Шихта и электропечной алюминотермический способ получения ферробора с ее использованием


 


Владельцы патента RU 2521930:

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

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения ферробора электропечным алюминотермическим способом в наклоняющемся горне с периклазовой футеровкой. Предложена шихта при следующем соотношении компонентов, мас.%: ангидрид борный 27,3-28,1, окалина железная 34,4-35,3, порошок алюминия первичного 29,2-30,8, известь обожженная 4,8-6,4, концентрат плавиковошпатовый 0,8-1,0, соль поваренная выварочная 0,8-1,0. При использовании шихты заявленного состава на подину наклоняющегося горна загружают запальную часть шихты и зажигают ее запальной смесью, после наплавления расплава зажигают электрические дуги и при токовой нагрузке 3-5 кА в течение 25-40 мин по мере проплавления проводят порционную загрузку основной части шихты, а после проплавления основной части шихты и отключения электрических дуг в горн загружают и проплавляют осадительную часть шихты. По окончании плавки расплав выдерживают в течение 5-10 мин в горне до полного осаждения капель металла, после чего в шлаковую чашу на высоту 200-250 мм сливают часть шлака, наводят шлаковый гарнисаж на стенки шлаковни, в которую сливают оставшийся расплав для окончательной кристаллизации продуктов плавки, полученный блок ферробора извлекают из шлаковни и очищают от шлака. Изобретение позволяет найти оптимальные соотношения массы ангидрида борного, окалины железной, порошка первичного алюминия, извести обожженной, концентрата плавиковошпатового и соли поваренной выварочной, с обеспечением нормальной термичности алюминотермической шихты, которая при плавке ферробора находится в пределах 700-720 ккал/кг, получить ферробор с низким содержанием кремния, углерода, фосфора, а также обеспечить высокое извлечение бора в сплав без необходимости переработки металлоотходов. 2 н.п. ф-лы, 2 пр., 1 табл.

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к получению ферробора с повышенным содержанием бора (марки ФБ20, ФБ17) и низким содержанием кремния, серы, меди и фосфора, предназначенного для легирования стали, сплавов и чугуна, а также для изготовления покрытий сварочных электродов и наплавочных смесей.

Из уровня техники (Рысс М.А. Производство ферросплавов. - М.: Металлургия, 1975, С.312-314.) известна шихта для получения электропечным способом ферробора металлотермическим восстановлением бора из борного ангидрида алюминием «на блок».

Исходная шихта из ангидрида борного используется при следующем соотношении, мас.%: ангидрид борный 23,6; железная руда 47,3; известь 5,8; алюминий 23,3. Данная шихта позволяет получать ферробор следующего химического состава, мас.%: бор 15-22; кремний 2-3; алюминий 3-6; углерод 0,03-0,20; фосфор и сера 0,01-0,02.

Содержание в шлаке, мас.%: B2O3 6; Al2O3 68; СаО 12; FeO 3; MgO ~10; SiO2 до 1. Извлечение бора около 61%. Расход электроэнергии до 390 кВт·час на базовую (5% В) тонну.

Недостатком данной шихты являюеся получение в сплаве высокого содержания кремния и алюминия.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является шихта (Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. - М.: Металлургия, 1986, С.44-46.) для получения ферробора металлотермическим способом, компоненты которой взяты в следующем соотношении, мас.%: ангидрид борный 30,6; железная руда 31,8; известь 8,9; алюминий 28,7 (из расчета материального баланса плавки).

Известная шихта позволяет получать ферробор следующего химического состава, мас.%: бор 23,01; кремний 1,32; алюминий 2,5; углерод 0,037; фосфор 0,015; медь 0,027; железо 72,8. Содержание в шлаке, мас.%: B2O3 7,3-9,7; SiO2 1,1-1,5; FeO 3,1-3,8. Извлечение бора в сплав 61,7%.

Данная шихта имеет следующие недостатки: для получения ферробора используется железная руда, являющаяся основным источником загрязнения сплава кремнием и фосфором.

Опыт использования известных составов шихты выявил ряд негативных отклонений от технологического процесса при производстве ферробора. Например, сложности в части обеспечения устойчивого необходимого критического уровня ее термичности, получение ферробора производится с относительно низким выходом высших марок ферробора по содержанию кремния, серы, фосфора и углерода.

Предлагаемое изобретение направлено на получение кондиционного по химическому составу ферробора при использовании ангидрида борного, окалины железной, порошка алюминия, извести обожженной, концентрата плавиковошпатового и соли поваренной выварочной.

Задачей изобретения является создание состава шихты, обеспечивающей стабильный безопасный технологический процесс получения высококачественного ферробора (с низким содержанием кремния, углерода, фосфора), и достижение высокого извлечения бора в сплав без необходимости переработки металлоотходов.

Поставленная задача достигается тем, что известный состав шихты, содержащий ангидрид борный, алюминий, железосодержащий компонент, известь обожженную, дополнительно содержит концентрат плавиковошпатовый и соль поваренную выварочную, а компоненты шихты взяты при следующем качественном и количественном соотношении, мас.%: ангидрид борный - 27,3-28,1; окалина железная с содержанием меди не более 0,05% - 34,4-35,3; известь обожженная с содержанием углерода не более 0,3% - 4,8-6,4; порошок первичного алюминия - 29,2-30,8; концентрат плавикошпатовый - 0,8-1,0; соль поваренная выворочная без примесей - 0,8-1,0.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что заявленный качественный и количественный состав компонентов шихты позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов от их концентрации приводят к нарушению теплового режима плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей процесса получения конечной продукции.

