Способ обезуглероживания ферросплавов Советский патент 1977 года по МПК C21C7/00 

(54) СПОСОБ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ФЕРРОСПЛАВОВ

Л

Изобретение касается способа для быстрого обезуглероживания ферросплавов кислородом

Классическим способом рафинирования для уменьшения содержа1шя углерода в высокоуглеродистых ферросплавах является фришевание с рудой такого же вида, причем под ферросп;1авами понимают сплавы, которые, кроме железа, содержат улучшающие свойства стали дополнительные элементы как хром, марганец, ниобий, тантал, ванадий, в количестве предпочтительно больше,чем 40%. При рафинировании феррохрома это осуществляют, например, окускОванной рудой. Таким образом можно углерод фришевать, например, от 7,5 до 2%. Однако чем больше уменьшают содержание углерода сплава, тем больше повышается содержание окиси хрома в шлаке, который посредством возврашения в поворотный цикл процесса делают опять пригодным к применению.

При применении кислорода для удаления углерода из ферросплавов обезуглероживание проходит в принципе через промежуточно образующиеся богатые окисью шлаки. Известны два метода проведения способа: двухступенчатый - вдувание кислорода в когшертер сбоку с последовательной задувкой на поверхность ванны, и од:юступенчатый - задувка с так назьтаемой трубкой для ввода кислорода, j Двухступенчатый способ дает срав1штельно малое содержание углерода, причем в случае иеобходи- мости нужна вакуумная последующая обработка.в третьей ступени. Необходимая продолжительность продувки вызывает значительные ошлакования сопутствующих элементов, которые составляют, в рсобености для хрома, от 30 до 80% Crj-Oj в шлаке. Кроме того, при продувке конвертера

сверху наблюдается значительньш выброс сплава во время предварительной продувки. Продолжительность продувки указьшается посредством нормы обезуглероживания приблизительно 0,1% в 1 мин. Известен трехступенчатый способ Вакера имеющий неудовлетворительные результаты. Продувка конвертера сверху, имеет только тогда значение, если ее проводят как двухступенчатый способ. Рекомендуется в первой ступени продувать сверху кислород, а во второй ступени восстанавливать с

помощью алюминия полученный шлак, очень богатый окисью хрома. Только таким образом можно работать с удовлетворительными выходами металла.

Известны способы ввода кислортда сверху, которые создают частичное обезуглероживание до со-держания углерода около 5% 1 .

Известны также шособы, которыми стали с содержанием хрома до 30% можно обезуглероживать посредством продувки или вдувания кислорода 2 При таком способе, например, следует газовые пузыри отдельными маленькими пузырями или в виде дисперсии отдельных маленьких пузырей вдувать несколько сантиметров ниже поверхности ванны. Реакция газ-металл является тем эффек-ршнее, чем меньше поперечньш разрез пузырей.

Последние годы на практике применяли новый способ для извлечения из чугзша углерода, а также таких злементов, как кремний, фосфор и сера. При этом способе окисляющий газ необходимо вдувать сбоку или снизу через одно или несколько газовых сопел с двойными стенками, причем через их наружньй кожух в расплав с большой скоростью протекает защитная жидкость, например углеводороды. В качестве окисляюшях газов служат чистый кислород, обогащенный кислородом воздух, азот является полезным для соответствующего изготовляемого стального сплава или смеси кислорода с инертным газом, например аргоном, или с водяным паром, или с чистой или смешанной с кислородным газом у1ольной кислотой, Вьпода этого способа состоит не так в металлургических результатах, как в возможности использования конвертера с данной продувкой без больших затрат для фришевания окисляющими газами лосредством вдувания газа под поверхность ваннь:.

Таким образом, не требуются занимающие много места тяжелые приспособления для перемещения вводимых вертикально сверху, трубок для продувки ванны металла кислородом, поэтому всю установку сталеплавильного заврдамазкно конструировать более низкой и дешевой.

В металлургичесжом Отношении получают более незначительное ошлак)рание; умереннйе вьщедение дыма во время продувки, а также хорощую стойкость футеровки конвертера, однако особого улучшения изготовленного по зтому шособу конечного изделия по сравнению с другими способами продувки не достигают.

