Способ получения сплава на основе кремния,кальция,алюминия и железа Советский патент 1986 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к черной металпургии, конкретнее к производству ферросплавов, в частности к призводству спланов на основе кремния кальция, алюминия и железа,.

Цель изобретения - увеличение стойкости летки, снижение простоев и трудозатрат на очистку ковша от пшака, повьппение степени восстановления кальция,

Сущность изобретения заключаетс в следующем.

В начале плавки перед загрузкой смеси пмхтовьтх материалов на плавку на поверхность колошника к электро- дам производят загрузку .(равномерно по всем электродам) дополнительной навески кокса. Величину ее определяют из расчета избытка восстановителя - углерода на плавку, на 30-- 40% превышающего необходимое для полного в осстановления элементоз из оксидов по стехиометрическому соотношению. На кокс Загружают (по мере проплавления) смесь шихтовых мате- риалов, предназначенных на плавку.

Температура в печи в зоне карборундовых тиглей (в зоне плавления) достигает 2000-2100°С. При попада- . НИИ кокса в зону плавления совмест- но с шихтой идет интенсивное образование карбида кальция, который, рас воряясь в известково-силикатном UMfa ке, повышает его температуру плавления. Одновременно избыточным углеродом идет восстановлекие части кальция и кремния из оксидов шлака. Образование карбида кремния в этих условиях не происходит, так как обязательным условием для прохождения этой реакции наряду с избыткрм углерода является пониженная (1600- 1700°С) температура. В данных условиях в зоне плавления происходит рарушение карбида кремния в результате взаимодействия его с оксидами и образуе тся металлический расплав..

Взаимодействие кокса с оксидами идет продолжительное время, практически до конца плавки, что способствует формированию в течение всей плавки вязкого карбидо-известково- - силикатного шпака.

Образонавпмйся шлак имеет плотность меньше плотности металла и находится на его поверхности. Для вы- пуска шлака летку разделывают КИМ образом, чтобы п первую очередь вьпиел шлак. Вязкий ри;;ак, ьаскщс-нный

карбидами кальция, стекая по товой футеровке летки, практически не взаимодействует с ней} попадая в зону более низких температур стывает на футеровке леткиj обеспечивая ее сохранность,

К концу выпуска пшака из печи очко летки прожигают вниз для выпуска металла, чем и достигается последовательность выпуска из печи расплавов.

Выпуск расплавов из печи осуществляют в горячий (от предыдущего выпуска или нагретый газом) футе- рованньш графитовой плиткой ковш. Перед установкой ковша под вьтуск на дно загружают кремнеземсодержащий материал, крупностью до 0 мм (кварцевый песок, отсевы, кварцита) 3 количестве 0,05-0,06 от навески извести, задаваемой на плавку. Кремне земсодержащий материал в ковше разравнивают к на его поверхность равномерно укладывают кусковый алюминий (обычно в виде чушек). Загрузку алюминия в ковш осуществляют непосредственно перед вьшуском шлака иэ печи, чтобы предотвратить возможность его предварительного нагрева до контакта со шлаком.

Для получения сплава с регламентированным содержанием алюминия под выпуск расплава устанавливают ковш с известной тарировкой. Установлено, ч то количество получающегося при выплавке и вьшускаемого в ковш шлака достаточно стабильно и определяется расходом на плавку извести (в пределах 20-30% от массы заданной извести).. Это дает возможность с достаточно высокой точностью выпустить требуемое количество металла. Регулирование массы вьшущенного в ковш расплава осуществляют по уровню его в ковше, имеюще - тарировку. .При необходимости прекращают вьтуск расплава в ковш перекрытием летки,

Количество вводимого алюминия рассчитывают из условия 15-20% избытка от требуемого для получения сплава с заданным его содержанием. Этот избыток установлен практически и определяется угаром алюминия. При этом обязательно учитывается содержание алюминия в металл е выпускаемом из печи и содержание алюминия в используемых кусках ччуш сах),

L ljiux, попадая в ковш, соприкасаясь с к&териапамк ,, г меющтжи зка -глтельно меньшую температуру (стенки ковша, чушки алюминия, кремнеземсо- держащий материал), настывает на них и .цементирует чушки ал оминия, предотвращая их всплывание. Алюмини обладает высокой теплоемкостью, благодаря чему не происходит его немедленного расплавления и перемещения на поверхность шлака. После расплавления алюминий продолжает оставаться в твердой шлаковой оболочке, п крьшающей чушки алюминия.

