Шихта для выплавки силикокальция Советский патент 1984 года по МПК C22C35/00 

Изобретение относится к областИ черной металлургии, конкретно к про 1зводству ферросплавов, в частности, к шихте для выплавки высококальциевого силикокальция (Са более 25%), имеюще го плотность ниже плотности шлака.

Известна шихта для выплавки силикокальция , состоящая из извести, ферросилиция, плавиков.ого шпата и добавок карбида кальция в количестве 5-20% от веса извести ffj .

Недостатком известной шихты является пониженное содержание кальцияв сплаве. В процессе проплавления шихты понижена скорость насыщения сплава кальцием. При увеличении продолжительности происходит угар кремния что,в свою очередь, приводит к снижению содержания кальция в сплаве.

Наиболее близкой к предлагаемой по составу и достигаемому эффекту является шихта для выплавки высококальциевого силикокальция, содержащая известь, кремний (вьюококремнистый восстановитель,например ферросилиций ФС90, технический кристаллический кремний) и плавиковый шпат 2j

Недостатками известной шихты являются низкая скорость насьщения сплава кальцием и одновременно с этим пониженное его содержание в сплаве, не превьш1ающее 32%.

Процесс насыщения кальцием (взаимодействие кремния с окисью кальция извести) проходит в период расплавления шихты. Вследствие высокой температуры плавления извести, а также высокой прочности соединения СаО процесс взаимодействия по реакции

4CaO+5Siggjjg -ZCaSi iZCaO-SiO (1)

проходит замедленно. При окончании проплавления шихты сплав не полностью насьш ен кальцием. Содержание кальция в сплаве составляет не более 32%.

В насыщенном (степень насыщения 100%) сплав свободньй кремний отсутствует, а кальций связан в дисилициды кальция (CaSigi) .

Длительная выдержка сплава под дугами после проплавления шихты хотя и приводит к приближению к насьпцению сплава кальцием, но при этом заметно увеличивается угар кремния и кальция, что в конечном итоге приводит к снижению содержания кальция.

Наряду с этим затягивание плавки снижает производительность печи и ухудшает технико-экономические показатели производства. Вьщержка проплавленной шихты под электродами приводит к охлаждению нижних горизонтов расплава, наращиванию подины и к затягиванию ленты охлажденным (застьгашим) шлаком, что затрудняет вьтуск расплава из печи, требует дополнительного прожига летки прутом, что в конечном счете также приводит к снижению содержания кальция за счет уменьшения его растворимости при попадании в сплав железа прутьев.

Целью изобретения является интенсификация процесса восстановления кальция в ходе проплавления шихты и увеличение содержания его в сплаве.

Поставленная цель достигается тем, что шихта для вьшлавки силикокальция, включающая известь кремни и плавиковый шпат, дополнительно содержит барий металлический или его силициды при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Кремний 28-33 Плавиковый

шпат6-10

Барий металлический или его силициды О,5-3 Известь Остальное Компоненты шихты: кремний (кристаллический кремний, ферросилиций

марки ФС90 по ГОСТ 1415-78 или ме

талл с содержанием более 87% кремни с примесями Fe, Мп, Сг и т.п.) гранлированный или дробленный до фракции менее 50 мм, барий по ТУ 48-05-44-71 с содержанием бария более 90% или силициды-бария, плавиковый шпат (CaFj более 50%) по ГОСТ 7618-70 известь с шахтных печей по ТУ 14-139-7-72 фракций менее 60 мм с содержанием окиси кальция не менее 90 взвешивали и-загружали в ванну электропечи в виде однородной смеси. llfcjXTy проплавляли.

При введении в шихту бария в процессе проплавления идут следующие взаимодействия: Ba-nSijj g-BaSi (2)

2BaSin+6CaO 2BaO+4CaSi2+2CaOSi02+ t(2n-:))SicBo6-(3)

2ВаО+2СаО- -(2п + 1)81,„„ 2BaSi«+ 2CaO.SiO, (4)

где Sig -.свободный кремний, т.е. кремню, не связанньй в силициды-.

Барий соединяется с кремнием с образованием силицидов бария.

Силициды бария взаимодействуют с окисью кальция с образованием силишодов кальция, окиси бария, двухкальциевого силиката и свободного кремния.

