Способ алюминотермического получения хрома металлического


 


Владельцы патента RU 2430174:

Открытое акционерное общество "Ключевский завод ферросплавов" (ОАО "КЗФ") (RU)

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано для алюминотермического получения металлического хрома. Проводят подготовку, загрузку и проплавление шихты, содержащей ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия в соотношении 1,3:1,7 при следующем содержании компонентов шихты, мас.%: окись хрома - 57,5-61,0, алюминий - 24,5-26,9, ангидрид хромовый - 4,9-6,9, бихромат натрия или калия - 3,7-4,6, гидроокись кальция - 1,2-1,6, соль поваренная - 0,5-0,7, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% - 2,3-2,5, плавикошпатовый концентрат - 0,5-1,0 к массе окиси хрома. Известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, вводят непосредственно в шихту, а известь с содержанием углерода не более 0,5 мас.% загружают на калошник за 2-4 мин до окончания проплавления шихты при соотношении извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.%, равном (50-70):(30-50) соответственно. При этом загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 330-450 кг/м2мин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж на оставшийся жидкий шлак загружают плавикошпатовый концентрат, после растворения которого производят слив шлака и металла. Техническим результатом является увеличение выхода высших марок хрома, увеличение показателя извлечения хрома в металл. 1 табл.

 

Заявляемое изобретение относится к металлургической промышленности, преимущественно к способам извлечения металлов из шихты, и может быть использовано при производстве хрома металлического алюминотермическим способом.

Из уровня техники известен способ алюминотермического получения металлического хрома, включающий стадийные загрузку и проплавление шихты, содержащей окись хрома, окислитель, известь, алюминий и выпуск продуктов плавки, при этом на первой стадии ведут проплавление шихты, состоящей из компонентов от общей массы на плавку: окиси хрома 53-64%, окислителя 60-80%, извести 30-40% и алюминия в количестве 0,8-0,94 от стехиометрически необходимого на восстановление окиси хрома со скоростью загрузки шихты 180-280 кг/м2мин, на второй стадии ведут проплавление компонентов шихты от общей массы на плавку: окиси хрома 36-47%, окислителя 20-40%, извести 60-70% и алюминия в количестве 1,02-1,2 от стехиометрически необходимого на восстановление окиси хрома со скоростью загрузки шихты 170-275 мг/м2мин; а при получении хрома металлического с низким содержанием азота (≅0,05%) в составе шихты на обеих стадиях в качестве окислителя используют хромовый ангидрид и бихромат калия или натрия с добавлением в навески шихты гидроокиси кальция, поваренной соли и флюоритового концентрата в соотношении к массе навески окиси хрома (0,1-0,2):(0,02-0,04):(0,03-0,08):(0,001-0,002):(0,001-0,02):1 (см. патент РФ на изобретение «Способ алюминотермического получения металлического хрома», дата подачи 26.08.1996 г., опубликовано 27.01.1998 г.).

Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ алюминотермического получения хрома металлического, включающий подготовку и проплавление шихты, содержащую окись хрома, алюминий, окислитель-ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия, известь, гидроокись кальция, соль поваренную, концентрат плавикошпатовый, и выпуск продуктов плавки, причем, для получения хрома с содержанием азота не более 0,05 мас.% общее количество извести на плавку и количество гидроокиси кальция задают в соотношении к массе расходуемого алюминия соответственно (0,15-0,18):1 и (0,05-0,07):1, при этом 50-70 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% вводят непосредственно в шихту, ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия используют в соотношении 1: (0,25-0,40) при соотношении компонентов шихты, мас.%: окись хрома 60-62; алюминий 24,2-26,4; ангидрид хромовый 7-8,2; бихромат натрия или калия - 1,8-2,4; кальция гидроокись - 1,3-1,8; соль поваренная 0,7-1,2; известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% в шихту 2,2-3,2, а остальное - 30-50 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% загружают на колошник за 2-4 минуты до окончания проплавления шихты, загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 330-450 кг/м2 мин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж загружают на оставшийся жидкий шлак плавикошпатовый концентрат в количестве 0,8-1,1 мас.% к массе окиси хрома и после его растворения производят слив шлака и металла (см. патент РФ на изобретение №2260630 «Способ алюминотермического получения хрома металлического (варианты)», п.2 формулы изобретения, дата подачи заявки 27.09.2004 г., опубликовано 20.09.2004 г.).

