Сплав для выплавки ферросплавов Советский патент 1984 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству ферросплавоБ, точнее к сплавам для металлотермической выплавки ферросплавов. ,

Для выплавки ферросплавов - силикованадия, силикониобия, кремний-ванадий-кальциевой лигатуры и других используют кремний или алюминийсодержащие сплавы (ферросилиций, ферросиликоалюминий, ферроалюминий) с содержанием 60-80% суммы элементов восстановителей - кремния и алюминия 1.

Недостатками, этих сплавов являются:

низкая восстановительная способность в связи с тем, что скорость взаимодействия элементов снижена изза недостаточно эффективной диффузии компонентов в объеме расплава к границе раздела металл-шлак;

недостаточная осадительная способность, приводящая к потерям ферросплава со шлаком, вследствие пониженных скоростей осаждения мелких капель металла S процессе плавки;

низкая рафинирующая способность от вредных примесей, и прежде всего S, Р и неметаллических ВКЛЮЧЕНИЙ, получаемого ферросплава, особенно, сли включения мелкодисперсны.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемоу результату является сплав С21, одержащий, мае.%:

Кремний 49-64 . Кальций 10-16

Алюминий 0-2

Водород 0,0004-0,001Железо Остальное

Недостатком известного сплава является также низкая восстановительная, осадительная и рафинирующая способности при использовании его для выплавки ферросплавов.

Целью изобретения является одновременное повышение восстановительной , осадительной и рафинирующей способности сплава.

Поставленная, цель достигается тем, что сплав, содержащий кремний, алюминий, кальций, водород и желе-т зо, дополнительно содержит магний и барий при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 57,5-94,7 Алюминий 0,3-2,5

Кальций 1,0-5,0

Водород 0,0005-0,01

Магний 0,05-2,5 :

Барий 0,1-5,0

Железо Остальное

При этом суммарное содержание кремний и алюминия в нем составляет 60-95%,

Этот сплав получают углетермическим процессом из материалов, содержащих оксиды кремния, алюминия, магния, бария, кальция, кокса и железной стружки с дополнительным увлажнением шихты. Сплав разливают в плоские изложницы, после охлаждения дробят до крупности менее 80 мм или гранулируют водой. Полученный сплав используют для выплавки ферросплавов (или лигатур). Для этого сплав (с содержанием 60-95% Si + А1) проплавляют с оксидом восстаналиваемого элемента, например , известь и плавиков 1м шпатом.

В процессе плавки элементы-восстновители - кремний и алюминий - взаимодействуют с оксидами восстанавливаемых элементов с образованием оксидов кремния и алюминия. Оксиды кркремния и алюминия взаимодействуют с СаО и образуют двухкальциевые силикаты и алюминаты.

Восстановительные элементы с избыточньм кремнием. (А1) образуют дисилициды (дигшюминиды). Одновременно в сплав переходят восстановленные вредные примеси - сера и фосфор К концу восстановительного процесса весь кремний и алюминий в ферросплаве связаны в дисилициды ( диалюминидыК В этот период повышается активность кальция и бария, которые нерастворимы в дисилицидах |диалюминидах t восстановленных элементов. Кальций и бария взаимодействуют с серой и фосфором, полностью связывая их в. сульфиды и фосфиды (CaS, BaS, , нерастворимые в ферросплаве.

.CaS и Са jP всплывают из объема металла и усваиваются шлаком, мелкие частицы остгиотся в металле, не успевая выделиться из него. Тяжелые частицы EaS, и мелкие сульфид и фосфиды кальция полностью не выделяются из металла и находятся в нем в виде неметгшлических включений. При образовании дисилицидов восстановленных элементов снижается растворимость в ферросплаве водорода, который вьшеляется в объеме металла в виде микроскопических газовых пузырьков. Водород в объеме металла оказывает каталитическое воздействие на содержащийся в меташле магний и он переходит в виде пара с газовые водородные пузырьки. За счет паров магния пузырьки быстро увеличиваются в размере и перемещаются в объеме металла снизу вверх По мере двизкения пузырьки сталкиваются с частицами CaS, . BaS, ВазРг которые не .смачиваются металлом, при соприкосновении они прилипак)Т к пузырькам газа и транспортируются из объема металла в шлаковую фазу. Поступающий в объем пузырька магний в виде газа увеличивает их подъемную силу.

Газовые пузырьки с неметаллическими частицами пересекают границу раздела металл-ишак, где неметаллические включения попадают в шлаковую фазу и усваивсштся ею. Далее свободные от неметаллических включений газовые пузырьки перемещаются вверх в объеме шлака. В процессе движения в шлаке газовые пузырьки контактируют с мелкими, не успевшими осесть каплями металла, которые не смачиваются шлакок и прилипают к ним, скатываясь под действием собственного веса в их кормовую часть, где, столкнувшись с другими каплями скоалеецировав, укрупняются.

