СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, В ЧАСТНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ХРОМА, ИЗ СОДЕРЖАЩИХ ОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ ШЛАКОВ В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ Российский патент 2009 года по МПК C22C33/04 C21C5/28 C21C7/00 

Описание патента на изобретение RU2352672C2

Изобретение относится к способу извлечения металлических элементов, в частности металлического хрома, из шлаков, которые содержат оксиды, в частности оксиды хрома, в дуговой электропечи, конвертере, а также при ковшовой металлургии.

При плавлении металлического лома в дуговой электропечи происходят процессы окисления, причем металлические элементы расплава реагируют с образованием оксидов. В случае высококачественных сталей, таких как хромовые и хромоникелевые стали, прежде всего будет окисляться дорогой хром. Параллельно этому оксиды снова восстанавливаются. В случае высокохромистых сталей основным механизмом является восстановление оксида хрома углеродом. При этом первичное окисление хрома одновременно компенсируется протекающим параллельно восстановлением растворенным в расплаве углеродом. Эта реакция происходит на поверхности пузырьков и у границы раздела фаз металл/шлак. Продукт реакции, металлический хром, снова возвращается в плавку. Образующийся монооксид углерода после диффузии в пузырьках на поверхности раздела отводится в атмосферу печи.

Протекают следующие реакции:

2}=2[О] диссоциация (1)

[С]+[О]={СО} прямое обезуглероживание (2)

2[Cr]+3[0]=(Cr2O3) окисление хрома (3)

Реакции протекают при следующем термодинамическом равновесии:

причем

где p является параметром.

Из-за неполноты восстановления хрома углеродом часть оксида хрома попадает в шлак в виде различных шпинелей. Содержание оксида хрома меняется в зависимости от проведения процесса и составляет выше 5%. Экономичность способа базируется на том, чтобы восстановить оксид хрома и извлечь металлический хром.

Для этого обычно в конце плавки проводится отдельное восстановление шлака высокоактивным кремнием в виде FeSi.

Из документа WO 00/79014 А1 известно решение, как сделать более рентабельным процесс извлечения металлического хрома из содержащих оксид хрома шлаков конвертерного процесса или вакуумного процесса. Предлагается не проводить обычного технологического этапа восстановления шлаков. Шлаки, которые имеются, например, в конвертере после процесса продувки кислородом или в ковше, отделяются от расплавленного металла невосстановленными и подаются в предусмотренную дополнительно дуговую электропечь. Путем добавления углерода и кремния из лома, загруженного в дуговую электропечь, и при необходимости, с добавкой пылевидного материала, пыли, в этом случае оксид хрома в шлаке в процессе расплавления восстанавливается непосредственно до металлического хрома.

Из документа WO 02/33130 А1 известно, что в металлургическом агрегате, в котором проводится как процесс плавки, так и продувки кислородом, в частности в способе фирмы Conarc извлечения металлического хрома достигают тем, что шлаки, образующиеся после первого процесса продувки кислородом, остаются в агрегате невосстановленными. Шлаки нагревают вместе со следующей загрузкой в том же агрегате, восстанавливают и затем сливают. Затем проводится следующий процесс продувки, причем образующиеся шлаки снова оставляют в сосуде.

Исходя из данного уровня техники в основе изобретения лежит задача предоставить экономически выгодный способ извлечения оксидов, в частности оксидов хрома, из шлака, который образуется после процесса плавки в электродуговой печи.

Эта задача решена в способе с отличительными признаками п.1 формулы изобретения, а также п.6. Предпочтительные модификации способа приведены в зависимых пунктах.

В качестве прототипов для заявленных решений можно указать соответственно следующие источники:

Гасик М.И. и др.: Теория и технология производства ферросплавов / М.: Металлургия, 1988, стр.375-378,

US 6544471 B1, C21C 5/52, 08.04.2003.

Основной идеей изобретения является отказ от обычного до сих пор восстановления шлаков после плавки при первой плавке. Технологический этап восстановления шлаков проводится только при второй или следующих плавках.

В частности, осуществляются следующие этапы способа: загрузка порции лома в дуговую электропечь и плавление с образованием расплавленного металла и шлака. Обычный этап восстановления шлака не проводят. Плавку выпускают, а шлаки с высоким содержанием хрома и насыщенные оксидами марганца и железа остаются невосстановленными в печи.

