ТЕРМИТНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГРАНУЛ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО РАФИНИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ Российский патент 2013 года по МПК C12C7/00 

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано при проведении окислительного рафинирования железоуглеродистых сплавов. Окислительное рафинирование - самый распространенный способ очистки металлов от примесей. Он применяется при получении сплавов на основе Fe, Cu, Ni, Pb и др. Основная идея метода - окисление вредных и излишних примесей и перевод их в виде оксидов в оксидную или газовую фазу, которая не растворяется в металле [1]. Окислителями при реализации процесса окислительного рафинирования стали являются: железная окалина (Fе₃O₄) и железорудные окатыши, содержащие FeO, Fе₂О₃, Fе₃O₄. В этих соединениях железо присутствует в двух- и трехвалентной форме. Валентность железа обуславливает окислительную способность оксида железа. К предлагаемой термитной смеси наиболее близка смесь [2], содержащая железоуглеродистый сплав и оксидный материал при следующем соотношении, % (мас.):

Железоуглеродистый сплав 50,0-99,5 Оксидный материал 0,5-50,0

При этом закись железа и окись железа в оксидном материале взяты в соотношении соответственно (0,01-6,0): 1,0.

А также смесь [3], включающая FeO, Fе₂О₃, Fе₃O₄, при следующем соотношении компонентов, % (мас.): (FеО+Fе₂O₃+Fе₃O₄):СаО:СаF₂=1,000:(0,400-0,290):(0,029-0,040).

Недостатком указанных окислителей является низкая окислительная способность, что приводит к повышенному расходу реагента на тонну выплавляемой стали. Кроме того, на термообработку окатышей необходимы большие энергетические затраты.

Предлагаемые окатыши содержат железо в шестивалентной форме, что позволит снизить расход реагента в 2-3 раза. Инициирование СВС-процесса в грануле позволяет проводить термообработку гранул без подвода внешних источников энергии.

Термитная смесь включает нитрат калия, железосодержащие отходы (опилки, стружка, отходы производства дроби), бигхаузная пыль. Компоненты имеют следующее соотношение, % (мас.):

Нитрат калия 58-63 Железосодержащие отходы 26-34 Бигхаузная пыль 8-11

Полученную смесь необходимо увлажнить до пластичного состояния. Посредством скатывания во вращающихся чашах (грануляторах) или барабанах-окомкователях из полученной смеси формируются гранулы. Далее гранулы повергаются сушке. Для инициирования экзотермической реакции гранулы слегка смачивают любыми продуктами перегонки нефти и поджигают. Инициирование СВС-процесса возможно также любым известным способом. В результате химической реакции образуется феррат калия (K₂FеO₄) и диоксид азота (NO). Скорость реакции можно изменять, увеличивая или уменьшая в заданных пределах количество бигхаузной пыли. Бигхаузная пыль является отходом производства - улавливается при плавке чугуна и стали в электрических дуговых печах, она состоит главным образом из оксидов железа (II и III), которые также являются окислителями Fe-C сплавов. В результате воздействия высокой температуры экзотермической реакции гранулы спекаются. Полученный феррат калия содержит железо в шестивалентной форме, что определяет высокую эффективность его использования в качестве окислителя.

В результате исследований был определен состав смеси, который обеспечивает получение феррата калия. Экспериментальные данные представлены в таблице.

№ опыта Количество нитрата калия, % (мас.) Количество железосодержащих отходов, % (мас.) Количество бигхаузной пыли, % (мас.) Количество феррата калия от общей массы гранул, % 1 62 26 12 0 2 59 31 10 88,5 3 59 32 9 88,5 4 65 30 5 - 5 61 31 8 91,5 6 58 33 9 87 7 58 27 15 0 8 60 32 8 90 9 66 30 4 - 10 64 28 8 0 11 59 33 8 88,5 12 57 29 14 0 13 54 34 12 0 14 58 32 10 87 15 56 27 17 0

Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод о том, что если содержание (мас.%) какого-либо компонента в термитных смесях выходит за рамки заявленного, то есть для нитрата калия 58-63; для железосодержащих отходов 26-34; для бигхаузной пыли 8-11, то в составе получаемых гранул феррата калия либо нет (опыты №1, 7, 10, 12, 13, 15), то есть исходные вещества в реакцию не вступают; либо вследствие бурно протекающей реакции гранулы разрушаются (опыты №4, 9).

Таким образом, предлагаемый состав термитной смеси позволяет получать эффективные реагенты для рафинирования железоуглеродистых сплавов, решая при этом проблему утилизации дисперсных отходов машиностроения и металлургии.

Источники информации

1. Рыжонков Д.И. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия. - 1989. - 390 с.

2. Патент РФ №2092571 - 1997 год.

3. Патент РФ №2088675 - 1997 год.

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано при проведении окислительного рафинирования железоуглеродистых сплавов с получением эффективных реагентов. Термитная смесь включает нитрат калия, железосодержащие отходы в виде опилок, стружки и отходов производства дроби, бигхаузную пыль со степенью окисления Fe⁺², Fe⁺³ при следующем соотношении компонентов сухой массы, мас.%: нитрат калия 58-63; железосодержащие материалы 26-34; бигхаузная пыль 8-11. Инициирование СВС-процесса в грануле позволяет проводить термообработку гранул без подвода внешних источников энергии. 1 табл.

Термитная смесь для формирования гранул, используемых для окислительного рафинирования железоуглеродистых сплавов, включающая железосодержащий материал, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нитрат калия, при этом в качестве железосодержащего материала используют дисперсные отходы в виде опилок, стружки, отходов производства дроби, а также бигхаузную пыль со степенью окисленности Fe⁺², Fe⁺³ при следующем соотношении компонентов сухой массы, мас.%:
Нитрат калия 58-63 Железосодержащие материалы 26-34 Бигхаузная пыль 8-11