Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению комплексных ферросплавов, содержащих щелочноземельные металлы, для рафинирования и модифицирования стали и чугуна.
Предлагаемый способ может быть использован на металлургических и машиностроительных заводах для получения специальных малотоннажных ферросплавов, необходимых для внепечной обработки железоуглеродистых расплавов.
Известен способ получения силикокальция, включающий загрузку и проплавление шихты, содержащей кусковые кварцит, известь, древесный уголь, каменный уголь и кокс [см. Производство ферросплавов. Рысс М.А. М.: Металлургия. 1985. 344 с.].
В соответствии с указанным способом восстановление кремния и кальция осуществляют углеродом при значительном (16-20%) его избытке в шихте и крайне неравномерном распределении ее компонентов в ванне печи при температуре порядка 1900°С.
Это приводит к постепенному зарастанию ванны печи карбидной настылью и прекращению кампании выплавки сплава, длительность которой не превышает 2,5-3,0 месяца.
Недостатками способа являются также низкое извлечение кальция и кремния в сплав вследствие высокой температуры, высокий удельный расход электроэнергии, необходимость ежегодного капитального ремонта печи, использование дефицитного и дорогого древесного угля.
Для получения комплексных сплавов, содержащих щелочноземельные металлы, наиболее выгодно использовать природные и относительно дешевые сульфатные и карбонатные руды: гипс (CaSO4·H2O), известняк (СаСО3), барит (BaSO4), целестин (SrSO4).
Известен способ получения сплавов с барием, в котором в качестве барийсодержащего материала в шихту при углетермической плавке вводят барит [А.С. SU 255958. Способ получения сплавов с барием. Опубл. 04.11.1969. Бюл. №34].
В соответствии с указанным способом барий восстанавливают из барита углеродом в рудовосстановительной печи при температуре 600-1900°С.
Недостатками этого способа являются низкое извлечение бария в сплав, повышенный расход электроэнергии вследствие высокой температуры процесса.
Известен способ получения стронцийсодержащего ферросилиция, включающий загрузку в печь и проплавление шихты, состоящей из смеси кусковых материалов: кварца, целестина, древесного угля, древесной щепы и каменного угля [Patent US 3374086 A. Process for making strontium-bearing ferrosilicon. Mar. 19, 1968].
В соответствии с указанным способом сплав получают углеродотермическим процессом в дуговой электрической печи при большом (20-30%) избытке количества углерода в шихте.
Недостатками способа являются технологические затруднения при выпуске сплава из печи и прекращение его выплавки вследствие зарастания ванны печи карбидной настылью. Кроме того, в указанном способе используют дорогие и дефицитные шихтовые материалы - кварц и древесный уголь.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения комплексного кремнистого ферросплава одностадийным непрерывным углеродотермическим процессом, описанный в п. РФ №2247169 по кл. С22С 33/04, з. 23.06.03, оп. 27.02.05.
Известный способ получения комплексного кремнистого ферросплава одностадийным непрерывным углеродотермическим процессом включает загрузку в печь и проплавление шихты, состоящей из кварцита и брикетированной смеси рудной части шихты с избытком углеродистого восстановителя, необходимого для восстановления ведущих элементов, при недостатке восстановителя во всей шихте, при этом в смесь для брикетирования рудной части шихты с углеродистым восстановителем дополнительно вводят интенсификатор процесса восстановления и отходы собственного производства в виде ферросплава крупностью менее 1 мм, шлака и возгонов в количестве соответственно 2-10% и 1-15%, причем в качестве интенсификатора используют сульфиды и/или оксиды меди и никеля, боратовую руду и плавиковый шпат.
Недостатком известного способа является относительно низкая степень извлечения кремния в сплав вследствие малой контактной поверхности кусков кварцита с углеродистым восстановителем. Кроме того, при использовании сульфатной руды в отсутствии SiO2 в брикете взаимодействие сульфатов с углеродом приводит к образованию устойчивых сульфидов и резкому снижению из-за этого степени извлечения щелочноземельных металлов.
Задачей является повышение степени извлечения кремния и щелочноземельных металлов при снижении стоимости шихты и энергоемкости процесса.
Поставленная задача решается тем, что в способе получения комплексного кремнистого ферросплава одностадийным непрерывным углеродотермическим процессом, включающем загрузку в печь и проплавление шихты, состоящей из кремнийсодержащего материала и брикетированной смеси рудной части шихты с углеродистым восстановителем при недостатке его в шихте, при этом в смесь для брикетирования рудной части шихты с углеродистым восстановителем дополнительно вводят интенсификатор процесса восстановления, согласно изобретению углеродотермический процесс осуществляют при температуре 1700-1850°С, в качестве кремнийсодержащего материала и интенсификатора используют кварцевый песок, который дополнительно вводят в смесь для брикетирования, а в качестве рудной части шихты используют природные сульфатные и карбонатные руды: гипс и/или целестин и/или барит и/или известняк, причем соотношение кварцевого песка и рудной части в шихте SiO2:(CaSO4·2H2O+SrSO4+BaSO4+СаСО3) поддерживают в пределах 2,0-100,0 массовых долей.
