Способ выплавки кремнистых ферросплавов Советский патент 1977 года по МПК C22C35/00 

(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ КРЕМНИСТЫХ ФЕРРОСПЛАВОВ

1

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к способам производства ферросплавов.

В настоящее время кремнистые ферросплавы выплавляют в дуговых электропечах путем восстановления окислов углеродистыми или кремнистыми восстановителями.

Известен способ выплавки ферросилико- ванадия из шихты, содержащей ванадиевый шлак, известь, кокс и плавиковый шпат,путем предварительного проплавления в печи отходов, содержащих ванадий, совместно со смесью извести и ферросилиция, взятых в соотношении 1:(0,2-1,0) и в количестве 0,5-4,0 от веса отходов, выпуска шлака и последующего углевосстановительного процесса плавки шихты и довосстановления шлака кремнистым сплавом ij.

Недостатком такого способа является низкое извлечение восстанавливаемых элементов из-за высокого содержания их в шлаке в вице окислов.

Целью изобретения является снижение потерь восстанавливаемого элемента при выплавке кремнистых ферросплавов, включающей восстановление окислов углеродистыми и кремнистыми восстановителями в присутствии флюсов, довосстановление шлака кремнистыми восстановителями, выпуск 5 расплава из печи в ковш, выдержку в ковше и отделение металла от шлака.

Для этого предлагается способ, по которому поверхность расплава переа довос- становлением покрывают смесью тугоплавк10 го материала и 2-6% восстановителя, например шлаком производства силикокальция, вязтой в количестве 5-15 кг на 1 м поверхности расплава, и ввоцят в расплав после довосстановления высшие окислы Железа и марганца в количестве 2-3% от массы расплава.

В дуговой электропечи проводят восстановление окислов углеродистыми и кремнистыми восстановителями в присутствии

20 флюсов. Особенностью выплавки кремнисты ферросплавов на основе V , N Ъ , Z f . Х(/ является необходимость использования углеродистых восстановителей, благодаря которым в процессе плавки образуются огра-

25 ниченно растворимые в карбиде железа тугоплавкие карбиды восстанавливаемых элементов, которые кристаллизуются на поде печи и предохраняют его от разрушения.

Восстановление только углеродистыми восстановителями приводит к зарастанию пода печи и не позволяет получить кондиционный металл. Поэтому в шихту вводят также кремнистые восстановители, разрушающие карбиды за счет образования с восстанавливаемым элементом более прочных силицидов.

В процессе восстановления окислов углеродом образуются пузырьки окиси углерода, которые в присутствии поверхностноактивных веществ, адсорбирующихся на поверхности раздела шлак - газ, например окислов железа, марганца, образуют слой устойчивой пены. Толщина такого слоя может быть различной и даже превышать толщину слоя расплава в печи. Роль слоя пены двоякая: с одной стороны, она значительно снижает теплопотери и позволяет держать постоянную нагрузку тока в печи, свою очередь, позволяет осадить каппи металла в слое шлака, а с другой - тормозит процесс восстановления, так как массоперенос в слое пены затруднен.

После проплавления кипение ванны прекращается, что свидетельствует о том, что Згглеродистые восстановители практически полностью прореагировали, и слой лены стабилизируется. Шлак в это время достаточно жидкоподвижен, так как содержит 5-8% окислов железа и марганца; капли металла в нем хорошо осаждаются. Но потери восстанавливаемого элемента в виде окислов довольно велики, так как довосстановление практически не снижает их содержания в шлаковой пене.

Для увеличиения степени восстановления окислов поверхность расплава перед довосстановлением покрывают смесью тугоплавкого материала и 2-6 % восстановителя, взятой в количестве 5-15 кг на 1 м поверхности расплава. Назначение тугоплавкого материала - образование на поверхности шлаковой корки, препятствую- шей окислению восстановителя кислородом атк;осферы. С этой целью следует использовать тонкодисперсный тугоплавкий материал с удельной поверхностью выше 1000 . При этом необходимо, чтобы материал не тонул в шлаке и оставался на поверхности расплава до полного проплавления. В качестве такого тугоплавкого материала может быть использован, например, саморассыпающийся шлак производства CF гикокапъкгч., представляющий в основном двухкальциевый силикат с температурой плавления 2130°К. Шлаковый

порошок имеет удельную поверхность 1400-13ОО см /г, что соотйетствует средней крупности частиц 10-15 микрон

и содержит 3-5% силикокальция, содержащего 8-10% Са, 55-65% Si .

