СПОСОБ И ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ АЗОТИРОВАННОГО СИЛИКОМАРГАНЦА В ДУГОВОЙ РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ЭЛЕКТРОПЕЧИ Российский патент 2018 года по МПК C22C33/00 C22C33/04 

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к электротермическому получению металлов и сплавов в дуговых рудно-термических электропечах, и может быть использовано в производстве марганцевых и хромистых ферросплавов.

Силикомарганец широко применяется при раскислении многих марок сталей. Силикомарганец, содержащий азот в количестве 4-15%, используется для раскисления и легирования сталей, из которых изготавливаются трубы и другой прокат, работающий в области низких температур.

Известен способ производства силикомарганца, включающий в себя дозирование марганцевого концентрата, кварцита, углеродистых восстановителей и флюса, загрузку их в рудно-термическую электрическую печь, карботермическое восстановление и выпуск сплава и шлака из печи (Рысс М.А. Производство ферросплавов. М.: Металлургия, 1985, с. 166-173).

Известен способ производства азотированного силикомарганца, включающий в себя дробление полученного силикомарганца и насыщение твердого порошка молекулярным азотом. (Гасик М.И., Лякишев Н.П. Теория и технология электрометаллургии ферросплавов. М.: «СП ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ», 1999, с. 394-397). Недостатками данного способа являются потери сплава при дроблении и сложность аппаратурного оформления данного способа получения азотированного сплава, что приводит к высокой себестоимости сплава.

Известен способ производства легирующих материалов на основе нитрида кремния (патент RU №2210615, С22С 33/03, С22С 29/16, опубл. 20.08.2003), включающий азотирование исходного кремнийсодержащего материала в самоподдерживающемся режиме горения в азоте при повышенном давлении азота, при этом азотирование осуществляют порошками сплавов одного или нескольких металлов, выбранных из ряда, содержащего кальций, алюминий, титан, цирконий, ванадий, ниобий, хром, марганец, железо, с кремнием при содержании кремния 15-95 вес.%. В качестве исходного кремнийсодержащего материала используют смесь порошков двух кремнийсодержащих сплавов: силикокальция, силикохрома, силикомарганеца или ферросилиция. Азотирование кремнийсодержащего материала осуществляют под давлением 0,5-14,0 МПа, а исходный кремнийсодержащий сплав измельчают в порошок с размером частиц 0-3,15 мм. Недостатком данного способа является сложность схемы получения заявленного продукта, включая предварительное измельчение сплавов, что увеличивает стоимость конечной продукции.

Известен способ получение азотированного силикомарганца (патент RU №2184170, С22В 33/00, С22В 33/04, опубл. 27.06.2002), включающий измельчение азотируемого ферросплава и засыпку в контейнер по высоте формируемого слитка шихты, состоящей из порошка азотируемого ферросплава и воспламеняющей смеси, размещение контейнера в реакторе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, инициирование реакции горения воспламеняющей смесью и азотирование в режиме горения при повышенном давлении азота, при этом воспламеняющую смесь засыпают по центру контейнера в количестве 3-20% от массы формируемого слитка, вокруг нее размещают азотируемый порошок ферросплава с зазором относительно стенок реактора, инициирование реакции горения воспламеняющей смесью производят при давлении азота 70-90 атм., формируя цилиндрический фронт горения, а азотирование в режиме производят в контейнере с газопроницаемыми стенками. После формирования фронта горения в реактор дополнительно подают азот и поддерживают его давление в пределах 100-150 атм. В качестве воспламеняющей смеси используют смесь окислов азотируемого металла и/или окислов железа и восстановителя. Недостатком данного способа получения азотированного силикомарганца является сложность аппаратурного оформления, необходимость дробления исходных компонентов, что увеличивает стоимость получения конечного продукта.

По технической сущности, по наличию общих признаков данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.

Недостатком данного способа получения азотированного силикомарганца является сложность аппаратурного оформления, необходимость дробления исходных компонентов, что увеличивает стоимость получения конечного продукта.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономической эффективности процесса производства азотированного силикомарганца.

Техническим результатом является получение силикомарганца, содержащего азот, в процессе восстановительной плавки силикомарганца в рудно-термической электрической печи; повышение степени извлечения марганца.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения азотированного силикомарганца, включающем подготовку и загрузку шихты с восстановительной смесью и азотирование, в качестве восстановительной смеси используют отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, а восстановительную плавку и азотирование ведут одновременно.

В качестве азотирующего компонента используют нитрид кремния, входящий в состав отходов карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров.

Технический результат достигается также за счет того, что шихта для получения азотированного силикомарганца содержат марганцевую руду и/или марганцевый концентрат, кварцит, доломит и/или каменный уголь и отходы карбидокремниевой футуровки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

марганцевая руда и/или марганцевый концентрат 54-62,5 кварцит 0,0- 9,9 кокс и/или каменный уголь 0-6,8 доломит 5,4-6,2 отходы карбидокремниевой футеровки 23,8-31,2

Сущность изобретения заключается в том, что в способе производства силикомарганца, включающем дозирование, смешивание, загрузку на колошник и проплавление шихты из марганцевой руды, кварцита, кокса и доломита, выпуск металла и шлака из печи, в составе шихты в качестве восстановителя применяют отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, которые содержат до 70% карбида кремния и до 26% нитрида кремния. В процессе восстановительной плавки силикомарганца силикотермическое восстановление марганца карбидом кремния по реакции

