Способ получения сплава на основе кремния,кальция,алюминия и железа

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕС1;1УБЛИ К

„„SU„„1276680 (бр 4 С 22 С. 33/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3926026/22-02 (22) 10,07 ° 85 (46) 15.12.86, Бюл. У 46 (71) Челябинский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени электрометаллургический комбинат (72) З.Б.Попова, А.И.Штивлер„

В,П.Зайко, Б,И,Байрамов,. Д.Ф.Железнов, А.Б.Разин и М.А.Рысс (53) 669.168(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Н 214563, кл. С 22 С 33/04, 1967.

Авторское свидетельство СССР

И 1109458, кл. С 22 С 33/04, !983, Сталь 1981, У 7, с. 42, (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СПЛАВА НА ОСНОВЕ КРЕМНИЯ, КАЛЬЦИЯ, АЛЮМИНИЯ И

ЖЕЛЕЗА (») Изобретение относится к производству ферросплавов, конкретно к получению сплавов на основе кремния, кальция, алюминия и железа, Цель изобретения " увеличение стойкости летки, снижение простоев печи и трудозатрат на очистку ковша от шлака, повьппение степени восстановления кальция. После выпуска расплавов из печи перед началом загрузки смеси шихтовых материалов на плавку на поверхность колошника к электродам единовременно загружают дополнительную порцию кокса в количестве, обеспечивающем общий избыток восстановителя — углерода на плавку 30-40Х.

В ковш, устанавливаемый под выпуск расплавов, загружают кремнеземсодержащий материал в количеств". 0 05- .

0,06 от навески извести, задаваемой на плавку. Кусковой алюминий вводяг в ковш на кремнеземсодержащий материал непосредственно перед выпуском расплавов и далее на него выпускают из печи сначала шлак, эатем— металл. Для получения сплава с регламентированным содержанием алюминия количество выпускаемого из печи металлического расплава за один выпуск регулируют установкой ковша с известной тарировкой, а алюминий вводят с 15-20Х-ным избытком против требуемого при полном усвоении его металлическим расплавом. 1 s.п. ф-лы,,2 табл.

1276680

Изобретение Относится к черной металлургии, конкретнее к производству ферросплавов„ В частности к производству сплавов на основе кремния, кальция, алюминия и железа, Цель изобретения — увеличение стойкости летки, снижение простоев печи и трудозатрат на очистку ковша от шлака, повышение степени восстановления кальция, Сущность изобретения заключается в следующем.

В начале плавки перед загрузкой смеси шихтовых материалов на плавку на поверхность колошника к электродам производят загрузку .(равномерно по всем электродам) дополнительной навески кокса, Величину ее определяют иэ расчета избытка восстановителя — углерода иа планку, на 3040% превышающего необходимое для полного восстановления элементов Hs оксидов по стехиометрическому соо ношению. На кокс загружают (по мере проплавления) смесь шихтовых материалов, предназначенных на плавку.

7емпература в печи в зоне карбо-рундовых тиглей (в эоне плавления, достигает 2000-2100 С. При попадании кокса в зону плавления совмест"но с шихтой идет интенсивное образ ванне карбида кальция,. который, рас": воряясь в известково-силикатном шлаке, повышает его температуру плавле-: ния. Одновременно избыточным углеродом идет восстановление части i:àëüция и кремния из оксидов шлака, Образование карбида кремния в этих условиях не происходит, так как обязательным условием для прохождения этой реакции наряду с избытком углерода является пониженная (16001700 С) температура. В данных условиях в зоне плавления происходит разрушение карбида кремния в результате взаимодействия его с оксидами и образуется металлический расплав, Взаимодействие кокса с оксидами идет продолжительное время, практически до конца плавки, что способствует формированию в течение всей плавки вязкого карбидо-известково- ° силикатного шлака.

Образовавшийся шлак имееч плотность меньше плотности металла и находится на его поверхности. Для вы-. пуска шлака летку разделывают та-" ким образом, чтобы В первуьэ очеред :.