При содержании ангидрида борного ниже 27,3% увеличивается концентрация алюминия в металле, что ухудшает марочность. При содержании ангидрида борного выше 28,1% увеличивается остаточное содержание B2O3 в шлаке и снижается извлечение бора в сплав.

При содержании окалины железной ниже 34,4% снижается термичность шихты. В результате снижается извлечение бора в металл. При содержании окалины железной выше 35,3% возрастает термичность шихты, что приводит к «горячему» ходу плавки и разбросу шихты, увеличивается скорость проплавления шихты и количество пылеуноса шихтовых материалов, а также понижается содержание бора в сплаве.

При содержании порошка первичного алюминия ниже 29,2% снижается термичность шихты, ход плавки становится «холодным», понижается содержание бора в сплаве и повышается остаточное содержание оксида бора в шлаке, в результате снижается извлечение бора в металл. При содержании порошка первичного алюминия выше 30,8% увеличивается содержание алюминия в сплаве, увеличивается термичность шихты, что приводит к «горячему» ходу плавки и разбросу шихты, увеличивается скорость проплавления шихты и количество пылеуноса шихтовых материалов.

При содержании извести обожженной ниже 4,8% ухудшаются условия связывания образующегося глинозема и затрудняются условия восстановления бора алюминием. Возрастает температура плавления шлака и снижается извлечение бора в блок металла. При содержании извести обожженной более 6,4% шлак получается более легкоплавкий, жидкоподвижный и возрастает аварийность при выплавке.

Концентрат плавиковошпатовый введен для образования флюса на основе оксидов CaO-CaF2-Al2O3, аккумулирующего кремнезем и серу, а также для снижения температуры плавления шлака, что облегчает осаждение капель ферробора.

При содержании концентрата плавиковошпатового менее 0,8% возрастает температура плавления шлака, что приводит к неполному осаждению капель металла из шлака, ухудшается рафинирующее влияние шлака на химический состав металла. При содержании концентрата плавиковошпатового более 1,0% снижается извлечение бора в металл за счет угара алюминия кислородом воздуха и шлак получается более легкоплавкий, что может увеличить аварийность при выплавке.

Соль поваренная выварочная введена для улучшения физических свойств шлака и получения плотного чистого слитка металла и для обеспечения улучшенного разделения продуктов плавки и уменьшения потерь металла при чистке слитка металла.

При содержании соли поваренной выварочной менее 0,8% металл получается менее плотный с газовыми полостями, шлак получается более тугоплавкий, ухудшается разделение фаз на границе шлак-металл, что приводит к увеличению потерь при чистке металла, и снижается извлечение бора в сплав. При содержании соли поваренной выварочной более 1,0% качественные показатели металла и шлака не улучшаются, но расход соли поваренной выварочной увеличивается неоправданно.

Состав шихты используется для получения ферробора электропечным алюминотермическим способом.

Из уровня техники известен способ получения ферробора повышенной чистоты для производства магнитных сплавов типа Nd-Fe-B (RU 2242529 С2, 2002 г.), включающий перемешивание борсодержащего материала с алюминиевым порошком и внепечное восстановление реакционной смеси в кокиле. При этом перед перемешиванием с порошком алюминия борсодержащий материал обжигают на воздухе при температуре 300-500°C в течение 3 часов, а в качестве борсодержащего материала используют смесь борной кислоты с порошковым оксидом железа в соотношении 1:1. В данном изобретении процесс обжига необходим для разложения борной кислоты до ангидрида борного (В2О3), исходя из сущности алюминотермического восстановления. После этого в обожженную смесь добавляют порошковый алюминий. Расчет количества алюминия ведется по известной методике определения процентного содержания алюминия, необходимого для восстановления металлов из оксидов. Прокаленную смесь смешивают с алюминиевым порошком, загружают в кокили и нагревают до 300°C. Затем смесь сжигают внепечным способом с верхним запалом, при этом порошкообразная шихта находится под слоем расплава. После остывания кокилей производят выбивку слитков ферробора. Масса исходной смеси 8 кг, масса слитка 1,6 кг. Химический состав металла, мас.%: В - 11,7, Al<2,2, Si<l,5, С<0,1, Mn+Cr<0,5.

Недостатками этого способа являются: необходимость наличия дополнительного агрегата для обжига борсодержащего материала с поддержанием определенного интервала температур и времени нагрева смеси; низкое содержание бора и повышенное содержание примесей в сплаве; малые объемы плавки, что ограничивает производительность.

Известен способ (Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф. Восстановление окислов металлов алюминем. - М.: Металлургия, 1967, С.195-197) алюминотермического получения ферробора электропечной плавкой из боратовой и железной руд с использованием железотермитного осадителя. В шихту плавки входят следующие компоненты:

1) запальная часть, состоящая из обожженной боратовой руды, окалины железной и вторичного алюминия (7-10% от общей массы шихты);

2) основная шихта, состоящая из обожженной боратовой руды и вторичного алюминия (70% от общей массы шихты);

3) железотермитный осадитель, содержащий окалину железную и вторичный алюминий (20-23% от общей массы шихты).