Пена при контакте с холодным тонкодисперсным материалом в результате резкого охлаждения частично разрушается и

оседает. На поверхности расплава образуется препятствующая окислению восстановителя шлаковая корка. По мере ее про- плавления в реакцию с окислами пены вступает восстановитель. При этом из пены вы-

водятся стабилизирующие ее поверхностноактивные вещества, и она полностью разрушается. Ьаж.но, чтобы в результате взаимодействия шлака к вводимого материала не происходило газовыделение, так как вы-

деляющийся газ вновь образует пену, которая выходит на поверхность корки и з дальнейшем не разрушается.

После разрушения пецъг производят довосстановление шлака вводом К1.емнистых восстановителей. Отсутствие пены поззо- ляет производить довосстановлевие окислов в шлаке до концентраций,, близких к равновесным. Количество вводимого кремния рассчитывается из условия разрушения тугоплавких карбидов, образующихся за плавку. Изменение расхода кремнистых восстановителей позволяет регулировать толщину слоя карбидов на поде и состав получаемого металла.

Довос:;тановленный шлак содержит менее 2% окислов железа и марганца. Шлак становится более тугоплавким и вязким и,

хотя невосстановленных окислов содержит мало, в нем остается значительное количество не успевших осесть за время выдержки металлических капель.

Процесс довосстановленкя шлака крем-

нистым восстановителем через 10-15 мия практически заканчивается. При этом используется только часть кремния восстановителя, а основная масса его попадает в металл, где происходит разрушение карбидов. Выделяющийся при этом углерод Взаимодействует (непосредственно либо через карбид кремния) с окислами шлака и образует пузырьки окиси углерода. Наиболее интенсивно процессы разрушения

карбидов и перехода ут. лерода в шлак про исходят через 10-2О мин после введения кремнистого восстановителя. В этот период в расплав вводят высшие окислы марганца, железа. Появление в шлаке поверхнос-