Окись бария при взаимодействии со свободным кремнием в присутствии окиси кальция вновь переходит в силицид бария, которьй был в начальный период плавления ишхтовых материалов Этот процесс протекает непрерывно с участием бария до полного насьвдения сплава кальцием.

Протекание реакции (3) и (4) обепечивается высокой прочностью соединения в правой части реакции двухкальциевого силиката (лН --538 ккал/моль).

Суммарное взаимодействие по реакциям (3) и (А) выражается уравнением

8CaO+10Si(.g 4CaSi2- -2(2CaOSi02)

т.е. насыщение сплава к ьцием идет за счет образования дисилицида кальция с участием бария. Барий участвует в реакции в качестве катализатора процесса восстановления

кальция.

/

Барий в шихте значительно ускоряет процесс насьидения сплава кальцием и в момент окончания проплавления шихты сплав полностью насыщен кальцием (свободный.кремний в сплаве отсутствует) , содержание кальция в спл.аве составляет 34-37%.

После окончания плавки в полученном силикокапьции остается половина вводимого с шихтой бария, что находится в полном соответствии с реакциями (3) и (4).

Барий, как и кальций является раскислителем и десульфуратором, в качестве которых и используется силикокальций.

При использовании вместо бария его сплава с кремнием сплав вначале получают сплавлением. При этом кремний полученного силицида ()

учитывается наряду с кремнием, задаваемым в. шихТу отдельно (сумма кремния, задаваемого в ишхту отдельно, и кремния силигцада бария в шихте сос5 тавляет 28-33 вес. % от массы шихты).

После расплавления шихты расплав без дополнительной выдержки в печи сливают в ковш и затем- разливают сначала силикокальций, а затем шлак, 0 который находится под сплавом.

Соотношение количеств кремния и извести взято из условия обеспечения силикокальция с высоким содержанием кальция. При количестве в шихте : 5 кремния менее 28% имеют место излишние затраты электроэнергии на переплав извести (она становится излишней) , перерасход извести и получение в нижних горизонтах печи ту0 гоплавкого оксидного расплава, вызывающего рост подины печи и отишакование летки.

Если кремния в шихте более 33%, то сплав получается со свободным 5 (не связанным в силициды) кремнием, не насыщенньй кальцием.

Если в шихте плавикового шпата менее 6% шлак получается тугоплавкий, что приводит к значительным потерям 0 сплава в нем, а также к росту .подины за счет осаждения тугоплавкого шлака и ошлакованию летки.

Увеличение количества плавикового шпата в шихте более 10% из- лишне и приводит к удорожанию процесса выплавки силикокальция.

При пведении.в шихту бария металлического или в виде силицидов менее 0,5% от ее суммарной массы Q насыщения сплава ка льцием, и увеличения его содержания в сплаве не наблюдается.

Введение в шихту бария более 3% от суммарной массы шихты снижает в сплаве содержание кальция за счет увеличения содержания в нем бария, связьшающего часть кремния в силициды.

Пример. Испытание шихты провели на промьщшенной печи, закрытой сводом,с мощностью трансформатора 3,5 МБ-А. Рабочей ступенью напряжения бьша 5(150В).

Составы шихты и показатели выплавки силикокальция (средние пс вариаитам) представлены в таблице.