По мере расплавления и разогрева алюминий начинает взаимодействовать с оксидом и карбидом кальция шлака, Одновременно благодаря выделяющейся теплоте восстановительных реакций в зоне контакта начинаются реакции взаимодействия оксида кальция ишака с кремнеземом с образованием извест ково-силикатного расплава, понижающего температуру плавления шлака.

Восстановительные процессы, проходящие в зоне контакта алюминия со шлаком, описываются реакциями:

8А1+ЗСаО ЗСаА12 - -А1 0з;(1 )

7Al+3,5CaC2 3,5CaAl2+7C;(2)

.з+ЗС 2А1+ЗСО;(З)

СаО+С Са+СО; .(4)

СаО+ЗС СаС2+СО;(5)

2Al+Ca C8Al2; (6) или суммарной реакцией 6А1+2СаО+СаС2 3CaAl2+2CaO . (7)

Особенностью процесса является то, что в результате не образуется оксид алюминия. Алюминий только связывает восстановленный кальций в диалюминид, т.е. участвует в процессе как катализатор.

Процесс разжижения шпака описывается реакциями:

2СаО+310,.810г; (8) 2СаО/5102+310г 2(СаОг3102), (9)

В ходе этих реакций идет интенсивное разжижение щлака за счет снижения содержания в нем СаО и CaCj, (реакция 7) и увеличения содержания SiOg (реакции 8 и 9) с одновременным образованием алюминида кальция (реакция 7). Выделяющийся при этом газообразный СО перемешивает расплавы и И1 тенсифицирует процесс.

766804

Образующийся сплав Al-CaA.lj имеет плотность, меньше плотности шлака, и по мере образования жидко- подвижной шлаковой фазы, вспльшая 5 в объеме шлака, продолжает играть роль восстановителя, ускоряет образование жидкоподвижной шлаковой фазы. Разжижение шлака продолжается и в зоне днища ковша за счет взаимодейстн О ВИЯ шлака нового состава с кремнеземом.

Этот процесс прекращается, как только в ковш начинают сливать металл, имеющий плотность, вьште плот- 5 ности шпака. На дне ковша он вытесняет жидкий шлак и разжижение тлака . кремнеземом прекращается.

Реакции (7) не прекращаются и после начала попадания металла в ковш. 20 Струя металла, сталкиваясь с всплывающим расплавом M-CaAl2 , растворяет его и восстановительные процессы начинают перемещаться в толще шлакового распгава сверху вниз, так как 25 плотность получающегося сплава вьше . плотности шлака. После разделения шлака и сплава восстановительные процессы продолжают идти на границе раздела металл-шлак, т.е. между об- g разовавшимся пшаком и полученным сплавом, а также между первичным шлаком, настывшим на стенках ковша, и. контактирующим сплавом.

Так как восстановительные процес-i сы не сопровождаются насыщением шлака глиноземом, то реакции могут проходить практически до полного взаимо- . действия, не связанного с кальцием алюминия, содержащегося в сплаве, с оксидами и карбидами шлака.

После окончания вьшуска из печи расплавы выдерживают в ковше в течение 10-15 мин. За это время проходит практически полное разделение металла и шлака, достаточно полное разрушение шлакового гарнисажа.