Недостатки известных способов обусловлены, прежде всего, низким выходом высших марок хрома, в частности такой марки хрома, как Х99Н2, а также низким показателем извлечения хрома в металл.

Помимо этого применение известных способов алюминотермического получения хрома металлического приводит к загрязнению окружающей среды и, как следствие, ухудшению экологической обстановки за счет образования значительного объема шлаковых отходов.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является увеличение выхода высших марок хрома, увеличение показателя извлечения хрома в металл, а также снижение образования шлака с одной тонны металла.

Указанный результат достигается тем, что известный способ алюминотермического получения хрома металлического, включающий подготовку, загрузку и проплавление шихты, содержащей окись хрома, алюминий, окислитель, в качестве которого используют ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия, гидроокись кальция, соль поваренную, концентрат плавикошпатовый, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, вводимую непосредственно в шихту, загрузку извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% на колошник за 2-4 минуты до окончания проплавления шихты при соотношении извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.%, равном (50-70):(30-50) соответственно, и выпуск продуктов плавки путем слива шлака и металла, при этом загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 330-450 кг/м2мин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж на оставшийся жидкий шлак загружают плавикошпатовый концентрат, после растворения которого производят слив шлака и металла, согласно изобретению для получения хрома с содержанием азота не более 0,02 мас.%, преимущественно марки Х99Н2, ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия берут в соотношении 1,3:1,7 при следующем содержании компонентов шихты, мас.%: окись хрома 57,5-61,00; алюминий - 24,5-26,9; ангидрид хромовый - 4,9-6,9; бихромат натрия или калия - 3,7-4,6; гидроокись кальция - 1,2-1,6; соль поваренная - 0,5-0,7; известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% - 2,3-2,5, плавикошпатовый концентрат - 0,5-1,0 к массе окиси хрома.

Заявляемое соотношение компонентов шихты является оптимальным, так как любые отклонения как в сторону увеличения так и в сторону уменьшения приводят к повышению в составе шихты содержания примесей и, как следствие, к снижению выхода высших марок хрома, в частности марки Х99Н2.

Кроме того, благодаря заявленному соотношению ингредиентов окислителя - ангидрида хромового и бихромата натрия или калия, равного 1,3:1,7, в предлагаемом к защите способе происходит оптимизация термодинамических и кинетических условий протекания процесса получения хрома металлического, а именно снижение активности хрома в металлическом расплаве с одновременным повышением его активности в шлаковом расплаве.

В случае увеличения соотношения между компонентами окислителя ангидрида хромового и бихромата натрия или калия происходит повышение содержания азота в металле, что, в свою очередь, приводит к снижению твердости и коррозионной стойкости металла.

Уменьшение пропорциональной зависимости между ангидридом хромовым и бихроматом натрия или калия приводит к интенсивному протеканию процесса алюминотермического получения хрома металлического и повышенному пылеуносу шихты и, как следствие, к дополнительным потерям хрома.

Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности, как «новизна».

Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности, как «изобретательский уровень».

Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления способа алюмотермического получения хрома металлического.

Сущность изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.

Для используемого в заявляемом способе состава шихты применяют следующие компоненты:

окись хрома техническая металлургическая ГОСТ 2912 и/или ТУ 2123-055-54138686-2010; алюминий первичный в виде порошка ГОСТ 11069; ангидрид хромовый технический ГОСТ 2548; натрия бихромат технический ГОСТ 2651; известь свежеобожженная молотая с регламентированным содержанием углерода.

Массу шихты рассчитывают на 3000-6000 кг окиси хрома.

Подготовку шихты осуществляют путем тщательного перемешивания компонентов между собой.

Внепечную алюминотермическую плавку на подготовленной шихте проводят с нижним зажиганием шихты в наклоняющемся горне.

Слив продуктов плавки в стальную нефутерованную изложницу выполняют посредством наклона горна, причем сначала в изложницу сливают 30-40% шлака с целью образования гарнисажа, а затем после кратковременной выдержки загружают на оставшийся жидкий шлак плавикошпатовый, например флюоритовый, концентрат в количестве 0,5-1,0 мас.% к массе окиси хрома и после его растворения сливают оставшийся в горне шлак и металл.

