Шихта для внепечной выплавки феррониобия и способ внепечной выплавки феррониобия

 

Группа изобретений относится к металлургии, в частности к производству ферросплавов с ниобием алюминотермическим процессом. Шихта содержит компоненты при следующем соотношении, мас.%: технический пентаоксид ниобия 39-48; железная окалина 20-27; порошок алюминия 21-24, известь 8-13. Способ включает: постадийную загрузку и проплавление в наклоняющемся горне шихты, слив продуктов плавки в изложницу. Первоначально проплавляют 68-79 мас.% железной окалины от общего ее количества в смеси с порошком алюминия и известью в соотношении 1:(0,22-0,28):(0,27-0,37) соответственно. Затем загружают и проплавляют смесь технического пентаоксида ниобия с 69-76 мас.% порошка алюминия от общего количества последнего в шихте, после чего загружают и проплавляют остальное количество железной окалины, порошка алюминия и извести в смеси при их соотношении 1:(0,31-0,38):(0,82-0,88) соответственно. Изобретения позволяют снизить общую массу шихты и шлакового расплава, что требует меньшего количества тепла на ведение металлургических процессов, а также уменьшить количества шлака и снизить экологическую опасность от техногенных образований и затраты на его утилизации. 2 с. и 2 з.п.ф-лы, 1 табл.

Группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, относится к металлургии, в частности к производству ферросплавов с ниобием алюминотермическим процессом.

Шихта для внепечной выплавки в наклоняющемся горне феррониобия (низкокремнистого) известна, например, из источников [1, 2, 3].

Наиболее близким аналогом можно считать шихту по источнику [1], которая содержит технический пентаоксид ниобия, железосодержащий материал, алюминий и известь. Железосодержащим материалом в составе шихты являются железорудные окатыши и железная окалина в количествах 38-40 кг и 20 кг соответственно на 100 кг технического пентаоксида ниобия.

Выплавка феррониобия из этой шихты связана с повышенным расходом алюминия и других компонентов, что удорожает производство, а также требует большего количества тепла на проплавление шихты и шлакообразование. Кроме того, железорудные окатыши являются источником загрязнения феррониобия кремнием.

Известен способ внепечной выплавки в наклоняющемся горне феррониобия (низкокремнистого), например, из источников [1,2,3].

Наиболее близким аналогом патентуемого способа следует указать способ по источнику [1] . Этот способ включает постадийные загрузку и проплавление в наклоняющемся горне шихты, содержащей технический пентаоксид ниобия, железосодержащий материал в виде комбинации железорудных окатышей и железной окалины, а также алюминий и известь, и слив продуктов плавки в изложницу.

Один из недостатков известного способа состоит в повышенном расходе алюминия и других составляющих шихты, что, с одной стороны, повышает затраты на сырьевые материалы, а, с другой стороны, требует большего количества тепла на проплавление большей по массе шихты и образование большего по массе шлакового расплава. Другой недостаток заключается в том, что железорудные окатыши являются источником загрязнения феррониобия кремнием.

Патентуемые изобретения направлены на оптимизацию материальных и энергетических затрат при производстве феррониобия с низким содержанием кремния.

Технический результат, который достигается предлагаемыми решениями, состоит в уменьшении расхода алюминия, железосодержащего материала и извести на единицу выплавляемого феррониобия, в снижении общей массы шихты и шлакового расплава, что требует меньшего количества тепла на ведение металлургических процессов. Уменьшение количества шлака снижает экологическую опасность от техногенных образований и затраты на его утилизацию.

Шихта для внепечной выплавки феррониобия и способ внепечной выплавки феррониобия объединены общим изобретательским замыслом, поскольку шихта предназначена для осуществления способа, способ основывается на заявляемой шихте, шихта и способ направлены на достижение одного и того же технического результата.

Для обеспечения указанного технического результата шихта в соответствии с пунктом 1 формулы изобретения содержит железную окалину при следующем соотношении компонентов, мас.%: технический пентаоксид ниобия 39-48, железная окалина 20-27, порошок алюминия 21-24, известь 8-13.

