Способ подготовки металлотермической плавки для получения лигатуры с мобибденом и вольфрамом

 

СПОСОБ ПОДГОТОВКИ МЕТАЛЛОТЕРМИЧЁСКОЙ ПЛАВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ЛИГАТУРЫ С МОЛИБДЕНОМ И ВОЛЬФРАМОМ, включающий установку плавильной шахты , порционное смешивание основных компонентов - оксидов, восстановителя , флюсов и металлических материалов , завалку порций шихты в плавильную шахту, их выравнивание и уплотнение, установку в верхней порции запала, отличающийся тем, что, с целью равномерного распределения молибдена и вольфрама в слитке лигатуры и улучшения разделения металла и шлака, смешивание основных компонентов и последующую их завалку осуществляют раздельно в три порции с соотношением масс

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 С 22 С 33 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . 4ФЯчау мн е ц ОУЕкА

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3300302/22-02 (22) 16.06,81 (46). 15.12.84. Гнал. 9 .46 (72) Б.И.Байрамов, В.П.Зайко, Н.P.Êóçíåöîâà, В.Ф.Серый, Н.К.Огуй, Н..С.Травкиí, M.A.Рысс, В.Ф.Меркулов, A.À.Êóçüìèí и К.K.Æäàíîâè÷ (53) 669.168 (088.8) (56) 1.Авторское свидетельство СССР

Р 349730, кл. С 21 С 7/00, 1970.

2 . Авторское свидетельство СССР

Р 363754, кл. С 21 С 5/52, 1970.

3. Рысс М. A. Производство ферро-, сплавов. M., "Металлургия", 1978, с. 272-273. (54)(57) СПОСОБ ПОДГОТОВКИ МЕТАЛЛОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЛАВКИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ

ЛИГАТУРЫ С МОЛИБДЕНОМ И ВОЛЬФРАМОМ, включающий установку плавильной шахты, порционное смешивание основных компонентов - оксидов, восстанови„„SU„„1129262 A теля, флюсов и мьталЛических материалов, завалку порций шихты в плавиЛьную шахту, их выравнивание и уплотнение, установку в верхней порции запала, отличающийся тем, что, с целью равномерного распределения молибдена и вольфрама в слитке лигатуры и улучшения разделения металла и шлака, смешивание основных компонентов и последующую их завалку осуществляют раздельно в . три порции с соотношением масс (3/415/14):(3/2-2):1 и с введением, в

cocтав второй порции окислов воль. фрама, предназначенных на плавку, в состав третьей порции — избытка восстановителей на 30-50%, а между щ

Ф первой и второй-порциями ровным слоем закладывают тугоплавкие молибдени вольфрамсодержащие металлические материалы, взятые в количестве 20ЗОВ от массы первой порции.

1129262

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству ферросплавов, в частности к производству лигатур, содержащий молибден и вольфрам.

Известен способ производства ли- 5 гатуры, содержащей молибден и вольфрам, путем присадки металлических вольфрам4 и молибдена в расплав, образованный после проплавления шлакообраэующих, металлодобавок,.ферро- (О силиция и алюминия при содержании кремния н металлическом pacrmaae 520% $1).

Недостаток способа заключается в том, что при введении в Расплав )5 тугоплавких вольфрам- и молибденсодержащих металлических добавок, обладающих высокой плотностью, имеет место пониженное усвоение вольфрама и молибдена, а получавшаяся лигатура очень неоднородна по составу: нижняя часть сплава обогащена вольфрамом. Попытки полученил лигатуры с Hrrcor50Ъ) приводят к тому, что часть

Мо и W остается на подине печи непро1плавившейся.

Известен также способ выплавки лигатуры, согласно которому лигатуру, содержащую молибден и хром, выплавляют алюмотермическкм процессом под шлаком в тигле из шихты, состоящей иэ молибденового концентрата, окиси хрома и флюсующих добавок,, с последующей добавкой никелевой стружки и вакуумированием сплава (.2).З

Недостатки этого способа — неполное разделение металла и шлама, высокая ликвация тугоплавких компонентов в сплаве, Наиболее близким по техническому 40 решению и достигаемому эффекту к предлагаемому является способ подготовки металлотермической плавки с молибденом, включающий установку плавильной шахты, порционное смеши- 45 вание компонентов шихты (оксидов, восстановителя, Ллюсов и металлических материалов, в том числе тугоплавких1, завалку порций шихты в плавильную шахту, их выравнивание и уплотнение, установку в верхней порции шихты запала Е33.

