Способ обезуглероживания высокоуглеродистых феррохрома или ферромарганца

 

СПОСОБ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРОХРОМА ИЛИ ФЕРРОМАРГАНЦА, включаннций нагрев расплава вьте тe mepaтypы его плавления, продувку расплава кислородом до тем пературы расплава 1750-2000 С и последунядае введение в расплав твердого восстановителя, отличающ и и с я тем, что, с целью уменьшения времени на обезуглероживание и повышение выхода годного, в расплав вводят монолит твердого углеродистого восстановителя, удерживают его в объеме расплава до охлаждения расплава до температуры 1700-1900 0, а эатем извлекают.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

09) 01)

Зси С 21 С 7700

2187 А

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г (21) 3522752/22-02 (22) 20.12.82 (46) 15.05.84. Бюл. 918 (72) В.М.Сафонов, А.Г.Пономаренко, В.С.Сапиро, С.Н.Тимошенко, В.И.Хобот, О.В.Геев, В.В.Приходько и Г.А.Кошкин (71) Донецкий политехнический институт (53) 669.168 (088.8) (56) 1. Патент ФРГ У 544388, кл. С 21 С 7/00, 1977.

2. Патент ФРГ В 648121, кл. С 21 С 7/00, 1979..(54)(57) СПОСОБ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ

ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТЫХ ФЕРРОХРОИА ИЛИ1

ФЕРРОМАРГАНЦА, вкхпочающий нагрев расплава -выше температуры его плавления, продувку расплава кислородом до тем о пературы расплава 1750-2000 С и последующее введение в расплав твердого восстановителя, о т л и ч-а ю— шийся тем, что, с целью уменьшения времени на обезуглероживание и повышение выхода годного, в расплав вводят монолит твердого углеродистого восстановителя, удерживают его в объеме расплава до охлаждения расплава до температуры 1700-1900 С, а-затем извлекают.

1092187

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к способам обезуглероживания высокоуглеродистых ферромарганца или феррохрома путем окисления углерода в жидком металле.

Известен способ обезуглероживания ферросплавов феррохрома с содержанием

40-80 хрома и ферромарганца с содер; жанием 30-90 марганца, заключающийся, !

О в нагреве ферросплавов до температуры выше температуры плавления,.вдувания кислорода в расплав и вводе твердого охлаждающего агента, причем металл.. на=ревают до 1450-1750 С и вдувают о кислород 3-15 нмз/т сплава на 1 уда-15 ляемого углерода в течение 1-5 мин.

При данном способе образуется незначительное количество шлака, поэтому рекуперация содержащихся окислов металлов не нужна (1) .

Однако, известный способ характеризуется недостаточно полным удалением углерода, окислением основных элементов сплавов, и. следовательно, 25 недостаточно высоким выходом годного, причем практически не используется дополнительное выделение тепла при окислении элементов, а при вводе твердых частиц немедленно происходит их

,флотация первыми образовавшимися

ЗО пузырями в шлак, что снижает эффективность обезуглероживания. Вдувание мелких частиц твердого вещества тре-. бует наличия специальных устройств и увеличивает расход аргона, что приводит к усложнению реализации про цесса.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ обезуглерО", 4О живания высокоуглеродистых ферромар- ганца и феррохрома, включающий нагрев грасплава выше температуры его плавления продувку расплава кислородом. углеводородсодержащим или инертным газом с введением в расплав твердого восстановителя и вдуванием с инертным газом"носителем извести. Продувку кислородом ведут по достижении температуры расплава после достижения этих температур и перед вводом кислорода в расплав вводят 10-20Х от общего количества легируемого металла твердой лигатуры f2) .

Однако этот способ требует введения дорогостоящих восстановителей— силикохрома и силикомарганца, а загрузка в контейнер сверху более сильных раскислителей повышает себестоимость металла и увеличивает их угар.

Недостатком является также повыше/ ние в шлаке и металле содержания окиси кремня как продукта раскисления, что приводит к неполному восстановлению окислов хрома или марганца, снижает выход годного, увеличивает расход извести для поддержания высокой основности шлака, требует ввода инертного газа для перемешивания

С металла,. усложняет процесс обезуглероживания, приводит к ускорению износа футеровки конвертера и снижению. производительности.