Использование в брикетированной смеси в качестве кремнийсодержащего материала и одновременно интенсификатора процесса кварцевого песка позволяет получить более равномерное распределение компонентов в смеси, увеличить их контактную поверхность и тем самым повысить реакционную способность реагентов, что сокращает время плавления и время осуществления реакций жидких силикатов с углеродом и карбидом кремния, снижая тем самым энергоемкость процесса. Более интенсивное развитие этих реакций приводит к повышению степени извлечения металлов в сплав, снижению расхода электроэнергии и шихтовых материалов.
Снижение массового отношения SiO2:(CaSO4·2H2O+SrSO4+BaSO4+СаСО3) в шихте менее 2,0 приведет к уменьшению температуры в нижних зонах ванны печи и снижению извлечения щелочноземельных металлов в сплав вследствие чрезмерно высокой скорости проплавления шихты, обусловленной увеличением содержания легкоплавких силикатов и, наоборот, уменьшением содержания тугоплавкого карбида кремния в продуктах реакций. Увеличение массового отношения SiO2:(CaSO4·2H2O+SrSO4+BaSO4+СаСО3) более 100,0 приведет к снижению скорости проплавления шихты, чрезмерному увеличению температуры в ванне печи и снижению содержания щелочноземельных металлов в сплаве.
Технический результат - повышение степени извлечения кремния и щелочноземельных металлов в сплав при снижении затратности способа.
Заявляемый способ обладает новизной в сравнении с прототипом, отличаясь от него такими существенными признаками как осуществление углеродотермического процесса при температуре 1700-1850°С, использование в качестве кремнийсодержащего материала и в качестве интенсификатора процесса кварцевого песка, который дополнительно вводят в смесь для брикетирования, использование в качестве рудной части шихты природных сульфатных и карбонатных руд: гипса и/или целестина и/или барита и/или известняка, при поддержании соотношения кварца и рудной части в шихте в пределах 2,0-100,0 массовых долей, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата.
Заявителю неизвестны технические решения, обладающие указанными отличительными признаками, обеспечивающими в совокупности достижение заданного результата, поэтому он считает, что заявляемый способ соответствует критерию «изобретательский уровень».
Заявляемый способ может найти широкое применение в области металлургии, а потому соответствует критерию «промышленная применимость».
Предлагаемый способ получения комплексного кремнистого ферросплава одностадийным непрерывным углеродотермическим процессом заключается в следующем.
Производят загрузку в печь и проплавление шихты, состоящей из брикетированной смеси кремнийсодержащего материала и рудной части шихты с углеродистым восстановителем при его недостатке во всей шихте. При этом в смесь для брикетирования рудной части шихты с углеродистым восстановителем дополнительно вводят интенсификатор процесса восстановления, в качестве которого используют кварцевый песок.
Углеродотермический процесс осуществляют при температуре 1700-1850°С. В качестве рудной части шихты используют природные сульфатные и карбонатные руды: гипс и/или целестин, и/или барит, и/или известняк, причем соотношение кварцевого песка к рудной части шихты SiO2:(CaSO4·2H2O+SrSO4+BaSO4+СаСО3) поддерживают в пределах 2,0-100,0 массовых долей.
При этом в смеси используют несколько рудных компонентов одновременно или один из них.
Способ, согласно изобретению, осуществляют следующим образом. Кварцевый песок, углеродистый восстановитель, например газовый уголь или отсевы кокса, и руду, в качестве которой используют барит и/или целестин, и/или гипс, и/или известняк, смешивают при указанном соотношении SiO2:(CaSO4·2H2O+SrSO4+BaSO4+СаСО3)=2,0-100,0 массовых долей. Затем в смесь добавляют связующее, например жидкое стекло, и повторно смешивают и брикетируют. Полученные брикеты подвергают естественной сушке и упрочнению в течение не менее двух суток. Сухие брикеты загружают в печь и осуществляют непрерывный процесс плавки при температуре 1700-1850°С с периодической загрузкой шихты в печь по мере ее проплавления и периодическим или непрерывным выпуском ферросплава в ковш с последующей разливкой в изложницы.
Пример осуществления способа (только для кремния) иллюстрируется таблицей (см. ниже).