Наличие в шихте железной окалины, т.е. железосодержащего материала с меньшей степенью окисленности железа по сравнению с железорудными окатышами, способствует меньшему расходу алюминия на восстановление железа и обусловливает снижение расхода железосодержащего материала и извести. Это приводит к уменьшению общей массы шихты на плавку и уменьшению массы образующегося шлака, что, в свою очередь, требует меньшего количества тепла при выплавке ферросплава. Введение железной окалины не загрязняет продукты плавки кремнием.

При содержании в шихте железной окалины менее 20 мас.% количество алюминия уменьшается, однако из-за недостаточной термичности процесс идет "холодно", вяло, образуются настыли, снижается извлечение ниобия и выход металла, увеличивается содержание алюминия в сплаве.

При содержании в шихте железной окалины более 27 мас.% плавка идет "горячо", с выбросами расплава, расход алюминия возрастает, снижается содержание ниобия в сплаве.

Целесообразно использовать железную окалину прокатного производства, предварительно обезжиренную.

Шихта по пункту 2 изобретения дополнительно содержит стальной лом при следующем соотношении компонентов, мас. %: технический пентаоксид ниобия 40-47, железная окалина 21-26, порошок алюминия 21-24, известь 9-12, стальной лом 0,7-2.

Стальной лом, как и железная окалина, имеет меньшую степень окисленности железа по сравнению с железорудными окатышами, что способствует меньшему расходу алюминия на восстановление железа. Стальной лом по сравнению с железной окалиной имеет только оксидную пленку и практически не требует алюминия на восстановление, поэтому добавка стального лома еще в большей мере усиливает указанный технический результат.

При содержании в шихте стального лома менее 0,7 мас.% снижение расхода алюминия незначительно.

При содержании в шихте стального лома более 2 мас.% уменьшается количество железной окалины в шихте и нарушается тепловой баланс плавки.

В качестве стального лома могут быть использованы предварительно обезжиренные гвоздильная обсечка, тонколистовая обрезь, дробленая стружка низкоуглеродистых сталей.

Для обеспечения заданного технического результата в способе внепечной выплавки феррониобия согласно п. 3 формулы изобретения 68-79 мас.% железной окалины от общего ее количества первоначально проплавляют в смеси с порошком алюминия и известью в соотношении 1:(0,22-0,28):(0,27-0,37) соответственно, затем загружают и проплавляют смесь технического пентаоксида ниобия с 69-76 мас. % порошком алюминия от общего количества последнего в шихте, после чего загружают и проплавляют остальное количество железной окалины, порошка алюминия и извести в смеси при их соотношении 1:(0,31-0,38):(0,82-0,88) соответственно.

Сущность патентуемого способа заключается в том, что постадийные загрузка и проплавление компонентов шихты в заявленных соотношениях обеспечивают наилучшие термодинамические и кинетические условия селективного восстановления элементов из оксидных многокомпонентных расплавов при использовании в качестве железосодержащего материала железной окалины. Указанные параметры способа минимизируют расход алюминия и соответственно железосодержащего материала и извести на плавку, что снижает массу шихты и массу образующегося шлака.

Отличия способа по пункту 4 формулы изобретения от способа по пункту 3 состоят в дополнительном введении в шихту стального лома в количестве 3-11 мас. % от количества железной окалины и установлении соотношений компонентов в шихте при постадийной загрузке и проплавлении для оптимального протекания восстановительных реакций.

Стальной лом подают на подину наклоняющегося горна перед загрузкой других компонентов. Это связано с необходимостью быстрого расплавления его без окисления кислородом воздуха.

Изобретения поясняются следующими примерами.

