Способ получения ферросплава

Изобретение относится к области металлургии, в частности к переработке никельсодержащих материалов восстановительной плавкой в электропечах, может быть использовано для переработки бедных окисленных никелевых руд, мелких углерод-никельсодержащих отходов цветной металлургии и никельсодержащего лома. В способе в качестве углеродистого восстановителя используют отходы производства никелевого штейна, взятые в количестве 10-30 мас.% от массы окисленной никелевой руды, а перед проведением восстановительной плавки в электропечи предварительно наводят никельсодержащий металлический расплав в количестве 5-25 мас.%, затем проплавляют окисленную никелевую руду с получением оксидного расплава, а углеродистый восстановитель и флюсующие добавки вводят в оксидный и металлический расплавы методом инжекции. Изобретение позволяет использовать дешевый вид восстановителя и никельсодержащего оксидного материала вместо коксика, вовлечь в переработку невостребованные ранее отходы производства цветной промышленности, а также повысить извлечение никеля в сплав на 2-5% и достичь 92-95% извлечения никеля за счет интенсификации перехода никеля из оксидного расплава в металлическую фазу. 1 табл.

 

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к переработке никельсодержащих материалов восстановительной плавкой в электропечах, может быть использовано для переработки бедных окисленных никелевых руд, мелких углерод-никельсодержащих отходов цветной металлургии и никельсодержащего лома.

Известен способ получения никельсодержащих сплавов, имеющий наибольшее распространение на территории РФ, согласно которому окисленная никелевая руда в смеси с сульфидизатором (колчедан, пирит) и коксом перерабатывается в шахтной печи на штейн с последующим получением металлического никеля.

Основным недостатком известного способа является низкое извлечение никеля, не превышающее 70-80%, а также экологическая опасность процесса, связанная с выделением большого количества вредных серосодержащих газов в окружающую атмосферу [Проблемы получения ферроникеля из окисленных никелевых руд. Круглый стол // Цветные металлы. - 1992. №6. - С.7-8].

В качестве прототипа принят наиболее близкий по технической сущности к заявляемому способ получения ферроникеля, включающий подготовку окисленной никелевой руды, восстановительную плавку в присутствии углеродистого восстановителя, скачивание шлака, рафинирование металлического расплава флюсующими добавками и последующую разливку полученного металла. Такой способ получения ферроникеля является основным из пирометаллургических методов переработки окисленных никелевых руд за рубежом [Вейзагер М.Л., Кормилицын С.П. Современные методы переработки окисленных никелевых руд за рубежом // Цветные металлы. - 1992. №6. С.11-17; Резник И.Д., Ермаков Г.П., Шнеерсон Я.М. Никель. Т.2. - М.: Наука и технология, 2001. - 468 с. (прототип)].

Преимуществом данного способа является осутствие выбросов серосодержаших газов в атмосферу за счет исключения из состава шихты сульфидизаторов. Одним из основных недостатков этого способа является использование дорогостоящего восстановителя - коксика.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа получения ферросплава, содержащего никель, позволяющего заменить дорогостоящий коксик значительно более дешевым углеродсодержащим восстановителем.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение извлечения никеля в конечный расплав за счет интенсификации перехода никеля и железа из оксидного расплава в металлическую фазу и активации химических реакций процесса восстановления.

Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от прототипа, включающего подготовку окисленной никелевой руды, восстановительную плавку в присутствии углеродистого восстановителя, скачивание шлака, рафинирование металлического расплава флюсующими добавками и последующую разливку полученного металла, в предложенном способе в качестве углеродистого восстановителя используют отходы производства никелевого штейна, взятые в количестве 10-30 мас.% от массы окисленной никелевой руды, а перед проведением восстановительной плавки в электропечи предварительно наводят никельсодержащий металлический расплав в количестве 5-25 мас.%, затем проплавляют окисленную никелевую руду с получением оксидного расплава, а углеродистый восстановитель и флюсующие добавки (для десульфурации) вводят в оксидный и металлический расплавы методом инжекции.

