СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОАЛЮМИНИЯ Российский патент 2003 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к металлургии ферросплавов, в частности к способу выплавки ферроалюминия, применяемого для раскисления стали.

Известен способ выплавки ферроалюминия в типовых закрытых электропечах большой мощности (Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов, М. : Металлургия, 1988, с.518-520), состоящий в восстановлении коксиком алюминия из электрокорунда, получаемого из агломерата бокситов, или другого алюмосиликатного сырья.

Недостатками данного способа являются: во-первых, использование дорогостоящего сырья (электрокорунда) увеличивает энергетические материальные затраты; во-вторых, из-за состава шихтовых материалов возможно получение ферроалюминия только следующего состава - 8-20% алюминия, 2-3,5% кремния, 1-3% углерода, менее 0,03% серы и 0,04% фосфора и остальное железо; в-третьих, при получении сплава алюминий восстанавливается из сырья при высокой температуре, что связано с повышенным его угаром.

Известен способ получения лигатуры методом алюминотермии (авт. св. СССР 1250583, кл. С 22 С 33/04, 1986), включающий загрузку в индукционную электропечь шихты, состоящей из марганецсодержащих, кремнийсодержащих материалов, флюсовых добавок, проплавление, восстановление алюминием и выпуск расплава.

Известен алюминотермический способ получения ферроалюмокальция (авт. св. СССР 458608, кл. С 22 С 33/04, 1975), включающий загрузку в индукционную электропечь шихты, состоящей из алюминия и железа в соотношении 1:(0,1-0,5), проплавление под слоем шлака, добавление извести и восстановление алюминием кальция, выпуск расплава.

Недостатками указанных способов являются использование дорогостоящего восстановителя - алюминия и ограничение по составу получаемых сплавов.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является алюминотермический способ получения ферроалюминия из оксидов железа и чистого алюминия, включающий загрузку в горн шихты при соотношении алюминия с массой шихты 1: (2,5-4,2) и последующее ее расплавление (патент РФ 2034929).

Недостатками данного способа являются: во-первых, ограничение алюминия в соотношении с массой шихты на уровне 1:(2,5-4,2); во-вторых, использование в качестве шихтового материала чистого алюминия и восстановление с его помощью железа, то есть использование дорогостоящего восстановителя; в-третьих, отсутствие защитного шлака, предохраняющего составляющие шихты от окисления, и, как следствие, высокий угар и возможность получения ферроалюминия только следующего состава - 15-16% алюминия, 0,5-3% кремния, 0,02-3% углерода, менее 0,1% фосфора, 0,02-0,05% серы и остальное железо.

Задачей настоящего изобретения является создание способа выплавки ферросплавов системы железо-алюминий, в более широком диапазоне ведущих компонентов для улучшения служебных характеристик получаемых сплавов, при минимальных потерях вводимых в сплав исходных составляющих за счет снижения их угара.

Таким образом, указанная задача достигается тем, что с целью уменьшения потерь ведущих элементов получаемого ферросплава, во-первых, в качестве плавильного агрегата применяются индукционные печи, что позволяет использовать в качестве шихтовых материалов отходы производства - стальной и алюминиевый лом; во-вторых, происходит одновременное проплавление основных составляющих шихты (стального и алюминиевого ломов) с порционной загрузкой (при величине первичной загрузки не более 5-20% от массы всей шихты, необходимой для плавки); в-третьих, наводится на поверхности расплава жидкоподвижный защитный шлак толщиной не более 50-150 мм.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем.

На/под открытой тигельной или канальной индукционной печи (с нейтральной по отношению к образующемуся шлаку футеровкой) загружают первую порцию шихты, состоящую из отходов производства - стального и алюминиевого ломов (в соотношении, необходимом для получения заданного состава сплава) в количестве не более 5-20% от массы всей загружаемой шихты, и шлаковую смесь из расчета создания слоя жидкоподвижного защитного шлака толщиной не более 50-150 мм. После расплавления первой порции шихты и формирования расплава на образовавшийся жидкоподвижный защитный шлак последовательно, после расплавления очередной порции, догружают следующие порции шихты в соотношении, определяемом составом выплавляемого сплава (не более 5-20% от массы всей загружаемой шихты). Для обеспечения температуры разливки осуществляют перегрев металла на 80-100^oC над температурой ликвидус сплава системы железо-алюминий. Металл выпускают в предварительно подогретый ковш с оставлением в печи расплава в количестве не менее 20% от массы всего металла. Разливка производится в специальные изложницы, форма которых зависит от необходимого фракционного состава получаемого ферроалюминия.