На этот шлак подают затем следующую загрузку. Эта загрузка включает лом, а также восстановитель для шлаков, в частности углерод и/или кремний. Рекомендуется добавлять углерод и/или кремний в виде обогащенных углеродом и кремнием легирующих материалов. Углерод и кремний имеются, например, в хромовой шихте, феррохроме или ферроникеле. Они обеспечивают преобладающую долю восстановления. В определенных случаях могут добавляться дополнительные углеродные и/или кремниевые добавки, такие как ферросилиций или алюминий. Восстановитель может содержаться также в добавленной пыли.

С помощью этих восстановителей шлаки в процессе плавки под действием электрической энергии восстанавливаются напрямую. В электропечи при атмосферном давлении происходит прямое восстановление оксида хрома углеродом или кремнием. Протекающее в процессе расплавления окисление металла компенсируется (избыточно) таким образом путем реакций восстановления и регенерируется металлический хром. Затем шлак удаляют. Аналогичный способ имеет место в ковшовой металлургии, причем там металл уже находится в виде расплава.

Осуществление способа в дуговой электропечи значительно улучшается тем, что способ осуществляют в режиме работы с остающейся ванной расплавленного металла. Благодаря ванне расплавленного металла качество восстановления шлака существенно повышается. При этом первая плавка выпускается не полностью, а оставляют часть ванны расплавленного металла в плавильном сосуде. Это имеет то преимущество, что шлаки остаются в печи плавающими на этой ванне расплавленного металла, и тем самым они не могут пристать или прилипнуть к поду печи. Для этого благоприятного усовершенствования цикл плавки состоит из фазы начальной плавки, конечной плавки, а также проходящей между ними повторяющейся фазой расплавления и восстановления. В отличие от известного способа в процессе фирмы Conarc, который состоит из расплавления и продувки кислородом для получения стали, предлагаемый способ относится к извлечению хрома при плавке в дуговой электропечи, причем процесс является в сравнении проще и короче. Также и содержание хрома является несопоставимым: содержание хрома в шлаке при плавке ниже и составляет примерно 14-15%.

Предлагаемый способ применяется, в частности, для высококачественных сталей, содержащих хром или никель и хром. В зависимости от общей технологии, то есть технологии получения высококачественной стали без отдельного этапа восстановления шлака в дуговой электропечи, этот способ может быть осуществлен оптимально по издержкам и затратам энергии. Для способа несущественно, находятся ли шлаки в твердом, жидком или промежуточном состоянии. Это имеет влияние только на время плавки или на расход энергии в дуговой электропечи.

Перемешивание, требуемое для восстановления в процессе плавки, предпочтительно производится инертными газами, которые вводятся в дуговую электропечь через нижнюю продувочную пробку в дне и/или боковые сопла, и/или через верхнюю фурму. Благодаря этому увеличивается реакционная поверхность между шлаком и металлом.

В целом, предлагаемый способ имеет следующие достоинства:

сокращение полного времени обработки расплава на срок до 15 мин в зависимости от типа технологии из-за того, что отказываются от обычного отдельного этапа восстановления;

снижение расхода ферросилиция;

снижение расхода шлакообразующих;

высокий выход металла;

повышенный срок службы огнеупорных материалов печи;

повышенный срок службы пробок сталь-ковшей/продувочных пробок;

улучшенный энергетический баланс дуговой электропечи;

повышение степени чистоты металла.

Отдельные стадии способа будут далее описаны более подробно с помощью чертежа, который в виде схемы последовательности операций показывает продвижение металла в EAF-процессе, т.е. процессе с дуговой электропечью.

На первом этапе начальную плавку плавят без «болота» из расплава прошлой плавки. Для этого лом расплавляют с образованием расплава металла и шлаков. Расплав выпускают частично, так что часть ванны расплавленного металла с плавающим на ней шлаком остается в печи. Шлаки не восстановлены.

Теперь на следующей фазе плавки и восстановления лом загружают на эту оставленную ванну расплавленного металла со шлаком. Кроме того, добавляют восстановитель для шлаков, такой как углерод и кремний. В процессе расплавления шлак восстанавливается. При этом протекают реакции восстановления:

(Cr2О3)+3[С]=2[Cr]+3{СО}

2(Cr2O3)+3[Si]=4[Cr]+3 (SiO2)

с углеродом или кремнием. При этом содержание оксида хрома в шлаке снижается до величины меньшей, чем исходное значение.