Плавка ведется «на блок» в плавильном тигле (или горне), футерованном электродной массой и установленном на футерованном поддоне. Стенки тигля в нижней части по уровню металлического слитка выкладывают магнезитовым кирпичом. Процесс ведут с двумя выпусками шлака, для чего основную часть шихты и железотермитный осадитель делят на две равные части. Плавка начинается с проплавления запальной части шихты, затем на образующемся шлаке зажигают дуги и проплавляют первую половину основной шихты, после чего при включенной печи проплавляют первую половину осадителя. При отключенной печи через шлаковую летку выпускают шлак, заделывают летку и проплавляют остальную навеску шихты, после чего вновь сливают шлак и охлаждают плавку в тигле (горне).

Сплав промышленной выплавки имеет следующий химический состав, мас.%: 11-12 В; 5-7 Si; 4 Al. Сквозное извлечение бора (с учетом потерь при обжиге) составляет 50%.

Недостатками известного способа являются: во-первых, сложность технологической схемы скачивания шлака с последующей заделкой летки; во-вторых, при проплавлении шихты возможны набросы ее на угольные стенки и науглероживание сплава; в- третьих, при проплавлении осадителя при включенной печи высока вероятность науглероживания восстанавливающихся железа и бора; в-четвертых, низкое содержание бора и большое содержание примесей (Al, Si, С); в-пятых, требуется необходимость обжига боратовой руды перед плавкой.

Также известен способ (Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. - М.: Металлургия, 1986. С.38-46) алюминотермического получения ферробора с повышенным содержанием бора (марки ФБ20 и ФБ17) электропечной плавкой ферробора, получаемого из ангидрида борного. Плавку осуществляют «на блок» в трехфазной электропечи мощностью 1000 кВА с выдвижной ванной, футерованной электродной массой и установленной на футерованном поддоне. Стенки плавильного агрегата полностью выкладывают магнезитовым кирпичом для уменьшения содержания углерода в металле. Шихта состоит из запальной (I), основной (II) и осадительной (III) частей. Процесс ведут с двумя выпусками шлака, для чего основную часть шихты и железотермитный осадитель делят на две равные части. Плавку начинают с проплавления запальной части шихты, затем на образующемся шлаке зажигают дуги и после набора нагрузки вводят в печь порциями первую половину основной части шихты и по окончании ее проплавления при включенной печи задают первую половину осадительной части. Для более полного осаждения капель металла из шлака расплав выдерживают ~10 минут, затем шлак сливают, закрывают летку и проплавляют вторую половину основной и осадительной частей шихты. По окончании процесса ванну выкатывают из-под электродов и охлаждают вместе с продуктами плавки до полной кристаллизации сплава. Предварительный нагрев ванны печи газом до 800°C позволяет повысить извлечение бора на 3-5%.

Недостатками известного способа являются: сложность технологической схемы скачивания шлака с последующей заделкой летки; при проплавлении осадителя при включенной печи высока вероятность науглероживания восстанавливающихся железа и бора;

Наиболее близким, по технической сущности, является способ алюминотермического получения ферробора марок ФБ0 (ФБ20) и ФБ1 (ФБ17) в ванне электропечи «на блок» с использованием ангидрида борного и порошка первичного алюминия (Рысс М.А. Производство ферросплавов. М. Металлургия, 1975, С.312-314). Ферробор выплавляют в печи с набивной футеровкой из электродной массы (толщиной 150-180 мм); металлоприемник выкладывают из магнезитового кирпича с засыпкой подины сухим магнезитовым порошком. Ванна печи сменная и помещена на выкатывающейся тележке. Рабочее напряжение 82 В, ток 7230 А, удельная объемная мощность 570 кВА/мм3. Шихту загружают в печь шнековым питателем.

После проплавления запальной части шихты включают печь и проплавляют основную шихту и затем расплав выдерживается 10-15 минут.

После этого печь отключают и дают осадительную железотермитную смесь и через 4-5 мин выпускают основное количество шлака, а оставшийся расплав оставляют до полного застывания. Застывший блок сплава и остатки шлака разделывают, сплав чистят и упаковывают в тару.

В результате плавки получают 1000 кг ферробора следующего химического состава, мас.%: бор 15-22; кремний 2-3; алюминий 3-6; углерод 0,03-0,20; фосфор и сера 0,01-0,02. Содержание в шлаке, мас.%: B2O3 6; Al2O3 68; СаО 12; FeO 3; MgO ~10; SiO2 до 1. Извлечение бора около 61%.

Недостатками способа являются: низкое извлечение бора; повышенное содержание углерода вследствие контакта восстанавливаемых железа и бора с угольной футеровкой ванны печи; привар футеровочных материалов с подины ванны к блоку металла и последующие потери металла при чистке слитка.

Известные промышленные способы имеют общие недостатки: например, сложности в части гарантированного обеспечения устойчивого необходимого критического уровня ее термичности, скорости проплавления, определяющих степень извлечения бора в сплав; склонность к возгону оксидов бора и к выбросам горящей шихты и расплавленных продуктов плавки; большие потери тепла аккумуляцией футеровкой печного агрегата (тигля, ванны, горна) и повышенный расход футеровочных материалов при разовом использовании печного агрегата.

Предлагаемое изобретение направлено на получение электропечным алюминотермическим способом ферробора, кондиционного по химическому составу, при использовании ангидрида борного.

Задачей изобретения является создание простого надежного способа получения высококачественного ферробора, обеспечивающего высокий выход высших марок ферробора в соответствии с требованиями ГОСТ 14848-69.