Далее процесс получения сплава повторяется.

Использование для выплавки сплава индукционной печи, как агрегата, обеспечивающего минимальный угар составляющих шихты, позволяет использовать в шихте отходы производства - стальной и алюминиевый лом, что минимизирует затраты на материалы.

Разбивка шихты на порции менее 5% не позволяет запустить индукционную печь для работы в начальный период компании по выплавке ферроалюминия из-за малой доли металлической составляющей шихты. В свою очередь увеличение порции шихты на величину более 20% приводит к неоправданному затягиванию процесса плавления составляющих шихты.

Наведение вязкого гетерогенного шлака на поверхности расплава приводит к оголению мениска металла и повышенному угару компонентов шихты. Аналогичный эффект наблюдается и при толщине шлакового покрова менее 50 мм. Увеличение же толщины шлакового покрова на величину более 150 мм приводит к ошлакованию составляющих шихты и их потерям со шлаком, а также к увеличению расхода электроэнергии.

Таким образом, необходимо наведение на поверхности расплава жидкоподвижного неокислительного шлака толщиной 50-150 мм.

Пример осуществления способа.

Ферроалюминий марки ФА30 (среднее содержание алюминия 30%) выплавляли в открытой индукционной тигельной печи ИЧТ-6 с нейтральной по отношению к образующемуся шлаку футеровкой.

В качестве шихтовых материалов были взяты стальной лом (Ст3), алюминиевый лом марки Д16 и шлаковая смесь для получения легкоплавкого шлака (известь, плавиковый шпат и шамотный бой).

На отдельных плавках с целью получения комплексных раскислителей добавлялись ферросплавы (ферросилиций и ферромарганец), что позволило получить ферроалюминий с дополнительным содержанием марганца и кремния.

Процесс плавки в среднем составил 2,5-3,5 ч.

Разработанная технология выплавки позволила получить в печи расплав, содержащий в среднем от 30 до 50% алюминия.

Результаты промышленных плавок представлены в таблице.

Анализ экспериментальных данных (таблица) показывает, что предложенная технология позволяет получать ферроалюминий практически с любым содержанием алюминия и других компонентов (например, кремния и марганца).

Показано, что увеличение первичной загрузки печи шихтой на величину более 20% приводит к неоправданному затягиванию процесса плавления составляющих шихты и повышенному времени всей плавки. В свою очередь оголение мениска металла при толщине шлакового покрова менее 50 мм приводит и к повышенному угару компонентов шихты. Увеличение же толщины шлакового покрова на величину более 150 мм приводит к ошлакованию составляющих шихты и их потерям со шлаком, а также к увеличению расхода электроэнергии.

На основании полученных экспериментальных данных определены элементы технологии плавки и основные расходные коэффициенты алюминиевого и стального лома.

Изобретение относится к металлургии, в частности к способу выплавки ферроалюминия, применяемого для раскисления стали. В способе в качестве плавильного агрегата используют открытую канальную или тигельную индукционную печь. При этом загружают первую порцию шихты, состоящую из отходов производства - стального и алюминиевого лома и шлакообразующих материалов. После расплавления первой порции шихты на образовавшийся жидкоподвижный защитный шлак последовательно, после расплавления очередной порции, догружают следующие порции шихты в соотношении, определяемом составом выплавляемого сплава. Изобретение позволяет уменьшить потерю ведущих элементов получаемого сплава и использовать в качестве шихтовых материалов отходы производства - стальной и алюминиевый лом. 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

1. Способ выплавки ферроалюминия, включающий загрузку исходной шихты в плавильный агрегат, нагрев ее до температуры, превышающей температуру плавления сплавов алюминия, и последующее расплавление с образованием расплава, выдержку и выпуск сплава, отличающийся тем, что в качестве плавильного агрегата используют открытую канальную или тигельную индукционную печь, при этом загружают первую порцию шихты, состоящую из отходов производства - стального и алюминиевого лома и шлакоообразующих материалов, после расплавления первой порции шихты на образовавшийся жидкоподвижный защитный шлак последовательно, после расплавления очередной порции, догружают следующие порции шихты в соотношении, определяемом составом выплавляемого сплава. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первую порцию шихты загружают в количестве не более 5-20% от массы всей шихты, необходимой для плавки. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плавку проводят под слоем жидкоподвижного защитного шлака толщиной не более 50-150 мм.