а скорость процесса на начальных его стадиях понижается за счет недостатка прямых контактов частиц концентрата со сплавом. По этим причинам извлечение марганца также начинает понижаться.

В качестве связующего в брикетах может использоваться как оксид бора (B₂O₃), так и жидкое стекло. При использовании B₂O₃ его расход составляет 0,5-1,5% жидкого стекла 4,5-5,5% Расход других составляющих в первом случае ближе к верхнему, во втором случае ближе к нижнему пределу.

Примеры исполнения.

Пример 1.

Порошок сплава АМС (50,93% Mn; 32,47% Si и 6,15% Al) смешивали с маракит-манганитовым концентратом различного состава и после добавки связующего брикетировали на лабораторном прессе с усилием 10 т. Брикеты затем загружали в печь, разогретую до 1500-1550^oC. После завершения экзотермического процесса (30 с) металл выдерживали в печи 5 мин, сливали и анализировали. Для сравнения приготовили также брикеты, в состав которых ввели отдельно КХО и доломит. Средние результаты из 3-4 опытов в сравнении с прототипом приведены в табл. 1
Из приведенных в табл. 1 данных видно, что введение в брикет маракит -манганирового концентрата по сравнению с прототипом повышает извлечение марганца.

Пример 2.

Брикеты П-У серии опытов вводили в ковш при выпуске в него металла из индукционной печи садкой 30 кг. Расход брикетов составлял 0,3 кг на плавку, что соответствует их расходу 10 кг на тонну жидкой стали. В опытах получены результаты, приведенные в табл. 2
Предлагаемые брикеты позволяют повысить извлечение марганца в сталь на 6-20% и сделать раскисление марганцем практически безотходным, а также в десятки раз уменьшить по сравнению с применением обычных ферросплавов количество фосфора, вводимого в сталь вместе с марганцем.

Использование: черная металлургия, в частности, при производстве стали в кислородных конвертерах, электропечах и других агрегатах. Сущность: брикет содержит, мас.%: сплав алюминия, кремния, марганца и железа 47,5-52,5, марокит-манганитовый концентрат 45,0-49,0, связующее - остальное. 1 табл.

Брикет для прямого легирования стали, содержащий сплав алюминия, кремния, марганца и железа, вещество, содержащее оксидные соединения кальция и марганца, и связующее, отличающийся тем, что в качестве вещества, содержащего оксидные соединения кальция и марганца он содержит маракит-манганитовый концентрат при следующем соотношении компонентов, мас.

Сплав алюминия, кремния марганца, железа 47,5 52,5
Маракит-манганитовый концентрат 45,0 49,0
Связующее Остальноей