Способ производства низкоуглеродистого феррохрома с никелем Советский патент 1993 года по МПК C22C33/04 

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству феррохрома силикотермическим способом.

При производстве рафинированного феррохрома известен способ снижения содержания углерода в сплаве путем загрузки основной части восстановителя в печь в конце плавки. Указанный способ ограничивает поступление в сплав только углерода электродов. Отсутствие регламентации ввода восстановителя при низком сбдержа нии углерода в сплаве существенно ухудшает технико-экономические показатели как по расходу электроэнергии, так и по использованию кремния ферросиликохрома (при отсутствии избытка восстановителя).

Известен также способ рафинировки высокоутеродистого феррохрома в рудно- известковом расплаве (РИР) вне печи, организация которого требует дополнительного оборудования (футерованные ковши, узел

смешения). Кроме того, способ имеет повышенный удельный расход электроэнергии из-за необходимости перегревать РИР на 250-300 К над температурой плавления для выпуска из печи и компенсации тепловых- потерь от выпуска дб йа чала смешения расплава с восстановителем. Лимитированное теплосодержание РИР не позволяет держать отношение массы метэллоотходов к массе хромовой руды более 1, т.е. затрудняет использование отходов с низким содержанием других легирующих элементов.

Наиболее близким техническим решением является способ выплавки железо- хром-кремний-никелевого сплэва, заключающийся в переплаве никельсодержащих отходов в присутствии феррохрома, избытка ферросиликохрома и шлака рафинированного феррохрома. Этим способом достигается удовлетворительная десульфу- рация сплава и орошие технико-экономиVJ00 00

о о VI

ческйе показатели на единицу никеля в готовом продукте.

Однако, известный способ имеет следующие недостатки. Использование отвального шлака рафинированного феррохрома требует дополнительного расхода электроэнергии. Отсутствует рафинировка никель- содержащих отходов от углерода (достигается только за счет высокого качества шихты и большого избытка ферросили- кохрома). Этим способом используются только отходы прецизионных сплавов от Х15Н60 до 79НМ с содержанием никеля более 50%, углерода менее 0,15% и серы менее 0,02%.

При содержании углерода в отходах более 0,2% невозможно получить содержание углерода в сплаве менее 0,25%, а при содержании серы более 0,03% необходим переплав дополнительного шлака рафинированного феррохрома, что ведет к увеличению расхода электроэнергии.

Целью изобретения является обезуглероживание и десульфурация никельсодер- жащих отходов и улучшение технико-экономических показателей при использовании отходов пониженного качества;-1 :

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе переплав феррохрома и шлака рафинированного феррохрома заменяют их выплавкой (получением в результате плавки), причем отходы пониженного качества (с содержанием никеля 5-25%, углерода 0,3-1,0% и серы 0,04-0,10%) рафинируют в расплаве руды и извести при соотношении массы отходов и хромовой руды в пределах 0,6-1,4, а довосстановление РИР проводят с избытком восстановителя в 2-4 раза ниже (10-20%) с регламентацией восстановительного периода по ходу плавки в зависимости от требуемого обезуглероживания сплава.

Известны технические решения, в которых рафинируют высокоуглеродистый феррохром в РИР вне печи. Однако в этом процессе, существенно отличающимся от печного, технико-экономические показатели существенно хуже предлагаемого, и напряженность теплового баланса не позволяет использовать отходы с содержанием никеля менее 20% для производства феррохрома, аналогичного полученному по заявляемому техническому решению (т.е. выдерживать соотношение отходов к хромовой руде по всей ширине указанных пределов).

Известно техническое решение, в котором с целью снижения поступления углерода электродов в сплав в печи плавят РИР и

в конце плавки его восстанавливают ферро- силикохромом. В предлагаемом решении назначение расплава более широкое (в нем рафинируют отходы). Кроме того, довосстановление расплава ведется регламентирование (т.е. может проводиться и в первой половине плавки в зависимости от требуемой глубины обезуглероживания) с избытком восстановителя, что снижает ухудшение

0 технико-экономических показателей (расход электроэнергии и использование кремния ферросиликохрома).

Для определения оптимальных параметров способа производства низкоуглеро5 дистого феррохрома с никелем проведено 17 плавок на лабораторной печи и 61 плавка на промышленной печи.

Поскольку соотношение отходов и хромовой руды влияет на все целевые показа0 тели процесса, проведена серия промышленных плавок на отходах, содержащих 17% никеля, 15% хрома, 0,6% углерода и 0,055% серы с избытком ферросиликохрома 13%. Данные плавок

5 приведены в табл. 1.