Для продувки ферросплавов этот способ не пригоден, так как обычные в торговле ферросплавы, например феррохром или ферромарганец, содержат существенно меньше железа (10-25%) и компонент сплава в виде стабильных металлокарбидов. В противоположность зтому карбид железа является более неустойчивым. При использовании такого (яособа продувки для ферросплавов надо считаться со значительньпл ошлакованием металла без видных металлургических выгод, кроме того, температура испарения метзллой (хрома и марганца) ниже . температуры, железа, поэтому технически удовлетворительное и экономическое проведение такого способа не было обе спечено.

Предлагаемый етособ для быстрого обезуглероживания ферросплавов с окисляющими газам ; позволяет избежать нежелательное окисление главных компонентов сплава. ,

Это достигается тем, что окисляющий газ (кислород), известными соплами с двойными стенками под поверхность ванны для непосредственной реакции с углеродом, вдувают в расплав с очень большой скоростью, которая составляет по меньшей мере (не более ) на каждую тонну ферросплава, что соответствует скорости обезуглероживання 0,2-1% углерода в 1 мин. Во избежание выброса жидкого расплава к окисляющему газу добавляют пылеобразные и/или мелкозернистые частицы твердого вешества, в особенности окислы щелочноземельных металлов, преимущественно мелкую известь. Если работают без добавки частиц твердого вещества, тогда надо считаться с сильным выбросом сплава, который может выэьшать потери до 10%.

По предлагаемому способу можно целенаправленно выдувать конечные содержания углерода. Подаваемый окислйющий газ, в особености технический чистый кислород, вдувают в количестве приблидательно 15HopM. на каждую тонну обрабатьюаемого материала для каждого 1% удаляемого углерода с большой скоростью В течение 1-5 мин на каждый 1% удаления углерода. При соблюдении этих условий продувки углерод быстро окисляется в расплаве. Эксперименты показали, что таким образом можно удалять более чем 0,2% углерода в 1 мин, в противоположность известным способам, при которых обезуглероживание составляет 0,1% в 1 мин. Это объясняется тем, что введенный снизу или сбоку окисляющий газ в сплаве быстро реагирует с углеродом без получения как6-г го-либо значительного окисления легирующих элементов, в особенности хрома и марганца.

