Сплав для выплавки ферросплавов

 

1. СПЛАВ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСПЛАВОВ , содержащий кремний, алюминий , КЕШьцйй, водород и железо, отличающийся тем, что, с целью одновременного повышения восстановительной, осадительной и рафинирующей способности, он дополнительно содержит магний и барий при следующем соотношении компонентов , мае.%: Кремний 57,5-94,7 Алюминий 0,3-2,5 Кальций 1,0-5,0 Водород 0,0005-0,01 Магний 0,05-2,5 Барий 0,1-5,0 Железо Остальное 2. Сплав по п. 1, отличающ и и с я тем, что суммарное соQ держание кремния и алюминия в нем составляет 60-95%. «Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТ ИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

П9) (Ию

3(Я) С 22 С 35 0 (21) 3472157/22-02 (22) 16.07.82

{46) 23.03.84. Бюл. )) 11 (72) В.А.Холодный, Э.Б. Попова, В.П.Зайко, Б.И.Байрамов, N.A.Pûññ, Д.Ф.Железнов, В.И.Харлов, И.С.Бедов и Н.И.Анохин (71) Челябинский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени

Ьлектрометаллургический комбинат (53) 669.15.891.782-198(088.8) (56) 1. Бюллетень НТИ ЦНИИ и ТЭИ

ЧМ )) 22 (834), 1978, с. 32-33.

2. Патент CUlA 9 3215525, кл. 75-123, 1966. (54)(57) 1. СПЛАВ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРPOCIIJlABOB, содержащий кремний, алюминий, кальций, водород и железо, отличающийся тем, что, с целью одновременного повышения восстановительной, осадительной и рафинирующей способности, он дополнительно содержит магний и барий при следующем соотношении компонентов, мас.В:

Кремний 57,5-94,7

Алюминий 0,3-2,5

Кальций 1,0-5 0

Водород 0,0005-0,01

Магний 0,05-2,5

Барий 0,1-5 0

Железо Остальное

2. Сплав по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что суммарное содержание кремния и алюминия в нем составляет 60-95%.

1081229

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству ферросплавов, точнее к сплавам для металлотермнческой выплавки ферросглавов.

Для выплавки ферросплавов - силн- 5 кованадия, силикониобия, кремний-ванадий-кальциевой лигатуры и других используют кремний или алюминийсодержащие сплавы (ферросилиций, ферроснликоалюминий, ферроалюминий) 30 с содержанием 60-80% суммы элементов восстановителей - кремния и алюминия (1).

Недостатками. этих сплавов являются: 15. низкая восстановительная способность в связи с тем, что скорость взаимодействия элементов снижена изза недостаточно эффективной диффузии компонентов в объеме расплава к гра- 20 нице раздела металл-шлак; недостаточная осадительная способность, приводящая к потерям ферросплава со шлаком, вследствие пониженных скоростей осащцения мелких капель металла и процессе плавки, низкая рафннирующая способность от вредных примесей, и прежде всего S, P и неметаллических включаний, получаемого ферросплава, особенно, если, включения мелкодисперсны.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является сплав (2), содержащий, мас.Ф:

Кремний 49-64 35

Кальций 10-16

Алюминий 0-2

Водород 0,0004-0,001Железо Остальное

Недостатком известного сплава 4Q является также низкая восстановитель. ная, осадительная и рафинирующая способности при использовании его для выплавки ферросплавов.

Целью изобретения является одно- . 4 временное повыаенне восстановительной, осадительной и рафинирующей способности сплава.

Поставленная цель достигается тем, что сплав, содержащий кремний, алюминий, кальций, водород н желе-, зо, дополнительно содержит магний и барий при следующем соотношении компонентов, мас.Ф:

Кремний : 57,5-94,7

55 Алюминий 0,3-2 5 . Кальций 1,0-5,0

Водород 0,0005-0,01

Магний 0,05-2,5

Барий 0,1-5,0

ЖелезО Остальное

При этом суммарное содержание кремний и алюминия в нем составляет

60-95%.

