Шихта для выплавки силикокальция
ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СИЛИКОКАЛЬЦИЯ , включающая известь, кремний и плавиковый шпат, отличающ a я с я тем, что, с целью интенсификации процесса восстановления . кальция в ходе проплавления шихты и увеличения содержания его в сплаве она дополнительно содержит барий металлический или его силициды при следующем соотношении компонентов, мае. %: 28-33 Кремний Плавиковый 6-10 шпат Барий металлический или его сили0 ,5-3,0 циды Известь Остальное
. СОЮЗ СОВЕТСКИХ О,И@ИЛИ
РЕСПУБЛИК
А (1% а),3151) С 22 С 35 00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
4 ;
1 н aswapaHOMV сввдвтвпьСтви
28-33
Кремний
Плавиковый шлат
Барий металлический
6-10 или его сили0 5-3,0
Остальное циды
Известь
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ (21) 3619266/22-02 (22) 08.07.83 (46) 23.11.84. Бюл. У 43 (72) Б.И.Байрамов, Э.Б.Попова, В.П.Зайко, Д.Ф.Железнов, М.А.Рысс, Л.В.Слепова, И.С.Бедов, В.И.Харлов, В М.цирлин и И.В.Рябчиков (71) Челябинский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени электрометаллургический комбинат (53) 669.168.3(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР
В 328174, кл. С 21 С 7/00, 1974.
2. Кожевников Г.Н. Зайко В.M.
1Рысс М.А. Электротермия лигатур, щелочноземельных металлов с кремнием. М., "Наука", 1978, с. 184. (54) (57) ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ CHJIHKO-
КАЛЬЦИЯ, включающая известь, кремний и плавиковый шпат, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью интенсификации процесса восстановления .. кальция в ходе проплавления шихты и увеличения содержания его в сплаве, она дополнительно содержит барий металлический или era силициды при следующем соотношении компонентов, мас. X:
1 11252
Изобретение относится к областИ черной металлургии, конкретно к про", изводству ферросплавов, в частности, кшихте для выплавки высококальциевого . снликокальция (Са более 25%), имеющего плотность ниже плотности шлака.
Известна шихта для выплавки сиг лпкокальция, состоящая иэ извести, ферросилиция, плавикового шпата и добавок карбида кальция в количестве 10
5-20% от веса извести P) ..
Недостатком известной шихты является пониженное содержание кальция в сплаве. В процессе проплавления шихты понижена скорость насыщения 15 сплава кальцием. При увеличении продолжительности происходит угар кремния что,в свою очередь, приводит к снижению содержания кальция в сплаве. 10
Наиболее близкой к предлагаемой по составу и достигаемому эффекту является шихта для выплавки высококальциевого силикокальция, содержащая известь, кремний (вькококремнис 25 тый восстановитель,например ферросилиций ФС90, технический кристаллический кремний) и плавиковый шпат Ц.
Недостатками известной шихты являются низкая скорость насьпцения сплава кальцием и одновременно с этим пониженное его содержание в сплаве, не превышающее 32%.
Процесс насыщения кальцием (взаимодействие кремния с окисью кальция извести) проходит в период расплавления шихты. Вследствие высокой температуры плавления извести, а также высокой прочности соединения
СаО процесс взаимодействия по реак- 40 .ции
4СаО+58 > =2CaSi< %2Ca0 810 (1)
С808. проходит замедленно. При окончании проплавления шихты сплав не полностью насьпцен кальцием. Содержание 45 кальция в сплаве составляет не более
32Х.
В насьпценном (степень насыщения
100%) сплав свободный кремний отсутствует, а кальций связан в дисилици- 50 ды кальция (CaSig).
Длительная выдержка сплава под .дугами после проплавления шихты хотя и приводит к приближению к насьпцению сплава кальцием, но при этом замет- 55 но увеличивается угар кремния и кальция, что в конечном итоге приводит к снижению содержания кальция.
77 2
Наряду с этим затягивание плавки снижает производительность печи . и ухудшает технико-экономические по. казатели производства. Выдержка проплавленной шихты под электродами приводит к охлаждению нижних горизонтов расплава, наращиванию подины и к затягиванию ленты охлажденным (застывшим) шлаком, что затрудняет выпуск расплава из печи, требует дополнительного прожига летки прутом, что в конечном счете также приводит к снижению содержания кальция за счет уменьшения его растворимости при попадании s сплав железа прутьев.
