Способ выплавки лигатуры Советский патент 1992 года по МПК C21C7/76 C21B15/02 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству ферросплавов, в частности к производству лигатур на основе кремния, кальция, ванадия и железа.

Целью изобретения является увеличение содержания в лигатуре и извлечения ванадия с одновременным снижением степени прехода в лигатуру примеси - титана и сохранением содержания кальция, а также корректировка состава лигатуры по легирующим элементам,

Лигатуру выплавляют на шихте, состоящей из кварцита, извести, углеродистого восстановителя и ванадмйсодержащего шлака конверторного производства с дефицитом, по сравнению с оптимальной шихтой, извести на 20-25% и ванадийсодержащего шлака на 45-50%, а компенсацию всего дефицита на плавку извести осуществляют дополнительным равномерным вводом ее в печь в начальные (первый период плавки) 0,35-0,4 и в последние (третий период) 0.1-0,15 общей продолжительности плавки при сохранении оптимального напряжения на электродах в эти периоды плавки, а ванадийсодержащего шлака - дополнительным равномерным вводом его в промежуточные (второй период) 0,45-0,55 продолжительности плавки при напряжении на электродах в этот период 0,9-0,95 от оптимального напряжения. Корректировку состава лигатуры по легирующим элементам осуществляют заменой оксидом легирующего элемента части ванадийсодержащего шлака, вводимого в печь в виде дополнительной присадки.

В первый и третий периоды плавки вследствие недогруза ванадийсодержащего шлака имеет место значитеьно больший избыток восстановителя по сравнению с оптимальной шихтой, которая имеет избыток восстановителя, В этих условиях идет процесс интенсивного восстановления кальция с образованием дисилицида кальция. Одновременно образуется карбид кремния, а также карбиды титана и ванадия. Электроды в эти периоды находятся в верхних гори- зонтах колошника печи, процесс шлакообразования не имеет места и образующиеся карбиды совместно с восстановленным металлом выводятся в нижние горизонты печи и, выделяясь из металла, оседают на стенках тиглей.

Металлическая фаза содержит кальция 18-20%, незначительное количество силицидов железа, марганца и хрома, а также ванадия, что не вызывает ликвации элементов и расслоения его на фазы по плотности. Кроме того, в металле содержится свободный, не связанный в силициды, кремний. Из-за низкой температуры в нижних горизонтах печи разрушения карбидов не происходит.

Во втором периоде вследствие снижения напряжения на электродах глубина погружения электродов в шихту увеличивается. Восстановительный процесс проходит с образованием шлака, причиной чего является снижение величины избытка восстановителя в шихте по сравнению с оптимальной шихтой. Образующийся шлак располагается над металлической фазой, которая в этот период прогревается более интенсивно, В этих условиях имеет место интенсивное разрушение карбидов кремния и ванадия:

VC + 2Si VSl2 + C.(1)

Карбид титана, осевший на стенках тиглей, при этом не разрушается. Выделяющиеся дисилицид ванадия и кремний растворяются в металлической фазе, а углерод, перемещаясь в ней в верхние горизонты, растворяется в шлаке.

Кальций в этот период восстанавливается в значительно меньшей степени (содержание его в образующемся в этот период восстановленном сплаве по расчетам составляет 3-5%). Образующийся при этом процессе карбид кремния в присутствии восстановленного железа полностью разру0 шается:

SI02 + 2SIC + Fe FeSi2 + Si + 2СО, (2) а ванадий связывается с восстановленным кремнием в дисилицид практически полностью. В этот период происходит, хотя и в

5 значительно меньшей степени, чем в первый и третий периоды, образование карбида титана, который, проходя с металлом через слой шлака, выделяется в нем. Часть титана переводится в металлическую фазу в

0 виде силицида титана TISI2.

Образующаяся во второй период металлическая фаза, обогащенная более тяжелыми элементами, чем кальций, попадая в тиглях в металлический расплав первого пе5 риода плавки, утяжеляет его и, ликвируя (верхние горизонты вновь получаемого сплава опускаются вниз, а легкие компоненты сплава первого периода перемещаются вверх), выравнивает состав жидкой фазы по

0 всей высоте слоя к окончанию второго периода плавки.

