Способ получения хромоникелевого сплава

 

Использование: изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству хромоникелевого сплава для легирования стали. Сущность изобретения: на обеих стадиях сначала в печь загружают и разравнивают на подине металлический никельсодержащий материал. Затем покрывают его ферросиликохромом и после набора токовой нагрузки загружают смесь хромовой руды и извести. Известь в шихту первой стадии вводят с избытком 10-20% против рассчитанного количества на получение низкоуглеродистого феррохрома, а ферросиликохром в количестве 10-20% от загруженного вводят в расплав после проплавления шихты первой стадии. Расплав из печи после окончания второй стадии выпускают в ковш после слива из него шлака первой стадии в последовательности: вначале шлак, затем сплав. 2 табл. СО с

i ОГО 4 СОВ(4СКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

f ГСПЧВЛИК

tstiñ С 22 С ЗЗ/04

ГОСУДАРСТВЕ ННОГ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО CCCP (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4915922/02 (22) 04.03.91 (46) 23.03.93. Бюл, ¹ 11 (71) Челябинский электрометаллургический комбинат (72) Д.Ф.Железнов, Ф.М.Исхаков, А.С.Гусев, В.П.Зайко, Б.И.Байрамов и Ю.И.Воронов (73) Челябинский электрометаллургический комбинат (56) Патент Японии ¹ 49-30326, кл. С 22 С 33/04, 1974.

Патент ФРГ № 1608123, кл. 18 В 7/00, 1974.

М.А. Рысс.Производство ферросплавов.

M.: Металлургия, 1985, с. 232 — 234. (54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХРОМОНИКЕЛЕВОГО СПЛАВА

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству ферросплавов, в частности к производству хромоникелевого сплава для легирования стали.

Целью изобретения является снижение степени перехода в сплав вредных примесей — фосфора. серы и углерода — без увеличения потерь хрома и предотвращения прогара ковша. В способе получения хромоникелевого сплава, включающем загрузку и проплавление шихты в две стадии в электродуговой рафинировочной печи с наклоняющейся ванной шихты, рассчитанной на получение низкоуглеродистого феррохрома и состоящей из хромовой руды, ферросиликохрома и извести, дополнительно вводят в

„„Я „„1804490 А3 (57) Использование: изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству хромоникелевого сплава для легирования стали. Сущность изобретения: на обеих стадиях сначала в печь загружают и разравнивают на подине металлический никельсодержащий материал. Затем покрывают его ферросиликохромом и после набора токовой нагрузки загружают смесь хромовой руды и извести, Известь е шихту первой стадии вводят с избытком 10-20% против рассчитанного количества на получение низкоуглеродистого феррохрома, а ферросиликохром в количестве 10-20% от загруженного вводят в расплав после проплавления шихты первой стадии. Расплав из печи после окончания второй стадии выпускают в ковш после слива из него шлака первой стадии в последовательности: вначале шлак. затем сплав. 2 табл. шихту на обеих стадиях металлический никельсодержащий материал в количестве, обеспечивающем получение сплава требуемого состава, выпуск после проплавления шихты первой стадии в стальной ковш шлака, а после проплавления шихты второй стадии шлака и сплава отделение сплава от шлака после выдержки, Цель достигается тем, что на обоих стадиях вначале в печь загружают и разравнивают на подине металлический никельсодержащий материал, затем покрывают его ферросиликохромом и после набора токовой нагрузки загружают смесь хромовой руды и извести, при этом известь в шихту первой стадии вводят с избытком 10-20% против рассчитанного количества на получение