Цель изобретения — уменьшение времени на обезуглероживание и повышение выхода годного.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу включающему на-грев расплава выше температуры плавления, продувку расплава кислородом о до температурырасплава 1750-2000 С и последующее введение в расплав твердого восстановителя,в расплав вводят монолит твердого углеродистого восстановителя,удерживают его в объеме расплава до охлаждения расплава до температуры

1700-1900 С, а затем извлекают.

Восстановитель выдерживают в течение 1-5 мин за это время температура

l о снижается на 50-300 С соответственно.

Погруженный в расплав монолит твердого углеродистого восстановителя; способствует ускорению процесса обезуглероживания металла по двум причи-. нам: насыщение пограничного с поверхностью монолита твердого углеродистого восстановителя слоя металла . углеродом до сверхравновесного с данным содержанием кислорода значительно облегчает зарождение пузырей окиси углерода и дает толчок для протекания данной реакции в объеме металла на всплывающих и быстро укрупняющихся пузырях; в процессе продувки кислородом . образуется большое количество высокохромистого или высокомарганцевистого шлака, неравновесного с углеродом металла. Так, при 3% углерода шлак может содержать до 90% окислов хрома, .в то время, как равновесное с этим шлаком содержание углерода в металле составляет 0,8Х поэтому перемешива109

2187 4

7 до достижения температуры расплава

Ф

1800 С, после окончания продувки по . направляющей 1 опускается каретка 2 с футерованным стержнем 3 и монолитом твердого углеродистого восстановите-. ля 4 °

Введение последнего в металл 6 возможно на любой стадии продувки кислородом. При этом происходит интенсивное выделение продуктов реакции взаимодействия монолита твердого углеродистого восстановителя с кислородом ванны, перемешивание высокоуглеродистого сплава со шлаком. После выдержки 2 мин, твердый восстановитель извлекают путем подъема каретки.

При обработке феррохрома скорость окисления углерода достигает 0,27. в мин. Возможно неоднократное повторение использования восстановителя. Извлечение восстановителя при температурах ниже 1700 С ведет к науглероживанию о сплава, а извлечение при температурах о выше 1900 С не позволяет реализовать процесс, так как замедляется восстановление окислов хрома. Обработка ферромарганца по данному способу ведется аналогичным образом.

В качестве восстановителя используют графитированный электрод диаметром

200 мм. На основании экспериментов и оценок показано, что при введении в расплав твердого восстановителя таких размеров и удержание его в течение 1-5 мин осуществляется достаточное перемешивание ванны продуктами реакции окисления углерода.

Электрод вводится в ванну конвертера в вертикальном положении до дна, что способствует перемешиванию нижних слоев металла.

Пробы металла и шлака после обработки отбираются из слитка и ковша.

Уменьшение количества Сг Оп в шлаке за время обработки достигает 10-15Х.

Состав шлака до и после обработки феррохрома представлен в табл.2. По содержанию хрома в пробах металла до и после обработки оценивают степень восстановления. Наблюдается увеличение ° содержания хрома в металле на 0,7-1,7Х.

Т а б л и и ц а 2

Способ осуществляется следующим образом.

В руднотермической печи выплавляют феррохром или ферромарыанец, затем 55 переливают его в конвертер 5, футеро-. ванный магнеэитовым кирпичом, и продувают расплав кислородом через фурму

Состав шлака

Компоненты

СгпОп

Si0g

° 70,6-30,6

32,2-5,4

79,6-40,6

19,6-6,3 ние ванны металла ускоряет процесс обезуглероживания.

Введение монолита твердого углеродистого восстановителя в металл на любой стадии продувки кислородом 5 вызывает локальное повьппение активности углерода и интенсивное кипение ванны. Кипение способствует перемеши-. ванию металла со шлаком, и, следова тельно, благоприятствует восстанов- 10 лению окислов хрома или марганца из шлака и окислению углерода .металла.

Выделение газообразных продуктов реации происходит интенсивно, (как показали опыты, интенсивность такого кипения может осущественно превьппать интенсивность, достигающую при продувке инертным газом), поэтому твердый углеродистый восстановитель не науглероживает металл. По мере 20 снижения -температуры металла до

1700-1900 С реакция восстановления о окислов шлака затухает и твердый восстановитель извлекают.

Предлагаемый способ исключает по- 25 явление шлакообразующих продуктов реакции, позволяет более полно восстанавливать окислы хрома или марганца из шлака. Для его осуществления достаточно ввести в ванну металла ЗО монолит твердого углеродистого восстановителя, выдержать его и извлечь.

При повторной обработке сплава достаточно повторить описанную выше последовательность операций.

