Способ рафинирования ферросилиция от алюминия

 

Использование: черная металлургия, рафинирование ферросилиция с содержанием алюминия не более 0,5%. Сущность изобретения: в процессе выдержки в шлаке с основностью 0,5-1,5 создают окислительный потенциал для окисления примеси алюминия, величина которого пропорциональна количеству кислорода, стехиометрически необходимого для дополнительного окисления алюминия до задаваемой концентрации, с коэффициентом 1,0-2,0.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству рафинированного ферросилиция с содержанием алюминия не более 0,5% Известен способ рафинирования ферросилиция от алюминия, включающий гранулирование жидкого ферросилиция в окислительной атмосфере, расплавление гранул в электропечи, перегрев расплава до температуры на 50-150^oС выше температуры ликвидуса, удаление образовавшегося шлака, последующий перегрев расплава до температуры 1420-1500^oС и выпуск в изложницу [1] При гранулировании ферросилиция в окислительной атмосфере, например на воздухе, алюминий и другие вредные примеси окисляются, а затем при расплавлении образуют вязкий шлак в количестве 0,5-1,5% от массы расплава. Однако необходимость процесса гранулирования ферросплава и наличие для него специального оборудования ограничивает применимость известного способа. Из-за скоротечности процесса гранулирования система газ-металл не успевает достигнуть равновесия, что значительно снижает окисление алюминия в гранулах и уменьшает степень рафинирования ферросилиция. При скачивании шлака в количестве 0,5-1,5% от массы расплава удаляется не более 0,26-0,79% алюминия ферросилиция, что ограничивает возможности этого способа для получения ферросилиция с содержанием алюминия не более 0,5% Кроме того, после удаления образовавшегося шлака при последующем нагреве в печи происходит окисление поверхности ферросплава, что приводит к дополнительному угару кремния.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ рафинирования ферросилиция от алюминия путем обработки окислительным шлаком, полученным сплавлением железной руды, кварцита и извести [2] В процессе обработки расплавленного ферросилиция окислительным шлаком происходит усвоение алюминия шлаком в виде окислов алюминия. Основным недостатком указанного способа рафинирования ферросилиция окислительным шлаком является существенное окисление кремния в процессе обработки, угар которого достигает 5-10% Кроме того, для сплавления окислительного шлака расходуются железная руда, кварцит и известь, что также увеличивает себестоимость получаемого ферросилиция.

Технический эффект при использовании изобретения заключается в более полном окислении алюминия и снижении угара кремния в процессе рафинирования, а также в упрощении и снижении себестоимости технологического процесса рафинирования ферросилиция за счет использования прокатной окалины, конвертерного и (или) доменного шлака.

Это достигается тем, что обычный ферросилиций с содержанием алюминия 1,0-3,0% расплавляют в дуговой электропечи, над расплавом формируют шлак с основностью 0,5-1,5, нагревают и выдерживают при температуре на 80-150^oС, превышающей температуру плавления ферросилиция, а в процессе выдержки в шлаке создают окислительный потенциал для окисления примесей алюминия, величина которого пропорциональна количеству кислорода, стехиометрически необходимого для дополнительного окисления алюминия до задаваемой концентрации, с коэффициентом 1,0-2,0.

В качестве шлакообразующих материалов в электропечь присаживают прокатную окалину, конвертерный и (или) доменный шлак, что позволяет за счет эффективной утилизации отходов прокатного, сталеплавильного и (или) доменного производства отказаться от применения других специальных материалов (например, железной руды, кварцита и извести по известному способу), упростить и снизить себестоимость процесса рафинирования ферросилиция от алюминия. Значительное содержание легковосстанавливаемых окислов железа (8-20%) и марганца (до 12%) в конвертерном шлаке и добавки прокатной окалины позволяют создать необходимый окислительный потенциал на границе шлак-металл. Низкое содержание оксидов алюминия (3-7%) и достаточно высокая концентрация кремнезема (15-40%) в обоих шлаках способствует смещению реакции окисления в сторону образования глинозема, что дает возможность повысить степень рафинирования ферросилиция от алюминия и уменьшить угар кремния.