Недостатками известного способа являются неоднОродность получаемого слитка металла по высоте : верхние слои обогащены железом (при разделке слитка железистый слой приходится отделять и возвращать на переплав), нижние слои слитка обогащены легирующими элементами, плохая отделяемость шлака от металла вслед- 60 ствие высокой адгезии шлака к поверхности металлического слитка, обогащенного железом.

Пель изобретения — равномерное распределение молибдена и вольфрама в слитке лигатуры и улучшение разделения металла и шлака.

Цель достигается тем, что согласно способу подготовки металлотермической плавки для получения лигатуры с молибденом и вольфрамом, включающему установку плавильной шахты, порционное смешивание основных компонентов шихты (оксидов, восстановителя, Флюсов и металлических материалов,, завалку порций шихты в плавильную шахту, их выравнивание и уплотнение, установку в верхней порции запала, смешивание основных компонентов шихты и последующую их эавалку осуществляют раздельно в три порции с соотношением масс (3/415/141:(3/2-2 l:1 и с введением в состав второй порции окислов вольфрама, предназначенных на плавку, в состав третьей порции — избытка восстановителя на 30-50%, а тугоплавкие молибден- и вольфрамсодержащие металлические материалы, взятый в количестве 20-30% от массы первой порции, закладывают ровным слоем между первой и второй порциями.

Соотношение шихтовых материалов на плавку обеспечивает получение необходимого количества тепла экзотермических реакций для полного процлавления всей шихты.

В центре верхнего слоя начинается плавление, и зона плавления по ходу плавки расширяется по форме, близкой к полусфере.

В ходе плавки металл находится ниже шлака.

Избыток восстановителя в третьей порции шихты увеличивает термичность процесса и способствует наиболее полному восстановлению молибдена и вольфрама. Илак перегрет и жидкоподвижен, что обеспечивает хорошее выделение иэ него в жидкий металл металлических капель.

Достигнув металлического вольфрамового слоя, жидкий металл просачивается в поры между кусками слоя и, нагревая их, охлаждается сам, способствуя на некоторое время образование монолитного твердого металлического слоя, на поверхности которого концентрируется жидкий металл.

Металлический вольфрамовый слой удерживает жидкий металл на определенном уровне в шахте.

За счет нагрева слоя металлического вольфрамсодержащего материала жидким металлом до 1400 С начинается плавление первой порции шихты; и нагрев вольфрамового слоя с этого момента начинается с дв;х сторон.

После нагрева вольфрамового слоя жид. ким металлом сверху и расплавом снизу до температур, когда сцементированный вольфрамовый слой металла становится жидким, начинается раз1129262 рушение монолитного слоя (вначале в центре по оси шахты, а затем и по периферии ). При этом металл устремляется вниз, а образовавшийся в первом слое шихты шлак — вверх, Благодаря интенсивному перемешиванию 5 в результате перемещения фаз происходит растворение вольфрамсодержащего материала в жидком кремнистом металле. К окончанию плавки весь металлический вольфрамсодержащий ма- 10 териал усваивается жидким металлом и образуется однородная по составу лигатура, сформировавшаяся в виде ,слитка в песчаной подине ("гнезде") ..

Так как в шлаке содержание Feo очень низкое (0,1-0,5% ), а в верх— ней части металлического слитка отсутствует железистый слой, адгеэия шлака к металлу низкая, и шлак при охлаждении начисто отходит от металла. Поверхность получаемого слитка лигатуры чистая.

Полученная лигатура содержит 4060% No, 5-15% %, до 4% 5, остальное Fe (или Cr, N и др ° в зависимости от использованной металлодобавки ) и примеси.

Если вольфрамсодержащий металлический материал задавать совместно с шихтой (в перемешанном виде ), то более тяжелый материал концентриру- 30 ется в нижней части расправленного металла, что приводит к получению сплава с неравномерным распределением вольфрама. Вольфрам концентрируется в нижней части слитка и час- 35 тично уходит в подину.

Если в первой порции шихты загружать меньше 20Ъ общей массы шихты, то вольфрамсодержащий материал у периферийной части шахты не успева- 40 ет проплавиться до конца плавки, и вольфрам неравномерно распределяется по металлическому слитку.

Если загружать больше ЗОВ общей массы шихты, то металлический вольфрамсодержащий материал остается выше уровня жидкого металла, что сйижает степень усвоения вольфрама металлом (особенно из периферийных зон шихты) и приводит к неравномерному распределению вольфрама в слитке и попаданию его в подину плавильной шахты.