Для проведения сравнительных испытаний известного и предложенного способов оценивали удельный расход электроэнергии и извлечение кремния в сплав. Комплексные кремнистые ферросплавы (силикокальций, силикобарий) выплавляли в дуговой печи мощностью 250 кВ·А по известному и предложенному способам. В качестве шихты использовали брикеты или смесь брикетов с кварцитом (прототип). Состав шихты и результаты испытаний приведены в таблице.
Из приведенных в таблице данных следует, что при получении силикокальция и силикобария извлечение кремния выше, а расход электроэнергии меньше в сравнении с известным способом.
В сравнении с прототипом заявляемый способ позволяет повысить степень извлечения щелочноземельных металлов и кремния в сплав и снизить расходы на производство.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОСИЛИКОТИТАНА | 2010 |
|
RU2416659C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КРЕМНИСТОГО ФЕРРОСПЛАВА | 2003 |
|
RU2247169C1 |
Шихта для выплавки силикокальция | 2019 |
|
RU2703060C1 |
Способ получения комплексных кремнистых ферросплавов | 1974 |
|
SU676634A1 |
ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ МАРГАНЦЕВЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ | 2022 |
|
RU2788459C1 |
Способ выплавки ферросплавов | 1982 |
|
SU1076478A1 |
СПЛАВ ДЛЯ ВНЕПЕЧНОЙ ОБРАБОТКИ СТАЛИ И ЧУГУНА И ШИХТА ДЛЯ ЕГО ПОЛУЧЕНИЯ | 2011 |
|
RU2483134C2 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОСИЛИКОТИТАНОВОЙ ЛИГАТУРЫ | 2000 |
|
RU2177049C1 |
СПОСОБ ПЕРЕРАБОТКИ ВОЛЬФРАМОВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ | 2005 |
|
RU2296173C2 |
СПОСОБ ВЫПЛАВКИ КРЕМНИЯ И ФЕРРОСИЛИЦИЯ | 2019 |
|
RU2716906C1 |
Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению комплексных ферросплавов, содержащих щелочноземельные металлы, для рафинирования и модифицирования стали и чугуна. Производят загрузку в печь и проплавление шихты, состоящей из брикетированной смеси кремнийсодержащего материала, рудной части шихты с углеродистым восстановителем при его недостатке во всей шихте и интенсификатор процесса восстановления - кварцевый песок. Углеродотермический процесс осуществляют при температуре 1700-1850°С. В качестве рудной части шихты используют природные сульфатные и карбонатные руды: гипс и/или целестин, и/или барит, и/или известняк, причем соотношение кварцевого песка к рудной части шихты SiO2:(СаSO4·2Н2O+SrSO4+ВаSO4+СаСО3) поддерживают в пределах 2,0-100,0 массовых долей. Использование в брикетированной смеси в качестве кремнийсодержащего материала и одновременно интенсификатора процесса кварцевого песка позволяет получить более равномерное распределение компонентов в смеси, увеличить их контактную поверхность и тем самым повысить реакционную способность реагентов, что сокращает время плавления и время осуществления реакций жидких силикатов с углеродом и карбидом кремния, снижая тем самым энергоемкость процесса. Более интенсивное развитие этих реакций приводит к повышению степени извлечения металлов в сплав, снижению расхода электроэнергии и шихтовых материалов. 1 табл.
Способ получения комплексного кремнистого ферросплава одностадийным непрерывным углеродотермическим процессом, включающий загрузку в печь и проплавление шихты, состоящей из кремнийсодержащего материала и брикетированной смеси рудной части шихты с углеродистым восстановителем при недостатке его во всей шихте, при этом в смесь для брикетирования рудной части шихты с углеродистым восстановителем дополнительно вводят интенсификатор процесса восстановления, отличающийся тем, что углеродотермический процесс осуществляют при температуре 1700-1850°С, в качестве кремнийсодержащего материала и упомянутого интенсификатора, дополнительно вводимого в смесь для брикетирования, используют кварцевый песок, а в качестве рудной части шихты используют природные сульфатные и карбонатные руды вида: гипс и/или целестин, и/или барит, и/или известняк, причем соотношение кварцевого песка и рудной части в шихте SiO2:(СаSO4·2Н2O+SrSO4+ВаSO4+СаСО3) поддерживают в пределах 2,0-100,0 массовых долей.
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО КРЕМНИСТОГО ФЕРРОСПЛАВА | 2003 |
|
RU2247169C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВОВ С БАРИЕМ | 0 |
|
SU255958A1 |
DE 4324343 C2, 12.09.1996 | |||
US 3374086 A, 19.03.1968. |
Авторы
Даты
2011-03-20—Публикация
2009-12-01—Подача