Шихта для выплавки ферросиликоалюминия

Авторы патента:

Владельцы патента RU 2621537:

Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И.П. Бардина" (ФГУП "ЦНИИчермет им. И.П. Бардина") (RU)

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составу шихты для выплавки ферросиликоалюминия, полученного из некондиционного сырья - глиноземных бокситов и применяемого для комплексного раскисления стали. Шихта содержит, мас.%: глиноземные бокситы 31,0-41,0, кварцит 35,0-45,0, коксик 23,0-25,0. Изобретение позволяет повысить чистоту ферросиликоалюминия по нежелательным примесям цветных металлов и снизить его себестоимость за счет исключения металлической составляющей из состава шихты без снижения содержания алюминия в полученном сплаве. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составу шихты для выплавки ферросиликоалюминия, полученного из некондиционного сырья (глиноземных бокситов) и применяемого для комплексного раскисления стали.

Известна шихта [1] для выплавки ферросиликоалюминия, состоящая из агломерата, полученного из боксита Тургайского месторождения Казахстана (Al₂O₃ - 57,6; SiO₂ - 8,9; СаО - 1,5; MgO - 0,8; FeO - 12,7; Fe₂O₃ - 13,0; TiO₂ - 2,5; С - 1,0; S - 0,003%), передельного ферросилиция марки ФС65, кварцита и коксика при следующем соотношении компонентов в колоше, кг:

Агломерированный боксит	100
Ферросилиций ФС65	180
Кварцит	40
Коксик	58

Недостатком данного состава шихты является использование предварительно полученных агломерированных бокситов и дорогого высокопроцентного ферросилиция. Химический состав получаемого сплава (47% Si; 10% Al; 40% Fe) не соответствует требуемому составу ферросиликоалюминия из-за повышенного количества кремния и пониженного алюминия.

Известна шихта [2] для выплавки ферросиликоалюминия, состоящая из углистых пород Экибастузского бассейна.

Шихта имела следующее соотношение компонентов, кг:

Высокозольные отходы угля	100
Кварцит	20-50
Железная стружка	5-20

Высокозольные отходы обогащения углей Экибастузского месторождения содержат 49-74% золы, 12-18%) летучих, 3-8% влаги и 14-35% твердого углерода. Содержание компонентов в минеральной части углей колеблется в следующих пределах, %: SiO₂ 62-66; Аl₂O₃ 30-33; СаО 0,5-1; MgO 0,2-0,8; FeO 2,0-4,0; Ρ 0,05-0,14. В шихту вводят дополнительно кварцит и небольшое количество стальной стружки.

Недостатком использования данной шихты является непостоянство содержания в угле количества золы, и как следствие, соотношения SiO₂ и Аl₂O₃, что приводит к необходимости систематической корректировки состава шихты по кварциту, а для изменения состава сплава - по железной стружке.

В качестве прототипа взята шихта [3] для выплавки ферросиликоалюминия, содержащая кварцит, коксик, железную стружку и отвальные каменноугольные породы (50-62% SiO₂: 30-55% Аl₂O₃; 1,0-1,2% Fe₂O₃; 0,3-1,3% СаО; 0,8-1,1% MgO; 1,0-1,4% ТiO₂; 0,05-0,2% Р; 0,36-1,2%) S), взятые в следующих соотношениях, мас.%:

Кварцит	16-30
Коксик	6-20
Металлическая составляющая	4-20
Отвальные каменноугольные породы	44-60

Недостатком известного состава шихты являются значительные колебания содержания золы в каменноугольных породах. Также недостатком известного состава шихты является колебание в золе каменноугольных пород соотношения SiO₂ и Аl₂O₃, то есть колебания соотношения восстановителя и восстанавливаемых элементов, что требует регулярной корректировки состава шихты по кварциту, а для изменения состава сплава - по металлической составляющей.

