Способ удаления меди из расплава чугуна Советский патент 1986 года по МПК C21C1/04 

1

Изобретение относится к металлургии , а именно к технологии рафинирования черных металлов от меди, например вторичных черных металлов медистых чугунов (сталей), и может быть осуществлено на предприятиях черной и цветной металлургии.

Цель изобретения - повышение эффективности процесса удаления меди из исходного чугуна и снижение содержания серы в готовом чугуне.

Одновременно с подачей серосодержащих соединений щелочных металлов на поверхность жидкого металла присаживают 8-12% натрия тетраборноки- слого (буры) от массы сульфидного шлака.

Механизм удаления меди из расплава черных металлов заключается в следующем.

Медь имеет более высокое сродство к среде, чем железо, поэтому мед удаляется из расплава по следующей реакции:

(Cu2S). (I)

Для протекания реакции (О необходимо поступление серы из шлаковой фазы в металл, Этб достигается за счет реакции диссоциации сульфида натрия:

(Na2S)2(Na). (2)

Для эффективного протекания процесса обезмеживания необходимо оптимальное протекание реакции (2), так как при чрезмерном развитии этой реакции происходит насьщение металла серой, что снижает производительность процесса удаления меди, так как после него требуется специальная операция - десульфурация (удаление серы) для получения стали. Кроме того, металлический натрий, перешедший по реакции (2) в шлак, частично испаряется,реагируя с кислородом атмосферы, образуя оксид натрия, который, осаждаясь на кладк печи, сильно снижает ее стойкость, что ведет к частым ремонтам кладки, а это удорожает процесс. К удорожанию приводит и повьшгенный расход шлака.

При слабом развитии реакции (2) снижается количество меди, перешедшее в шлак по реакции (1), что веде к снижению эффективности удаления меди, так как снижается коэффициент

2276892

распределения меди между металлом и

.шлаком

(L. ). Следовательно,

повьш ается конечное остаточ«ое со- держание Меди в чугуне:

Гси1, 8шл ,

(3)

где Си , Си - начальная и конечная концентрация меди в расплаве металла,%J g, - количество метал- ла, кг;

ыл количество шлака,

кг}

LJ - коэффициент распределения меди

между сульфидным

шлаком и металлом .

Согласно формуле (3) для достижения одинакового остаточного со- держания меди в расплаве Си при меньшем L потребуется большее количество gц,д, а это ведет к удорожанию процесса обезмеживания.

Регулирование протекания реак- ции (2) температурой невозможно,так как оптимальная температура для чистого сульфидного шлака для протекания реакции (1) 1300-1380°С, а при этой температуре реакция (2) постав- ляет в расплав серы .больше, чем требуется для удаления меди.

Для регулирования поступления серы по реакции (2) при оптимальных температурах обезмеживания 1300- 1380 С в предложенном способе применена бура () в количестве 8- 12% от массы образующегося сульфидного шлака, при этрм 8% буры соответствуют условиям, когда процесс удаления из чугуна протекает при 1300-1320 С, а 12% присаживаемой буры от массы образующегося сульфидного шлака соответствуют температуре процесса 1360-1380 0.

Действие буры на снижение количества продиссоциировавшего сульфида натрия по реакции (2) основано на снижении концентрации Na S в шлаковой фазе, что соответственно ведет к снижению активности () :

V 2 я

(WOjSl

(4)

3I

константа реакции (2), зависит только от температуры;активность натрия в распла

ве шлака; активность серы в расплаве

металла; активность сульфида натрия

шлака.

уравнение (А-) относительпримем на основе закона Гензбавленных растворов, что

следовательно

М

(5)

(На)

Анализ уравнения (5) показьгеает, что с уменьшением активности сульфи- да натрия в шлаке, которая пропорциональна концентрации сульфида натрия в шлаке, снижается концентрация серы в металле.

Данные теоретических выводов были полностью подтверждены экспериментами, причем в результате их были выяснены еще две положительные тенденции влияния буры на процесс обезмеживания.