ВЬПИЕЛ ШЛЯК, ВЯ Зкпй Р1ЛЗК, г и .Сi7i .> р:!P

?5 о

5О

$ Ä карбидами кальция, .текил †.о графитовой футеровке летки, практически !

iP. P ЗЯИМОДPACTRУЕТ (Иаfi ПОПслая

В зону более низких темпсратур стьюает на футеровке летки, обеспечиБая ее сохранность, К концу выпуска шлака из лечи о»ко летки прожигают вниз для выпуска металла, чем и достигается последовательность выпуска из печи расплавов, Выпуск расплавов иэ лечи ocymeствляют в горячий (от предь1дущего выпуска или нагретый газом) футерованный графитовой плиткой KG!2m

Перед установкой ковша под выпуск на дно загружают кремнеземсодержащий материал, крупностью до 10 мм (кварцевый песок, отсевы кварцита) в количестве 0,05-0,06 от навески извести, задаваемой на плавку, Кремнеземсодержащий материал в ковше разравнивают и на его поверхность равномерно укладывают кусковый алюминий (обычно в Виде чушех). Загрузку алю минки в коны о ушествляют непосредственно перед выпуском шлака из печи, чтобы предотвратить возможность его предварительного нагрева до контакта со шлаком.

Для получения сплава с регламентированным содержанием алюминия под выпуск расплава устанавливают ковш с известной тарировхой. установлено, «ro количество получающегося при выплавке и выпускаемого в ковш шлака достаточно стабильно и определяется расходом на плавку извести (в пределах 2О-ЗО% от мас ы заданной извести)..Это дает возможность с достаточно высокой точностью выпустить требуе2.ое количество металла. Регулирование массы выпущенного в ковш расплава осуществляют по уровню его г ковше, имеющем тарировку..При необходимости прекращают выпуск расплава в ковш перекрытием летки.

Количество вводимого алюминия рассчитывают из условия 15-20% избытка от требуемого для получения сплава с заданным его содержанием. Этот избыток установлен практически и определяется угG,2GM алюминия ° IIpH этом

Обязательно учитывается содержание алюминия в металле, выпускаемом из печи и содержание алюминия в используемык кусках (чушках).

Ил "=х> попадая я iовш сол12иеGcB

r. матери,y, iäi ðó ..!

1276680

8А1+ЗСаО=ЗСаА1 +А1 О ; (1)

7Al+3,5Ce.С =3, 5СаА12+7С, (2)

А1 0 +3C=2A1+3C0; (3)

CaO+C=Ca+CO; (4) 30 (5) (6) СаО+ЗС=СаС2+CO;

2А1+Са=саА129 или суммарной реакцией

6А1+2Са0+СаС =3CaAlz+2CaO . (7) Особенностью процесса является то, что в результате не образуется оксид алюминия. Алюминий только 40 связывает восстановленный кальций в диалюминид, т.е. участвует в процессе как катализатор.

Процесс разжижения шлака описыва- 45 ется реакциями:

2СаО+Б 02=2СаО Si02, (8)

2СаО Б10 +$102 =2(CaO SiO< ), (9)

В ходе этих реакций идет интенсивное разжижение шлака за счет снижения содержания в нем СаО и СаС (реакция 7) и увеличения содержания

SiO2 (реакции 8 и 9) с одновременным образованием алюминида кальция (реак-55 ция 7). Выделяющийся при этом газообразный СО перемешивает расплавы и интенсифицирует процесс, тельно меньшую температуру (стенки ковша, чушки алюминия, кремнеземсодержащий материал), настывает на них и цементирует чушки алюминия, предотвращая их всплывание. Алюминий обладает высокой теплоемкостью, благодаря чему не происходит его немедленного расплавления и перемещения на поверхность шлака. После расплавления алюминий продолжает оставать- 10 ся в твердой шлаковой оболочке, покрывающей чушки алюминия.

По мере расплавления и разогрева алюминий начинает взаимодействовать с оксидом и карбидом кальция шлака. 5

Одновременно благодаря выделяющейся теплоте восстановительных реакций в зоне контакта начинаются реакции взаимодействия оксида кальция шлака с кремнеземом с образованием извест- 20 ково-силикатного расплава, понижающего температуру плавления шлака.

Восстановительные процессы, проходящие в зоне контакта алюминия со шлаком, описываются реакциями: 25

Образующийся сплав Н1-СаА." имеет плотность, меньше плотности шлака, ц по мере образования жидкоподвижной шлаковой фазы, всплывая в объеме шлака, продолжает играть роль восстановителя, ускоряет образование жидкоподвижной шлаковой фазы.

Разжижение шлака продолжается и в зоне днища ковша за счет взаимодейст- вия шлака нового состава с кремнеземом.

Этот процесс прекращается,. как только в ковш начинают сливать ме.талл, имеющий плотность, выше плотности шлака. На дне ковша он вытесняет жидкий шлак и ра.жижение шлака кремнеземом прекращается.

Реакции (7) не прекрашаются и после начала попадания металла в ковш.