1804490 низкоуглеродистого феррохрома, после окончания проплавления шихты, загруженной на первую стадию, а расплав вводят дополнительно ферросиликохром в количестве 10 — 20;4 от загруженного, а расплав из печи после окончания второй стадии выпускают в ковш, после слива из него шлака первой стадии, в последовательности: вначале шлак, затем расплав, Способ осуществляется следующим образом. В печь после выпуска шлака и сплава и возврата в первоначальное положение наклоняющейся ванны на первой стадии загружают и разравнивают на подине металлический никель, содержащий материал (например, никелевую стружку, отходы от обдирки слитков хромникелевых сталей и т.п,). Затем загруженный никельсодержащий материал покрывают ферросиликохромом (> 40;(, Si, > 30;(» Cr), зажигают на загруженном материале электрические дуги и набирают токовую нагрузку, Поверх заданного в печь ферросиликохрома к электродам загружают смесь хромовой руды и извести (90 — 95;(, СаО) при соотношении ферросиликохрома и хромовой руды, обеспечивающем получение низкоуглеродистого феррохрома, а извести на 10 — 20;, больше, чем это необходимо для его получения, и далее ведут плавление загруженной шихты. В процессе плавления электроды находятся сначала над ферросиликохромом и при дальнейшем плавлении — в рудноизвестковом расплаве над металлической составляющей проплавляемой шихты, При этом в процессе плавления образующийся металлический расплав в верхней части значительно насыщен кремнием, что препятствует переходу в него углерода электродов.

Кремнистый металлический расплав взаимодействует с оксидным расплавом (рудноизвестковым расплавом) только на границе йх контакта, т.е. восстановительные процессы проходят в диффузионном режиме. Рудноизвестковый расплав с избытком извести достаточно тугоплавкий и вязкий и диффузия в объеме расплава в этих условиях затруднена. Поэтому в процессе взаимодействия с кремнием металлического расплава идет восстановление хрома в нижних горизонтах оксидного расплава.

Эти горизонты оксидного расплава достаточно быстро обедняются по содержанию оксида хрома и во взаимодействие с кремнием вступает оксид кальция

4СаО+ 3Si = Са%г+ Саз02 ЯО2 (1)

Образующийся силицид кальция не растворяется в ферросиликохроме вследствие

55 жидким металлическим расплавом не происходит вследствие избыточного содержания в нем кремния. Твердые частицы всплывают через слой металлического расплава и при контакте с образующимися неметаллическими включениями — СазРг и

CaS — выводят их в оксидную фазу, чем достигается значительное очищение сплава от

ЗиР.

После окончания плавления заданной на первой стадии шихты полученный оксидный расплав обогащен недовосстановленным хромом, хотя в металлическом расплаве содержится в достаточно большом количестве кремний. Для снижения содержания оксида хрома в оксидный расплав вводят дополнительно ферросиликохром в снижения концентрации кремния в нем в процессе восстановлpíèÿ. Однако при наличии в металлическом расплаве никеля идет взаимодействие силицида кальция с ним с образованием CaNi и МцЯ

CaSIz+ 9NI = CaNIs+ 2NizSI (2) которые хорошо растворяются в никельсодержащем сплаве.

Образующийся по реакции (1) Саз02х

xSiOz при взаимодействии с Р и S оксидного расплава и растворенный в нем углеродом электродов образует фосфид, сульфид и карбид кальция, которые усваиваются шлаком:

3(Саз02 SiOz)+ 2Р = СазР >

15 + 3(2СаО SiOz) . (3)

CaaOz SiOz+S= CaS+2СаО SIOz (4)

СазО Я!Ог+ 2С = СаС + .+ 2СаО .Я!Ог (5)

Аналогичные соединения образуются при,взаимодействии примесей — фосфора, серы и углерода — с кальцием дисилицида кальция, количество которого превышает необходимое для прохождения реакции (2).

Дисилицид кальция обладает ограниченной растворимостью в сплаве и, вследствие более низкой плотности, чем сплав, концентрируется на поверхности раздела металл-шлак, Это обуславливает снижение перехода вредных примесей — фосфора, серы и углерода — в сплав из оксидной фазы, а также способствует выведению этих элементов в оксидную фазу, если они привнесены в металлический расплав металлическим никельсодержащим материалом и ферроси35 ликохромом.

В случае использования в качестве металлического никельсодержащего материала отходов от обдирки слитков хромоникелевых сталей, содержащих в

40 значительном количестве частицы абразивного материала (корунда, карборунда), взаимодействие этих тугоплавких частиц с

1804490 количестве 1О- 20% от загруженного на первую стадию. В процессе перемещения частиц ферросиликохромэ через слой оксидного расплава он плавится и. взаимодействуя с оксидом хрома. восстанавливает его.