Это является противоположностью процессу обезуглероживания так назьшаемым способом продувки, при котором кислород реагирует прежде всего с легирующим элементом или при выплавке стали с получением богатого окислами металла шлака, который со своей стороны реагирует с углеродом расплава металла. Кроме того, при известном способе продувки в первом периоде продувки производят так называемый пенистый шлак, чтобы создать многократно увеличенную поверхность контакта металл-шлак. По предлагаемому способу кислород непосредственно реагирует с углеродом расплава. Кроме того, вдуванием окисляющего газа сбоку или снизу ниже поверхности ванны создается сильное завихрение всего сплава. Таким образом создается очень большая скорость обезуглероживания и сильно уменьшенное окисление легирующих элементов. В дальнейшем оказалось, что вдувание BAjecie с окисляющим газом мелких или мелкозернистых частиц твердого вещества, в особенности окислов щелочноземельных металлов, имеет особое значение для неожиданно спокойного хода продувки и для ускоренного обезуглероживания. Мелкиечастицы твердого вещества действуют, очевидно, как затравки для образования пузьфей окиси углерода, подобно примененНЫМ обычно в химии кусочкам пористого мате риала для облегчения кипения и отвода газа и жидкости. Вследствие добавки мелких или зернис тых частиц твердого вещества значительно облег чаются образование окиси углерода в расплаве отвод окиси углерода из расплава. Твердые вещест ва, например мелкая сродствениая руда или шлак вызывают те же самые или подобные эффекты Однако щелочноземельные окиси, в особенност обожженная мелкая известь, являются наиболе пригодными, так как они одновременно действую регулирующими основность шлака {вес%Со(6) „ i;;с- fкоторьш должен состав, . (вес 01 Oj) лять больше чем 1,5. По предлагаемому способу продуваемый ферросплав должен в начале процесса фришевания иметь температуру, которая лежит, по меньщей мере, на 100° С вьпце соответствениой области температуры плавления. Температуру перегрева можно достичь в самой производящей печи или в последовательно подключенной печи (например, индук1ЩОШЮЙ, электрической дугувой). Кроме того расплав ферросплава можно перегревать в оймом конвертере продувки, причем находящиеся или добавленные металлы или сплавы имеющие сродство с кислородом, например кремнистый металл, ферросилиций, алюминий, в начале периода продувки окисляют рассчитанным количеством кислорода, Чтобй связьшать освобожденный при этом SiOj или AljOs, вдувают соответственное количество извести, которое вызьшает образование шлака силиката кальция. Эту известь, например, в виде мелкой фракции можно добавлять, например, сверху. Образующийся шлак целесообразно удалять перед собственным процессом продувки для удале ння углерода с поверхности ванны, чтобы не снизить последующей реакции обезуглероживания и. обеспечить лучщее улетучивание окиси углерода во время процесса продувки. По предлагаемому способу в качестве исходного материала применяют феррохром, содержащий, %: хрома 40 - 80%; углерода до 9%; кремния до 8%, железо - остальное; фосфор и сера - примеси. Кроме того, в качестве исходного материала может быть применен ферромарганец содержащий, %: 1У1арганец 30 - 90%; углерода до 8%; кремния до 8%, Железо - остальное; фосфор и сера - примеси. Рабочая температура для феррохрома должна составлять , для ферромарганца 1450-: 1650° С. Кроме того рабочая температура должна оставаться постоянной. Так как при процессе обезуглероживания сплава температура повышается, то необходимо ее охлаждать. Для этого к сплаву добавляйя соответствующие твердые охлаждающие материалы, например непродажный оборотный металл такого же рода отходы измельчения слитка сродственная размельченная руда или предварительно восстановленная сродственная руда, например, в виде окатышей или брикетов, а также металлом. Высокая рабочая температура требует скончания и продувки в кратчайшее время перевода сплава с этой рабочей температуры на температуру разливки. Это позволяет сберечь футеровку литейной формы и избежать обусловленного слишком долгим бтставанием окисления сплава. Охлаждение ведут путем добавки охлаждающих металлов, например сродственного обратного металла. Кроме того охлаждение можно проводить полностью или частично посредством вдувания инертных газов, например аргона, перерабатьшать даже содержащие углерод ферросплавы с содержанием кремния больше чем 2%. Было найдено, что можно обезуглероживать даже богатые кремнием сплавы, например феррохром, содержащий 52% Сг, 6% Si и 6%С. Количество окисляющего газа зависит, в основном от количества подвергаемого фрищеванию углерода. Если ферросплав содержит 8% углерода и содержание углерода необходимо фришевать на 4% в конечном сплаве, тогда для его удаления требуется применять на каждый 1% приблизительно 15 нм кислорода на каждую тонну загружаемого материала, вдуваемого в течение 1-5 мин через одно или несколько сопел с двойной рубашкой. Эти сопла должнь при этом иметь по возможности маленький поперечньш разрез, чтобы получались большие скорости газа. Для ферромарганца необходимы приблизительно такие же количества окисляющего газа на каждую тону загрузки как при феррохроме. Если необходимо изготовлять ферросплав с :минимальным содержанием углерода, например |Меньше чем 0,5% зтлерода, то целесообразно про;дувать прежде всего с чистым кислородом и к концу продувки к кислороду примешивать аргон или слабо окисляющий газ, например угольную кислоту, водяной пар. В результате уменьшается парциальное давление окиси- лерода и достигается дальнейшее обезуглероживание без большого окисления легирующего элемента. При данном способе образуется очень незначительное количество шлаков, поэтому рекуперация содержащихся окислов металла не нужна; в известных способах это необходимо для сохранения рентабельности. Пример 1. Изготовление феррохрома с 4-6% углерода. В дуговой печи перегревают на 1670° С 212 т феррохрома, содержащего 59,7% Сг, 7,27% С, 1,05% Si, 0,03% S, 0,05% Р, (температурная зона образования такого сплава 1400-1450° С) и затем партиями каждьш раз 5,5;Т в конвертере продувают кислородом. Конвертер футерован магнезитовыми камнями и имеет установленное приблизительно 00 см над днищем сопло с двумя стенками, через аружньш кожух которого продувают защитную идкость - бутан. В каждую загрузку вдувают в ечение 6-12 мин 200 нм кислорода. В начале пеиода продувки одновременно вдувают 260 кг мелой извести. Температуру жидкого сплава поддеривают постоянной путем непрерьтного добавле.7