тноактивных окислов способствует образо- ванию пены. Однако в пене теперь содержание восстанавливае: ых окислов мало. Введение в шлак окислов повышает жидкоподвижность шлака, а наличи пены снижает теплопотери в печи. Это позволяет увеличить выдержку шлака в ковше и осадить капли металла. При высоких значениях краевых углов смачивания металла шлаком пена может способствовать потерям металла вследствие прилипания капель к аузырькам газа и флотации их в объеме расплава. Однако при отсутствии равновесия между кремнистым метал лом и шлаком, содержащим Fe, ЛЛт углы смачивания малы. Поэтому капли металла практически не флотируются и оседают в металлическую ванну При введении в расплав окислов Р«, М п. система металл - шлак значительно отклоняется от равновесия. Это обусловливает частичный переход из металла в шлак VNb Z. г , которые являются восстановителям по отношению к Ре, Мп . Поэтому вьшуск расплава из печи необходимо производить сразу после проплавления вводимых окис- лов железа и марганца и спокойно, с небольшой высоты, чтобы предотвратить интенсивное перемешивание фаз. После выпуска расплав выдерживают в ковше в течение времени, необходимого для осаждения мэталлических капель, и отделяют сплав от илака. Полученный отвальный шлак имеет низкое содержание восстанавливаемых элементов как в виде окислов, так и в виде металлических капель. ЕСЛИ поверхность расплава перед довосстановлением покрывать легкоплавким материалом, то содержащийся в смеси восстановитель сгорает в атмосфере печи, что приводит к увеличению потерь восстанавливаемого элемента. При покрытии поверхности шлака смесь тугоплавкого материала с восстановителем в количестве, меньшем 5 кг на 1 м повер ности расплава, шлаковая пена полностью не разрушается, что не позволяет достаточно полно извлечь восстанавливаемый элемент. Количество задаваемой смеси регулируется в зависимости от высоты сл пены. Как показали опыты, максимальное количество смеси, при котором пена разру шается полностью, составляет 15 кг на 1 м поверхности расплава. Дальнейшее увеличение расхода излишне, так как приводит к увеличению теплопотерь и кратности шлака. При содержании в смеси восстановителя 2 % по массе при вышеуказанных расходах смеси пена полностью не разрушает с я. В этом случае для ее полного разрушения требуется увеличение количества задаваемого материала, что приводит к повышению теплопотерь в печи и кратности шлака. Содержание восстановителя в смеси выше 6% по массе нецелесообразно, так как избыток восстановителя сгорает в атмосфере печи. Введение в расплав окислов Ге,Мп в количестве, меньшем 2 % от массы расплава, не обеспечивает достаточной для осаждения металлических капель жидкоподвижности шлака. Введение более 3 % окислов приводит к увеличению затрат электроэнертии на их проплавление и снижению качества выплавляемого металла за счет перехода в сплав большого количества е и . П р и м е р . На эл ктродуговой печи мош.ностью 3,5 Мва провели кампанию по выплвке ферросплава, содержащего V, S i Те, примеси Мн. и dr из шгжнетагильского ванадийсодержат:его конверторного шлака, извести, плавикового шпата, 65%ного ферросилици ; и кокса. В печи получили расплав из шихты, состоящей из 250С кг извести, 2500 кг ванадийсодержащего шлака, 1ОО кг кокса, 1ОО кг плавикового шпата и 250 кг 65%-ного ферросилиция. В процессе проплавления на поверхности расплава образовался слой пены. Проплавлэние шихты вели до прекращения кипения ванны. При этом слой пены стабилизировался и в дальнейи(ем не менялся. Поверхность расплава равномерно покрыли 1ОО кг саморассыпаюшегося шлака производства силикокальция, представляющего в основном двухкальциевый силикат и содержащего 3,8 % силикокальция в виде металлических корольков. Расход шлака на 1 м поверхности расплава составил 8,5 кг. При этом часть пены разрушилась, слой пены уменьшился и на поверхности распла- ва образовалась шлаковая корка. Через 2 мин после введения силикокальциевого шлака пена полностью разрушалась, и печь заработала на открытом дуговом режиме. Затем в расплав ввели 35О кг 65%ного ферросилиция на довосстановление шлака. Через Ю мин после введения форросидикия началось кипение ванны. Еще через 5 мин ввели 150 кг окиси желрза. В печи началось интенсивкое ценообразование. Через 3 мин после введения окиси железа расплав из печи выпустили в ковш. После 20-минутной выдержки шлак слили в лаковню, а металл разлили в изложницы. По этой технологии провели 5 плавок .

Содержакке пятиокиси ванация в шпаках этой кампании составило 0,,5%.

На контрольных Ю плавках по обычной технологии: без покрытия шлакового расплава шлаком производства сипикокальция до восстановления и введения в расплав окиси железа после повосстановления - содержание пятиокиси ванадия в отвальных шлаках составило 0,86-1,12%.

Коякчество металлических включений в шлаках, полученных по обычному и предлагаемому способу, находится в пределах 0,65-0,72 %.

Полученный по новой технологии сплав полностью отвечает существукшим стандартам на ферросиликованадий марок ЖВдК-1, ЖВдК-2.

Формула изобретения

1, Способ выплавки кремнистых ферросплавов, заключающийся в восстановлении окислов углеродистыми и кремнистыми восстановителями в присутствии флюсов, восстановлении шлака кремнистыми восстановителями, выпуске расплава из печи в ковш выдержке в ковше и отделении металла от шлака, отличающийся тем, что, с целью снижения потерь восстанавливаемого элемента, поверхность шлакового расплава перед восстановлением покрывают смесью тугоплавкого материала и восстановителя из расчета 5-15 кг на 1 м поверхности, а после восстановления вводят окислы железа и марганца 2-3% от массы расплава.

20Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР К9 398671, С 22 С 35/ОО. 1971 г.