Полученный после окончания первой стадии плавки шлак содержит оксид хрома в пределах 3 — 4, что несколько ниже его содержания при проплавлении шихты, предназначенной для выплавки низкоуглеродистого феррохрома (за счет увеличения количества шлака из-за увеличения навЕСки извести), и обеспечивает степень перехода хрома в сплав на уровне, достигаемом при выплавке низкоуглеродистого феррохрома.

Содержание же оксида кальция несКолько выше (54 — 57% при 48 — 52% в шлаке низкоуглеродистого феррохрома), что делает шлак более тугоплавким, чем при производстве рафинированного феррохрома (1пл.

1650 С вЂ” 1700 С против 1600 С для шлака производства рафинированного феррохрома).

После завершения первой стадии плавки ванну печи наклоняют и шлак сливают в стальной ковш, Шлак первого периода с повышенным содержанием СаО создает гарниссаж с высокой огнеупорностью и стойкостью к размыванию, а также к взаимодействию с жидким сплавом.

Это обстоятельство предупреждает прогары стальных ковшей при выпуске в них металлического расплава. После затвердения на стенках ковша 10 — 15% от массы выпущенного в него шлака первой стадии жидкую часть оставшегося шлака сливают (обычно перед выпуском из печи шлака и металла после окончания второй стадии плавки), После слива в ковш шлака первой стадии плавки печь возвращают в горизонтальное положение и начинают загрузку шихты нэ вторую стадию плавки в порядке, аналогичном загрузке на первую стадию, Количество загружаемых металлических никельсодержащих отходов, ферросиликохрома и хромовой руды аналогично загружаемым в печь на первую стадию, но без дополнительного введения в расплав ферросиликохромэ. Количество извести в шихте без избытка, Т,е, ферросиликохром; хромруду и известь на вторую стадию задают в соотношении, обеспечивающем пол учение низкоуглеродистого феррохрома.

Плавление шихты, заданной на вторую стадию, проводят аналогично первой стадии. В процессе проплавления шихты второй стадии проходят те же процессы, что и в первой стадии, что препятствует переходу стадии плавки, так как содержание оксида

10 кальция в нем меньше (48-52%), т.е. на уровне шлака производства низкоуглеродистого

20

25. включений, которые не перешли в оксидную

30 фазу в процессе плавки вследствие малых

50

45 серы, фосфора и углерода из шихты в образующийся сплав.

После окончания второй стадии плавки получающийся оксидный расплав (шлак) обогащен оксидом хрома (при повышенном содержании кремния в металлическом расплаве), но имеет более низкую температуру плавления (tnn. 1600 С), чем шлак первой феррохрома. Обработку шлака, полученного на второй стадии плавки. дополнительным введением в расплав силикохрома не производят.

По завершении второй стадии плавки в ошлакованный ковш после слива шлака первой стадии последовательно сливают из печи вначале шлак, а затем слив. При перемещении жидкого сплава через слой шлака проходит довосстановление хрома из шлака кремнием сплава с получением конечного шлака с содержанием CFQ03 в пре делах 3-4%, т.е. на уровне содержаний в шлаке, получающемся при производстве низкоуглеродистого феррохрома. Одное ременно проходит очищение сплава от остаточного количества неметаллических размеров, что обеспечивает получение конечного сплава с низким содержанием вредных примесей (взаимодействия с элементами сплава вредных примесей и обратного перехода их в металлический расплав не имеет места, так как они связаны в прочные соединения: карбид, фосфид и сульфид кальция).