Этот сплав получают углетермическим процессом из материалов, содер- 65 жащих оксиды кремния, алюминия, магния, бария, кальция, кокса и железной стружки с дополнительным увлажнением шихты. Сплав разливают в плоские изложницы, после охлаждения дробят до крупности менее 80 мм или гранулируют водой. Полученный сплав используют для выплавки ферросплавов (или лигатур). Для этого сплав (с содержанием 60-95% Si + Al) проплавляют с оксидом восстаналнваемого элемента, например ч2 о, известью и плавиковым шпатом.

В процессе плавки элементы-восстановители — кремний и алюминий — взаимодействуют с оксидами восстанавливаемых элементов с образованием оксидов кремния и алюминия. Оксиды кремкремния и алюминия взаимодействуют с СаО и образуют двухкальциевые силикаты и алюминаты.

Восстановительные элементы с избыточным кремнием (А1) образуют дисилициды (диалюминиды). Одновременно в сплав переходят восстановленные вредные примеси — сера и фосфор.

К концу восстановительного процесса весь кремний и алюминий в ферросплаве связаны в дисилициды (диалюминиды ). В этот период повышается активность кальция и бария, которые нерастворимы в дисилицидах (диалюминидах )восстановленных элементов. Кальций и бария взаимодействуют с серой.и фосфором, полностью связывая их в сульфиды и фосфиды (cas, ВаЯ сазР>, ВазР2 ) нераст воримые в ферросплаве. .CaS и Са Р2 всплывают иэ объема металла и усваиваются шнаком, мелкие частицы остаются в металле, не успевая выделиться из него. Тяжелые частицы BaS, ВаэР и мелкие сульфиды и фосфиды кальция полностью не выделяются из металла и находятся в нем в виде неметаллических включений. При образовании дисилицидов восстановленных элементов снижается растворимость в ферросплаве водорода, который выделяется в объеме металла в виде микроскопических газовых пузырьков. Водород в объеме металла оказывает каталитическое воздействие на содержащийся в металле магний и он переходит в виде пара с газовые водородные пузырьки. .За счет паров магния пузырьки быстро увеличиваются в размере и перемещаются в объеме металла снизу вверх.

По мере движения пузырьки сталкиваются с частицами Са$, СаЗP>, BaS, Ва Р, которые не .смачиваются металлом, при соприкосновении они прилипают к пузырькам газа и транспортируются из объема металла в шнаковую фазу. Поступающий в объем пузырька магний в виде газа увеличивает их подъемную силу.

1081229

Газовые пузырьки с неметаллнчес- . кими частицами пересекают границу раздела металл-шлак, где неметаллические включения поладают в шлаковую фазу и усваиваются ею. Далее свободные от неметаллических вклю- 5 чений газовые пузырьки перемещаются вверх в объеме шлака. В процессе движения в шлаке газовые пузырьки контактируют с мелкими, не успевшими осесть каплями металла, которые . не смачиваются шлаком.и прилипают к ним, скатываясь под действием собственного веса в их кормовую часть, где, столкнувшись с другими каплями скоалеецировав, укрупняются.

Одновременно газовые пузырьки. (магний и водород ) вступают во взаимодействие с оставшимися в шкале невосстановленными оксидами. восстанавливаемого элемента (у20 } шихты.

При этом в пузырьках идет замещение магния и водорода образующимися в результате взаимодействия с окси дами водяными парами (оксидом водорода).

На поверхности раздела шлак-печ- ной газ пузырьки газа (преимущественно пары оксида водорода) лопаются. капли металла остаются на поверхности расплава. Под действием движе ния поверхности расплава капли пере- 30 мещаются, -сталкиваются и укрупняются. укрупненные капли металла под действием силы тяжести тонут в шкале, соприкасаются с металлическим расплавом и усваиваются им. Нижние и верх- 35 ние пределы содержания кремния, алюминия в сплаве обусловлены способностью сплава растворять водород, при одновременном растворении в сплаве необходимого количества магния, 40 кальция и бария. Нижние и верхние пределы содержания бария обеспечивают полноту связывания вредных примесей — серы и фосфора — в силициды и фосфиды. При отсутствии бария не обеспечивается глубокое рафинирование металла от S и Р и большая часть их остается в металле. Кальций в заданных пределах позволяет про- вести глубокое рафинирование металла от примесей, полное связывание

S u P в сульфиды и фосфиды, которые при отсутствии его остаются в металле, не всплывая.