Восстановленные шлаки сливают. Далее выпускают расплав, опять только частично, оставляя ванну расплавленного металла на дне печи. На эту ванну расплавленного металла снова вводят металлическую шихту. Шлаки, опять образующиеся при расплавлении, снова восстанавливаются напрямую. Эти этапы повторяют для каждой плавки одного цикла. Когда цикл закончится, проводят не частичный, а полный выпуск плавки вместе с «болотом» и шлаком.

Данный способ может быть проведен в дуговой электропечи или других плавильных печах, а также в ковшовой металлургии или конвертерной металлургии, или других металлургических агрегатах.

Похожие патенты RU2352672C2

название год авторы номер документа
СПОСОБ И УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛЕГИРОВАННОГО МЕТАЛЛИЧЕСКОГО РАСПЛАВА 2004
  • Фритц Эрнст
RU2349647C2
КОМПОЗИЦИОННАЯ ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ЛЕГИРОВАННЫХ СТАЛЕЙ 2001
  • Дорофеев Г.А.
RU2186856C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОТИТАНОВОГО ФЕРРОСПЛАВА ИЗ ИЛЬМЕНИТА 2005
  • Чепель Сергей Николаевич
  • Звездин Александр Афанасьевич
  • Полетаев Евгений Борисович
RU2329322C2
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ АККУМУЛЯТОРНОГО СВИНЦОВОГО ЛОМА 1997
  • Дигонский С.В.
  • Дубинин Н.А.
  • Славуцкий Г.Д.
  • Кузнецов В.Д.
  • Мечев В.В.
  • Кравцов Е.Д.
RU2119540C1
СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СТАЛИ И ЛИНИЯ ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 1994
RU2092572C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОМОЛИБДЕНА 1994
  • Серый В.Ф.
  • Зайко В.П.
  • Попов В.П.
  • Байрамов Б.И.
  • Воронов Ю.И.
  • Карнаухов В.Н.
  • Исхаков Ф.М.
  • Рожков С.В.
  • Краснослободцев А.В.
RU2110596C1
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ СТАЛИ В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ 1995
RU2092574C1
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ МАРГАНЕЦСОДЕРЖАЩИХ СПЛАВОВ 2010
  • Серегин Александр Николаевич
  • Ермолов Виктор Михайлович
  • Коноплёв Роман Александрович
RU2455379C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИЗКОУГЛЕРОДИСТЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ 2000
  • Дигонский С.В.
  • Дубинин Н.А.
  • Ахмеров Р.Р.
  • Тен В.В.
RU2164543C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ НИКЕЛЕВЫХ АНОДОВ 1997
  • Тарасов Г.С.
  • Гладков А.С.
  • Негрей С.В.
  • Бобровский С.И.
  • Мальцев Н.А.
  • Дьяченко В.Т.
  • Щетинин Н.С.
  • Сергеев В.Л.
  • Хохлов С.Я.
  • Миненков Ю.Н.
  • Беккер В.Г.
  • Назмутдинов Ш.Г.
  • Погребенко Д.М.
RU2120488C1

Реферат патента 2009 года СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ, В ЧАСТНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ХРОМА, ИЗ СОДЕРЖАЩИХ ОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ ШЛАКОВ В ДУГОВОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Изобретение относится к способу извлечения металлических элементов, в частности металлического хрома, из шлаков, которые содержат оксиды, в частности оксиды хрома в дуговой электропечи. При этом шлак не восстанавливают на отдельной стадии после плавки, а проводят следующие этапы: после ввода загрузки в дуговую электропечь загрузка плавится, образуя расплавленный металл и шлак. Плавку выпускают, оставляя невосстановленный шлак в печи. Подают следующую порцию лома, включающую восстановители для шлака. При расплавлении этой шихты шлак восстанавливают. Затем шлак и плавку сливают. Способ может применяться также в агрегатах ковшовой или конвертерной металлургии. Изобретение позволяет сократить полное время обработки расплава на 15 минут, снизить расход ферросилиция и расход шлакообразующих, повысить срок службы огнеупорных материалов печи и срок службы пробок сталь-ковшей, улучшить энергетический баланс дуговой печи. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Формула изобретения RU 2 352 672 C2