Поставленная задача достигается тем, что для улучшения технологического процесса при получении ферробора используют электропечной алюминотермический способ восстановления железа и бора из оксидов, используя шихту с достаточно необходимой термичностью, чем оптимизируют устойчивость термодинамических и кинетических условий процессов окисления алюминия и восстановления металлов из оксидов, снижая и повышая их активность, соответственно в металлическом и шлаковом расплавах. Также стенки и подину плавильного горна футеруют периклазовым кирпичом, чем исключают контакт образующегося металла с углеродсодержащими материалами и снижают вероятность просачивания образующегося сплава в футеровку горна.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в отличие от известного способа получения ферробора, включая подготовку, загрузку и проплавление шихты, содержащей ангидрид борный, железосодержащий компонент (железную руду или окалину железную), порошок алюминия и известь обожженную, в плавильном агрегате, в заявленном электропечном алюминотермическом способе ферробор получают в наклоняющемся горне, футерованном периклазовым кирпичом, алюминотермическим восстановлением бора из оксидов ангидрида борного и железа из оксидов окалины железной в процессе последовательного проплавления частей шихты в смеси с порошком первичного алюминия, флюсами (известью обожженной, концентратом плавиковошпатовым и солью поваренной выварочной), а компоненты шихты взяты при следующем содержании, мас.%: ангидрид борный - 27,3-28,1, окалина железная - 34,4-35,3, порошок первичного алюминия - 29,2-30,8, известь обожженная - 4,8-6,4, концентрат плавиковошпатовый - 0,8-1,0, соль поваренная выварочная - 0,8-1,0. Плавку ферробора ведут с нижним запалом шихты. Длительность плавки под дугами 25-40 минут. Причем вначале в горн насыпают на подину запальную часть шихты, содержащую окалину железную (9,6-12 мас.% от общей навески окалины), порошок первичного алюминия по стехиометрии и известь обожженную (15-26 мас.% от общей навески извести) для связывания образующегося глинозема в однокальциевый алюминат, и зажигают ее запальной смесью (магниевая стружка и натриевая селитра), после чего включают электропечь и зажигают дуги, а затем загружают из печного бункера в плавильный горн по мере проплавления основную шихту, содержащую всю навеску ангидрида борного, концентрата плавиковошпатового и соли поваренной выварочной, окалину железную (16-20 мас.% от общей навески окалины), порошок первичного алюминия по стехиометрии, известь обожженную (36-52 мас.% от общей навески извести) для связывания образующегося глинозема в гексаалюминат кальция, стараясь держать колошник закрытым небольшим слоем шихты. При этом токовую нагрузку поддерживают в пределах 3-5 кА, чтобы не допускать местных перегревов расплава и уменьшить улет оксидов бора, а также чтобы не допустить погружения графитированных электродов в расплав и науглероживания металла. После проплавления основной шихты в горне проплавляют осадительную часть шихты, содержащую оставшуюся часть окалины железной, порошка первичного алюминия и извести обожженной, не допуская вспенивания расплава и сильного дымовыделения. По окончании плавки расплав выдерживается в горне в течение 5-10 минут для окончания восстановительных реакций и осаждения капель металла, а затем сливают в шлаковню для полной кристаллизации продуктов плавки. При этом сначала в шлаковню подливают шлак на высоту 200-250 мм и делают выдержку 3-6 минут для образования шлакового гарнисажа, после чего сливают оставшийся расплав. После кристаллизации и охлаждения блок с продуктами плавки извлекают из шлаковни, металл отделяют от шлака, чистят и пакуют в готовую продукцию.

Совокупность заявленных существенных признаков предопределяет решение поставленной задачи по достижению технического результата - создания простого надежного способа получения высококачественного ферробора электропечным алюминотермическим способом без применения кремнийсодержащих восстановителей. Выплавка нескольких плавок в наклоняющемся горне с разливкой продуктов плавки позволяет снизить удельный расход футеровочных материалов и электроэнергии. Реализация способа осуществляется на существующем металлургическом оборудовании с использованием известных доступных сырьевых компонентов.

Для реализации заявленного способа применяют следующие компоненты: ангидрид борный по ТУ 2123-010-49534204-2009, содержащий в форме оксидов, мас.%: B2O3 - 99,8; SiO2 - 0,01; FeO - 0,01; Р - 0,002; С - 0,01; S - 0,005; порошок алюминия первичного по СТО 03-74-11, производимый из алюминия первичного по ГОСТ 11069-2001; известь обожженная по СТО 03-75-11; окалина железная по ГОСТ 2787-75 или ТУ 0781-006-05798700-2006; концентрат плавиковошпатовый по ГОСТ 29219-91 или по ТУ 176952-001-45608905-2001; соль поваренная выварочная без добавок по ТУ 9192-027-00204872-95.

Заявленный способ позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов и режимов приводят к нарушению теплового режима плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей процесса получения конечной продукции.

При длительности плавки под дугами менее 25 минут увеличивается слой непроплавленной шихты на колошнике и возможно науглероживание образующихся капель металла. При длительности плавки под дугами более 40 минут колошник не закрывается слоем шихты, в результате возрастают теплопотери с излучением с поверхности расплава и ухудшаются условия восстановления бора из оксидов и понижается содержание бора в сплаве.