Дальнейшее увеличение продолжительности второго периода плавки может привести к нарушению равновесия и к 5 увеличению расслоения сплава по плотности на легкую и тяжелую фракции. Однако окончание второго периода плавки фактически означает начало выпуска расплава из печи, чем предотвращается возможная лик0 вация в печи полученой лигатуры.

При проведении третьего периода плавки в течение его продолжительности фактически достигается выделение из шихты порций образовавшегося сплава второго

5 периода, а сам третий период по сути является началом первого периода следующей плавки.

При корректировке состава получаемой 0 лигатуры по содержанию легирующих элементов (например, ванадия, хрома, марганца и др.) путем введения оксидов этих элементов вместо части ванадийсодержащего шлака конверторною производства, 5 которая вводится в печь в виде дополнительной присадки во второй период плавки, практически имеют место те же условия и проходят те же процессы, что и при введении на второй период плавки дополнительно только ванадийсодержащего шлака.

Полученную лигатуру после выпуска отделяют от шлака и разливают в изложницу. При необходимости в состав полученной лигатуры дополнительно вне печи (в ковше) могут быть введены легкоплавкие металло- компоненты, не требующие на их плавление больших количеств тепла (например, алюминий, магний).

Выбранные параметры проведения плавки по загрузке шихты и продолжительности периодов плавки установлены практически и обеспечивают достижение заданной цели. При отклонении от заданных параметров имеет место либо увеличение содержания в лигатуре кальция при снижении содержания и извлечения в нее ванадия из шихты, а также одновременное увеличение степени перехода в нее титана, либо увеличение содержания ванадия в лигатуре при повышенном его извлечении из шихты и одновременное снижение содержание в лигатуре кальция.

При увеличении продолжительности третьего периода плавки более 0,15 общей ее продолжительности, более того, неизбежно уменьшение продолжительности первого периода, что вызывает снижение в сплаве содержания кальция и нарушение стабильности состава получаемой лигатуры от плавки к плавке, а снижение продолжительности третьего периода менее 0,1 от общей продолжительности плавки снижает переход в жидкую металлическую фазу ванадия и приводит к нестабильности получаемой лигатуры за счет перехода части ванадия (а также железа, хрома, марганца) на следующую плавку, что вызывает увеличение потерь легирующих элементов за счет расслоения металлической фазы последующей плавки в печи уже в ее начале.

Снижение напряжения на электродах во второй период плавки до 0,9-0,95 оптимальной величины также установлено практически и обеспечивает оптимальные условия разрушения в печи карбида ванадия (при снижении большем, чем до 0,9 от оптимума, температура расплава снижается и разрушение карбида ванадия замедляется) и, следовательно, максимальное извлечение ванадия в лигатуру, а также увеличение степени разрушения карбида кремния в процессе плавки (при увеличении большем, чем до 0,95 от оптимума, карбидо- образование растет, а содержание свободного кремния снижается, что вызывает снижение содержания кальция в лигатуре).

Предлагаемая технология позволяет получать лигатуру с содержанием 6-7% ванадия и 10-12% кальция при извлечении

ванадия в нее до 75% и снижении степени перехода в лигатуру титана до 40%.

Пример. Испытание предлагаемой технологии получений лигатуры на основе

кремния, кальция, ванадия и железа (сили- кокальция с ванадием) проводят в промыш- ленных условиях на печи с трансформатором 15 MB-А.

В качестве шихтовых материалов используют кварцит, содержащий 97,2% SI02, шахтную известь с содержанием СаО 97,5%, коксовый орешек (восстановитель) с содержанием влаги 14%. углерода в твердом 85%, древесный уголь (восстановитель

и рыхлитель) с содержанием влаги 4,5% и углерода в твердом 70%, ванадийсодержа- щий шлак конверторного производства, содержащий 10,3%, металловключений и в

материале без металловключений 22,15% V205, 7,1% МпО, 7,8% ТЮ2, 2,8% СгаОз. 19,6% Реобщ.

Рассчитанная оптимальная шихта на получение лигатуры с содержанием

ванадия и 11 % кальция составляет на колошу, кг: кварцит 200; известь 40; древесный уголь 40; кокс 115; ванадийсодержащий шлак 120 (избыток восстановителя против необходимого по стехиометрии 25%).