Пример 1 (прототип)

Для получения хрома металлического с содержанием азота не более 0,05 мас.% масса подготовленной к процессу шихты составила 8292 кг.

Загрузку и проплавку шихты осуществляли в одну стадию, при этом состав шихты содержал следующие компоненты, кг (мас.%):

окись хрома 5000,00 (60,3)
алюминий 2060,00 (24,8)
ангидрид хромовый 600,00 (7,2)
бихромат натрия 187,00 (2,25)
кальция гидроокись 130,00 (1,6)
соль поваренная 75,00 (0,9)
известь
с содержанием углерода не более 0,2 мас.% 240,00 (66,7)
известь
с содержанием углерода не более 0,5 мас.% 120,00 (33,3)
плавикошпатовый концентрат (на шлак) 40,0 (0,8)

При осуществлении способа выход хрома металлического марки Х99Н4 за кампанию составил 85,8%.

Выход хрома металлического марки Х99Н2 за кампанию составил 0%.

Пример 2 (заявляемый способ)

Для получения хрома металлического с содержанием азота не более 0,02 мас.% масса подготовленной на плавку шихты составила 8450 кг.

Загружали и проплавляли в одну стадию шихту следующего состава, кг (мас.%):

окись хрома 5000,00 (59,2)
алюминий 2090,00 (24,7)
ангидрид хромовый 500,00 (5,9)
бихромат натрия 350,00 (4,1)
кальция гидроокись 120,00 (1,4)
соль поваренная 50,00 (0,6)
известь
с содержанием углерода не более 0,2 мас.% 200,00 (64,5)
известь
с содержанием углерода не более 0,5 мас.% 110,00 (35,5)
плавикошпатовый концентрат (на шлак) 30,0 (0,7)

Известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% вводили непосредственно в шихту, а известь с содержанием углерода не более 0,5 мас.% загружали на калошник за 2-4 минуты до окончания проплавления шихты, при этом соотношение извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% равно (50-70):(30-50) соответственно.

Загрузку и проплавление шихты ведут со скоростью 330-450 кг/м2мин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж на оставшийся жидкий шлак загружают плавикошпатовый концентрат, после растворения которого производят слив шлака и металла.

При осуществлении способа выход хрома металлического марки Х99Н4 за кампанию составил 65,00%.

Выход хрома металлического марки Х99Н2 за кампанию составил 27,00%.

Сравнительные данные способа алюминотермического получения хрома металлического по прототипу и заявляемого технического решения приведены в Таблице.

Таблица
Состав шихты, компоненты Содержание компонента, кг
Способ (прототип) Способ (заявляемый)
окись хрома 5000 5000
алюминий 2060 2090
ангидрид хромовый 600 500
бихромат натрия 187 350
соотношение ангидрид хромовый/бихромат натрия 3,2 1,4
известь (в шихту) 240 200
известь (на колошник) 120 100
кальция гидроокись 130 120
соль поваренная 75 50
концентрат плавиковошпатовый (флюоритовый) 40 на шлак 30 на шлак
Скорость проплавления шихты кг/м2мин 410 405
Химический состав металла, %
хром (Cr) 99,45 99,5
алюминий (Al) 0,06 0,06
углерод (С) 0,010 0,015
азот (N) 0,018 0,015
Выход высших марок за кампанию:
марка Х99, % - -
марка Х99Н4, % 85,8 65
марка Х99Н2, % - 27

Как видно из приведенной Таблицы, предлагаемый способ, в отличие известных, позволяет получать хром металлический повышенного качества, в частности высшие марки, например, марки хрома Х99Н2. Помимо этого увеличивается показатель извлечения хрома в металл, а также снижается образование шлака с одной тонны металла.

Благодаря предлагаемому к защите способу алюминотермического получения хрома металлического улучшается экологическая обстановка за счет снижения образования шлака.

Кроме того, значительно повышаются экономические показатели предприятия за счет увеличения извлечения хрома металлического.