При отсутствии кальция для полного удаления примесей из металла 55 требуется большая продолжительность рафинировочного периода, что приводит к увеличению продолжительности плавки снижению производительности печного агрегата и увеличению энер- ф© гозатрат. Опытами установлено оптимальное весовое соотношение Ва/Са = (0,1-1,0). При содержании в сплаве водорода менее 0,0005 и магния менее 0 05 мас.Ъ не достигается полнота восстановления и осаждения восстанавливаемых элементов и выведение неметаллических включений из металла. Содержание этих. элементов соответственно выше 0,01 и 2,5 мас.В не увеличивает эффективность осаждения капель металла.

Максимальная эффективность достигается при пропорциональном соотношении этих элементов: нижнему и верхнему пределам содержаний одного элемента целесообразно соответствие нижнего и верхнего предела содержаний другого элемента.

Пример.. В промышленной руднотермической электропечи с трансформатором 16,5 МВ А по 6 вариантам из материалов, содержащих оксиды кремния, алюминия, магния, бария, кальция, углеродистого восстановителя и железной стружки на увлажненной шихте получили сплав для выплавки ферросплава. Плавки вели при напряжении с низкой стороны трансформатора 140 В. От полученных сплавов отобрали необходимое количество каждого состава для выплавки ферроспл в.а .

Состав шихты на плавку по вари там и состав отобранных на выплавку ферросплава сплавов представлен. в табл, 1.

Полученные по 6 вариантам сплавы в дальнейшем были использованы в качестве восстановителя при выплавке ферросиликованадия. Выплавку ферросиликованадия осуществляли в закрытой сводом рудно-термической печи с трансформатором-мощностью

3,5 МВ A ° Плавки вели на напряжении 150 В. В качестве шихтовых материалов для выплавки ферросиликованадия использовали известь (98,2% СаО}, плавиковый шпат, техническую пятиокись ванадия (76,4Ъ V o } и предложенный сплав для выплавки ферросплава.

Шихтовые материалы перед загрузкой в печь смешивали и загружали полностью. На каждом варианте проводили по одной плавке (вариант вы1 плавки ферросиликованадия соответствовал варианту сплава ). После окончания плавки от металла и шлака отбирали пробы. В пробах шлака определяли содержание петиокиси ванадия и содержание металловключений, в пробах металла — содержание ванадия, фосфора, серы и кремния. Отделенные металл и шлак плавки взвешивали. IIo полученным данным определяли степень восстановления ванадия, извлечение ванадия, потери ванадия в виде металловключений со шлаком.

В табл . 1 представлена шихта для выплавки и состав сплавов,.отобранных для выплавки ферросплавов, в табл.. 2 представлены состав шихты

1081229

Таблица 1

Составы шихты на калошу, кг

Вариант

Кварцит

Б102

95%, A>z сэ от 1 до 2Ъ

Кокс

Магнезитовый порошок

Стальная стружка

Баритовая руда

Влага на увлажнение

Известь

Нолукокс

1 300

2 300

3 300

10

45

100

15

100

0,5

100

70 известныйй

1,5

120

100

140

300

5 300

6"" 300

12

23

100

68

1,5

0,5

0,3

100. на плавку и показатели выплавки ферросиликованадия.

В табл. 1 и 2 первые 4 варианта соответствуют вариантам плавок предложенного состава (варианты 1-3) и известного (вариант 4). Варианты 5 и 6 выполнены с получением и использованием для выплавки ферросиликованадия сплавов, содержащих те же компоненты, что и в предлагаемом сплаве, но с их содержанием, выходящим 10 за рамки заявленных: ниже нижних пределов содержания Са, Ва, Mg и Н (вариант 6 -) и выше верхнего предела их содержания (вариант 5).

В табл. 2 извлечение ванадия пред-15 ставлено по каждому варианту в двух цифрах: расчетное, т.е. подсчитанное ,из условия, что весь ванадий, не попавший в шлак, находится в металле и фактическое — с учетом оседания 20 части ванадия в виде карбида на подину, подсчитанное по количеству ванадия в годном металле.

Иэ табл. 2 видно, что количество невосстановленного ванадия в шлаке при использовании предложенного сплава сократилось на 0,785-0,9 кг/т по сравнению с использованием известного сплава. Осадительная способность (определено по количеству

30 металловключений в отвальном шлаке ) на 1,213-1,828 кг/т шлака выше, чем при использовании известного сплава .