1. Способ извлечения металлических элементов, в частности металлического хрома, из шлаков, содержащих оксиды, в частности оксид хрома, в дуговой электропечи, включающий следующие этапы:
a) подача шихты в дуговую электропечь,
b) расплавление шихты с образованием расплавленного металла и шлака,
c) выпуск металла с оставлением невосстановленного шлака в печи;
d) подача следующей шихты, содержащей лом, а также восстановитель для шлака в виде углерода, и/или кремния, и/или алюминия,
e) расплавление и прямое восстановление шлаков, в частности, оксида хрома, с помощью восстановителя из шихты в процессе плавления;
g) выпуск металла и восстановленных шлаков.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что
осуществляют расплавление начальной шихты в начале цикла плавки;
частичный выпуск металла на этапе с) с оставлением части расплавленного металла в печи;
загрузку следующей порции шихты на оставшуюся ванну расплавленного металла и шлака;
частичный выпуск металла после расплавления и восстановления шлака;
повторение этапа загрузки, расплавления и восстановления шлака на каждой плавке цикла или окончание цикла путем полного выпуска металла и шлака.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что восстановитель, в частности углерод, и/или кремний, и/или алюминий, загружают в виде легирующих материалов с высоким содержанием углерода и кремния.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что пыль загружают как восстановитель, в частности, для хромсодержащих шлаков.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что проводят перемешивание с помощью инертных газов, которые вводят через нижнюю продувочную пробку, и/или боковые сопла в дуговой электропечи, и/или через верхнюю фурму.

6. Способ извлечения металлических элементов, в частности металлического хрома, из шлаков, содержащих оксиды, в частности оксид хрома, в агрегатах ковшовой или конвертерной металлургии, включающий следующие этапы:
a) подача первой металлической шихты со шлаком в агрегат;
b) после обработки плавки, в частности, кислородом, слив плавки с оставлением невосстановленного шлака в агрегате;
c) подача следующей шихты вместе с восстановителем для шлака в виде углерода, и/или кремния, и/или алюминия;
d) смешение плавки со шлаком для прямого восстановления шлаков, в частности оксида хрома, посредством восстановителя;
g) слив расплава и восстановленного шлака.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что осуществляют
частичный слив расплава на этапе b), оставляя часть ванны расплавленного
металла в агрегате;
загрузку следующего расплава на оставшуюся ванну расплавленного металла и шлака;
частичный слив расплава после прошедшего восстановления шлака;
повторение загрузки и восстановления шлака на каждой плавке цикла или окончание цикла путем полного слива конечного расплава и шлака.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2009 года RU2352672C2

US 6544471 В1, 08.04.2003
ГАСИК М.И
и др
Теория и технология производства ферросплавов
- М.: Металлургия, 1988, с.375-378
СПОСОБ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕТАЛЛА ИЗ ШЛАКА ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕДЕЛЬНОГО ФЕРРОСИЛИКОХРОМА 1993
  • Байрамов Б.И.
  • Воронов Ю.И.
  • Денисов О.В.
  • Зайко В.П.
  • Исхаков Ф.М.
  • Карнаухов В.Н.
  • Середенин В.А.
  • Серый В.Ф.
  • Слепова Л.В.
  • Цирлин В.М.
RU2082785C1
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ХРОМИСТЫХ И ХРОМОНИКЕЛЕВЫХ СТАЛЕЙ 1990
  • Мурадян О.С.
  • Шарафутдинов В.Л.
  • Валеева Р.Г.
  • Иванов С.Н.
  • Роженцев В.В.
  • Маслюков Н.И.
RU2012597C1
Одношлаковый процесс выплавки нержавеющих стелей 1976
  • Старцев Александр Федорович
  • Заозерный Николай Тимофеевич
  • Попов Сергей Серафимович
  • Бабков Тимофей Матвеевич
  • Перевязко Александр Тимофеевич
  • Данченко Григорий Дмитриевич
  • Губенко Артур Васильевич
SU602560A1
DE 19643459 А, 16.04.1998.

RU 2 352 672 C2

Авторы

Роллингер Бернт

Райхель Йоханн

Даты

2009-04-20Публикация

2004-04-23Подача