Способ удаления меди из расплава чугуна

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСА ЛИН

А1 (19) (11) ()) g С 21 С 1/04

OllHGAHHE ИЗОБРЕТЕНИЯ

43jg -,.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

00 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

К А ВТ0РСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3765641/22-02 (22) 03.07.84 (46) 30.04.86. Бюл. Ф 16 (71) Магнитогорский горно-металлургический институт им. Г.И.Носова и Челябинский политехнический институт (72) А.M.Бигеев, А.И.Ушеров, П.П.Бирюков, Г.С.Уваровский и B.В.Тыщенко (53) 669.162.683.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 777068, кл. С 21 С !/04, 1974.

Brown К.Е., Nakar Н.V., Davilio R.S. Refining molten iron by

sulfide-forming slags and Clorina t1on Removal of Copper Tin and other

impurities — Repr., Invest. Bur

Munes V.S. Dip Inter., 1975, р. 8065-32. (54) (57) СПОСОБ УДАЛЕНИЯ МЕДИ ИЭ

РАСПЛАВА ЧУГУНА, включающий расплавление металла в плавильном агрегате и загрузку на поверхность расплава серосодержащих соединений щелочных металлов и графита, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса удаления меди из исходного чугуна и снижения содержания серы в готовом чугуне, одновременно с загрузкой серосодержащих соединений щелочных металлов присаживают 8-12Х буры от массы образующегося сульфидного пшака, (NazS) =2 (Na)+ PS). (2) Для эффективного протекания ггроцесса обезмеживания необходимо оптимальное протекание реакции (2), так как при черезмерном развитии этой реакции происходит насыщение металла серой, что снижает производительность процесса удаления меди, так как после него требуется специальная операция — десульфурация (удаление серы) для получения стали.

Кроме того, металлический натрий, перешедший по реакции (2) в шлак, частично испаряется, реагируя с кислородом атмосферы, образуя оксид натрия, который, осаждаясь на кладке печи, сильно снижает ее стойкость, что ведет к частым ремонтам кладки, а это удорожает процесс. К удорожа" нию приводит и повышенный расход шлак а. !

При слабом развитии реакции (2) снижается количество меди, перешедшее в шлак по реакции (1), что ведет к снижению эффективности удаления меди, так как снижается коэффициент

1 1

Изобретение относится к металлур. гии, а именно к технологии рафинирования черных металлов от меди, например вторичных черных металлов медистых чугунов (сталей), и может быть осуществлено на предприятиях черной и цветной металлургии.

Цель изобретения — повышение эффективности процесса удаления меди из исходного чугуна и снижение содержания серы в готовом чугуне.

Одновременно с подачей серосодержащих соединений щелочных металлов на поверхность жидкого металла присаживают 8-12% натрия тетраборнокислого (буры) от массы сульфидного шлака.

Механизм удаления меди из расплава черных металлов заключается в следующем, Медь имеет более высокое сродство к среде, чем железо, поэтому медь удаляется из расплава по следующей реакции:

2 jCuj+ (Б) =(Си S) . (1)

Для протекания реакции (1) необходимо поступление серы из шлаковой фазы в металл. Это достигается за счет реакции диссоциации сульфида натрия:

227б89 распределения меди между металлом и,шлаком (L = -- ). Следовательно, (Cu 1

Си Сц) повышается конечное остаточное содержание меди в чугуне: (3) 1р где (Сц), (Cuj, — начальная и конечная концентрация меди в расплаве металла,%, количество металла, кг, количество шлака, кг, коэффициент распределения меди между сульфидным шлаком и металS0

Действие буры на снижение количества продиссоциировавшего сульфида натрия по реакции (2) основано на снижении концентрации Na S в шлако7 вой фазе, что соответственно ведет е к снижению активности (11а78) ан а у и а "Огй (4) лом.

Согласно формуле (3) для достижения одинакового оСтаточного со25 держания меди в расплаве (Cu)„ при меньшем Е „ потребуется большее количество я „„, а это ведет к удорожанию процесса обезмеживания.

Регулирование протекания реакgO ции (2) температурой невозможно,так как оптимальная температура для чистого сульфидного шлака для протекания реакции (1) 1300-1380 С, а при этой температуре реакция (2) поставляет в расплав серы .больше, чем требуется для удаления меди.

Для регулирования поступления серы по реакции (2) при оптимальных температурах обезмеживания 13004О 1380 С в предложенном способе примео нена бура (Na7В40 ) в количестве 812% от массы образующегося сульфидного шлака, при этом 8% буры соответствуют условиям, когда процесс

45 удаления меди из чугуна протекает при )300-1320 С, а 12% присаживаемой буры от массы образующегося сульфидного шлака соответствуют температуре процесса 13б0-1380 С.