Содержание в металле серы в

17-70 раз и фосфора в 5-8 раз меньше при использовании сплава предложенного состава, чем сплава по известному составу.

Иэ приведенных данных видно также, что при содержании компонентов, выходящих за рамки заявленных (варианты 5 и 6), показатели процесса значительно хуже и близки к показателям, достигнутым по известному составу (4 вариант 1, а именно сте- . пень восстановления соответственно

99,333 и 99,41%, фактическое извлечение 91,53 и 92,1% содержание фосфора 0,04 и 0,038%, содержание серы 0,006 и 0,006%, т.е. при выходе содержаний компонентов эа рамки заявленных - положительный эффект не достигается °

Экономия при выплавке.ферросплавов с использованием предлагаемого сплава достигается за счет снижения потерь восстанавливаемого элемента со шлаком в восстановленном и невосстановленном виде и за счет повышения качества получаемого ферросплава.

Ожидаемый экономический эффект при использовании предлагаемого сплава для выплавки ферросплавов и лигатур на основе кремния составит

25 тыс.руб. в год.

1081229

Продолжение табл. 1

Вариант

Составы сплава, %

Fe (по разо ности

Ва

57,5

2,5

2,5

27,49

13,75

1,25

79,1

0,9

2,5

2,5

0,0051

0,0005

94,7

0i3

0,05

3,85

4 известный

59,5

0,5

27,0

28,99

Нет

Нет

S 5

5 54,1

2,8

5,7

2,9

95,7

0,2

0,05

О;03

3,27

Полученный сплав для увеличения содержания водорода подвергался дополнительно водной грануляции .

"" Варианты 5 и б выполнены с получением сплавов, содержащих те ж компоненты, что и в испытуемых (варианты 1-3),но с их содержанием, выходящим за рамки заявленных (ниже нижнего и выше верхнего пределов) .

Таблица 2

Содержание в металле, %

Состав ажхты на плавку, кг

Получено с плавки,кг

Вариант

Иа - Шлак талл.0i А1

Уе P..

Иэвесть

Плавнковий вжат

Сплав

1080 120 600 1980 1860 1900 12 ° 88 51,2 O ° 31 35 ° 6 nñ006 0,0002

1440 160 800 1200 1115 2470 28,76 52,8 0,20 18,1 0,005 0,0001

1620 180 900 900 870 2710 41,24 54,3 0,16 . 4,0 О;008 0,0004

4 иэвеат иый 1440 160

800 1200 1110 2460 28,12 52,9 0,24 18,6 0,040 0,007

120 120 600 .1980 3850 1910 12,71 51,0 0,33 35,9 0,040 0,006

180 180 900 900 860 2700 41,27 54 ° 8 0,14 3i7 0,038 О ° 006

»»е»

» iO»»»

Ф ехни- 1 ческая пятнокись эана- .

ДМФ

0,0007

0,0120

0,0003

1081229

Продолжение табл. 2

Степень вос становления ч105 В

Потери ванадия со шлаком, кг/т

Содержание в шлаке, Извлечение ванадия в металле, %

Вариант еталовклю» чений

Суммарные

Расчетное

v o

Фактичесоке ловключений ) 0,03 0,153 0, 365 98,875

99,73 . 93,25

0,01 0,117 0,056 0,336 0,392 99,96

99,76 93,62

0,02 0,197 0,112 0,812 0,924 .99,92

99,35 93,11

Известный 0,17 0,72 0,953 2,025 2,978 99,315

97,86

91,12

0 16 0,70 0,897 0,890 1,787 99,333

98,67 91,53

0,15 0,68 0,841 2,806 3,647 99,41

99,05 92,10

«Содержание компонентов в металловключениях принято равным содержанию их в основном металле. » Варианты 5 и 6 выполнены с использованием сплавов, содержащих те же компоненты. что и в испытуемых сплавах вариантов 1-3, но с их содержанием, выходящим за рамки заявленных ниже и выше верхнего пределов.

Редактор Г.Волкова

Заказ 1481/24 Тираж 603 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-.35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

В невосстановленном виде

В виде восстановленного металла

{ металСоставитель Н.Шепитько

Техред О.Неце Корректор В.Гирняк