Струя металла, сталкиваясь с всплывающим расплавом Р1-СаА1, растворяет его и восстановительные процессы начинают перемещаться в толще шлакового распгава сверху вниз, так как плотность получающегося сплава выше . плотности шлака. После разделения шлака и сплава восстановительные процессы продолжают идти на границе раздела металл — шлак, т.е. между об-! раэовавшимся шлаком и полученным сплавом, а также между первичным шлаком, настывшим на стенках ковша и.контактирующим сплавом.

Так как восстановительные процес-, сы не сопровождаются насыщением шлака глиноземом, то реакции могут проходить практически до полного взаимо . действия, не связанного с кальцием алюминия, содержащегося в сплаве, с оксидами и карбидами шлака.

После окончания выпуска из печи расплавы выдерживают в ковше в течение l0-15 мин. За это время проходит практически полное разделение металла и шлака, достаточно полное разрушение шлакового гарнисажа, Затем шлак отделяют от сплава, Отделение может производиться либо сливом, либо загущением (обычно используют вначале первое, затем, для полного предотвращения попадания шлака в слитки разлитого сплава, второе). Далее сплав разливают в металлические изложницы, с боковых стенок ковша очищают остатки saryщенного шлака. Кольцевая пленка внутри ковша легко удаляется без разрушения футеровки, после чего раэби1? 76680 вяют прутом корку цл дне ковша, сов тавшаяся засыпка рассыпается и хОр

mo удаляется из ковша. В результате полезная емкость ковша почти не уменьшается и он готов для осуществления следующего выпуска расплава иэ печи. При введении в печь после окончания выпуска металла предыдущей плавки на поверхность колошника к электродам дополнительной навес- 10 ки кокса в количестве, обеспечивающем общий избыток восстановителя углерода на плавку в размере менее

ЗОХ по сравнению со стехиометрически необходимым на полное восстановление элементов иэ оксидов, в шлаке образуется мало карбида кальция. Он получается жидкоподвижным, что вызывает интенсивное разрушение футеровки летки и преждевременный выход ее из строя, Жидкий шлак, попадая в ковш с алюминием, не удерживает его на дне ковша,;Алюминий всплывает на поверхность шлака в виде жидкого расплава, Металл при выпуске из пе- 25 чи проходит через слой алюминия, ра..— створяя его. В ковше образуется тройной расплав, а з верхней чяст.-: сплав„ обогащенный алюминием, име. ющий плотность, меньше плотности шлака. Это приводчт к потерям ял. о:-;..." ния и восстановленного им кяльциp. не обеспечивает ни увеличения ни восстановления кальция в спля :е, ни регламентированного в нем содержания алюминия.

Увеличение загрузки дополнительной нявески кокса на плавку более

40Х приводит к получению очень вязкого шлака, который плохо выходит иэ

40 печи, приводя к нарушению хода печи и,преждевременному выходу ее из строя.

Если на дно футерованного ковша задать кремнеземсодержащий матери° ял в количестве менее 0,05 от навески извести на плавку, то он полностью размывается шлаком, при этом изнашивается футеровка ковша.

Увеличение навески кремнеэемсодер- . 30 жащего материала более 0,06 навески извести на плавку нецелесообразно, так как приводит к излишнему его р сходу и уменьшению полезной емкости ковша. Совместный ввод на дно ковша кремнеземсодержящего материала и a!,ю: миния также ведет к размыванию футеровки днища, ввод в ковш:=:начал алюминия и "„-ятем крем; "="-.емсодержя= щего материала гриводит к расплавлению и выходу алюминия ня поверх ность шлака прч его выпуске в ковш.

Это же получается, если ялрмцний эядять в горячий кОвш зядОЛГО до Rbli пуска из печи шлака., При использовании для выпуска шлака холодного ковша из-эа нямерэания увеличенного гярнисажа ухудшаются условия развития реакций (1-9), Эффект размывания шлака не достигается, и сплав плохо насьш ается алюминием.

Практикой установлен оптимальный о нагрев ковша ча уровне 800-1000 С перед началом выпуска шлака, Если выпуск из печи металла и Шла ка осуществлять совместно, то алюминий всплывает ня поверхность шлака, потери его увеличиваются, не растет степень восстановления кальция и содержание алюминия в сплаве ниже требуемого

Пример. Предлагаемый способ выплавки сплава на основе кремния, кальция, алюминия и железа (силикокальция с алюминием провели в про1 мышленной печи с мощностью трансформатора 15 MB. А, Плавки. вели на Э-й ступени напряжения (141,5 В), Испольэовали кварцит, содержащий

96.,2Х, 810,, 1Х А1 О,„ шахтную известь с содержанием СаО 95.6Х„ коксовый орешек марки KO-2 с содержанием влаги 14Х., углерода в твердом

87Х и золы 1ЭХ (А1„0э в золе 18Х), древесный уголь использовали с содержанием влаги 5% и углерода в твердом 70Х, металлическую стружку Р 1 группы 14А с содержанием железа 90Х (остальное влага и масло) °

Для введения н ковш использовали

Отсевы (фракция менее 10 мм) кварцита и чушковый алюминий марки АВ-97 с содержанием Al 98,1Х.