Для состава шихты применяют компоненты: технический пентаоксид ниобия по ТУ 48-4-458-84, порошок по СТП 141-23-90 алюминия первичного по ГОСТ 11069-74, известь обожженная по СТП 141-24-83, железная окалина прокатного производства фракции 0-4 мм, стальной лом - например, гвоздильная обсечка фракции 0-5 мм, отсев железорудных неофлюсованных окатышей АО "Лебединский ГОК" по ТУ 0722-002-00186803-97 фракции 0-5 мм (для прототипа). Шихту рассчитывают на 1000-1500 кг технического пентаоксида ниобия.

Перед каждой постадийной загрузкой компоненты тщательно перемешивают между собой. Шихту загружают и проплавляют в наклоняющемся горне, где происходит внепечная алюминотермическая плавка с нижним запалом. Слив продуктов плавки в изложницу осуществляется наклоном горна. При этом сначала сливают в изложницу шлаковый расплав, а затем - расплавленный металл.

Пример 1. Шихта состоит из, мас.%: 42,7 технического пентаоксида ниобия; 23,9 железной окалины; 23,1 порошка алюминия и 10,3 извести. Первоначально загружают и проплавляют смесь 18,1 мас.% железной окалины (76,1 мас.% от общего ее количества), 4,6 мас.% алюминия и 5,3 мас.% извести при их соотношении 1: 0,25:0,29 соответственно. На второй стадии загружают и проплавляют смесь 42,7 мас.% технического пентаоксида ниобия с 16,4 мас.% алюминия (70,8 мас. % от общего количества алюминия в шихте). На третьей стадии загружают и проплавляют 5,7 мас.% железной окалины, 2,1 мас.% алюминия и 5,0 мас.% извести в смеси при их соотношении 1:0,37:0,87 соответственно. В результате выплавки получают феррониобий марки ФНб60 по ГОСТ 16773-85.

Пример 2. Шихта состоит из, мас.%: 41,3 технического пентаоксида ниобия; 24,7 железной окалины; 22,8 порошка алюминия и 11,2 извести. Первоначально загружают и проплавляют смесь 18,2 мас.% железной окалины (73,6 мас.% от общего ее количества), 4,1 мас.% алюминия и 5,7 мас.% извести при их соотношении 1: 0,23: 0,31 соответственно. На второй стадии загружают и проплавляют смесь 41,3 мас.% технического пентаоксида ниобия с 16,8 мас.% алюминия (72,9 мас. % от общего количества алюминия в шихте). На третьей стадии загружают и проплавляют 6,5 мас.% железной окалины, 2,0 мас.% алюминия и 5,5 мас.% извести в смеси при их соотношении 1:0,32:0,84 соответственно. В результате выплавки получают феррониобий марки ФНб58 по ГОСТ 16773-85.

Пример 3. Шихта состоит из, мас.%: 43,1 технического пентаоксида ниобия; 22,3 железной окалины; 1,3 стального лома, 22,6 порошка алюминия и 10,7 извести. Первоначально на подину наклоняющегося горна подают 1,3 мас.% стального лома (5,6 мас.% от общего количества железной окалины в шихте), после чего загружают и проплавляют смесь 16,0 мас.% железной окалины (71,8 мас.% от общего ее количества), 4,1 мас.% алюминия и 5,4 мас.% извести при соотношении железная окалина, стальной лом, алюминий и известь 1:0,08:0,26:0,34 соответственно. На второй стадии загружают и проплавляют смесь 43,1 мас.% технического пентаоксида ниобия с 16,3 мас.% алюминия (72,2 мас.% от общего количества алюминия в шихте). На третьей стадии загружают и проплавляют 6,3 мас. % железной окалины, 2,1 мас.% алюминия и 5,4 мас.% извести в смеси при их соотношении 1: 0,34:0,86 соответственно. В результате выплавки получают феррониобий марки ФНб60 по ГОСТ 16773-85.