Одновременно газовые пузырьки. магний и водород | вступают во взаимодействие с оставшимися в шкгше невосстановленными оксидами восстанавливаемого элемента (V20j) шихты. При зтом в пузырьках идет замещение магния и водорода о&разующимися в результате взаимодействия с оксидами водяными парами (оксидом водорода ).

На поверхности раздела ишак-печной газ пузырьки газа (преимущественно пары оксида водорода) лопаются.

Капли металла остаются на поверхности расплава. Под действием движения поверхности расплава капли перемещаются, сталкиваются и укрупняются,

Укрупненные капли металла под действием силы.тяжести тонут в шкале, соприкасаются с металлическим расплавом и усваиваются им. Нижние и верхние пределы содержания кремния, алюминия в сплаве обусловлены способностью сплава растворять водород, при одновременном растворении в сплаве необходимого количества магния, кальция и бария. Нижние и верхние пределы содержания бария обеспечи- . вают полноту связывания вредных примесей - серы и фосфора - в силициды и фосфиды. При отсутствии бария не обеспечивается глубокое рафинирование металла от S и Р и большая часть их остается в металле. Кгшьций в заданных пределах позволяет провести глубокое рафинирование металла от примесей, полное связывание S и Р в сульфиды и фосфиды, которые при отсутствии его остаются в металле, не всплывая.

При отсутствии кальция для полного удаления примесей из метгипла требуется большая продолжительность рафинировочного периода, что приводит к увеличению продолжительности плавки снижению производительности печного агрегата и увеличению энергозатрат. Опытами установлено оптимальное весовое соотношение Ва/Са (0,1-1,0). При содержании в сплаве водорода менее 0,0005 и магния менее 0,05 мас.% не достигается полнота восстановления и осаждения восстанавливаемых элементов и выведение неметаллических включений из металла. Содержание этих-элементов соответственно выше 0,01 и 2,5 мас.% не увеличивает эффективность осаждения капель металла.

Максимсшьная эффективность достигается при пропорциональном соотношении этих элементов; нижнему и верхнему пределам содержаний одного элемента целесообразно соответствие нижнего и верхнего предела содержаний другого элемента.

Пример.. В промышленной руднотермической электропечи с трансформатором 16,5 МБ-А по 6 вариантам из материалов,, содержащих оксиды кремния, алюминия, магния, бария, кальция, углеродистого восстановителя и железной стружки на увлажненной шихте получили сплав для выплавки ферросплава. Плавки вели при напряжении с низкой стороны трансформатора 140 В. От полученных сплавов отобрали необходимое количество каждого состава для выплавки ферросплр в.а.

Состав шихты на плавку по вари там и состав отобранных на выплавку ферросплава сплавов представлен в табл. 1.

Полученные по 6 вариантам сплавы в дальнейшем были использованы в качестве восстановителя при выплавке ферросиликованадия. Выплавку ферросиликованадия осуществляли в закрытой сводом рудно-термической печи с трансформатором мощностью 3,5 MB А. Плавки вели на напряжении 150 В. В качестве шихтовых материалов для выплавки ферросиликованадия использовали известь (98,2% СаО), плавиковый шпат, техническую пятиокись ванадия (76,4% V.j0j) и предложенный сплав для выплавк.и ферросплава.

Шихтовые материалы перед загрузкой в печь смешивали и загружали полностью. На каждом варианте проводили по одной плавке (вариант выплавки ферросиликованадия соответст0 1 вовал варианту сплава). После окончания плавки от металла и шлака отбирали пробы. В пробах шлака определяли содержание пнтиокиси ванадия и содержание металловключений, в пробах металла - содержание ванадия, фосфора, серы и кремния. Отделенные . металл и шлак плавки взвешивсши. По полученным данным определяли степень восстановления ванадия, извлечение ванадия, потери ванадия в виде металловключений со шлаком.