Целью изобретения является интенсификация процесса восстановления кальция в ходе проплавления шихты и увеличение содержания его в сплаве.
Поставленная цель достигается тем, что шихта для выплавки снликокальция, включающая известь, кремний и плавиковый шпат, дополнительно содержит барий металлический или его силициды при следующем соотношении компонентов, мас.%:
Кремний 28-33
Плавнковый шпат 6-10
Барий металлический нли
его силнциды О, 5-3
Известь Остальное
Компоненты шнхты: кремний (кристаллический кремний, ферросилиций марки ФС90 по ГОСТ 1415-78 или ме"талл с содержанием более 87% кремния с примесями Fe, Мп, Cr и т.п.) гранулированный или дробленный до фракции менее 50 мм, барий по ТУ 48-05"44-71 с содержанием бария более
90Х или силициды бария, плавиковый шпат (СаГ более 50%) по ГОСТ 7618-70, известь с ыахтных печей по ТУ 14-139-7-72 фракций менее 60 мм с содержанием окиси кальция не менее 90% взвешивали н.загружали в ванну электропечи в виде однородной смеси.
Шихту проплавляли.
При введении в шихту бария в процессе проплавления идут следующие взаимодействия:
Ва+пБ = ВаБз
@80 5 (2)
28aSiz+6Ca0=28a0+4CaSi<+2Ca0 Si0 + (з) f0
<5
25
3$
3 11
2Ba0+2Ca0+(2ff+1) Si =28aSi +
Св06 Й
-2СаО SiO> (4) где Si в †."свободный кремний, т.е. кремний, не связанный в силицидьг.
Барий соединяется с кремнием с образованием силицидов бария.
Силициды бария взаимодействуют с окисью кальция с образованием силицидов кальция, окиси бария, двухкальциевого силиката и свободного кремния.
Окись бария при взаимодействии со свободным кремнием в присутствии окиси кальция вновь переходит в силицид бария, который был в начальный период плавления шихтовых мате- . риалов. Этот процесс протекает непрерывно с участием бария до полного насыщения сплава кальцием.
Протекание реакции (3) и (4) обес. печивается высокой прочностью сое" дииения в правой части реакции— двухкальциевого силиката (hH =
=-538 ккал/моль).
Суммарное взаимодействие по реакциям (3) и (4) выражается уравнением
8СаО+10Я свов =4СаБ -2+2(2СаО Si02) т.е. насьицение сплава кальцием идет за счет образования дисилицида кальция с участием бария. Барий участвует в реакции в качестве катализатора процесса восстановления кальция.
Барий в шихте значительно ускоряет процесс насыщения сплава кальцием и в момент окончания проплавления шихты сплав полностью насыщен кальцием (свободный .кремний в сплаве отсутствует), содержание кальция в сплаве составляет 34-37 .
После окончания плавки в полученном силикокальции остается половина вводимого с шихтой бария, что находится в полном соответствии с реакциями (3) и (4).
Барий, как и кальций является раскислителем и десульфуратором, в качестве которых и используется силикокальций.
При использовании вместо бария—
его сплава с кремнием сплав вначале получают сплавлением. При этом кремний полученного силицида (Ba>Si ) 25277 4 учитывается наряду с кремнием, зада-1 ваемым в шихту отдельно (сумма кремния, задаваемого в шихту отдельно, и кремния силицида бария в шихте составляет 28-33 вес. от массы шихты).
После расплавления шихты расплав без дополнительной выдержки в печи сливают в ковш и затем разливают сначала силикокальций, а затем шлак, который находится под сплавом.
Соотношение количеств кремния и извести взято из условия обеспечения силикокальция с высоким содержанием кальция. При количестве в шихте: кремния менее 28% имеют место излишние затраты электроэнергии на переплав:извести (она становится излишней), перерасход извести и получение в нижних горизонтах печи тугоплавкого -оксидного расплава, вызывающего рост подины печи и отшлакование летки.
Если кремния в шихте более ЗЗХ, то сплав получается со "свободным" (не связанным в силициды) кремнием, не насыщенный кальцием.