Затем шпак отделяют от сплава. Отделение может производиться либо сливом, либо загущением Добычно используют вначале первое, затем, для полного предотвращения попадания щлака в слитки разлитого сплава, второе). Далее сплав разливают в металлические изложницы, с боковых 5 стенок ковша очищают остатки загущенного шпака. Кольцевая пленка внутри ковша легко удаляется без разрушения футеровки, после чего разби5

5

0

5

кают прутом корку на дтш ковша , оставшаяся засьтка рассыпается и хорошо удаляется из ковша, В результате полеяная емкость ковпга почти не уменьшается и он готов для осуществления следующего вьшуска расплава из печи. При введении в печь после окончания выпуска металла предыдущей плавки на поверхность колошника к электродам дополнительной навески кокса в количестве, обеспечивающем общий избыток восстановителя - углерода на плавку в размере менее 30% по сравнению со стехиометричес- ки необходимым на полное восстановление элементов из оксидов, в пшаке образуется мало карбида кальция. Он получается жидкoпoдвижны | что вызывает интенсивное разрушение футеровки летки и преждевременный выход ее из строя. Жидкий тлак попадая в ковщ с алюминием, не удерживает его на дне Ковйа; ;Алюминий вспль;р.ает на поверхность шлака в виде :)сидкого расплава. Металл при вьшуске из печи проходит через слой алюминия, растворяя его. В ковше образуется тройной расплав, а в верхней части сплав,, обогащенный алюминием, име-- ющий плотность, меньше плотности шлака Это приводит к потерям ал. с;-., НИН и восстановленного им кэ.лъция п не обеспечивает ни увеличения степ ни восстановления кальция в сллаке, ни регламентированного в нем содержания алюминия.

Увеличение загрузки дополнительной навески кокса на плавку более 40%, приводит к получению,очень вязкого шлака, который плохо выходит К печи, приводя к нарушению хода печи и прежДевременному выходу ее из строя.

Если на дно футерованного ковша . задать кремнеземсодержащий матерк ал в количестве менее 0,05 от навески извести на плавку, то он полностью размывается шлаком, при этом .изнашивается футеровка ковша.

Увеличение навески кремнеземсоде жащего материала более 0,06 навески извести на плавку нецелесообразню, так как приводит к излишнему его раходу и уменьшению полезной емкости ковша. Совместный ввод н.а дно ковпга кремнеэемсодержащего материала я з,, миния также ведет к размыванию футе ровки дниша, ввод в ковт вначале

i

0

5

0

5

0

5

0

0

5

алюминия и затем кре ыт;е -емсодержй- тего материала приводит к расппавле- нию и выходу алюминия на поверхность шлака при его вьшуске в конт.

Это же получается, если ал:(1ммний задать в горячий ковш задолго до выпуска из печи шлака.

При использовании для выпуска шлака холодного ковша из-за намерзания увеличенного гарнисажа ухудтгаются условия развития реакций (-9). Эффект размывания шлака не достигается, и сплав плохо насьш1ается алюминием. Практикой установлен оптимальньй нагрев ковша на уровне 800-1000 С перед началом выпуска шлака.

Если выпуск из печи металла и ка осугцествлять совместно, то алюминий всплывает на поверхность шлака, потери его увеличиваются, не растет степень восстановления кальция и содержание алюминия в сплаве ниже требуемого

Прим е р. Предлагаемый способ вьтлавки сплава на основе кремния, кальция, алюминия и железа (силико- кальция с алюминием) провели в промышленной печи с мощностью трансформатора 15 МБ. А, Плавки вели на 3-й ступени напряжения (141,5 В).

Использовали кварцит, содержащий 96,2% SiOjj 1% ,, шахтную-известь с содержанием СаО 9556%;, коксовый орешек марки КО-2 с содержанием влаги 14%, углерода в твердом 87% и золы 13% ( в золе 18%)5 древесный уголь использовали с содержанием влаги 5% и углерода в твердом 70%, металлическую стружку № 1 группы 14А с содержанием железа 90% (остальное влага и масло).