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый способ получения ферросплава позволяет создавать в электропечи условия, необходимые для выплавки сплава с содержанием от 10 до 50 мас.% никеля без использования дорогостоящего коксика. Предлагаемый способ получения ферросплава позволяет использовать дешевый вид восстановителя - мелкие углеродсодержащие отходы от производства никелевого штейна (пыль, уловленная в циклонных и скрубберных газоочистных установках), которые помимо роли восстановителя в данном способе выполняют функцию никельсодержащей части шихты. Заявляемый способ также позволяет вовлечь в переработку ранее невостребованные отходы производства цветной металлургии.

Окисленную никелевую руду перед плавкой необходимо подвергать просушиванию или обжигу для снижения природной влажности шихтовых материалов и устранения слипаемости.

Количество мелких углерод-никельсодержащих отходов, равное 10-30 мас.% от массы окисленной никелевой руды, является достаточным не только для полного восстановления железа из высших оксидов до низших, никеля из оксидов до никеля металлического, но и части других металлов, содержащихся в никелевой руде и отходах производства в оксидной форме и способных в данных условиях к восстановлению, например для частичного восстановления железа из низших оксидов до железа металлического и кремния до кремния металлического.

Снижение количества восстановителя менее 10 мас.% от массы никелевой руды приводит к уменьшению степени извлечения никеля из-за кинетических затруднений при восстановлении слишком малого количества металла и недостатка углерода на восстановление никеля. Увеличение количества восстановителя более 30 мас.% от массы никелевой руды приводит к необоснованному перерасходу восстановителя и образованию слоя мелких частичек твердого коксика над оксидным расплавом, что затрудняет техническое обслуживание электропечи, приводит к резкому увеличению пылевыбросов и ухудшает технико-экономические показатели плавки.

Вследствие низкого содержание никеля в оксидном расплаве (˜1,1 мас.% Ni) происходит запутывание корольков металла в шлаке и слишком медленное осаждение металлической фазы. Для устранения этих кинетических затруднений предложено использовать инжекционный ввод мелких фракции восстановителя (менее 10 мм), что позволяет увеличить степень извлечения никеля в ферросплав, способствует перемешиванию расплава и обеспечивает экологически более безопасную схему переработки пылящих материалов, к которым относятся углеродсодержащие отходы от производства никелевого штейна.

Окисленная никелевая руда характеризуется низкой электропроводностью, поэтому на первом этапе плавки в дуговой электропечи необходимо расплавить никельсодержащий металлический лом в количестве 5-25 мас.% от массы руды с целью образования токопроводящего расплава. При отсутствии никельсодержащего металлического лома роль металлической составляющей шихты может выполнить ферроникель предыдущих плавок. Снижение количества металлической части шихты менее 5 мас.% от массы никелевой руды приводит к ухудшению электрического режима работы электропечи (из-за резкого снижения электропроводности шихты) и снижению технико-экономических показателей плавки. Увеличение количества металлической части шихты более 25 мас.% от массы руды приводит к необоснованному перерасходу никельсодержащего металлического лома.

По окончании проплавления всей шихты расплав выдерживают в печи в течение 10-20 минут для более полного осаждения корольков металла из шлаковой фазы, после чего шлак скачивают (по возможности более полно).

Полученный черновой ферросплав характеризуется повышенным содержанием серы (1-3 мас.% S) из-за высокого ее содержания в углеродсодержащих отходах от производства штейна (˜1 мас.% S). С целью снижения содержания серы ферроникель подвергают десульфурации методом инжекции порошкообразной флюсующей смеси плавикового шпата и извести, что позволяет достичь содержания серы в ферросплаве менее 1 мас.%.

Товарный ферроникель разливают традиционными методами на грануляционной установке на гранулы 3-10 мм или на небольшие слитки массой 5-25 кг.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Заявляемый способ получения ферросплава был опробован на экспериментальном участке OOO Производственно-коммерческого предприятия «Черметтехнологии».