Из данных табл. 1 видно, что при отношении отходов и руды ниже 0,6 качество металла не улучшается, а показатели продолжают ухудшаться. При отношении более

0 1,4 технико-экономические показатели на единицу легирующих элементов не улучшаются, а качество металла (по углероду и сере) продолжает ухудшаться. Ухудшение качества феррохрома с ростом отношения

5 объясняется снижением кратности шлака (рафинирующего РИР), а ухудшение экономических показателей производства со снижением отношения объясняется уменьшением количества переплавляемых

0 отходов.

При восстановлении РИР использование кремния ниже, чем при завалке с шихтой, в связи с чем восстановитель нужно отдавать как можно раньше. Но при избытке

5 восстановителя положение несколько исправляется. Для определения оптимума избытка восстановителя и времени его завалки в печь проведено 2 серии плавок, данные по которым приведены в табл. 2 и 3.

0 Из табл. 2 следует вывод, что избыток восстановителя более 20% почти не влияет на использование кремния, но увеличивает расход восстановителя, усложняя работу с рассыпающимся (хрупким) металлом. При

5 избытке восстановителя менее 10% существенно снижается использование кремния, а металл обладает повышенной прочностью (особенно при отношении отходов к руде более 1,1), что затрудняет работу дробильного оборудования.

Из данных табл.3 видно, что увеличение съема электроэнергии до загрузки восстановителя (до 90%) снижает содержание углерода в сплаве, но и увеличивает удельный расход электроэнергии. В среднем содер- жание углерода в сплаве Сэ (%) при съеме электроэнергии до загрузки восстановителя Э (% от необходимого на расплавление завалки) подчиняется зависимости

Сэ Со (1 - Э/250), % где Со - содержание углерода в феррохроме при загрузке восстановителя с шихтой.

Использование данной зависимости позволяет производить феррохром по верхнему пределу (в соответствии с маркой за- каза) при минимальном ухудшении показателей (расход электроэнергии и использование кремния).

В начале кампании первую завалку руды, извести, никельсодержащих отходов и ферросиликохрома производят совместно. После расплавления отбирают экспрессную пробу на содержание никеля и углерода. По содержанию углерода в экспрессной пробе определяют съем электроэнергии на после- дующих завалках до загрузки восстановителя в печь.

Э 2,5 С, %

Со Сз . 1 лп 0/ .

где С

100, %;

Со - содержание углерода в экспрессной пробе, %;

Сз - содержание углерода, оговоренное заказом, %.

Общий расход электроэнергии на за- валку увеличивают на 25 кВтч на каждые 10% съема электроэнергии до загрузки ферросиликохрома в печь.

П р и м ё р 1. Выплавка феррохрома с никелем при содержании углерода не более 0,10%.

В рафинировочную печь мощностью трансформатора 7 МВД заливают 2,3 т никельсодержащих отходов, набирают электрическую нагрузку, 3,83 т хромовой руды, 3,08 т извести и 1,45 т ферросиликохрома (вместо 1,34 т на то же количество хромовой руды при выплавке обычного феррохрома).

После съема 7560 кВтч электроэнергии отбирают экспрессную пробу сплава, а шлак сливают в литой ковш для образования гарнисажа.

После набора электрической нагрузки в печь заваливают 3,83 т хромовой руды, 3,08 извести и 2,3 т отходов. При содержании углерода в экспрессной пробе 0,13% определяют период завалки ферросиликохрома.

3°2. 100 57,7%

После съема 60% электроэнергии, т.е. (7560 + 25,6) 0,6 4680 кВтч в печь заливают восстановитель. При съеме 7740 кВтч электроды поднимают и из печи выливают шлак и металл в подготовленный ковш. Следующую плавку проводят расплавлением 2-х завалок с промежуточным выпуском шлака. Ферросиликохром задают в расплав после съема 60% электроэнергии от необходимой на расплавление всей завалки (4680 кВтч от 7740 кВтч).

П р и м е р 2. Выплавка феррохрома с никелем при содержании углерода не более 0,15%.

В печь заваливают 3,4 т никельсодержащих отходов, набирают электрическую нагрузку и заваливают 3,4 т хромовой руды, 2,75 т извести и 1,37 т ферросиликохрома (вместо 1,19 т для обычного феррохрома). После съема 7560 кВтч электроэнергии отбирают экспрессную пробу, а шлак сливают. После набора электрической нагрузки в печь заваливают 3,4 т руды, 2,75 т извести и. 3,4 т отходов. При содержании углерода в экспрессной пробе 0,22% съем электроэнергии до загрузки ферросиликохрома в печь должен составлять

Э 2,5 -Щ ЮО 80%

т.е. (7560 + 25 8) 0,8 6420 кВтч.