3МnО+SiC=3Мn+SiO₂+СО,

увеличивает степень восстановления марганца и снижает содержание марганца в шлаке и дальнейшее восстановление кремния из кремнезема по реакции

SiO₂+SiC=3Si+2CO

ведет к необходимому для силикомарганца содержанию кремния в сплаве. Одновременно происходит разложение нитрида кремния на кремний и азот, который взаимодействует с восстановленным марганцем с образование нитрида марганца:

Si₃N₄=3Si+2N₂

2Mn+N₂=2MnN

Применение в шихте для получения силикомарганца в качестве восстановителя карбида кремния отходов карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров и одновременное восстановление кремния имеет признаки отличия от прототипа и обуславливает новизну технического решения. Азотирование силикомарганца в процессе восстановительной плавки в рудно-термической печи отвечает критерию «существенное отличие».

Осуществление способа проводится следующим образом.

В промышленную печь, мощностью 9 МВА, загружали шихту, состоящую их марганцевой руды, кварцита, кокса (каменного угля), дробленых отходов карбидокремниевых плит и доломита, вели восстановительную плавку и выпускали расплав из печи. Контролировали содержание марганца, кремния и азота в сплаве.

Пример 1.

Состав навески шихты (прототип), мас.%:

- марганцевая руда - 62,5;

- кварцит - 15,8;

- кокс - 17,4;

- доломит - 4,3.

Содержание в сплаве составило: марганца - 65,1%, кремния - 17,3%, азота - 0,0%; извлечение марганца - 67,8%.

Пример 2.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевая руда и марганцевый концентрат - 56,3;

- кварцит - 7,5;

- кокс - 14,6;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 14,1;

- доломит - 7,5.

Содержание в сплаве составило: марганца - 65,5%, кремния - 16,9%, азота - 0,12%; извлечение марганца - 72,4%.

Пример 3.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевая руда -54,1;

- кварцит - 9,9;

- кокс - 6,8;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 23,8;

- доломит - 5,4.

Содержание в сплаве составило: марганца - 66,1%, кремния - 17,4%, азота - 4,18%; извлечение марганца - 73,5%.

Пример 4.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевый концетрат - 58,8;

- каменный уголь - 5,9;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 29,4;

- доломит - 5,9.

Содержание в сплаве составило: марганца - 66,9%, кремния - 17,7%, азота - 4,42%.

Пример 5.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевая руда - 62,5;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 31,3;

- доломит - 6,2.

Содержание в сплаве составило: марганца - 66,2%, кремния - 18,1%, азота - 4,23%; извлечение марганца - 76,62%.

Пример 6.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевая руда - 64,3;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 35,0;

- доломит - 6,2.

Содержание в сплаве составило: марганца - 66,4%, кремния - 19,6%, азота - 3,23%; извлечение марганца - 68,3%.

В процессе испытаний, при проведении восстановительной плавки, был получен азотированный силикомарганец с содержанием азота 4.18-4,42%, который относится к низкоазотистым сортам ферросплавов (примеры 3, 4, 5) при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:

марганцевая руда и/или марганцевый концетрат 54,1-62,5 кварцит 0,0-9,9 кокс и/или каменный уголь 0-6,8 доломит 5,4-6,2 отходы карбидокремниевой футеровки 23,8-31,2

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к электротермическому получению металлов и сплавов в дуговых рудно-термических электропечах и может быть использовано в производстве марганцевых и хромистых ферросплавов. Способ включает подготовку и загрузку в печь марганцевой руды и/или марганцевого концентрата и восстановительной смеси, восстановительную плавку и азотирование. В качестве восстановительной смеси используют кварцит, доломит, кокс и/или каменный уголь и отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие нитрид кремния, при этом восстановительную плавку и азотирование проводят одновременно. Используют отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие до 70% карбида кремния и до 26% нитрида кремния. Шихта содержит, мас.%: марганцевая руда и/или марганцевый концентрат 54,1-62,5; кварцит до 9,9; кокс и/или каменный уголь до 6,8; доломит 5,4-6,2; отходы карбидокремниевой футеровки 23,8-31,2. Изобретение позволяет увеличить степень восстановления марганца в сплав и снизить содержание марганца в шлаке и одновременно вести азотирование силикомарганца. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 пр.

1. Способ получения азотированного силикомарганца в дуговой рудно-термической электропечи, включающий подготовку и загрузку в печь марганцевой руды и/или марганцевого концентрата и восстановительной смеси, восстановительную плавку и азотирование, отличающийся тем, что в качестве восстановительной смеси используют кварцит, доломит, кокс и/или каменный уголь и отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие нитрид кремния, при этом восстановительную плавку и азотирование проводят одновременно.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие до 70% карбида кремния и до 26% нитрида кремния.

3. Шихта для получения азотированного силикомарганца в дуговой рудно-термической электропечи, содержащая марганцевую руду и/или марганцевый концентрат и восстановительную смесь, отличающаяся тем, что восстановительная смесь содержит кварцит, доломит, кокс и/или каменный уголь и отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие нитрид кремния, при этом компоненты шихты взяты в соотношении, мас.%:

марганцевая руда и/или марганцевый концентрат 54,1-62,5 кварцит до 9,9 кокс и/или каменный уголь до 6,8 доломит 5,4-6,2 отходы карбидокремниевой футеровки 23,8-31,2