Соотношение компонентов в предложенной шихте для выплавки силикокальция соответственно граничным зн чениям компонентов (вариант 1 и 3), среднему значению (вариант 2) и известной шихте (вариант 4). В каяодом варианте проводили по три плавки. По первому варианту шихта включала 78А,74 кг (28%) кремния, 280 к (10%) плавикового шпата, 84 кг (3%) бария, 1654 кг (59%) извести,по второму (среднему) варианту - 783,0 кг (30,5%) кремния, 205 кг (8%) плавикового шпата, 45 кг (1,75%) бария, 1534 кг (89,) извести, по третьему варианту - 785,61 кг (33%) крем ния, 143 кг (6%) плавикового шпата, 12 кг бария (0,5%), 1440 кг (60,5%) извести. По физическим свойствам известь представляла твердый кусковой материал с размером кусков 20-60 мм, . кремний металлический в виде тверды кусков фракции 5-50 мм, плавиковый шпат в виде природного минерала с размером кусков 5-80 мм, барий в ви де металлических слиточков, отлитых диаметром 50 мм и длиной около 100 мм. Шихта представляла однородную смесь твердых компонентов, которую в процессе испытаний проплавляли в электродуговой печи. Температура плавления шихты 1650-1700 С. После проплавления шихты полученные продукты (шлак и металл) сливали из пе чи в ковш. Металл-силикокальций разливали в изложницы и использовали в дальнейшем для раскисления стали. В четвертом варианте использовали те же компоненты шихты, что ив вариантах 1-3, но без бария. Количество плавок в варианте три. Ппя сравнения провели серию плавок (вариант 5, три плавки) на предлагаемой шихте, но барий был задан в виде силищзда бария, предваритель но выплавленного в электропечи, ко торый по своему составу соответство вал дисилициду бария (состав шихты аналогичен второму варианту плавок) Содержание бария в силициде бари 75,2%, кремния 21,67%, остальное примеси железа и других элементов. В пятом варианте навеску кремния . . скорректировали на введенный ссилицидом бария кремний. Сравнение результатов проведенных плавок показывает, что содержа;ние кальция в силикокальции в плавках, приведенных на предлагаемой шихте на 2,4-4,8% вьшге, чем в плавках с известной шихтой, а в плавках, проведенных с использованием в шихте силицида бария, превьш1ение содержания кальция по отношению к сплаву, полученному из известной шихты, достигает 5,5%. Увеличение содержания кальция в сплаве повысило производительность печи по базовому сплаву (30% Са) на предложенной шихте на 9,4-19,6%, а в плавках с использованием шихты с силицидом бария на 21,2% по сравнению с известной шихтой. Интенсивность процесса восстановления кальция, выражающаяся скоростью насыщения сплава кальцием (это прирост содержания кальция в « единицу времени) в плавках вариантов 1-3 возросла на 8,5-15,25%, а в плавках с использованием силицида бария на 18,6% по сравнению с плавками известной шихты. Степень насыщения сплава кальцием в плавках на предложенной шихте возрасла на 11,523%, а в плавках с использованием силицида бария до 26,7% по сравнению с плавками известной шихты. Степень насьш1ения (Си) определяется по формуле, % Са факт. 100 Сн. Са Насьш. Содержание кальция, соответствую щее насыщенному (% Са насыщ.), определяется из условий состава сплава состоящего из CaSi и FeSi. Железо в сплаве является примесью. В пятом варианте (с использованием силицида бария) степень насьш;ения сплава кальцием вьш1е 100%. Это происходит за счет того, что процесс восстановления кальция в этом случае происходит настолько полно, что в конечном сплаве железо (как показал рентгеноструктурный анализ) связано частично с кремнием в моносилицид, что привело к еще большему содержанию кальция при использовании силицида бария по сравнению с металлическим барием (на 0,7%) и показывает преимущество использования сиицида бария. Эффективность предложенной шихы для выплавки силикокальция достиается за счет интенсификации процесса восстановления кальция в ходе проплавления ишхты. Одновременно в полученном сплаве увеличивается содержание кальция, являкицееся основным целевым элементом конечной продукции .

Экономический эффект при выплавке силикокалыщя на предлагаемой

шихте достигнут за счет увеличения содержания кальция в сплаве, снижения постоянных расходов на производство вследствие увеличения выхода сплава (30% Са). Ожидаемый экономический эффект от внедрения шихты для выпльвки еиликокальция составляет 150 тыс. руб. в год.

t

(U 03

ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СИЛИКОКАЛЬЦИЯ, включающая известь, кремний и плавиковый шпат, отличающ a я с я тем, что, с целью интенсификации процесса восстановления . кальция в ходе проплавления шихты и увеличения содержания его в сплаве она дополнительно содержит барий металлический или его силициды при следующем соотношении компонентов, мае. %: 28-33 Кремний Плавиковый 6-10 шпат Барий металлический или его сили0,5-3,0 циды Известь Остальное

Е- X (в

О.

I (d I ш

СЛ

Ю

§

о

r

CM

N

Ю V|

so

r.

M

«Ч

ОЧ

fO 00

Ю

- 00

vD

oo

r.

rv

r.

r

о (N

ОЧ

rO О Л -3in

in t

Ю

«

о

Cv|

oo

00

oo

vO

in

tn

о

CO CO

CO

CO

in f

in r

00

in

Ti

о

о

in

Ю

vO

CO

ГО

m

CO

IE- nо «

3

CO

N|

m ж