Способ производства низкожелезистого силикокальция Советский патент 1980 года по МПК C22C33/04 

(54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКОЖЕЛЕЗЙСТОГб СИЛИКОКАЛЬЦИЯ

1 ;

Изобретение относится к производству черных металлов, в частности ферросплавов.

Известен способ получения силикокальция путем смешивания жидких рас- $ плавов каяьцийсодержащего шлака и 75% ферросилиция с последующей разливкой сплава IA

Недостаткзи и известного способа являются большая энергоемкость на по- О лучение промежуточных продуктов, низкое использование кальция (20-60%), обусловленное пониженной активностью кремния в железокремниевых сплавах с содержанием железа 30-35%, невозмож- 15 ность получения низкожелезистого силикокальция с содержанием кальция 25-30% согласно ГОСТу 4762-71 (железо ферросилиция усваивается сплавом, чем ограничивает переход кальция, ко-20 торый нерастворим в железе).

Цель изобретения - снижение энергоемкости, увеличение использования кальция и повышение экономичности процесса.25

Цель достигается тем, чтЬ соединения кальция, выплавленные углетерми4ecKHf4 методом в виде нзвестково-карбидного расплава,,содержащего 30-40% окиси кальция и карбида каль- 30

ция, при 1800-1900 С присаживают в ковш со скоростью 250-350 кг/мин на жидкий 90%-ный ферросилиций или криста71лический кремний, нагретый до 1680-172b c, в соотношении расплава к восстановителю 1:(О,2-0/3) и после выдержки 20-30 мин сливают силикокальций в изложницы.

Кальций нерастворим в железе.С углеродом он образует прочный карбид СаС. Теплота образования карбида кальция из элементов равна 14,1 ккал/моль. Температура плавления СаСд 2300 С. Сродство кальция к кремнию выше, чем к углероду. С кремни- . ем кальций образует силициды Ca2Si, CaSi н CaSij, а также две эвтектики (Еу и Ej).

При наличии избытка кремния состав сплава отвечает эвтектоидной области Е с преобладанием силицида плавящейся в интервале 980-1020с. В то же врем;я теплоты образования силицидов CaSI и CaSi из элементов равнозначны и составляют Збккал/моль.

Таким образом, осуществляя контакт карбида кальция с кремнием в жидком состоянии, получают силициды кгтьция за счет деструкции CaCj.

Кремний, разрушая карбид кальция. сдвигает равновесие реакции в сторону б&Кее полного усвоения кальция.

Для облегчения температурных-и кинетических условий протекания процесса карбид кальция целесообразно использовать в расплаве с окисью кал,ьция. Тем более, что в системе существует сравнитёЛТьШ легкоплавкая область с температурным интервалом 1600-1700°С, отвечающая примерному составу, вес.%: СаО 30-40, СаС2 60-70. Наличие окиси .кальция в системе также способствует образованию силицидов кальция за счет взаимодействия 2СаО + 3S i - 2CaSi + Si02, продукт которого (двуокись кремния) в свою очередь повышает полноту сум- манного процесса, разрушая, карбиды кальция и кремния по реакциям:

СаSi+200-16960О кал.

2SiC+Si02 3Si+2CO-211500 кал.

Суммарный процесс получения низкожелезистого силикокальция из карбидflfSSffg-gecf ШвЬго расплав а путёМ сМёшения с ф.ерросилицием 90% 51 или кристаллическим кремнием можно описать уравнениями вида:

(CaCjt5СаО)+1б5ч) iSCaSO- lCaО )4-2СО О)

lCaC2tЗCaO)(bSi){ЗCa5 V(CaQs;02Vt25.C)U)

Избыточная окись кальция и двуокись кремния - продукт реакций при содержании 35-55% СаО и 65-45% Oj образуют легкоплавкий шлак, плавящийся в интервале 1450-1550°С.

Согласно термохимическим расчетам реакций (1) и (2) взаимодействия расплава карбида кальция и окиси кальция с жидким кремнием удельная теплота этого процесса при и степени восстановления кальция их окиси кальция 20% составляет величину в.пределах 700-900 ккал/кг, что обеспечивает самопроизвольное развитие реакций.

Выбранные интервалы температур явл.яются оптимальными, так как обеспечйвайтмаксимальное использование кальция. При температуре восстановителя ниже .168 о С происходит нежелатёльнЬе охЛс1ждение расплава CaCj-СаО, повышение температуры выше 1720С приводит к потерям восстановленного кальция со .шлаком.

Температура расплава СаС2-СаО Ьп ределена по опытным данньгм . Нижний предел обеспечивает полный слив расплава из печи в ковш, повышать ве|3хний предел нецелесообразно по экономическим соображениям.

Заливка расплава со скорость,ю менее 250 кг/мин ухудшае условия перемешивания фаз и замедля|ёт развитие процесса, при превышении скорости выше 350 кг/мин процесс интенсифицируется, однако с выбросами расплава.

В соответствии с условиями осуществления процесса найден предел расхода йосстановйтеля на тонну расплава. Состав сплава, удовлетворяющий требования ГОСТа, получается при расходе восстановителя не менее 0,2 и не более 0,3 от веса расплава.

Полученный сплав силицидов кальция с кремнием имеет плотность меньшую (2,2-2,4 г/см) , чем шлак (2,6 -2,8 г/см ),и по завершении процесса слаплйв-ается над шлаком, а затем сливается в изложницу.

Поскольку плотность ферросилиция

0 ФС90 (,5 г/см , а Si 2,2 г/см) меньше плотности известково-карбидного расплава (rv2,7 г/см) , процесс смешения це.лесообразно проводить пу тем заливки шлакового расплава в

5 жидкий ферросилиций.

Разделение металла и шлака заканчив.ается не ранее, чем через 20 мин, выдержка более 30. мин уже не повышает степень разделения.

0 Пример 1. Впечи мощностью 1200 кВА проводят углетермические плавки известково-карбидного расплава. Состав колбшы шихты, кг: известь 200, металлургический коксик

100, древесный уголь 20.

Плавки ведут на рабочем напряжении 115 В. При расходе элёктроэнер гии 3700 кВт ч/т из-шихты указанного состава получают 1260 кг известково-карбидного расплава, при разло0 женй.и 1 кг которого выделяется 230 л ацетилена, что с твечает содержанию в расплаве 65% CaCj.

Известково-карбиДный расплав перед выпуском нагревают до 1850С Параллельно в индукционной .печи ОКВ-281 в тигле из графита расплавляют 25.0 кг ферросилиция с содержанием кремния 93,4%, алюминия 0,60%,

остальное железо. Расплавленный и нагретый до ФС 90 сливают в ковш емкостью 0,55 м, футерова нный графитовой плиткой. Ковш с жидким ферросилицием помещает под летку печи 1200 кВА,. куда производят выпуск известково-карбидного расплава, нагретого до 1850с (соотношение 1:0,20). Слив ведут через очко копильника

со средней скоростью 254 кг/мин, что

обеспечивает достаточно активный и одновременно безопасный, без выбросов ход взаимодействия компонентов. После 20-ти минутной выдержки расплавов в. ковше образовавшийся наверху слой жидкого силикокальция слили в чугу.ннук) изложницу, в результате получено 200 tfr металла состава, вес.%: Са 34,9; Fe 5,7; A.I 0,51.; С 6,36, кремний - остальное, который отвечает требованиям ГОСТа 4762-71

для низкожелезйстого .силикокальция марки СКЗО. Использование кальция из расплава СаО-СаС составляет 76%, суммарный расход электроэнергии при получении СКЗО таким процессом достигает примерно 15 тыс.кВт ч/т против ,