Расход материалов для получения сплавов представлен в табл. 1, технико-экономические показатели промышленных плавов в табл. 2 .

Из сравнительных результатов выПлЯВКИ -"ПЦЯВЯ {СИЛИКОКЯЛЬЦИЯ С ЯЛЮ» минием) цо предлагаемому и известному способам следует, что преждевременный выход иэ строя футеровки летки ня плавках по црототипу вызывает

;НижЕНИЕ ПРОИзягъчЧЧЕГ1ЬНОГ"1И ПЕЧИ uP УЧ Лт=;йе wP>r ГОРЯЧИХ ПРОСТОЕВ ня замену футеровки до 20Х, В плавках

1274680 по предлагаемому способу стойко".;";, летки высокая. !1оказатель снижения производительности печи меньше в

9-13 раз уменьш-..þòñÿ эатрать: труда и материалов на футеровку летки, 5

11ал-„,1й износ футеровки летки печи на плавках практически полностью исключает аварии в результате проедания летки, в то время как в плавках по известному способу такие проедания в 10 практике имеют. место ° Скорость эарастания ковша шлаковым гарниссажем в

6-7 раз ниже, чем на плавках по известному способу, что во столько же раз снижает трудозатраты на очистку 1с ковшей. Легкость очистки днища ковша не вызывает,как в известном способе, разрушения футеровки при удалении шлака, Выход сплава с плавки за счет зарастания ковша шлаковым гарниссажем в плавках снижается на 9,2-9,7!. (в кампании из 20 плавок против 30,034,9 (в кампании из 10 плавок) по известному, Степень восстановления кальция и переход его в сплав на ) 4

12,9-16,3Х выше, Отклонение "-одержания алюминия в плавках от регламентированного не превышает 6,77 относительных, в то время, как в плавках

IIo известному способу это отклонеQ ние достигает 18,3 и 20Х.

Средняя степень перехода алюминия в сплав на 20,8-30,67 выше, чем в вариантах по известному способу (аб35 солютная величина степени перехода

А1 в плавках выше ста процентов за счет того, что при расчете не учитывался алюминий, восстановленный из шихты).

Зкономия при выплавке сплава по предлагаемому способу достигается за счет увеличения производительности плавильной печи, повышения извлечения кальция в сплав, снижения рас 5 хода электроэнергии на производство единицы базового сплава, увеличения степени перехода в сплав алюминия, сокращения расходов и трудовых эатрат на ремонт jjc ы и очистку к зншей от шлака и их ремонт. формула изобретения

1. Способ получения сплава на основе кремния, кальция, алюминия и железа углетермическим процессом,включающий загрузку шик-ы на поверхность калошника рудно-термической электропечи и непрерывное ее проплавление, периодический выпуск иэ печи в горячий футерованный ковш шлакового и металлического расплавов, ввод в металлический расплав алюминия, выдерж. ку расплавов в ковше, отделение шлака и разливку сплава, о т л и ч.а— ю шийся тем, что, с целью увеличения стойкости летки, снижения простоев печи и трудозатрат на очистку ковша от шлака, повышения степени восстановления кальция, после выпуска расплавов из печи перед началом загрузки смеси шихтовых материалов на плавку на поверхность колошника к электроцем производят единовременную загрузку дополнительной навески кокса в количестве, обеспечивающем общий избыток восстановителя — углерода на плавку 30-407 по сравнению со стехиометрически необходимым для пслного восстановления элементов из оксидов, а в ковш, устзнавливаемый под выпуск расплавов, загружают кремнеземсодержащий материал в количестве 0,05-0, 06 от навески извести, задаваемой на плавку, кусковый алюминий вводят в ковш на кремнеземсодержащий материал непосредственно перед выпуском расплавов и далее на него выпускают из печи

""начала шлак, затем — металл.

2, Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что количество выпускаемого иэ печи металла за. один выпуск регулируют установкой ковша с известной тарировкой, а алюминий вводят с 15-20Х.-ным избытком против требуемого при полном усвоении его металлом.