Во-первых, под действием высоких температур бура распадается выделением триоксида бора:

Na,,B40 2NaB02+B3,0, . (6)

е

Образующийся борный ангидрид реагирует с металлическим натрием, выделяющимся по реакции (2), и с кислородом атмосферы, который поглощает шлак, по следующей реакции:

4(Na)+Oj,+2B20,4NaB02. (7)

Таким образом снижается количество натрия, испарившегося в газовую фазу, что ведет к удешевлению процесса обезмеживания, так как снижается количество паров натрия. Следовательно, меньше будет в газовой фазе оксида натрия, а это увеличивает срок службы футеровки печи, уменьшает расход огнеупоров, а также спсн собствует сохранению начальной (высокой) концентрации натрия в расплав шлака, что согласно уравнению (5) ведет к снижению концентрации серы в металле.

Во-вторых, присадки буры снижают активность сульфида меди в шлаке не только за счет разбавления шлака, но и за счет образования комплексных

27689

соединений типа NaBOj-Cu S н NaBU, .

Предложенный способ удаления (.меди из расплава чугуна был осущест- , влен в лабораторной печи емкостью 25 кг. Опыты с чугуном проводились в графитовых тиглях. Чугун с содержанием меди 1,1% и серы 0,04% плавился в печи и его температура поддерJO живалась 1300- 32СРс. По установлении указанной температуры в печь подавалась смесь сульфата натрия со стехиометрически необходимым для его восстановления до графитом и

J5 бура. Металл под шлаком выдерживался в течение 10 мин, после чего металл отделялся от пшака. Садка по металлу составляла 4 кг. Количество шлако- образующих было подано с расчетом,

2Q что по образованию на поверхности металла сульфидного шлака его масса равнялась 0,4 кг или 10% от массы металла, а масса буры в нем 8% от массы сульфидного шлака.

25 Готовый чугун содержал 0,46% меди, 0,04% серы. Коэффициент распределения меди между сульфидным шлаком и металлом составил 12. В известном способе в аналогичных условиях, но без буры, был получен коэффициент распределения 10, медь удалилась с 1,05 до 0,44% при присаживании 190 г- Na 504 со стехиометрически необходимым для восстановления до Na.S графитом. Масса обрабатьюаемого металла

5 была 1 кг, поэтому при пересчете массы шлакообразующих на сульфидный шлак по реакции

,.,S-f4CO

получим, что из 190 г Na,jSO получается 110 г NajS, а это составляет II % сульфидного шлака от массы металла. Концентрация серы в металле в опытах по известному способу увели чилась с 0,03 до 0,05%.

Аналогично были проведены опыты при 1360-1380 С с присадкой буры в количестве 12% от массы сульфидного шлака. Масса сульфидного шлака

0 с бурой была 10% от массы металла. Содержание меди в металле в этих опытах снизилось с 1,12 до 0,46%. содержание серы в металле осталось прежним, т.е. 0,04%. Таким образом,

5 для достижения такого же остаточного содержания меди как в известном способе требуется меньшее количество шлака.

30

5 12276896

Чугун за время обработки не на-вавшего сульфида натрия. Поэтому сыщался серой. Такой чугун не тре-для осуществления предлагаемого пробует в дальнейшем операции десуль-цесса шлака потребуется в 1,1 раз фурации, а это существенно повыша-меньше по сравнению с прототипом, ет производительность процесса иj что удешевит процесс получения очи- иеключает применение дорогих десуль-щенного от меди металла. фураторов, например, магния или из-Снижение количества продиссоции- вестково-глиноземистых смесей прировавшего сульфида натрия уменьша- последующен переделе чугуна в сталь.ет поступление в газовую фазу Na,

За счет разбавления сульфидногою что позволяет повысить стойкость фушпака бурой снижается активностьтеровки. Предложенный способ при его

сульфида натрия в расплаве, чтоосуществлении не требует специальноуменьшает количество продиссоцииро-го оборудования.