Во время выдержки в печи при температуре на 80-150^oС, превышающей температуру ликвидуса ферросилиция происходит окисление примесей алюминия ферросплава за счет кислорода легковосстанавливаемых оксидов наведенного шлака и система расплав-шлак приближается к равновесию.

Снижение основности наводимого в печи шлака менее 0,5 за счет повышения в нем концентрации SiO₂ ведет к существенному увеличению температуры плавления, вязкости и понижению рафинирующей способности шлака. А увеличение содержания FeO и Fe₂O₃ в шлаке при уменьшении CaO приводит к значительному разъеданию футеровки печи и дополнительному угару кремния ферросилиция.

Повышение основности наводимого шлака более 1,5 за счет увеличения содержания CaO и снижения концентрации окислов кремния и железа приводит к увеличению вязкости и понижению окислительного потенциала шлака, а следовательно, к увеличению его расхода для получения в ферросилиции алюминия не более 0,5% Снижение концентрации SiO₂ в шлаке способствует также смещению равновесия в сторону окисления кремния ферросилиция и его дополнительному угару. Кроме того, для расплавления и нагрева большего количества шлака требуется дополнительный расход электроэнергии.

При уменьшении коэффициента пропорциональности величины окислительного потенциала количеству кислорода легковосстанавливаемых окислов шлака менее 1,0 кислорода наводимого шлака для рафинирования ферросилиция от концентрации алюминия не более 0,5% не хватает. А при увеличении коэффициента пропорциональности более 2,0 во время выдержки в печи наряду с алюминием начинает окисляться кремний ферросилиция, что приводит к дополнительному угару кремния. Кроме того, повышение коэффициента пропорциональности, характеризующего окислительный потенциал шлака, за счет увеличения количества наводимого шлака приводит к значительному перерасходу компонентов шлака и электроэнергии.

Способ получения ферросилиция с содержанием алюминия не более 0,5% осуществляют следующим образом.

Кусковой 65% -ный ферросилиций с начальным содержанием алюминия 2-2,5% загружают и расплавляют в электродуговой печи (например, в печи для выплавки синтетических шлаков), а по мере расплавления над металлом формируют шлак с основностью 0,8-1,0 в количестве 25-35% от веса расплавленного ферросилиция. В качестве шлакообразующих присаживают прокатную окалину (25-30%), шлаки конвертерного (50-40%) и доменного (25-30%) производства. Расплавленный ферросилиций нагревают и выдерживают в печи под наведенным шлаком при температуре 1350-1410^oС в течение 20-35 минут в зависимости от начального содержания алюминия в ферросплаве, после чего расплав выпускают в ковш или чугунную изложницу. Конечное содержание алюминия в ферросилиции достигает 0,3-0,5% Угар кремния ферросилиция во время рафинирования не превышает 3-5% Использование предлагаемого изобретения позволяет получать высококачественный ферросилиций с содержанием алюминия не более 0,5% для производства трансформаторной стали в промышленных масштабах, снизить себестоимость технологического процесса рафинирования ферросилиция от алюминия на 3-4% эффективно утилизировать отходы прокатного производства (прокатной окалины), конвертерного и доменного шлаков. Экономический эффект подсчитан в сравнении с базовым объектом, за который принят способ производства рафинированного ферросилиция с содержанием алюминия до 0,5%

Формула изобретения

Способ рафинирования ферросилиция от алюминия, включающий расплавление ферросилиция с содержанием алюминия 1,0 3,0% в дуговой электропечи, формирование над расплавом шлака, нагрев и выдержку при температуре, на 80 - 150^oС превышающей температуру плавления ферросилиция, отличающийся тем, что в процессе выдержки в шлаке с основностью 0,5 1,5 создают окислительный потенциал для окисления примеси алюминия, величина которого пропорциональна количеству кислорода, стехиометрически необходимого для дополнительного окисления алюминия до задаваемой концентрации, с коэффициентом 1,0 2,0.