Задачей настоящего изобретения является разработка принципиально нового состава шихты, позволяющего перерабатывать дешевые некондиционные материалы, а также исключить из состава шихты для производства ферросиликоалюминия металлическую составляющую.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чистоты ферросиликоалюминия по нежелательным примесям цветных металлов и снижение его себестоимости за счет исключения металлической составляющей из состава шихты без снижения содержания алюминия в полученном сплаве.

Технический результат достигается тем, что шихта для выплавки ферросиликоалюминия в дуговых электропечах, содержащая кремнезем-глиноземсодержащий материал, коксик и кварцит, согласно изобретению, в качестве кремнезем-глиноземсодержащего материала содержит глиноземные бокситы в следующем соотношении, мас.%:

Глиноземные бокситы	31,0-41,0
Кварцит	35,0-45,0
Коксик	23,0-25,0

Также технический результат достигается тем, что глиноземные бокситы содержат, % мас: 49,0-60,0 Аl₂O₃, 16,0-30,0 SiO₂, 1,5-3,8 СаО, 7,0-15,0 Fe₂O₃, 1,0-3,5 MgO, 2,0-5,0 ТiO₂, 0,5-3,7, Cr₂O₃, 0,01-0,25 SO₃, 0,01-0,25 P₂O₅.

Сущность изобретения заключается в том, что на основе расчетов и лабораторных экспериментов в малых и полупромышленных объемах была предложена и опробована шихта для получения ферросиликоалюминия, содержащая новый компонент - глиноземные бокситы, вместе с кварцитом и металлургическим коксиком.

Предлагаемая шихта в отличие от известной (прототипа) не содержит в своем составе металлической составляющей, что позволяет снизить себестоимость получаемого сплава и его чистоту по нежелательным примесям цветных металлов. Также глиноземные бокситы отличаются от отвальных углей стабильностью химического состава, что не требует постоянной корректировки шихты по восстановителю и кварциту. Кроме того используемый в составе предлагаемой шихты глиноземный боксит Иксинского месторождения является отходом от добычи высококачественных бокситов с высоким кремниевым модулем (Al₂O₃/SiO₂>5) и соответственно реализуется по низкой цене. Запасы глиноземных бокситов оцениваются в 260 млн т.

Предлагаемая шихта позволяет получать сплавы по содержанию железа, кремния и алюминия, отвечающие требованиям ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009.

Лабораторными экспериментами были определены коэффициенты распределения алюминия, кремния и железа между металлом и шлаком при различных температурах. Средний состав применяемого некондиционного глиноземного боксита, мас. %: 54,5 Аl₂O₃, 23,0 SiO₂, 2,65 СаО, 11,0 Fe₂O₃, 2,3 MgO, 3,5 TiO₂, 2,1 Сr₂O₃, 0,1 SO₃, 0,1 P₂O₅.

Показано, что при металлотермической плавке железо на 98%, а кремний на 75%, восстанавливаются и переходят в сплав. Переход алюминия в металл составляет около 15-20%, остальное его количество переходит в шлак. На степень перехода алюминия в сплав влияет соотношение в шихте SiO₂/Al₂O₃ (максимальное извлечение алюминия в металл осуществляется при соотношении SiO₂/Al₂O₃=2,5-3,5).

Граничные значения компонентов шихты определяются содержанием компонентов получаемого сплава по ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009. Применение глиноземных бокситов в количестве 31,0-41,0 мас. % и кварцита в количестве 35,0-45,0 мас. % обусловлено обеспечением необходимого соотношения кремнезема к глинозему в шихтовой смеси для достижения максимальной степени восстановления алюминия и кремния из глиноземных бокситов в металл.