Если загружаемый металлический вольфрамсодержащий материал составляет менее 20Ъ от массы первой порции шихты, то разрушение монолитного слоя вольфрамсодержащего ма териала, сцементированного просочившимся в него и застывшим металлом плавки, происходит очень быстро, 60 когда еще в первом слое плавление шихты только началось. Это приводит к тому, что вольфрамсодержащий материал опускается в нижнюю часть жидкого металла и до конца плавки не успевает усвоиться им, так как отсутствует интенсивное перемешивание.

Если количество его составляет более 30% массы первой порции шихты, то вольфрамсодержащий материал до конца плавки не успевает усвоиться жидким металлом, и неусвоившаяся часть опускается на подину.

Для увеличения содержания вольфрама в лигатуре во вторую порцию. шихты вводят окисленный вольфрамсодержащий материал фракций менее

5 мм. Если крупность этого материа ла превышает 5 мм, то .восстановление вольфрама ухудшается и он частично остается в шлаке, что приводит к снижению извлечения вольфрама в лигатуру.

Если окисленный вольфрамсодержащий материал вводить в первую порцию шихты (нижнюю в шахте), то усвоение вольфрама металлом ухудшается вследствие высокой активности вольфрама в лигатуре, Это снижает степень восстановления вольфрама из окислов, приводит к потерям его в виде окислов в шкале и, в конечном итоге, к снижению извлечения вольфрама в лигатуру.

Введение окисленного вольфрамсодержащего материала в третью порцию шихты снижает ее термичность, что сопровождается замедленным ходом процесса плавки и дополнительными потерями вольфрама в виде окислов в шкале.

Если третью порцию шихты загружать с избытком восстановителя менее ЗОЪ, то это приводит к замедленному ходу плавки и потерям вольфрама, При избытке восстановителя в третьей.порции шихты более 50% содержание кремния в лигатуре увеличивается до концентраций, превышающих требуемые (64% ) по техническим условиям на лигатуру.

Вторую и третью порции шихты загружают в соотношении (3/2-2,0):1, что оптимизирует процесс плавки (если оно больше, то тепла недостаточно для проведения плавки,(плавка затягивается), если меньше, то плавка проходит бурно с выбросами расплава из печи и с потерями. металла

Оптимальная продолжительность плавки для навести шихты 10 т составляет, как показали опыты, 2025 мин. При этом достигаются наилучшие технико-экономические показатели выплавки лигатуры.

Пример. Сравнительные плавки проводят в шахте с емкостью по шихте 200-250 кг, В качестве шихтовых материалов используют молибденовый концентрат

1129262 крупностью менее ? мм с содержанием, %: м )3 82,,4, Fe 03 4,2, Si0

5,1, железную руду крупйостью менее 2 мм с содержанием 96,7% Ее о известь с содержанием 96,1% Сао, измельченйую до крупности менее 5 мм, плавиковый шпат, измельченный до той же крупности, отсевы Феррохрома крупностью менее 5 мм с содержанием, %| Cr 72,2, Fe 26,9, 1 0,8, металлические отходы производства ферромолибдена крупностью менее 5 мм с содержанием, %: Fe 72,8, No 25,4 и 5 1,7, шеелитовый концентрат с содержаниемр %: 190 63,8,ИиО 1,7, 5 о 2 6, I@003 1 2 . COlo 1 5 4 Feo

2,3 — крупностью менее 5 мм для плавок по предлагаемой технологии и 58 мм для плавок по прототипу, ферросиликоалиминий крупностью менее

2 мм с содержанием,,%: А1 12,4, 5

65,8.и Fe 16,8, металлические вольфрамсодержащие материалы (отходы ) с содержанием 98% Ф и круплостью, не превышающей в двух измерениях 5 мм и в третьем 50 мм (отходы такой величины берут в связи с малыми габаритами шахты, так как в противном случае в ней невозможно создать плотный и ровный слой отходов между порциями шихты), Выплавку лигатуры по предлагаемой технологии ведут по трем вариантам, Плавку по первому варианту осуществляют на .шихте, содержащей, кг: молибденовый концентрат 100, железная руда 22, феррохром 20, известь 5, плавиковый шпат 2, металлические отходы производства ферромолибдена 5, шеелит 5 и ферросиликоалюминий 47,25.

Для получения порцИй шихты вначале смешивают все материалы, эа исключением шеелита и Ферросиликоалюминия. Чатем от смеси отбирают

32,5 кг и, введя в нее 8,75 кг ферросиликоалюминия, вновь перемешивают, получают 1-ю порцию шихты весом 41,26 кг (20% от общего веса шихты ) ..