1 276680

I

3 1 5 О40

WmâRLg1 х

Х Х аО Р 40

1 х к

В.< Ф х

О 1 40

01Х Х ! к !! (6 х и х к к и

В сО Оа

С«4 «4 е х ихwf1 х н

tl 40 1, af f»

Окй о5 р„хса и о в е af !0

Q L 0l jf g bC

1 1" и! ь о о

»» о о О о ь! 1

Cl

1 кх уам

1. О 3 Х 0!

4й<х5к о л

РЪ 4 !

1 I й»»»0 и

ОФхйм

@ya00lOa0W о а

v o

О к,»» ко к

12 10 Q е0

v

0l

С0 л р

Ю Ф сО 1О

МЪ 44Ъ! !

° ф 4

К

1 1 х v о к х о о х х Ф 0 вы@" a!»23ки

С \ !

Ф »» ь t г 4»

f f»

Е мз О Щ 0!

an o л

Ю » ° с Ф

Л Л Л Л 44

4\

С«4 »4 1 f л 4О а 0! 04

П4 РЪ «ф Х ф о о о о о

<"Ъ 4»Ъ Yl a»a Ch Л Л Ю а 441 о о о о о

Р 3 Р ь 3

О О О О 44 о о о о в

00 CO 00 0О о о о о о л л л л л

3 3 3 3 3,О

) С» 1 . 4»Ъ 4»Ъ 4 4»

ici î о

Ca! СЧ 4Ч о

4» С 4 1

1 276680

«l

CI

СО

Ъ (7

С

СО СО

/ л о мс.a

О О О

Х О

1 Х М о м

11 Ю СЧ

Ю 1 Cl х о

0l Y. Д

И Е О

Cf О ! Э Ф О

v o с1:/

1 . i ." i

ЪО ,1

С.!

1. е о

5 о

1

1! 1 I

o os

g e н е f tl аеох °

O IC V Х

ov хм

ОМОЕС

v aa м

СЪ/» м ъо ! +! л л л

I +

С »

CO CO

1 +

fC

I Х о х

С/ O

М а е а

Ц ! Ъ ,»л о

СЧ

1 + л

»

О О

gh O

Ф О

С0 Ф

«l

СО

» ф М

ОЪ Ъ

«Ъ О О О кмм о е !с х ф о

СТъ ф

° Ф Ф

««Ъ

1 со О

ЧЪ и

«Ъ «Ъ! CO

1«Ъ Ъ

I Ñ0

Ф С

4О «Ъ

СЧ

\ л О

«Ъ «Ъ! .т С»

CO 00

ОЪ

СО О !

Ф ЪО о ср

Е С»

ЪО ъо

СО О

«Ъ О х х ес-о хом

o v л «ъ

СЧ O

СЧ СЧ

I с/ о

С 4 О

С Ъ

44 СЧ

I оо

CO СЧ

Ф

СЧ

I оо

СО С

СО

СЧ СЧ оо

ЧЪ

- «Ъ

С 4

1 е х а

0 е о х о о и IC

° «l

СЪ

1 еoOL х о е о

4I Cf

Ь о

М СЧ а

С.>

«Ъ

С х t

5 м о е о

a o e

o L" е х х хо

/:I

«Ъ

«Ъ о

С/Ъ

Ю л

4 Ъ

I/I

С 4

«Ъ

С О

С Ъ у

1 л

СО

СЧ мъ

СЧ л

С 4 а й( о

"Ф

С 4

С Ъ

<Ч

СО

С»

\"Ъ

С 4

О о О

СЧ о

ЧЪ

Ф

О1

«Ъ со

«Ъ л

«Ъ

ЧЭ

«Ъ

»

«Ъ

С

° Ф

«l л

43

« Ъ

l1

«Ъ

«Ъ О

Ol с/Ъ

t4

О

«Ъ о о.

О

1О

Ос

«l

CO

СО

« \

СЧ

«Ъ

ЧЪ

С» л

«Ъ

СЪ

СО

СЧ о

С Ъ

С 4 о

С4

С!О

«l

С 4

1 о

I о

«ъ а

1 о

f" о

-Э а ох

v «f

vo а хе

ХVОХОÎOММВ

ecI)Ябрухо

ОЦÎМЗOХХОЧ

О/ а1 О!

ХЕО1. е etм М е v o. ем о е е м«ъ и

)4 е g o 1 со!

О1-! Е

i.мvох gl

g ее Оома а е 0! о 0 О Х О С.

uхцoкхv м

Г!

I

1

1

1

I

f

i

i !

1

I !

i

I ! а

I O

1 ! о

0I

3 м

v а

I о о ! *