Если в шихте плавикового шпата менее 6% шлак получается тугоплавкий, что приводит к значительным потерям сплава в нем, а также к росту подины за счет осаждения тугоплавкого шлака и ошлакованию летки.
Увеличение количества плавиковаго шпата в шихте более 10 излишне и приводит к удорожанию процесса выплавки силикокальция.
При г.ведении в шихту бария металлического или в виде силицидов менее 0,5 . от ее суммарной массы насыщения сплава кальцием,и увеличения его содержания в сплаве не наблюдается.
Введение в шихту бария более
З от суммарной массы шихты снижает в сплаве содержание кальция за счет увеличения содержания в нем бария, связывающего часть кремния в силициды.
Пример. Испытание шихты провели на промышленной печи, закрытой сводом,с мощностью трансформатора
3,5 51В Л. Рабочей ступенью напряжения быпа 5(150В).
Сосч"авы шихты и показатели выплавки силикокальция (средние пс вариантам) представлены в таблице.
Соотношение компонентов в предложенной шихте для выплавки силикоЭ 11252 кальция соответственно граничным значениям компонентов (вариант 1 и 3), среднему значению (вариант 2) и известной шихте (вариант 4). В каждом варианте проводили по три плавки.
По первому варианту шихта включала 784,74 кг (28 ) кремния, 280 кг
«(10X) плавикового шпата, 84 кг (ЗХ) бария, 1654 кг (59X) извести,по второму (среднему) варианту — 783,0 кг 10 (30,5 ) кремния, 205 кг (BX) плавикового шпата, 45 кг (1,75 ) бария, 1534 кг (89,75X) извести, по третьему варианту - 785,61 кг (33Х) кремния, 143 кг (6X) плавикового шпата> 15
12 кг бария (0,5 ), 1440-кг (60,5 ) извести.
По физическим свойствам известь представляла твердый кусковой материал с размером кусков 20-60 мм, . 20 кремний металлический в виде твердых кусков фракции 5-50 мм, нлавиковый шпат в виде природного минерала с размером кусков 5-80 мм, барий в ви" де металлических слиточков, отли- 25 тых диаметром 50 м и длиной около
100 мм.
Шихта представляла однородную смесь твердых компонентов, которую в процессе испытаний проплавляли ЗО в электродуговой печи. Температура плавления шихты 1650-1700 С. После ь проплавления шихты полученные продукты (шлак и металл) сливали из печи в ковш. Металл-силикокальций разливали в изложницы и использовали в дальнейшем для раскисления стали.
В четвертом варианте использовали те же компоненты шихты, что и в 40 вариантах 1-3, но без бария. Количество плавок в варианте три.
Для сравнения провели серию плавок(вариант 5, три плавки) на предлагаемой шихте, но барий был задан в виде силицида бария, предваритель»о выплавленного в электропечи, который по своему составу соответствовал дисилициду бария (состав шихты аналогичен второму варианту плавок).
Содержание бария в силициде бария
75,2Х, кремния 21,67, остальное— примеси железа и других элементов.
В пятом варианте навеску кремния скорректировали на введенный с силицидом бария кремний.
Сравнение результатов проведенных плавок показывает, что содержа77 ние кальция в силикокальции в плавках, приведенных на предлагаемой шихте на 2,4-4,8Х выше, чем в плавках с известной шихтой, а в плавках, проведенных с использованием в шихте силицида бария, превышение содержания кальция по отношению к сплаву, полученному из известной шихты, достигает 5,5Х.
Увеличение содержания кальция в сплаве повысило производительность печи по базовому сплаву (Зо Ca) на предложенной шихте на 9,4-19,6Х, а в плавках с использованием шихты с силицидом бария на 21,2Х по сравнению с известной шихтой.
Интенсивность процесса восстановления кальция, выражающаяся скоростью насыщения сплава кальцием (это прирост содержания кальция в . единицу времени) в плавках вариантов
1-3 возросла на 8,5-15,25Х а в плавках с использованием силицида бария на 18,6/ по сравнению с плавками известной шихты. Степень насыщения сплава кальцием в плавках на предложенной шихте возрасла на 11,523Х, а в плавках с использованием силицида бария до 26,7 по сравнению с плавками известной шихты.