Выплавку лигатуры осуществляют ч я печи с установившейся технологией выплавки силикокальция марки СК15 со сформированным гарниссажем.

Плавки испытываемой технологии проводят по трем вариантам на под готовите л fa- ной шихте с дефицитом извести (соответственно по вариантам 20, 22,5 и 25%) и ванадийсодержащего шлака конверторного производства (соответственно 45,

47,5 и 50%) с компенсацией дефицита извести в первом и третьем периодах плавок и ванадийсодержащего шлака во втором периоде плавок.

В плавке по прототипу (вариант 4) шихта соответствует расчетному оптимальному составу.

Количество проводимых плавок по каждому варианту 8, количество задаваемых ко- лош шихты на плавку 18,

продолжительность плавки 2 ч. Оптимальное напряжение на электродах 140-150 А. Во втором периоде плавок по испытываемой технологии напряжение на электродах устанавливается в пределах 90-95% оптимальной величины.

Параметры выплавки лигатуры (по вариантам) представлены в табл. 1.

На каждой плавке определяют массу полученной лигатуры, от нее отбирали пробу, в которой определяют содержание SI,

Са, V, Tl, Cr, Mn, и по полученным значениям рассчитывают извлечение в лигатуру V и П.

Средние значения этих величин по вариантам представлены в табл. 2.

Способ выплавки лигатуры увеличивает содержание ванадия в лигатуре примерно в 1,5 раза, извлечение ванадия в нее на 23,93- 25,17% и одновременно снижает степень перехода в лигатуру примеси - титана на 3.82-4,58 абс.%.

Формула изобретения

1, Способ выплавки лигатуры на основе кремния, кальция, ванадия и железа угле- термическим процессом, включающим непрерывную порционнную загрузку на поверхность колошника рудно-термической печи к электродам в течение плавки шихты, состоящей из кварцита, извести, углеродистого восстановителя и ванадийсодержаще- го шлака конверторного производства, проплавление, периодический выпуск из печи расплава, отделение от шлака и разливку лигатуры в изолжницы, отличающийся тем, что, с целью увеличения содержания в

лигатуре и извлечения ванадия с одновременным снижением степени перехода в лигатуру примеси - титана и сохранением содержания кальция, плавку ведут с дефицитом извести на 20-25% и ванадийсодер- жащего шлака на 45-50%, а компенсацию всего дефицита на плавку извести осуществляют дополнительным равномерным вводом ее в печь в начальные 0,35-0,4 и в

последние 0,1-0,15 общей продолжительности плавки при сохранении оптимального напряжения на электродах в эти периоды плавки, а ванадийсодержащего шлака - дополнительным равномерным вводом его в

промежуточные 0,45-0,55 продолжительности плавки при напряжении на электродах в этот период 0,9-0,95 от оптимального напряжения.

2. Способ по п. 1,отличающийся

тем, что, с целью корректировки состава лигатуры п j легирующим элементам, заменяют оксидом легирующего элемента часть ванадийсодержащего шлака, вводимого в печь в виде дополнительной присадки.

тотип)

150 100 134 145,5 100 134 141,5 100 134 145,5 В (100%) в ние всей плаки

LL§

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству ферросплавов. Цель - увеличение содержания в лигатуре и извлечения ванадия с одновременным снижением степени перехода в лигатуру примеси Tl и сохранением содержания Са. Способ включает непрерывную порционную загрузку на поверхность колошника рудно-термической печи к электродам шихты, состоящей из кварцита, извести, углеродистого восстановителя и ванадийсодержащего шлака. Плавку ведут с загрузкой в течение всей ее продолжите 1 ности подготовленной шихты с дефицитом извести на 20-25% и ванадийсодержащего шлака на 45-50% по сравнению с требуемой. Компенсацию всего дефицита на плавку извести осуществляют дополнительным равномерным вводом ее в печь в начальные 0,35-0,4 и последние 0,1-0,15 общей продолжительности плавки при сохранении оптимального напряжения на электродах в эти периоды плавки, а ванадийсодержащего шлака-дополнительным равномерным вводом его в промежуточные 0,45-0,55 продолжительности плавки при напряжении на электродах в этот период 0,9-0,95 от оптимального напряжения. 1 з.п.ф-лы, 2 табл.