Использовались следующие материалы и оборудование

1. Окисленная никелевая руда Серовского месторождения, содержащая, мас.%: 1,4 NiO; 5,1 Fe₂О₃; 2,1 FeO; 58,9 SiO₂; 19,0 MgO; 1,3 Al₂O₃; 0,3 CaO; 0,01 SO₃.

2. Мелкие (фракцией менее 10 мм) углерод-никельсодержащие отходы от производства никелевого штейна ЗАО «ПО «Режникель» (пыль, уловленная в скрубберной газоочистной установке), содержащие, мас.%: 18,0 С; 0,9 Ni_Общ.; 16,6 Fe_Общ.; 32,8 SiO₂; 10,5 MgO; 3,3 Al₂О₃; 3,3 CaO; 1,28 S.

3. Никельсодержащий стальной лом (30 мас.% Ni).

4. Порошкообразная флюсующая смесь, состоящая из 25 мас.% плавикого шпата и 75 мас.% извести.

5. Дуговая электропечь типа ДСП-6.

6. Инжекционная установка НТМ-01.

Порядок проведения плавок был следующий. В электропечи проплавляли никельсодержащий стальной лом. Затем частями, по мере проплавления, в печь подавали предварительно просушенную окисленную никелевую руду. После проплавления всего объема руды в оксидный расплав при помощи инжекционной установки вдували мелкие углерод-никельсодержащие отходы. После окончания инжекции проводили выдержку расплава в течение 15 минут. Шлак скачивали, оставляя над металлом оксидный слой толщиной около 20 мм. Черновой ферроникель продували флюсующей порошкообразной смесью и разливали на чушки.

Состав шихты и основные показатели экспериментальных плавок представлены в таблице.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ получения ферросплава позволяет выплавлять в электропечи ферроникель из окисленных никелевых руд, никельсодержащего металлического лома и углерод-никельсодержащих отходов от производства никелевого штейна без использования коксика. Получение ферросплава по предлагаемому способу позволяет повысить извлечение никеля в сплав на 2-5% по сравнению с прототипом (таблица) и достичь 92-95% извлечения никеля в металл за счет интенсификации перехода никеля из оксидного расплава в металлическую фазу и активации химических реакций процесса восстановления. Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения дешевого вида восстановителя - углерод-никельсодержащих отходов цветной металлургии взамен дорогостоящего коксика.

Таблица Результаты экспериментальных плавок выплавки ферросплава по заявляемому способу получения
№ п/п	Шихтовые материалы, мас.% от массы окисленной никелевой руды	Содержание Ni в ферросплаве, мас.%	Извлечение Ni, мас.%*
Количество коксика	Количество углерод-никельсодержащих отходов	Количество никельсодержащего металлического лома
Прототип
1	8	-	-	9	90
Предлагаемый способ
2**	-	5	10	36	85
3	-	10	10	36	92
4	-	20	10	35	94
5	-	30	10	33	95
6**	-	35	10	29	95
* Из-за колебаний содержания никеля в руде извлечение никеля определяли по соотношению Ni в шлаке и металле.
** В данных плавках принято количество углерод-никельсодержащих отходов, выходящее за пределы заявляемого способа получения ферросплава.

Способ получения ферросплава, включающий подготовку окисленной никелевой руды, восстановительную плавку в электропечи в присутствии углеродистого восстановителя, скачивание шлака, рафинирование металлического расплава флюсующими добавками и последующую разливку полученного металла, отличающийся тем, что в качестве углеродистого восстановителя используют отходы производства никелевого штейна, взятые в количестве 10-30% от массы окисленной никелевой руды, а перед проведением восстановительной плавки предварительно наводят никельсодержащий металлический расплав в количестве 5-25 мас.%, затем проплавляют окисленную никелевую руду с получением оксидного расплава, при этом углеродистый восстановитель в оксидный расплав, а флюсующие добавки в металлический расплав вводят методом инжекции.