Степень насьпцения (Сн) определяется по формуле, ф, 1ОО С„
Са насыщ.
Содержание кальция, соответствующее насыщенному (Х Са насыщ.), определяется из условий состава сплава, состоящего из CaSi< и РеБх . Железо в сплаве является примесью.
В пятом варианте (с использованием силицида бария) степень насьпцения сплава кальцием выше 100Х. Это происходит за счет того, что процесс восстановления кальция в этом случае происходит настолько полно что в
» конечном сплаве железо (как показал рентгеноструктурный анализ) связано частично с кремнием в моносилицид, что привело к еще большему содержанию кальция при использовании силицида бария по сравнению с металлическим барием (на 0,7 ) и показывает преимущество использования силицида бария.
Эффективность предложенной шихты для выплавки силикокальция достигается за счет интенсификации про)!25277 цесса восстановления кальция в ходепроплавления шихты. Одновременно в полученном сплаве увеличивается содержание кальция, являющееся основным целевым элементом конечной продукции.
Экономический эффект при выплавке силикокальция на предлагаемой
1 шихте достигнут за счет увеличения содержания кальция в сплаве, снижения постоянных расходов на производство вследствие увеличения выхода сплава (ЗОХ Са). Ожидаемый экономический эффект от внедрения шихты для выплавки еиликокальция составляет,150 тыс. руб. в год.
1125277
1
1 &
1 I I 1 М 1 и а 1 Э 1 LA о 1 4 I Э и I aa0 1 ! I л 3 ! I о ! 4 g !!! 6 л ь cd 1 Е 1 cJ о о 1 I 1 I I ф е ф со л Ю A ю -э CO СО л л an СЧ л ЯЪ со л »б л, ь а л м 00 CO л МЪ л л I & о Э х0 «d >Б Л 63 Е о х о Ф Ю м 1 1 1 1 1 I 1 . <, Л в 1 а0 О Э Ф aalu »»» л л л Л an an O0 Ю л л о ь ь нЪ сО О Е х 1 Э I а I cd 1 Х х ом 1 о v М Э Е Й о х о о о 1 1 hC 1- о 1 О Я 1 Э ad 1 Ж 1 о о 4- М ф I— Е 1 I 1 Э х ! 6» 1 1 I Э Х 1 I 1! » б Ю (Ч Ф 00 .Ф Х Ю иЪ М ао Оо Ю -- Ь СЧ C4»- CV -- Ю ОЪ I an м . с 1 о мъ л ° » ° % о а Ю л с Ъ - Ю 1 СЧ Ю л CO aO 00 /Ъ л 00 Ю М сч м м м м м м м f» И О М сч м » х 4l <б lъ Ф х I!25277 5I 1О 1cd I В! Ф cd I 1 Ц а0 v э ): м ж 3.| uxor OV ta, Э )C cd Ж cd Ж cd v ж а v t0 5 lH 1 ! I 1 Ф л (Ч л в 1 в в в CV л ф л л о сь о ф л oI ): 1 Ви " СЧ N СЧ ф 4 1 ° 1 в в в в Л О - - Л ЕЪ сЪ I I cd о 1 СЧ сО ф в в в 1 О1 СЧ а О а О О ° I в а е а м I Я v Ф о м в vo ccI Э с Ъ CO Ia) - СЧ О л 01 СЧ СЧ ф Ъ о о съ ч» а» Ch ч» I mvv Д Э Э о. 1 е ОЪ 1 о о сч о 01 Ch о л С0 ф ОЪ а в Ф (Ч мЪ an В/Ъ йГ I,.16 охжо5е ) Z cd IC О )О v3,эоХЭ ф )4 Cal Э Ц I л в 5ГЪ СЧ в в ° 4 СЧ СО ф л л О О в в сп ф ф л л I lg Э Э н и Э Ф йл ) I 1 I CV 5 В ы3 о нЦ о, X I Э 4 охи Ы В PЭ3 Э 5 К Э а0 tt ЭО):Э) О, C4 P Э Ж 2 ccl. о ): н )" .х н ю н ф ъв.о О О О иЪ Л в в в в в О О О О О с Ъ ф . ф в в в а в С Ъ Ъ с Ъ О Н а в а Э в СЧ Î ra <Ч I 1 I I I 