Затем после выдержки для полноты осаждения капель сплава, шлак из ковша сливают, а сплав разливают в изложницы, При загрузке на обе стадии всех шихты в смеси или, как при выплавке рафинированного феррохрома, загрузке вначале на подину к электродам ферросиликохромэ, а после набора нагрузки — смеси остальных компонентов шихты, примеси усваиваются хромоникелевым сплавом практически полностью, При введении на первой стадии плавки с шихтой извести с избытком менее 10% образующийся шлак имеет низкую температуру плавления и гарниссаж ковша легко размывается кремнистым сплавом, выпускаемым в ошлэкованный ковш после окон- чания второй стадии плавки, что может привести к прогару ковша. Избыток извести в шихте первой стадии плавки выше 20% излишен и приводит лишь к дополнительному расходу электроэнергии на плавку, 1804490

25 сплава проводили в электродуговой рафинированной печи с наклоняющейся ванной с трансформатором мощностью 5 МВ. А при 45

При введении в расплав, полученный после проплавления шихты, загруженной на первую. стадию плавки, дополнительно ферросиликохрома в количестве менее 10 от заданного с шихтой в первый период плавки, содержание Сг20з в шлаке высокое, что приводит к снижению извлечения хрома, т.к. этот шлак перед выпуском расплава второй стадии из ковша сливается и хром теряется безвозвратно, Количество дополнительно загружаемого ферросиликохрома в конце первой стадии плавки свыше 20 от загруженного с шихтой на первую стадию излишне и практически не приводит к увеличению извлечения хрома в сплаве.

Если из ковша перед выпуском в него расплава, полученного на второй стадии плавки, шлак не сливать, а выпуск осуществлять в наполненный шлаком ковш (с установкой последовательно второго ковша для приама избыточного количества шлака при сливе из печи сплава), то часть шлака второй стадии с повышенным содержанием хрома сольется в другой ковш при сливе сплава из печи без довосстановления хрома, что приведет к снижению извлечения его в сплав, При совместном сливе шлака и сплава также будет иметь место снижение извлечения, хрома в сплав, так как вследствие уменьшения контакта сплава со шлаком при сливе, довосстановление хрома будет неполнымым.

Выплавка хромоникелевого сплава по предлагаемой технологии позволяет значительно снизить степень перехода в сплав вредных примесей — фосфора, серы и углерода — без увеличения потерь хрома, а также предотвращает возможность прогара ковша при выпуске в него сплава в конце плавки.

Пример. Выплавку хромоникелевого напряжении с низкой стороны — 343 В.

В качестве шихтовых материалов для проведения плавок использовали: хромовую руду по ТУ 14 — 9-220-86 "Руды хромовые Донского месторождения (для производства феррохрома)" марки ДХ вЂ” 1 — 2 с содержанием 49,8 Сг20з, 0,004 Р; известь по BTT 139 — 1 — 84 "Известь технологическая с вращающихся печей с содержанием 957, СаО, 0,0187; Р, 0,1 $, 1,1 С; ферросиликохром гранулированный по

ВТТ 139-25-85 "Ферросиликохром" марки

ФСХП 48 с содержанием 49,7 Sl, 30.2 Cr, 0,037 Р;

40 никельсодержащие отходы, полученные от обдирки слитков хромоникелевых сталей абразивными кругами, содержащие в среднем 91,7/ металлической составляющей (остальные частицы абразива — карборунда и корунда) при содержании в металлической составляющей в среднем 18,1 Nl, 20,3

Cr, 0.03 Р, 0,11 S, 0,5 С.

Плавки по предлагаемой технологии проводили по трем вариантам (по 4 плавки в каждом варианте) с различным количеством избытка извести в шихте первой стадии против рассчитанного на получение низкоуглеродистого феррохрома и дополнительно загружаемого в расплав после проплавления шихты первой стадии плавки ферросиликохрома, В плавках 1-го варианта на 4000 кг хромовой руды задавали 3960 кг извести (избыток 10 против необходимого для выплавки рафинированного феррохрома) и 1400 кг ферросиликохрома с дополнительным введением в расплав после проплавления шихты 140 кг ферросиликохрома (10/ от загруженного ранее).

B плавках 2-ro варианта на 4000 кг хромовой руды — 4140 кг извести (15 избытка) и 1400 кг ферросиликохрома с дополнительным введением в расплав 210 кг ферросиликохрома (15 от загруженного).