При токовой нагрузке ниже 3 кА возникают трудности с поддержанием стабильного горения электрических дуг и снижается суммарная термичность процесса, ход плавки становится «холодным», ухудшаются условия восстановления бора из оксидов и повышается остаточное содержание оксида бора в шлаке, в результате снижается извлечение бора в металл. При токовой нагрузке более 5 кА могут быть местные перегревы шихты и расплава, что приведет к испарению оксидов бора, возрастает общая термичность процесса, что приводит к «горячему» ходу плавки и разбросу шихты, увеличивается скорость проплавления шихты и количество пылеуноса шихтовых материалов, шлак получается более жидкоподвижный, что может увеличить аварийность при выплавке.

При выдержке расплава в горне перед разливкой менее 5 минут неполностью проходят восстановительные процессы в верхних слоях шлака и ухудшается рафинирующее влияние шлака на химический состав металла, температура расплава, сливаемого в шлаковню, остается высокой, что может увеличить аварийность при выплавке. При выдержке расплава в горне более 10 минут понижается температура сливаемого расплава, что приводит к неполному осаждению капель металла из шлака после разливки в шлаковню, ухудшается разделение фаз на границе шлак-металл, снижается извлечение бора в металл.

При подливе шлака в шлаковню на высоту менее 200 мм высота защитного гарнисажа может оказаться меньше высоты блока металла и возрастает аварийность при выплавке. При подливе шлака в шлаковню на высоту более 250 мм масса подлитого шлака имеет большее теплосодержание, в результате толщина защитного гарнисажа может оказаться меньше необходимой и повышается вероятность прогара гарнисажа и шлаковни после слива металла.

При выдержке для образования шлакового гарнисажа менее 3 минут снижается толщина защитного гарнисажа и возрастает аварийность при выплавке. При выдержке для образования шлакового гарнисажа выше 6 минут на поверхности шлака образуется твердая корка, которую не сразу пробивает струя окончательно сливаемого расплава, в результате часть металла остается в шлаке и не попадает в образующийся слиток, а также может разбрызгиваться из шлаковни в камеру электропечи.

Шихту рассчитывают на 1500 кг борного ангидрида.

При подготовке шихты в смесительный барабан загружают компоненты шихты и тщательно перемешивают между собой. Основная рудно-восстановительная шихта, являющаяся моношихтой, набирается в две части, исходя из объема саморазгружающихся бадей, в которые она выгружается после смешивания, а затем загружается в печной бункер плавильного агрегата. Электропечную алюминотермическую плавку на подготовленной шихте проводят в наклоняющемся плавильном горне с футеровкой подины и стен периклазовым кирпичом.

Вначале в горн на подину загружают запальную часть шихты, и зажигают ее запальной смесью, после наплавления расплава зажигают электрические дуги и затем загружают из печного бункера в плавильный горн по мере проплавления основную шихту в течение 25-40 минут, стараясь держать колошник закрытым слоем шихты. При этом токовую нагрузку поддерживают в пределах 3-5 кА, чтобы не допускать местных перегревов расплава и уменьшить улет оксидов бора. После проплавления основной шихты и отключения дуг в горне проплавляют осадительную часть шихты, не допуская вспенивания расплава и сильного дымовыделения. По окончании плавки расплав выдерживается в горне в течение 5-10 минут для окончания восстановительных реакций и осаждения капель металла, а затем сливают в шлаковню для полной кристаллизации продуктов плавки. При этом сначала в шлаковню подливают шлак на высоту 200-250 мм и делают выдержку 3-6 минут для образования шлакового гарнисажа, после чего сливают оставшийся расплав. После кристаллизации и охлаждения продуктов плавки металл отделяют от шлака и пакуют в готовую продукцию.

Сущность изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.

Пример 1 (прототип по шихте и по способу). Проведена кампания из 4 плавок ферробора по прототипу в футерованном магнезитовым кирпичом тигле, емкостью по шихте 60 кг. Для производства ферробора использовали обожженный ангидрид борный и железную руду низкофосфористую следующего химического состава, мас.%: 95 Fe2O3, 4,2 SiO2, 0,10 С, 0,012 Р, 0,004 Cu. Для получения ферробора масса подготовленной на плавку шихты составила 49 кг. Загружали, зажигали и проплавляли в три стадии (запальную, основную, осадительную) шихту следующего состава, кг(мас.%):

ангидрид борный 15,00 (30,6)
железная руда низкофосфористая 15,60 (31,8)
алюминий 14,05 (28,7)
известь обожженная 4,35 (8,9)

Расход электроэнергии на плавку 14,3 кВт·час.

Плавку ферробора вели с нижним запалом шихты. Длительность плавки под дугами 20 минут. Причем вначале в горн насыпали на подину запальную часть шихты, содержащую железную руду (12,8 мас.% от общей навески железной руды), порошок первичного алюминия по стехиометрии и известь обожженную (13,8 мас.% от общей навески извести), и зажигали ее запальной смесью (магниевая стружка и натриевая селитра), после чего включали электропечь и зажигали дуги, а затем загружали в плавильный тигель по мере проплавления основную шихту, содержащую всю навеску ангидрида борного, железную руду (29,5 мас.% от общей навески железной руды), порошок первичного алюминия по стехиометрии, известь обожженную (50,6 мас.% от общей навески извести). После проплавления основной шихты в тигле проплавляли осадительную часть шихты, содержащую оставшуюся часть железной руды, порошка первичного алюминия и извести обожженной. По окончании плавки расплав выдерживали в тигле до полной кристаллизации продуктов плавки и затем извлекали шлак и металл. Расчетная термичность шихты 651,6 ккал/кг.