В табл. 1 представлена шихта для выплавки и состав сплавов,отобранных для выплавки ферросплавов, в табл. 2 представлены состав шихты на плавку и показатели выплавки ферросиликованадия. В табл. 1 и 2 первые 4 варианта соответствуют вариантам плавок предпоженного состава (варианты 1-3) и известного (вариант 4). Варианты 5 и б выполнены с получением и использованием для выплавки ферросиликованадия сплавов, содержащих те же компоненты, что и в предлагаемом сплаве, но с их содержанием, выходящим за рамки заявленных; ниже Нижних пределов содержания Са, Ва, Mg и Н (вариант 6 ) и выше верхнего предела их содержания (вариант 5). В табл. 2 извлечение ванадия пред ставлено по каждому варианту в двух ци.фрах: расчетное, т.е. подсчитанное ,из условия, что весь ванадий, не попавший в шлак, находится в металле и фактическое - с учетом оседания части ванадия в виде карбида на поди ну, подсчитанное по количеству.ванадия в годном металле. Из табл. 2 видно, что количество невосстановленного ванадия в шлаке при использовании предложенного сплава сократилось на 0,785-0,9 кг/т по сравнению с использованием извест ного сплава. ОсадитеЛьная способность (определено по количеству металловключений в отвальном шлаке I на 1,213-1,828 кг/т шлака выше, чем при использовании известного сплава. Содержание в металле серы в 17-70 раз и фосфора в 5-В раз меньше при использовании сплава предложенного состава, чем сплава по известному составу. Из приведенных данных видно также, что при содержании кокшонентов, выходящих за рамки заявленных (варианты 5 и 6), показатели процесса значительно хуже и близки к показателям, достигнутым по известному составу (4 вариант I, а именно степень восстановления соответственно 99,333 и 99,41%, фактическое извлечение 91,53 и 92,1% содержание фосфора 0,04 и 0,038%, содержание серы 0,006 и 0,006%, т.е. при выходе содержаний компонентов за рамки заявленных - положительный эффект не достигается. Экономия при выплавке.ферросплавов с использованием предлагаемого сплава достигается за счет снижения потерь восстанавливаемого элемента со шлаком в восстановленном и невосстановленном виде и за счет повышения качества получаемого ферросплава. Ожидаемый экономический эффект при использовании предлагаемого сплава для выплавки ферросплавов и лигатур на основе кремния составит (25 тыс.руб.. в год. Таблица 1

1. СПЛАВ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСПЛАВОВ , содержащий кремний, алюминий, КЕШьцйй, водород и железо, отличающийся тем, что, с целью одновременного повышения восстановительной, осадительной и рафинирующей способности, он дополнительно содержит магний и барий при следующем соотношении компонентов , мае.%: Кремний 57,5-94,7 Алюминий 0,3-2,5 Кальций 1,0-5,0 Водород 0,0005-0,01 Магний 0,05-2,5 Барий 0,1-5,0 Железо Остальное 2. Сплав по п. 1, отличающ и и с я тем, что суммарное соQ держание кремния и алюминия в нем составляет 60-95%. «Л

100

80 75 70

1300 100

2300 100

3300

4

звест100

140 ый300

100

85 100

68

15 8

10

20 10 0,5

30 15 2

5

1

1

1,S

25 32 1,5

12 20

23 0,3

5

0,5

Полученный сплав для увеличения содержания водорода подвергался . дополнительно водной грануляции.

Варианты 5 и- б выполнены с получением сплавов, содержащих те ж«, компоненты, что и в испытуемых (варианты 1-3),но с их Cjэдepжaнием, выходящим за рамки заявленных {ниже нижнего и выше верхнего пределов). 11080 120 600 1980 I860 1900 21440 160 800 1200 1115 2470 31620 180 900 900 870 2710 извест800 1200 1110 ный 1440 160 600 1980 J850 5120 120 900 900 860 6180 180

Продолжение табл. 1

Таблица 2 12,88 51,2 0,31 35,6 0,006 0,0002 28,76 52,8 0,20 18,1 0,005 0,0001 41,24 54,3 0,16 4,0 0,0080,0004 2460 28,12 52,9 0,24 18,6 0,040 0,007 1910 12,71 51,0 0,33 35,9 0,040 0,006 i2700 41,27 54,8 0,14 3,7 0,038 0,006 0,03 0,153 0,1680,1970,365

0,01 0,117 0,0560,3360,39299,96 0,02 0,197 0,1120,8120,924

Известный 0,17 0,72 0,953 2,025 2,978 99,31,5 0,16 0,70 0,8970,8901,787

0,15 0,68 0,841 2,8063,647 99,41

Содержание компонентов в металловключёниях принято равным содержанию их в основном металле.

вapиaнты 5 и 6 выполнены с использованием сплавов, содержащих те же компоненты, что и в испытуемых сплавах вариантов 1-3, но с их содержанием, выходящим за рамки заявленных ниже и выше верхнего пределов.

Продолжение табл. 2

99,7693,62

97,8691,12

99,05 92,10 98,87599,7393,25 99,9299,3593,11 99,33398,6791,53