Применение предлагаемого способа позволит сократить время плавки ввиду интенсификации кипения металла, повысить выход годного, снизить крат/ ность шлака, провести рафинирование и дегазацию сплава.

В табл.1 приведены сравнительные данные известного и предлагаемого способов.

На чертеже представлена схема способа.

На схеме обозначены направляющая

1, каретка 2, футерованный стержень

3, монолит 4 твердого углеродистого восстановителя, конвертер 5, металл

6, фурма 7. до обработ- после обки работки

1092187

Продолжение табл. 2

Компоненты

Состав шлака до обработки после об-5 работки

1,0-0,5

1 l-О,6

28,9-1,5

10,8-4,8

9,3-4,4

0,6-0,3 СаО

23,7-1,0 1Ð

14,4-4,6

4,4-1,0

0,6-0,4

Fe0

МпО

Расход графитированного электрода определяется при помощи обмеров; он составляет около 2 кг/т, т.е. даже 2р полное усвоение этого количества углерода может привести к повьппению его содержания в металле на 0,27. при регламентируемом содержании углерода для ФХ-200 от 1 до 2%. 25

Так как реакция окисления углерода зндотермическая, то эффективно (без науглероживания) процесс протекает при температурах выше 1700 С. После окончания обработки расплава в интервале 1700-1900 С содержание углео рода и металле на 5 плавках из 8 практически не изменяется при колебаниях

+9,10%, а на одной обезуглероживаниа достигает 0,15%. Если обработка за35 канчивается при температуре ниже

1700 С, то происходит науглероживание о металла в пределах 0,14 — 0,25%. Зто объясняется снижением газовыделения на границе графита с металлом вследствие ухудшения термодинамических, условий реакции окисления углерода окислами шлака.

Извлечение восстановителя при темФ пературах выше 1900 С не позволяет полностью реализовать процесс, так как при этих температурах процесс сопровождается значительным развитием реакции восстановления окислов кремния из шлака и восстановления хрома, наблюдаемого при более низких температурах, не происходит.

Раскисление металла монолитом углеродистого восстановителя не требует в сравнении с известным спосоМ 4 бом специальных устройств для вдува ;- ) ния порошков, а продукты реакции окис. ления углерода не снижают активность CR 0 в шлаке. Зто способствует более полному обезуглероживанию сплава.

Подобные эксперименты с ферромарганцем в индукционной печи дают аналогичные результаты, так как марганец и хром имеют близкие физико-химические свойства (например, сродство к кисло роду и углероду), при продувке .этих сплавов кислородом образуется шлак, неравновесный с металлом.

На основании экспериментов процесс происходит следующим образом.

Взаимодействие графита с металлом и шлаком можно разделить на три этапа.

Первый этап длится 5-20 с, ванна спокойна из-за наличия намороженной на электрод корочки металла и шлака.

Второй характеризуется взаимодей ствием ванны металла с графитом. При этом происходят бурная реакция окис ления углерода, выделение газообразных продуктов реакции и интенсивное перемешивание ванны.

В третий этап прекращается кипение металла и начинается растворение графита.

Конец второго периода определяется по поведению факела над металлом, его длительность находится в пределах

1-5 мин.

Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает более полное восстановление окислов хрома и марганца за счет выделения газообразных продуктов реакции окисления углерода, интенсивю ного перемещения шлака с металлом.

Предлагаемый..способ повьппает выход

Годного, экономит кислород и инертный газ, позволяет окислять углерод с большими скоростями при концентрациях его в металле 2,0-2 5%. Это, в конечном счете, снижает себестоимость ферросплавов.

Минимальный экономический эффект от предлагаемого способа заключается в применении дешевых углеродистых раскислителей, например, изготовлен . ных из массы для самообжиганицихся электродов ферросплавных печей.

При этом минимальный экономический эффект составит 10 руб. на тонну сплава.

: 1092187

Таблица 1

Выход годного, Х ельная асса востановитеСпособы я вступивего в реак,; цию, кг/т вителя с расплавом мин,. 92-96

5-6

7ОО-ЕОО

10-15

Известный

93-96,5

2-3

1-5

Предлагаемый

ВНИИПИ Заказ; 3209/17 Тнрак 540 Подписное Филиал ППП "Йатент", г. Уагород, ул.Проектная,4

Время взаимо-, действия восстаноУдельный расход извести на вдувание, кг/т

УдельHblH расход аргона, нм т