Средний химический состав ферробора, мас.%: 21,6 В; 2,23 Si; 0,01 S; 0,050 С; 0,026 Cu; 0,016 Р; остальное железо. В шлаке остаточное содержание, мас.%: 10,5 B2O3; 0,56 SiO2; 73,6 Al2O3; 3,6 FeO; 6,5 CaO; 4,7 MgO.

Пример 2 (заявляемый способ). Проведена кампания из 8 плавок по получению ферробора. Масса подготовленной на плавку шихты составила 5405 кг. Загружали и проплавляли в три стадии (запальную, основную, осадительную) шихту следующего состава, кг(мас.%):

ангидрид борный 1500,00 (27,8)
порошок первичного алюминия 1615,00 (29,9)
известь обожженная с содержанием углерода не более 0,3% 310,00 (5,7)
окалина железная с содержанием меди не более 0,05% 1880,00 (34,8)
плавиковошпатовый концентрат 50,00 (0,9)
соль поваренная выварочная без примесей 50,00 (0,9)

Расчетная термичность шихты 707,1 ккал/кг.

Выплавку производили в электропечи в наклоняющемся плавильном горне, футерованном периклазовым кирпичом. Расход электроэнергии на плавку 1314 кВт·час (1152-1440). После завершения горения плавки расплав выдерживали в горне в течение 8-10 минут для осаждения капель металла и затем после слива части шлака в изложницу на гарнисаж делали выдержку 3-6 мин, после чего производили слив шлака и металла. После полной кристаллизации продуктов блок извлекали из шлаковни, металл отделяли от шлака и замачивали в воде для чистки и упаковки.

Выход ферробора по маркам:

ФБ20 (ГОСТ 14848-69) (Массовая доля, %: В не менее 20, Si не более 2,0, А1 не более 3, С не более 0,05, S не более 0,01, Р не более 0,02, Си не более 0,05) за кампанию составил 100%;

Сравнительные результаты выплавки по известному способу (прототипу) и заявляемому техническому решению приведены в таблице.

Как видно из приведенной таблицы, предлагаемый способ, в отличие известного, позволяет получать ферробор повышенного качества, в частности высшей марки ФБ20, с использованием в качестве флюсующих добавок извести обожженной и концентрата плавиковошпатового и в качестве добавки, способствующей дегазации металла при кристаллизации и улучшающей границу раздела металла и шлака, соли поваренной выварочной. В предлагаемом изобретении найдены оптимальные соотношения массы ангидрида борного, окалины железной, порошка первичного алюминия, извести обожженной, концентрата плавиковошпатового и соли поваренной выварочной с обеспечением нормальной термичности алюминотермической шихты, которая для плавки ферробора алюминотермическим способом должна быть в пределах 700-720 ккал/кг, при необходимой удельной теплоте процесса (с учетом тепла, введенного электрическими дугами) 800-850 ккал/кг.

Оптимизация термодинамических условий протекания восстановительного процесса обеспечивает массовый выход ферробора высшей марки ФБ20.

По окончательной рецептуре при реализации заявленного способа выход высшей марки ферробора по ГОСТ14848 составляет 100% от общего выпуска, в ферроборе марки ФБ20 100% металла имеет содержание бора 20,0-21,9 мас.%. Причем весь металл имеет содержание кремния не более 0,31%, содержание углерода не более 0,040 мас.%, содержание серы 0,005 мас.%.

Использованные источники

1. Рысс М.А. Производство ферросплавов. - М. Металлургия, 1975 С.312-314.

2. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1986, С.44-46.

3. RU, 2242529 С2, 2002 г.

4. Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф. Восстановление окислов металлов 1 алюминия. - М.: Металлургия, 1967, С.195-197.

1. Шихта для электропечного алюминотермического получения ферробора, содержащая ангидрид борный, железосодержащий компонент, известь обожженную, порошок алюминия, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит концентрат плавиковошпатовый и соль поваренную выварочную без примесей, а железосодержащий компонент в виде окалины железной с содержанием меди не более 0,05% при следующем соотношении компонентов, мас.%:

ангидрид борный 27,3-28,1
окалина железная с содержанием меди не более 0,05% 34,4-35,3
известь обожженная с содержанием углерода не более 0,3% 4,8-6,4
порошок первичного алюминия 29,2-30,8
плавиковошпатовый концентрат 0,8-1,0
соль поваренная выварочная без примесей 0,8-1,0