Для введения в ковш использовали отсевы (фракгдая менее 10 мм) кварцита и чушковый алюминий марки АВ-97 с содержанием А1 98,1%,

Расход материалов для получения сплавов представлен в табл. 1, технико-экономические показатели промышленных плавов в табл. 2.

Из сравнительных результатов выплавки сплава (силикокальция с алюминием) по предлагаемому и известному способам следует, что преждевре- меь:ный выход кз строя футеровки летки на плавках по прототипу вызывает снижение производительности печи да счет увел гчекия горячих простоев на замену футеровки до 20%, В плавках

но предлагаемому способу CToiiKocri, летки высокая. Показатель снижения производительности печи меньше в 9-13 раз, уменьшаются затраты труда и материалов на футеровку летки. Малый-износ футеровки летки печи на плавках практически полностью исключает аварии в результате проедания летки, в то время как в плавках по известному способу такие проедания в практике имеют место. Скорость зарастания ковша шлаковым гарниссажем в 6-7 раз ниже, чем на плавках по известному способу что во столько же раз снижает трудозатраты на очистку ковшей. Легкость очистки днища ковша не вызывает,как в известном способе, разрушения футеровки при удалении шлака. Выход сплава с плавки за счет зарастания ковша шлаковым гариисса- жем в плавках снижается на 9,2-9,7% (в кампании из 20 плавок против 30,0 34,9% (в кампании из 10 плавок) по известному. Степень восстановления кальция и переход его в сплав на 12,9-16,3% выше. Отклонение содержания алюминия в плавках от реглаг5ен- тированного не превьшает 6,7% относительных, в то время, как в плавках по известному способу это отклонение достигает 18,3.и 20%.

Средняя степень перехода алюминия в сплав на 2058-30,6% выше, чем Б вариантах по известному способу (аб- солютная величина степени перехода А1 в плавках вьше ста процентов за счет того, что при расчете не учитывался алюминий-, восстановленный из ширсты).

Экономия при выплавке сплава по I предлагаемому способу достигается за счет увеличения производи тепьнос- ти плавильной печи, повышения извлечения кальция в сплав, снижения расхода электроэнергии на производство единиць базового сплава, увеличения степени перехода, в сплав алюминия, сокращения расходов и трудовых за10

15

20

а.

0

5

0

трат на ремонт ле 1ьи и очистку кон- шей от пшака н их ремонт.

Формула изобретения

1. Способ получения сплава на основе кремния, кальция, алюминия и железа углетермическим процессом,включающий загрузку на поверхность колошника рудно-термической электропечи и непрерывное ее проплавление, периодический выпуск из печи в горячий футерованный ковш шлакового и металлического расплавов, ввод в металлический расплав алюминия, выдержку расплавов в ковиге, отделение шлака и разливку сплава, о-т л и ч-, а - ю щ и и с я тем, что, с целью увеличения стойкости летки, снижения простоев печи и трудозатрат на очистку ковша от шлака, повышения степени восстановления кальция после выпуска расплавов из печи перед началом загрузки смеси шихтовых материалов на плавку на поверхность колошника к электродам производят единовременную загрузку дополнительной навески кокса в количестве, обеспечивающем общий.избыток восстановителя - углерода на плавку 30-40% по сравнению со стехиометрически необходимым Для полного восстановления элементов из оксидов, а в ковш, ус- тз авливаемьш под выпуск расплавовj загружают кремнеземсодержащий материал в количестве 0,05-0,06 от навески извести, задаваемой на плавку, кусковый алюминий вводят в ковш на кремнеземсодержащкй материал непосредственно перед выпуском расплавов и далее на него выпускают из печи сначала шлак, затем - металл.

2. Способ по п. Is отличающийся тем., что количество выпускаемого из печи металла за-один выпуск регулируют установкой ковша с известной тарировкой, а алюминий вводят с 15-20%-ным избытком против требуемого при полном усвоении его металлом.