СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ МАЛОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ И ЧИСТЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Советский патент 1934 года по МПК C21C5/52 

Малоуглеродистые ферросплавы находят обширное применение для изготовления многочисленной группы специальных сталей.

Специальная сталь, содержащая в отдельных случаях меньше 0,1% углерода и значительное количество специального легирующего элемента, может быть приготовлена из ферросплава этого элемента только при условии, если этот сплав будет малоуглеродистый. Например, для получения хромистой стали, содержащей около 20% хрома и меньше 0,2% углерода, можно воспользоваться только малоуглеродистым феррохромом. Для получения многих сортов нержавеющих и жароупорных сталей необходимо иметь феррохром с содержанием углерода меньше, чем 0,15%.

С другой стороны наличие углерода в ферросплаве обусловливает его трудную усвояемость сталью благодаря образованию тугоплавких карбидов. Особенно наглядным примером является феррованадий, где требование малого содержания углерода, около 0,1%, определяется вредным влиянием карбидов ванадия на сталь.

Чистые металлы хром, марганец и т.д. при их употреблении для изготовления различных сплавов (например, нихрома), также должны быть свободны от углерода. Благодаря большому сродству перечисленных металлов к углероду, получение их в чистом виде и в виде малоуглеродистых ферросплавов представляет большие трудности и сильно увеличивает их стоимость.

Основными способами получения малоуглеродистых ферросплавов до сего времени были следующие:

1) Получение в первой стадии углеродистого ферросплава с последующей его рафинировкой от углерода под окислительным шлаком. Этот наиболее старый способ представляет значительные трудности в тех случаях, когда нужно получить наиболее чистый в отношении углерода сплав.

2) Способ Жина, основанный на предварительном получении богатого кремнием ферросплава и его последующей рафинировкой от кремния.

3) Способ алюминотермический, который можно признать идеальным в отношении углерода, но довольно дорогим и дающим металл с известным процентом алюминия.

Предлагаемый способ основан па том, что при достаточном проценте кремния и алюминия в ферросплаве одного из упоминаемых металлов можно помучить этот сплав с содержанием углерода меньше 0,1%.

При дальнейшей рафинировке этого сплава от алюминия и кремния под окислительным шлаком получается малоуглеродистый ферросплав, в достаточной степени очищенный также от алюминия кремния. В качестве примера выплавки малоуглеродистого ферросплава по предлагаемому способу ниже приводится случай с феррохромом.

Аппаратурой служила электрическая дуговая печь мощностью 100 кв с угольной набойкой. Напряжение между электродом и подом равнялось 45 вольтам. В качестве шихтовых материалов употреблялись следующие: хромовая руда, каолин, кварцевый песок и древесный уголь.

При расчете шихты на сплав, содержащий кремния 35%, алюминия 15%, хрома 35% и железа 15%, легко удавалось получить сплав, примерно, аналогичного состава, причем содержание углерода удавалось снизить до 0,05%.

Полученный таким образом сплав рафинировался в другой электрической печи с магнезитовой футеровкой под шлаком из извести и хромовой руды, причем последняя бралась в избытке до 75% сверх теоретически необходимого.

Таким образом по предлагаемому способу материал, подлежащий переработке и содержащий окислы одного или нескольких металлов, например Fe, Cr, Mn, V, W, Ti, Mo, U, Се, Zr, в желаемой пропорции смешивают с глиноземом и кремноземом и восстанавливают углеродом в электропечи. Полученный сплав одного, двух (или нескольких) из перечисленных металлов с Al и Si с содержанием Al от 5% до 50% и Si от 50 до 5% рафинируют в этой же или другой электропечи вместе с окислами железа и металла, определяющего название ферросплава, или же вводят только окислы металла, который желают получить, в чистом виде. Плавку ведут в присутствии обычных металлургических шлаков, содержащих SiO₂ Ab₂О₃, СаО и др., до полного перехода Al и Si в шлак.

Происходящие реакции можно выразить уравнением, например.

Для получения чистого кремния предварительно получают в электрической печи восстановлением углеродом сплав алюминия с кремнием, содержащий алюминия от 5% до 50% и кремния от 50% до 90%, причем в качестве исходных материалов для шихты служат кремнезем и глиноземсодержащие материалы и древесный уголь; полученный сплав рафинируют в той же или другой печи от алюминия под шлаком, богатым кремнекислотой.

1. Способ получения малоуглеродистых ферросплавов (феррохрома, ферромарганца, феррованадия, ферровольфрама, ферротитана, ферроциркония, ферроцерия, ферромолибдена и ферроурана) и чистых элементов (хрома, марганца, ванадия, молибдена, вольфрама, титана, церия, циркония, урана) из руд, концентратов или окислов, отличающийся тем, что из материала, подлежащего переработке путем совместной плавки его в электропечи с глиноземом и кремнеземом, предварительно получают восстановлением углеродом ферросплав или сплав хрома, марганца, ванадия, волфрама, титана, молибдена, урана, церия, циркония с алюминием и кремнеземом, полученный сплав, содержащий от 5 до, 50% Al и от 50 до 5% Si, рафинируют в той же или другой печи от кремния и алюминия под шлаком, в состав которого, наряду с обычными составными частями металлургических шлаков (SiO₂, Al₃ О₃, СаО и др.), вводят окислы элемента, определяющего название ферросплава, и окислы железа или только окислы соответствующего элемента.

2. Прием выполнения способа по п. 1, отличающийся тем, что для получения чистого кремния предварительно получают в электрической печи восстановлением углеродом сплав алюминия с кремнием, содержащий алюминия от 5% до 50% и кремния от 50% до 5%, причем в качестве исходных материалов для шихты служат кремнезем и глиноземсодержащие материалы и древесный уголь, а затем полученный сплав рафинируют в той же или другой печи от алюминия под шлаком, богатым кремнекислотой.