Отобрав от остатка шихты 81,7 кг и введя в нее весь шеелит и 23,3 кг ферросиликоалюминия, после перемешивания получают вторую порцию шихты весом 110 кг (53,33% от общего веса шихты).

Третью порцию получают, смешивая оставшиеся 39,8 кг шихты с 15,2 кг ферросиликоалюминия (26,67% от общего количества шихты).

Соотношение 2-й и 3-й порций шихты составляет 2:1. Содержание Ферросиликоалюминия в 1-й и 2-й порциях

21,2%, в третьей — 27,6%, т.е, с избытком 30% от содержания в первых двух порциях, В установленную на "гнезде" шахту загружают первую порцию шихты и утрамбовывают ее трамбовкой. Поверх нее загружают ровным слоем по всей поверхности загруженной шихты 8,25 кг (т.е. в количестве 20% от веса 1-й порции/ металлического вольфрама (отходов) и также уплотняют трамбовкой. Затем загружают

2-ю и 3-ю порции шихты и также утрамбовыюот.

В верхней части 3-й порции дела- ют "гнездо", куда загружают запальную смесь, состоящую из 0,3 кг алюминиевой крупки, 1 кг железной руды, 0,01 кг магниевой стружки и 1 кг пылевидных фракций шихты из Фильтра дозировки..

Печь закрывают зонтом и плавку зажигают раскаленным концом металлического прута, После окончания плавки (плавка длится 7 мин) печь оставляют для охлаждения на сутки ° Затем печь разбирают, отделяют шлак от слитка металла (основную массу, которая раскололась при разборке печи ) а слиток с надблочным шлаком охлаждают, орошая водой. 1)лак после орошения полностью отделяется от слитка металла. Поверхность металла абсолютно чистая.

Затем слиток разбивают по высоте и в центрах трех зон по высоте слитка отбирают пробы на общий анализ металла. Одновременно отбирают для анализа пробы верхнего и нижнего слоев (высота 10 мм ). От шлака плавки также отбирают пробу на химанализ (содержание Мо03 и %03) .

Плавки по второму и третьему вариантам осуществляют аналогично первому с изменением содержания компонентов в предлагаемых пределах.

Сравнительную плавку по прототипу 4-й вариант ведут на шихте состава по 2-му варианту, включая металлические BoJIbApctMoBbIc отходы однако ферросиликоалюминий берут без избытка.

В этой плавке разделение шихты на порции не производят. Все компоненты шихты, включая металлические вольфрамовые отходы, перемешивают, загружают в шахту и утрамбовывают.

Далее плавку и обработку материалов проводят по предлагаемой технологии.

Продолжительность плавки 8 мин.

Показатели проведенных плавок представлены в табл. 1-4.

13.2926 2 о

Я Ф Я ! ен кох

2о5. а а

СЧ Ф

ЧЪ г4

Ю (3 (Ч

1О

1О

%-!

СМ

О- I

e O !II X

Ill

CV 1

% М

О1 сР 3

М

° 3 Ф

1 !

1 I

1

I

5g3jmt ов, excavate нохомак эенаовоа ж окаехв

1

IA 1

СЧ 1

Мф

Ю Ю

П3 (Ч

Ф а ех.1,t

lA

Г lA с Ф Г

СЧ h4

Ю Ю

Ю Ю !

Ю

C)

°

I

1 1

Я и ан е!! к К а

1 .-ФЮИТЬ!

1 е 1

2 н .х

И ю4

1б н и о и!

1 .I

Г ! !

1

I

1

I !! о ав

td CI 3

le x ох Ц

tII

C 3

OC

I н ж Н1О III йа5*

1

1 (1

I 1

1.

I

I !

Ф

I о в о— ! ае к м н

1129262

Т а б л и ц а 2

Избыточное со держание восстановителя в третьей порции шихты по отношению к содержания его в 1-й и 2-й порциях,Ъ

Соотношение

2-й и

3-й порций шихты

Размер порций шихты

Количество металлического М-содержацего материала

Вариант плавки

В (от величины первой порции шнхты) % (от исходной шихты J. кг кг

2:1

1 41 25 20

2 52г85 25

3 65,0 30

110с0 55г0

8 25 20

13,2 25

30i0

100,95 57,65 1,75:1

40,0

90,95 60,65 1,5:1

50 0

19,5 30

4 прототип 13 2

Таблица 3

Состав полученной лигатуры по средней пробе, отобранной в

3 точках.по высоте слитка, Ъ

Варинат плавки

Ге

30,95

30,54

30,07

45,17

42,30

39,40

8,70

11,84

11,10

10,35

2,54

11,88

15,50

3,41

3,93

4 (прототип ) 39,27

37,65

7,14

11,22 3,56

1129262

1

Е I о у, а3 i

Т)

I х v o !