Пример 4 (прототип). Шихта состоит из, мас.%: 40,0 технического пентаоксида ниобия; 15,3 отсева железорудных окатышей; 10,2 железной окалины; 23,2 порошка алюминия и 11,3 извести. Первоначально загружают и проплавляют смесь 10,0 мас.% железорудных окатышей; 8,7 мас.% железной окалины, 4,7 мас.% алюминия и 5,7 мас. % извести при их соотношении 1:0,87:0,47:0,57 соответственно. На второй стадии загружают и проплавляют смесь 40,0 мас.% технического пентаоксида ниобия с 16,0 мас.% алюминия. На третьей стадии загружают и проплавляют 5,3 мас.% железорудных окатышей, 1,5 мас.% железной окалины, 2,5 мас. % алюминия и 5,6 мас.% извести в смеси при их соотношении 1:0,28:0,47: 1,06 соответственно.

Показатели плавок, соответствующие приведенным параметрам, указаны в таблице.

Как видно из представленных сведений, для получения заданных марок феррониобия по патентуемым изобретениям расходуется алюминия на 4-9%, железосодержащего материала на 6-14%, извести на 4-15% меньше по сравнению с прототипом. Масса шихты на 3-7%, а масса шлака на 4-9% меньше, чем по прототипу, что требует меньшего количества тепла. Содержание кремния в феррониобии по патентуемым решениям на 0,5-0,7% меньше, чем в прототипе.

Таким образом, предложены шихта и способ внепечной выплавки феррониобия, которые позволяют снизить материальные и энергетические затраты, повысить качество ферросплава, снизить экологическую напряженность.

Источники информации 1. Мизин В.Г. и др. Ферросплавы. Справочник.- М.: Металлургия, 1992, с. 273.

2. Гасик М.И. и др. Теория и технология производства ферросплавов.- М.: Металлургия, 1988, с. 505-509.

3. Лякишев Н.П. и др. Алюминотермия.- М.: Металлургия, 1978, с. 294-299.

Формула изобретения

1. Шихта для внепечной выплавки феррониобия, содержащая технический пентаоксид ниобия, железную окалину, порошок алюминия и известь, отличающаяся тем, что она содержит компоненты при следующем соотношении, мас. %: Технический пентаоксид ниобия - 39-48 Железная окалина - 20-27 Порошок алюминия - 21-24 Известь - 8-13 2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит стальной лом при следующем соотношении компонентов, мас. %: Технический пентаоксид ниобия - 40-47 Железная окалина - 21-26
Порошок алюминия - 21-24
Известь - 9-12
Стальной лом - 0,7-2
3. Способ внепечной выплавки феррониобия, включающий постадийные загрузку и проплавление в наклоняющемся горне шихты, содержащий технический пентаоксид ниобия, железную окалину, порошок алюминия и известь, и слив продуктов плавки в изложницу, отличающийся тем, что первоначально проплавляют 68-79 мас. % железной окалины от общего ее количества в смеси с порошком алюминия и известью в соотношении 1: (0,22-0,28): (0,27-0,37) соответственно, затем загружают и проплавляют смесь технического пентаоксида ниобия с 69-76 мас. % порошка алюминия от общего количества последнего в шихте, после чего загружают и проплавляют остальное количество железной окалины, порошка алюминия и извести в смеси при их соотношении 1: (0,31-0,38): (0,82-0,88) соответственно.

4. Способ по п. 3, отличающийся тем, что первоначально в наклоняющийся горн подают стальной лом в количестве 3-11 мас. % от общего количества железной окалины в шихте, после чего 70-78 мас. % железной окалины от ее общего количества проплавляют в смеси с порошком алюминия и известью в соотношении железная окалина, стальной лом, порошок алюминия и известь 1: (0,03-0,12): (0,24-0,28): (0,30-0,36) соответственно, затем загружают и проплавляют смесь технического пентаоксида ниобия с 70-76 мас. % порошка алюминия от общего количества последнего в шихте, после чего загружают и проплавляют остальное количество железной окалины, порошка алюминия и извести в смеси при их соотношении 1: (0,32-0,36): (0,82-0,88) соответственно.

РИСУНКИ

Рисунок 1