В плавках 3-го варианта на 4000 кг хромовой руды — 4320 кг извести (20 /, избытка) и 1400 кг ферросиликохрома с дополнительным введением в расплав 280 кг ферросиликохрома (20 / от загруженного). . На второй стадии плавок вариантов 1 — 3 задавали на 4000 Kl хромовой руды 3600 кг извести (без избытка) и 1400 кг ферросиликохрома без дополнительного введения его в расплав, Количество никельсодержащих отходов на каждую. стадию плавок вариантов 1 — 3 составляло 1200 кг, Состав шихты на плавку рассчитывали из условия, что на получение рафинированного феррохрома следует шихтовые компоненты брать в соотношении хромовой руды, извести и ферросиликохрома 1;0,9;0,25. Для получения хромоникелевого сплава по техническим условиям ТУ 14 — 5-224 — 90 "Феррохром с никелем" марки ФХ015Ни5 расчетное соотношение хромовой руды и металлического никельсодержащего материала было выбрано равным 1:0,3, что обеспечивало получение сплава с содержанием хрома в пределах 52-55 /, и никеля не менее б .

Плавки вели в две стадии. В обеих стадиях (после выпуска из печи расплава и возвращения ванны в горизонтальное поло1804490

10 ва по предлагаемой технологии при

20

Характеристики проведенных плавок по вариантам представлены в табл. 1, средние результаты плавок — a табл. 2.

Для сравнения в той же печи провели две плавки по прототипу(вариант 4), Загрузку шихтовых материалов на обе стадии плавки осуществляли в последовательности; вначале под электроды загружали ферросиликохром, затем, после набора токовой нагрузки, в виде смеси хромовую руду, известь и никельсодержащие отходы. Плавки вели без избытка извести в шихте первой стадии и без введения в расплав, полученный после проплавления шихты первой стадии, дополнительно ферросиликохрома.

Соотношение количеств хромовой руды, извести и ферросиликохрома в задаваемой шихте было аналогичным расчетному для получения рафинированного феррохрома; а соотношение количеств хромовой руды и никельсодержащих отходов аналогично плавкам по предлагаемой технологии. Навеска хромовой руды на обеих стадиях плавок была такой же, как и на плавках по предлагаемой технологии. После окончания 5 плавки шлак и сплав сливали вместе в ковш со шлаком (первой стадии плавки без его предварительного слива перед выпуском) с установкой второго ковша под перелив избытка шлака из первого ковша. жение) в ванну печи загружали на подину никельсодержащие отходы и разравнивали слоем постоянной толщины. Затем на слой отходов загружали ферросиликохром и набирали нагрузку на всех фазах. После набора токовой нагрузки в печь загружали смесь хромовой среды и извести и далее вели проплавление шихты.

После окончания проплавления шихты первой стадии в расплав загружали дополнительно ферросиликохром, Полученный оксидный расплав (шлак) сливали в стальной ковш, из которого жидкую часть шлака сливали после выдержки в течение 1 ч, В расплав после проплавления шихты второй стадии дополнительно ферросиликохром не загружали, а расплав выпускали в ошлакованный ковш в последовательности: в начале шлак, затем сплав, Шлак из ковша после 15-минутной выдержки для осаждения капель металла сливали в шлаковни, а сплав разливали в плоские изложницы. После охлаждения слитки сплава взвешивали, дробили и отбирали пробы на химический анализ, в которых затем определяли содержание Сг, Ni, Sl, P, S и С. Прогаров ковшей при выплавке сплава по предлагаемой технологии в течение месяца не имело места.

Характеристика плавок по 4 варианту представлена в табл, 1, результаты одной плавки этого варианта (вторая плавка не исследована, так как во время выпуска из печи в ковш расплава после окончания плавки имел место прогар ковша с выходом расплава на пол) — в табл. 2.