Н(О(33 Э

XVOXeXO3C эхихй(:кн

AQ A (ОХ

ЭЭЭЭХМФ

ХНХаНй0 О

О е х ы е0 0 a((х

ХЭ Э (./ ю х

I(Э н

v х

Р4

I 1 и В

1 I

93

Э дР

g с

Э Ф

33 х ае

Ю

Ю

М о аА с0 о о

Ъ о о (<Ч

C) 1

1

1 !

1

Ю о о о

K о о

3

t

1

I I

I

I

I

СЧ 10 о с(М (ч м

+ + аА

%-4

М

О \ м

%-1

+ о

Е4 о

М

СЧ Ю -1 г1

ЮР

М з /

Ch

CO ф н х

Ц о С0 °; Ch

1Л (О Ь ъ -/ ГЧ

+,+ о м (Ч

+ х (a! о (01 an сч о 3 3

1

%-1 (Ч

10 3

Э 1 х х

K н хи х о

1 е х о (Х н о

Е Э

Э ((( хо

I

I

1 (Е4 с("о

Ь ФЬ гч an

Ц

v х

Ф

Э ((( I

Э х . о

Ц

М н

О L0

CO

° -(1 о

Ch a0 ъ о в ! l (ГЧ

%-4

° Ф

3

I

I м м

М Ф

1 Д

З,й (= o н с-/ СЧ э н

m o з х х ф о с

Е

Ф Q х х ф

И Э ах

Ф4 о

1

1.

I

I

1

I . I

I

I

I

I

I

I

I

I

I

1

1

1

I

II

1

1

I Х

Э I ХЦ хохe ж ооэа, Ц 33vo

3C(((O (, Х нхенэн

Ох(охо

М

Ф I Хl4 хохэ ж

ovea(" .33 v o

Х Э Рю (ч Х нхэне ох цохо

Ы 1

I Х Ц

ОХ Э ж ойдо

33 v o

ЭАйх хэне

xctozo (C

îхе

Q ф (.3, с (/(v o ° ((/A 4@< ранен хцохО ((00 о о о

Ю о о о со аса а о с-((М Ch м

<Ч а-(((<Ч

I 1 1 3

СЧ (%-4

f4 м . т-((ФЬ М М е4 ао СЧ Ф м (М

1129262

Составитель О.Веретенников

Редактор Л.Веселовская Техред С. Мигунова Корректор,М.Розман

Эаказ 9308/21 Тираж 602 Подписное

BHHHMH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Сравнение проведенных плавок показывает, что лигатура в плавках по предлагаемому способу имеет достаточно, равномерный состав по высоте слитка, отклонение содержания No и Ф от среднего состава лигатуры не превышает соответственно

2,89 и 3,26 отн.Ъ, в то время как в плавке по прототипу эти отклонения составяют соответственно 9,61 и 13% 1s отн.%. Такие высокие отклонения содержащими элементов в плавках по протощп ; особенно вольфрама., объяснябтся.черезвычайной ликвацией й. главой, оседанием нерастворивыегося тугоплавкого вольфрама 15 в нижние горизонты, где он и остается до конца плавки.

Такая высокая ликвация, является причиной относительно низкого содержания вольфрама в средней пробе 2() плавки по прототипу по сравнению с аналогичной пробой плавки по 2-му варианту; в пробу не попали зоны слитка, насыценные воль<Ьрамом.

При обшем равном содержании в шла- 25 ках всех плавок Мо0 содержание ФО в плавке по прототипу в 3,3-5,4 раза выше, чем в плавках по предлагаемому способу, что говорит о низкой степени усвоения вольйрама из шеелита, в плавке по прототипу.

Поверхность всех слитков металла, полученных в плавках по предлагаемому способу, отличается высокой чистотой, беэ налипания на них шлака. Поверхность слитка плавки по прототипу сильно загрязнена налипшим шлаком, который начисто отделить от слитка не представляется возможным вследствие очень высокой адгезии его к металлу.

Внедрение предлагаемого способа не требует дополнительных затрат.

Экономия при выплавке лигатуры достигается за счет получения металла без отходов, которые следует переплавлять, а значит, и без дополнительных потерь Мо и Ф.

Ожидаемый зкономический эффект при использовании предлагаемого способа составит примерно 20 тыс. руб . в год.