2. Способ электропечного алюминотермического получения ферробора, включающий подготовку, загрузку и последовательное проплавление в плавильном агрегате запальной, основной и осадительной частей шихты по п.1, при этом в качестве плавильного агрегата используют наклоняющийся горн с периклазовой футеровкой, причем начальное наплавление расплава осуществляют путем зажигания запальной части шихты, включающей окалину железную с содержанием меди не более 0,05% в количестве 9,6-12 мас.% от общей навески окалины, порошок первичного алюминия по стехиометрии и известь обожженную с содержанием углерода не более 0,3% в количестве 15-26 мас.% от общей навески извести, затем зажигают электрические дуги и при токовой нагрузке 3-5 кА в течение 25-40 мин по мере проплавления проводят порционную загрузку основной части шихты, включающей ангидрид борный, концентрат плавиковошпатовый, соль поваренную выварочную без примесей - все навески, окалину железную с содержанием меди не более 0,05% в количестве 16-20 мас.% от общей навески окалины, порошок первичного алюминия по стехиометрии и известь обожженную в количестве 36-52 мас.% от общей навески извести, а после проплавления основной части шихты и отключения электрических дуг в горн загружают и проплавляют осадительную часть шихты, включающую оставшиеся навески окалины железной, порошка первичного алюминия и извести обожженной, причем по окончании плавки расплав выдерживают в течение 5-10 мин в горне до полного осаждения капель металла, после чего в шлаковую чашу на высоту 200-250 мм сливают часть шлака, наводят шлаковый гарнисаж на стенки шлаковни, в которую сливают оставшийся расплав для окончательной кристаллизации продуктов плавки, полученный блок ферробора извлекают из шлаковни и очищают от шлака.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к металлургии производства ферротитана, содержащего титана 28-40 мас.%, востребованной в промышленности для производства сварочных электродов, для легирования конструкционных, нержавеющих, жаропрочных сталей.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для алюминотермического получения ферромолибдена. Предложена шихта, мас.%: молибденовый концентрат 38,5-39,8, железный порошок 16,3-17,0, алюминий 14,3-14,8, известь 26,1-26,4, клинкер высокоглиноземистый молотый 3,1-3,4.
Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству кремнистых ферросплавов углетермическим восстановлением. В способе осуществляют регулирование шихтового, электрического и электродного режимов ее работы путем изменения количества углерода в шихте, при этом осуществляют одновременно следующие операции: выжигание подового гарниссажа путем погружения в ванну печи электродов с рабочими тиглями до околоподового пространства, при уменьшении подачи избыточного углерода в шихту вплоть до достижения стехиометрического его количества и ликвидации шихтовой электропроводности при наращивании дуговой электропроводности до 100%, и выпускают металл из печи при одновременном контроле всех упомянутых режимов.
Изобретение относится к области металлургии, а именно к области получения и использования литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали для тяжелонагруженных штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, а также штампов для твердо-жидкой штамповки сплавов на основе меди.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для рафинирования от титана сталей и сплавов на железной основе, в частности для рафинирования ферросплавов хрома с различным содержанием углерода.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к алюминотермическому получению ферромолибдена. .