ния приблизительно 400 jcr мелкой фракции феррохрома (необходамо приблизительно 8-10% относительно общей нагрузки). По окончахши периода пррдувки добавляют 250 кг (приблизительно 5% относительно общей загрузки) мелкой фракции феррохрома к легирующему сплаву, который затем непосредственио отливают в футерованную чашу.

Получают всего 198 т феррохрома, содержащего, %: Сг 62,3, С 4,9, Si 0,10, 30,015 и Р 0,015.

Выход хрома не учитьшая мелкой доли , составляет97,59.

П р и м е р 2. Изготовление феррохрома с 1-2% углерода. Феррохром (65 т) содержащий 59,7% Сг, 7,18% С, l,49%Si, 0,03% S и 0,06% Р продувают кислородом по примеру 1 партиями каждый раз 5,5т, после перегревания на 1700-1750° С. В каждую загрузку вдувают 520 нм кислорода в течение 15-25 мин. Вдувают мелкую известь и добавляют к сплаву приблизительно 20% мелкой фракщш феррохрома. Получают всего 57 т феррохрома, содержащего, %: Сг 62,1, С 1,11; Si 0,10, S 0,012, Р 0,025.

Выход хрома не учитьтая мелкой доли, составляет 91,2%.

Примерз. Изготовление феррохрома с 0,5% углерода. Феррохрома (33 т) содержащий Сг 59,7%, С 7,8%, Si 1,89%, S 0,03% и Р 0,06%, продувают кислородом по примеру 1 партиями каждый раз 5,5 т после перегревания на 1700-1750° С. В каждую загрузку в течение 20-30 мин вдувают 580 нм кислорода. По примеру,-1 вдувают 350 кг ме.г1кой извести и к сплаву добавляют приблизительно 20% феррохрома. Получают всего 28,5 т феррохрома следующего состава, %: Сг 62,5, С 0,48, Si 0,10, S 0,01, Р 0,025:

Выход хрома не учитьгоая мелкой доли, составляет90,4%.

П р и м е р 4. Изготовление феррохрома с 1-2% углерода. Ферромарганец (35 т) содержащий 75,7% Мп , 6,7% С, 0,85% Si, 0,03 S и 0,20% Р, продувают кислородом по примеру 1, партиями каждый раз 5,5 tx.nocne перегревания на 1470-1500°С (температурная зона образования такого сплава 1060-1220° С). В каждую загрузку в течение 15-25 мин вдувают приблизительно 500 пм кислорода. Вдувают 150кг мелкой извести и во время продувки 500 кг мелкой фракции ферромарганца и после продувки добавляют еще 250 кг мелкой фракции ферромарганца. Получают всего 30 т ферромарганца, содержащего, %: Мп 74,7, С 1,3, Si ОЦО, S 0,01 и Р 0,10. Выход марганца, не учитьтая мелкой доли, составляет 83,9%.

|рмула изооретения

Способ обезуглероживания ферросплавов, феррохрома с содержанием 40-80% хрома и ферромарганца с содержанием 30-90% марганца, заключающийся в нагреве ферросплавов до температуры выще температуры плавления, вдувании кислорода в расплав и вводе твердого охлаждающего агента, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса обезуглероживания и исключения образования шлака, богатого окислами ведущего металла, металл нагревают до 1450-1750°С и вдувают кисло: род 3-15 сплава на 1 % удаляемого углерода в течение 1-5 мии. .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

l.Techniscne Mitteiling Krupp Forshungs-Веfichte том 21/1963 г., № 4, стр. 123-129.

2. Авторское свидетельство СССР N 158905, M.POi.2 С 21 С 5/00,1958.