Способ алюминотермического получения хрома металлического, включающий подготовку, загрузку и проплавление шихты, содержащей окись хрома, алюминий, окислитель, в качестве которого используют ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия, гидрооксись кальция, соль поваренную, концентрат плавикошпатовый, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, вводимую непосредственно в шихту, загрузку извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% на калошник за 2-4 мин до окончания проплавления шихты при соотношении извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.%, равном (50-70):(30-50) соответственно, и выпуск продуктов плавки путем слива шлака и металла, при этом загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 330-450 кг/м2мин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж на оставшийся жидкий шлак загружают плавикошпатовый концентрат, после растворения которого производят слив шлака и металла, отличающийся тем, что ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия используют в соотношении 1,3:1,7 при следующем содержании компонентов шихты, мас.%: окись хрома - 57,5-61,0, алюминий - 24,5-26,9, ангидрид хромовый - 4,9-6,9, бихромат натрия или калия - 3,7-4,6, гидроокись кальция - 1,2-1,6, соль поваренная - 0,5-0,7, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% - 2,3-2,5, плавикошпатовый концентрат - 0,5-1,0 к массе окиси хрома.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности касается изготовления электродов для сварки и электроискрового легирования поверхностей деталей, работающих в тяжелых эксплуатационных условиях.

Изобретение относится к восстановительной металлургии, в частности к аппаратам для металлотермического получения металлов и сплавов, и может найти применение для алюминотермического восстановления шламов гальванических производств.

Изобретение относится к устройству для получения губчатого титана. .
Изобретение относится к способу переработки шламов гальванических производств для извлечения тяжелых металлов. .

Изобретение относится к аппарату вакуумной сепарации губчатого циркония. .

Изобретение относится к способу производства химически активных металлов и устройству для его осуществления. .

Изобретение относится к металлургии, в частности к производству ферротитана с содержанием титана 30-70% из оксидного титансодержащего сырья алюминотермическим методом в плавильном агрегате - реакторе.
Изобретение относится к способу извлечения палладия из отходов электронного сырья. .
Изобретение относится к металлургии металлов платиновой группы (МПГ) и может быть использовано при извлечении МПГ на предприятиях металлургической и химической промышленности из хромсодержащего сырья.

Изобретение относится к способу мокрого обезвреживания огнеупорного пористого материала, содержащего шестивалентный хром. .

Изобретение относится к технологии обогащения магнезиальных хромитовых руд. .

Изобретение относится к технологии комплексной переработки нетрадиционных видов сырья - серпентинитов и серпентинитовых отвалов пустой породы на хризотил-асбестовых и хромитовых месторождениях, в частности к способу получения хромитового концентрата из бедных хромсодержащих руд.
Изобретение относится к способу получения металлов или металлических сплавов высокой чистоты, в частности металлического хрома. .

Изобретение относится к способу и устройству для получения металлов или металлических сплавов высокой степени чистоты, в частности металлического хрома. .
Изобретение относится к металлургии, к производству металлического хрома и его карбидов. .

Изобретение относится к области металлургии и, в частности, к применяемым в цветной металлургии гидрохимическим способам комплексной переработки многокомпонентных, полиметаллических отходов с извлечением ценных компонентов и получением различных товарных продуктов.
Группа изобретений относится к бихроматно-ангидридной технологии получения хрома металлического. Шихта содержит 56,5-57,3 мас.% окиси хрома, 24,2-25,4 мас.% алюминия, 8,4-8,6 мас.% натрия или калия бихромата, 2,8-4,3 мас.% хромового ангидрида, 2,55-2,65 мас.% гидроокиси кальция с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, 0,40-0,45 мас.% соли поваренной, 0,9-1,1 мас.% концентрата плавиковошпатового, 1,4-1,7 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и 1,15-1,45 мас.% соответственно с содержанием углерода не более 0,5 мас.%. Предварительно в смесительном барабане перемешивают гидроокись кальция и натрия или калия бихромат. Затем загружают в смесительный барабан окись хрома, алюминий, соль поваренную, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и хромовый ангидрид и перемешивают. Полученную смесь загружают в горн. Проплавляют шихту со скоростью 360-460 кг/м2мин, за 2-4 мин до окончания ее проплавления загружают известь с содержанием углерода не более 0,5 мас.% на колошник. Сливают часть шлака из горна в изложницу на гарнисаж, загружают в горн на оставшийся жидкий шлак концентрат плавиковошпатовый, а после его растворения сливают шлак и хром металлический. Изобретение обеспечивает повышенный выход хрома металлического. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 2 пр.
Наверх