Изобретение относится к внепечному производству чистых металлов и сплавов в оксидных металлотермических процессах, в частности алюминотермических, протекающих за счет выделения тепла в химических реакциях восстановления металлов из оксидов или концентратов.
Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве азотированной ванадийсодержащей лигатуры, применяемой при выплавке различных марок сталей, например конструкционных, инструментальных и сталей с особыми свойствами.
Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при выплавке высокоуглеродистого ферромарганца. .
Изобретение относится к металлургии, в частности к способам переработки печных отвальных никелевых шлаков для получения товарного ферроникеля и литейного чугуна марок Л1-Л6. Предварительно просушенный печной отвальный никелевый шлак смешивают с углеродсодержащим восстановителем в количестве 3-10% от массы шлака, полученную смесь расплавляют в факельной печи и после расплавления упомянутой смеси производят выпуск из печи ферроникеля, содержащего более 5% никеля, в ковш, после окончания выпуска для десульфурации в ковш вводят железо-магниевую лигатуру в количестве, необходимом для обеспечения допустимого содержания серы в ферроникеле, затем на оставленный в печи шлак добавляют углеродсодержащий восстановитель в количестве 10-20% от массы шлака и производят последующее его расплавление с получением литейного чугуна марок Л1-Л6. Изобретение позволяет комплексно и безотходно перерабатывать отвальные никелевые шлаки с получением трех товарных продуктов - ферроникеля, литейного чугуна и клинкера. 1 табл.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к электротермическому способу получения кремния и кремнистых сортов ферросплавов в руднотермических печах. При получении технического кремния используется шихта, включающая кварцит, древесный уголь, нефтяной кокс, каменный уголь, древесную щепу, и карбид кремния на нитридной связке в следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцит - 42,7-50,3; древесный уголь - 2,7-5,1; нефтяной кокс - 1,6-3,0; каменный уголь - 13,3-24,9; древесная щепа - 6,1-10,4; карбид кремния на нитридной связке - 6,2-33,5. В качестве карбида кремния на нитридной связке могут использоваться карбидокремниевые плиты, применяемые для футеровки ванн электролизеров для получения алюминия. Техническим результатом изобретения является снижение потерь получаемого кремния за счет уменьшения образующегося в процессе выплавки монооксида, что приводит к снижению расхода сырья и технологической электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 4 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционной коррозионно-стойкой криогенной аустенитной высокопрочной свариваемой стали, предназначенной для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов. Сталь содержит, в мас.%: C 0,05-0,07, Cr 18,0-20,0, Ni 5,0-7,0, Mn 8,0-10,0, Mo 1,4-1,8, Si 0,25-0,35, N 0,25-0,28, Al 0,0015-0,0035, редкоземельные элементы (РЗЭ) 0,005-0,008, Fe и примеси - остальное. В качестве примесей сталь содержит, в мас.%: Cu 0,05, S 0,0025, P 0,010, Sn 0,005, Pb 0,005, Bi 0,005, As 0,005. Обеспечиваются требуемые прочностные характеристики при комнатной температуре, вязкость в области криогенных температур и свариваемость. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов - феррохрома и ферротитана. Способ включает смешивание порошков исходных компонентов шихты, содержащей рудный концентрат и алюминий в качестве восстановителя, инициирование процесса горения, механическое отделение полученного литого ферросплава от шлаков. В шихту дополнительно вводят окислитель в количестве не более 15 мас.%, в качестве которого используют перхлорат щелочного металла, а в состав восстановителя вводят не более 15 мас.% магния или сплава алюминия с магнием, в количестве, достаточном для полного восстановления оксидов из рудных концентратов, причем суммарное содержание восстановителя в шихте составляет не более 30 мас.%, размещают шихту в емкости из графита или нитрида бора, инициирование процесса горения на воздухе с помощью вольфрамовой спирали. Изобретение позволяет снизить энергозатраты при высокой эффективности процесса, себестоимость и время процесса при сохранении высокой степени извлечения и чистоты целевого продукта. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в ферросплавном производстве при производстве низкоуглеродистого феррохрома. В способе в качестве хромсодержащего материала используют хромовый концентрат. Производят завалку в печь металлоотходов, включают печь и после выхода на заданную мощность отключают ее и на образовавшийся металлический расплав загружают всю шихту сразу в виде гомогенезированной смеси с размером частиц 0,1-3,0 мм при соотношении компонентов в смеси, (%): хромовый концентрат : известь : ферросилиций - (40-47):(47-43):(13-10), соответственно, расплавление упомянутой смеси за счет теплового эффекта экзотермических реакций силикотермического восстановления хрома и железа кремнием ферросилиция без включения электрических дуг, затем включают электрические дуги и проводят доводку шлака с помощью присадок ферросилиция и извести. Изобретение позволяет гарантированно получать высокое содержание хрома в расплаве и регулировать его содержание, сократить расход электроэнергии в 2,5-3 раза, снизить длительность плавки на 20-30 мин, а также снизить содержание углерода и кремния в сплаве. 1 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при производстве ферромолибдена с содержанием меди 0,5% из низкосортного молибденита с высоким содержанием меди. В способе осуществляют добавление железа и металлического алюминия в молибденит с содержанием меди 0,5-10% и их смешивание, реагирование смеси в нагревателе при температуре 1100-2000°С в атмосфере газообразного аргона и естественное охлаждение расплава при температуре окружающей среды после окончания реакции с получением ферромолибдена с содержанием меди менее 0,5 мас.%. Изобретение позволяет уменьшить расход восстановителя - алюминия за счет прямого восстановления без процесса окисления, используя молибденит с высоким содержанием меди. 5 з.п. ф-лы, 2 ил., 2 табл., 6 пр.
Изобретение относится к переработке шлаков при выполнении доменной плавки титаномагнетитовых концентратов. В шлаковую чашу доменной печи подают полученный в процессе доменной плавки титаномагнетитовых концентратов жидкий горячий доменный шлак, содержащий двуокись титана TiO2 и глинозем Al2O3, подают восстановитель и флюс, из полученного расплава проводят восстановление железа, титана и кремния и сливают шлак. В качестве восстановителя используют ферроалюминий или металлический алюминий, утяжеленный железом, или смесь ферроалюминия с металлическим алюминием, утяжеленным железом, с плотностью в интервале от значения плотности жидкого доменного шлака до 5,5 кг/дм3 и содержанием металлического алюминия в количестве, превышающем в (0,6÷2,5) раза стехиометрическое количество металлического алюминия. Обеспечивается повышение степени извлечения титана из исходного доменного шлака, снижение затрат энергии на извлечение титана, снижение расхода алюминия в составе восстановителя при получении сплава железа, титана и кремния, попутное получение конечного шлака с содержанием глинозема не менее 35 мас.% в виде клинкера для производства глиноземистых цементов. 6 з.п. ф-лы, 1 пр.

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов. В способе перед загрузкой шихтовой смеси на подину печи задают смесь периклазового порошка и борной кислоты, взятых в соотношении 1:(0,01-0,05) и в количестве 0,06-0,30 от массы выплавляемого сплава, при этом восстановительный период плавки проводят при содержании алюминия в жидком полупродукте 5-15%, а соотношение пентоксида ванадия и извести в шихтовой смеси вначале на восстановительном периоде плавки составляет 1:(0,15-0,30), затем на рафинировочном периоде 1:(0,31-0,40), при этом рафинировочная смесь дополнительно содержит алюминий в количестве 0,02-0,10 от массы пентоксида ванадия. Изобретение позволяет повысить извлечение ванадия на 0,5-1,6%, снизить расход алюминия на 0,6-1,7% и огнеупоров на 15-20%, увеличить производительность на 13-20% и улучшить качество сплава. 2 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству ферросиликомарганца в руднотермических электропечах. Шихта в своем составе содержит, мас.%: марганцевое сырье 55-60, флюс 20-25, тощий уголь 15-20, шлак от производства технического кремния или шлак высококремнистого ферросилиция остальное. Изобретение позволяет разработать состав шихты, обладающей большей восстановительной способностью извлечения марганца в сплав. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии, в частности к переработке отвальных никельсодержащих шлаков. Способ получения ферроникеля из отвальных печных шлаков с низким до 0,02-0,03 мас. % содержанием фосфора включает измельчение шлака в количестве 80-95% до фракции менее 5 мм, сушку и обжиг. В конце процесса обжига шлак смешивают с предварительно дробленым ферромарганцем ФМн 88 такой же фракции, взятым в количестве 5-20%. Полученный огарок расплавляют, затем выпускают железистый шлак для дальнейшей переработки, а полученный ферроникель разливают в изложницы. Техническим результатом является получение товарного ферроникеля из отвальных печных шлаков никелевого комбината. 2 табл.
Наверх