Анализ проведенных плавок показывает, что при выплавке хромоникелевого спладостаточно близких содержаниях хрома и никеля содержание вредных примесей значительно снижено по сравнению с плавкой по прототипу. В частности, содержание фосфора ниже в 1,51 — 1,66 раз (более того, содержание фосфора и углерода в плавке по прототипу превышает предельно допустимые содержания по технологическим условиям на сплав 0,05% и 0,15% соответственно), серы ниже в 1,43 — 2 раза, углерода — в 1,57-1,83 раза. При этом извлечение хрома в сплав получено примерно на том же уровне, как по прототипу (некоторое увеличение массы получаемого сплава и за счет этого увеличение извлечения хрома при примерно одинаковом его содержании в плавках по предлагаемой технологии вызвано увеличением количества задаваемого на плавку хрома с дополнительно вводимым в расплав ферросиликохромом и увеличением за счет этого степени восстановления хрома), Важным преимуществом плавок по предлагаемой технологии является отсутствие прогара ковшей, что делает. процесс проведения плавок безопасным и предотвращаетдополнительные потери сплава в результате аварий.

Плавки по предлагаемой технологии позволяют получать сплав достаточно стабильного состава, полностью отвечающего требованиям технических условий ТУ 14 — 5224-90 "Феррохром с никелем" маркиФХ015Ни5.

Экономия достигается эа счет увеличе" ния извлечения хрома в сплав, отсутствия брака по составу и вызванных этим дополнительных потерь по его переработке, отсутствия прогаров стальных ковшей и улучшения качества сплава, Формула изобретения

Способ получения хромоникелевого сплава, включающий загрузку и проплавление в две стадии в электродуговой рафинированной печи с наклоняющейся. ванной шихты, рассчитанной на получение низкоуглеродистого феррохрома и состоящей иэ хромовой руды, ферросиликохрома и извести, с дополнительным введением в шихту

1804490

Таблица 1

Характеристика плавок хромоникелевого сплава по вариантам

Заг жено шихты

Количество

Вариант

На пе в ю ста ию плавки плавок в варианте е осиликох ома извести хромовой руды, кг

Дополнительно в расплав после проплавления шихты величина избытка против рассчитанного на получение низкоуглеродистого феррох ома в шихту, кг всего, кг

;ь от заданного в шихт кг кг

1400

720

3600

280

4

4

1200

400

2

4 (прототип

Продолжение табл. I

Загоужено шихты

Порядок выпуска расплава в ковш после окончания второй стадии плавки

Вариант

На вто ю ста ию плавки извести, кг ферросиликохрома, кг хромой руды, кг металлического никельсодержащего материала (никельсодержащих отходов от обдирки), кг

3600

1200

1400

4000

Вначале выпускают в ошлакованный ковш шлак, затем сплав

В ковш без слива выпускают совместно сплав и шлак

2

4 (прототип на обеих стадиях металлического никельсодержащего материала в количестве, обеспечивающем получение сплава требуемого состава, выпуск шлака после первой стадии в ковш, а после проплавления шихты второй стадии выпуск шлака и сплава в ковш и отделение сплава от шлака после выдержки, отличающийся тем, что, с целью снижения степени перехода в сплав вредных примесей фосфора, серы и углерода без увеличения потерь хрома и предотвращения прогара ковша, на обеих стадиях вначале в печь загружают. и разравнивают на подине металлический никельсодержащий материал. затем покрывают его ферросиликохромом и после набора токовой нагрузки загружают смесь хромовой руды и извести, при этом известь в шихту первой стадии

5 вводят с избытком 10 — 20 против рассчитанного количества на получение низкоуглеродистого феррохрома, а ферросиликохром в количестве 10-20ф, от загруженного вводят в расплав после проплавления шихты

10 первой стадии, расплав из печи после окончания второй стадии выпускают в ковш, после слива из него шлака первой стадии в последовательности: вначале шлак, затем сплав. металлического никельсодержащего материала (никельсодержащих отходов от обдирки слитков), кг

l904490

Табпипа 2

Средние показатели получения хромоникелевого сплава по вариантам !

Составитель А. Янковская

Редактор А. Купрякова . Техред М.Моргентал Корректор Н. Гунько

Заказ 1071 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101