При съеме 6420 кВтч в печь заваливают 1,37 т ферросиликохрома, а при съёме; 7760 кВтч электроды поднимают и продукты плавки выливают в ошлакованный ковш. Следующие плавки проводят расплавлением 2-х завалок с промежуточным выпуском шлака. Ферросиликохром задают в расплав после съема 60% электроэнергии (6240 кВтч) при полном расходе на расплавление завалки 7740 кВтч.

П р и м е р 3. Выплавка феррохрома с никелем при содержании углерода не более 0,25%.

В печь заваливают 4,27 т никельсодержащих отходов, набирают электрическую нагрузку и заваливают 3,05 т хромовой руды, 2,45 т извести и 1,28 т ферросиликохрома (вместо 1,07 т при выплавке обычного феррохрома).

После набора электрической нагрузки в печь заваливают 3,05 т хромовой руды, 2,45 т извести и 4,27 т отходов. При содержании углерода в экспрессной пробе 0,29% после съема

0,29-0,25

Э 2,5

(Ш

100 35%

(7560 + 25 3,5) 0,35 2760 кВтч в печь заваливают 1,28 т ферросиликохрома, а при съеме 7680 кВтч производят выпуск, продуктов плавки. Следующие плавки проводят

на том же количестве шихты в каждую завалку, Восстановитель задается в печь после съема 35% общей электроэнергии. По- еле съема 7680 кВтч по расплавлении первой завалки сливают шлак, второй - шлак с металлом.

Использование предлагаемого способа производства.феррохрома с никелем обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества:

использование отходов, содержащих 25 и менее % никеля при 0,3-1,0% углерода и 0,04-0,10% серы с получением в сплаве:не более 0,25% углерода и 0,005% серы;

расход электроэнергии (следовательно и производительность печного агрегата) улучшается более чем на 2,5% с повышением использования кремния более, чем на 2,3%;. . . . - .

кроме того, снижение кремния в. метал- ле снижает расход ферросиликохрома и по- выша.е.т стойкость футеровки печи, а температура плавления феррохрома с никелем ниже, чем у обычного феррохрома. Пониженное содержание хрома в сплаве способствует повышению извлечения хрома из руды, Сплав обладает низкой прочностью, что облегчает работу дробильного оборудования.

Формула из.обретения

1, Способ производства низкоуглеродистого феррохрома с никелем, включающий

переплав в печи никельсодержащих отходов хромовой руды с жидким оксидным расплавом, восстановления расплава избытком ферросиликохрома, отличающийся тем, что, с целью обезуглероживания и де- сульфурации отходов и улучшения технико- экономических показателей производства, переплав ведут при отношении массы отходов и хромовой руды в пределах 0,6-1,4, при этом в качестве жидкого оксидного расплава используют рудноизвестковый расплав, а восстановление оксидного расплава проводят до полного съема электроэнергии с избытком ферросиликохрома 10-20% от необходимого.

. 2. Способ по п. 1,отличающийся, тем, что в качестве никельсодержащих отходов используют отходы хромоникелев.ых сталей с содержанием никеля 5-25%, а съем электроэнергии до загрузки восстановителя в печь от общего расхода на расплавление всей завалки, но не более 90% определяют по формуле

3 2,5 АС, %,

Со Сз 100%,

АС

где Со - содержание углерода в экспрессной пробе (при завалке ферросиликохрома с шихтой), %;

С3 - содержание углерода, оговоренное заказом, %.

Таблица 1

Использование: относится к металлургии, конкретно к производству феррохрома силикотермическим способом. Сущность: переплав в печи никельсодержащих отходов, оксидной части шихты и восстановление расплава избытком ферросиликохрома. В качестве оксидной части шихты используют рудноизвестковый расплав при отношении массы отходов и хромовой руды в пределах 0,6-1,4, а восстановление оксид- ного расплава проводят до полного съема электроэнергии с избытком ферросиликохрома 10-20% от необходимого, 1 з.п. ф-лы, 3 табл.

Примечание: плавки проводились с завалкой ферросили кохрома в печь после съема 75% электроэнергии, необходимой на расплавление завалки; , .

- -35 -Примечание: Влияние избытка восстановителя на углерод не выявлено, Расчет использования проводился с вычитанием кремния, растворенного в металле.

Таблица 3

Примечание: Для отношений 0,6 и 1,4 расход электроэнергии и использование кремния не рассчитывались.

Таблица 2