1227689 4 (6) (7) 40

55 где К вЂ” константа реакции (2); зависит только от температуры, а — активность натрия в расплаkq ве шлака; а — активность серы в расплаве металла; а — активность сульфида натрия (Mq>5) шлака.

Решим уравнение (4.) относительно а 1 и примем на основе закона Генри для разбавленных растворов, что а (Я), следовательно () Kz а (иа, ) (5) (На)

Анализ уравнения (5) показывает, что с уменьшением активности сульфида натрия в шлаке, которая пропорциональна концентрации сульфида натрия в шлаке, снижается концентрация серы в металле.

Данные теоретических выводов были полностью подтверждены экспериментами, причем в результате их были выяснены еще две положительные тенденции влияния буры на процесс обезмеживания.

Во-первых, под действием высоких температур бура распадается о выделением триоксида бора:

Ма В40т 2НаВО +В,О,.

Образующийся борный ангидрид реагирует с металлическим натрием, выделяющимся по реакции (2), и с кислородом атмосферы, который поглощает шлак, по следующей реакции:

4 (Na)+Oz+2BzO 4ИаВОг

Таким образом снижается количество натрия, испарившегося в газовую фазу, что ведет к удешевлению процесса обезмеживания, так как снижается количество паров натрия. Следовательно, меньше будет в газовой фазе оксида натрия, а это увеличивает срок службы футеровки печи, уменьшает расход огнеупоров, а также способствует сохранению начальной (высокой) концентрации натрия в расплаве шлака, что согласно уравнению (5) ведет к снижению концентрации серы в металле.

Во-вторых, присадки буры снижают активность сульфида меди в шлаке не только за счет разбавления шлака, но и за счет образования комплексных

t0

35 соединений типа NaBO> CuzS и ИаВЦ

«Иа Б-Си Я °

Предложенный способ удаления weди из расплава чугуна был осуществлен в лабораторной печи емкостью

25 кг. Опыты с чугуном проводились в графитовых тиглях. Чугун с содержав кием меди I, I Х и серы 0,04Х плавился в печи и его температура поддерживалась 1300-132(fC. По установлении указанной температуры в печь подавалась смесь сульфата натрия со стехиометрически необходимым для его восстановления до NaiS графитом и бура. Металл под шлаком выдерживался в течение 10 мин, после чего металл отделялся от шлака. Садка по металлу составляла 4 кг. Количество шлакообразующих было подано с расчетом, что по образованию на поверхности металла сульфидного шлака его масса равнялась 0,4 кг или 10Х от массы металла, а масса буры в нем 8Х от массы сульфидного шлака.

Готовый чугун содержал 0,46Х меди, 0,04 серы. Коэффициент распределения меди между сульфидным шлаком и металлом составил 12. В известном способе в аналогичных условиях, но без буры, был получен коэффициент распределения 10, медь удалилась с

1,05 до 0,44Х при присаживании 190 г.

Na

Na 80 +4C=Naz S+4CO получим, что из 190 г Na< S04 получается 110 г Na S, а это составляет

IIX сульфидного шлака от массы металла. Концентрация серы в металле в опытах по известному способу увеличилась с 0,03 до 0,05Х, Аналогично были проведены опыты при 1360-1380 С с присадкой буры

° в количестве 12Х от массы сульфидного шлака. Масса сульфидного шлака с бурой была 1ОХ от массы металла.

Содержание меди в металле в этих опытах снизилось с 1,12 до 0,46Х содержание серы в металле осталось прежним, т.е. 0,04Х. Таким образом, для достижения такого же остаточного содержания меди как в известном способе требуется меньшее количество шпака.

Составитель К.Сорокин

Редактор М.Дылын Техред N.Ìîðãåíòàë Корректор Е.Рошко

Эакав 2266/29 Тираж 552" Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035, Москва, Ж"35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная.

S 1

Чугун за время обработки не насыщался серой. Такой чугун не требует в дальнейшем операции десульфурации, а это существенно повышает производительность процесса и исключает применение дорогих десульфураторов, например, магния или известково"глиноземистых смесей при последующем переделе чугуна в сталь.

За счет разбавления сульфидного шлака бурой снижается активность сульфида натрия в расплаве, что уменьшает количество продиссоцииро227689 б вавшего сульфида натрия. Поэтому для осуществления предлагаемого процесса шлака потребуется в 1,1 раз меньше по сравнению с прототипом, что удешевит процесс получения очищенного от меди металла.

Снижение количества продиссоцнировавшего сульфида натрия уменьшает поступление в газовую фазу Na, 19 что позволяет повысить стойкость футеровки. Предложенный способ при его осуществлении не требует специальноFo оборудования.