Применение коксика в заявленных количествах (23,0-25,0 мас. %) обусловлено обеспечением необходимого количества восстановителя для практически полного (до 98%) восстановления железа в выплавляемый ферросиликоалюминий и обеспечения небольшого (в пределах 5% от стехиометрически необходимого) недостатка коксика для восстановления кремния и алюминия, с целью предотвращения образования карбидов кремния и алюминия, засоряющих ферросиликоалюминий и способствующих его рассыпанию после охлаждения.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

На базе экспериментального комплекса ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» проведены крупные лабораторные плавки (см. табл.) с получением комплексных алюминиевых ферросплавов различного состава на дуговой электропечи с трансформатором мощностью 100 кВА. Шихту получали смешиванием всех ее компонентов и последующим брикетированием для улучшения газопроницаемости слоя шихты и снижения улета шихты при выплавке. Состав шихты и основные показатели испытаний представлены в таблице. Состав глиноземных бокситов приведен выше.

Из данных таблицы следует, что при выплавке ферросиликоалюминия на известной шихте [3] (*прототип) получаемый сплав имеет достаточное содержание алюминия, равное 13%, и высокое содержание кремния (62%), однако при использовании этого варианта шихты невозможно добиться содержания примесей менее 4%, без применения дорогостоящей, чистой по примесям цветных металлов металлической составляющей.

В варианте 2 не удалось получить сплав ферросиликоалюминия, отвечающий требованиям ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009 как по содержанию Al (5% вместо минимально необходимых 7,5%), так и по содержанию Si (35% вместо минимально необходимых 40%), а содержание примесей составило 7%. По варианту 3 был получен ферросиликоалюминий по содержанию Al (9%) и Si (47%), в пределах ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009, кроме того содержание примесей составило всего 3%.

По вариантам шихты 4 и 5 удалось добиться наилучших результатов по содержанию Al (12 и 13% соответственно), достаточного по ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009 содержания Si (40 и 42% соответственно), а также низкого содержания примесей в полученном ферросиликоалюминии (2 и 3% соответственно). По варианту 6 получен ферросиликоалюминий по содержанию Al (8%) и Si (45%), в пределах ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009; содержание примесей составило 3%. В варианте 7 не удалось получить сплав отвечающий требованиям ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009 как по содержанию Al (6% вместо минимально необходимых 7,5%), так и по содержанию Si (37% вместо минимально необходимых 40%); содержание примесей составило 4%.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый состав шихты позволяет получать ферросиликоалюминий марок ФС45А10 и ФС45А15, которые в настоящее время пользуются спросом у сталеплавильщиков российских и зарубежных предприятий.

Предлагаемый компонент шихты - глиноземные бокситы Иксинского месторождения, ранее не применялись при получении ферросиликоалюминия. Эти бокситы, являясь отходом добычи высококачественных бокситов с высоким кремниевым модулем (Al₂O₃/SiO₂>5), производятся в крупных объемах и имеют низкую отпускную цену.

Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается благодаря применению дешевых некондиционных глиноземных бокситов Иксинского месторождения.

Источники информации

1. Друинский М.И., Жучков В.И. Получение комплексных ферросплавов из минерального сырья Казахстана. - Алма-Ата: Наука, 1988. - С. 136-167.

2. Разработка и освоение технологии получения ферросиликоалюминия. С. Байсанов, М. Толымбеков, А. Жарменов, Б. Амургалинов // "Физико-химические и технологические вопросы металлургического производства Казахстана". Сб. трудов Химико-металлургического института им. Ж. Абишева. - Алматы, "Искандер", книга 1, 2002. С. 41-52.

3. Авторское свидетельство СССР №481650, кл. С22С 33/00, 1975 - прототип.

1. Шихта для выплавки ферросиликоалюминия в дуговых электропечах, содержащая кремнезем-глиноземсодержащий материал, коксик и кварцит, отличающаяся тем, что в качестве кремнезем-глиноземсодержащего материала она содержит глиноземные бокситы при следующем соотношении компонентов, мас. %:

Глиноземные бокситы	31,0-41,0
Кварцит	35,0-45,0
Коксик	23,0-25,0

2. Шихта по п. 1, отличающаяся тем, что глиноземные бокситы содержат, мас. %: 49,0-60,0 Al₂O₃, 16,0-30,0 SiO₂, 1,5-3,8 CaO, 7,0-15,0 Fe₂O₃, 1,0-3,5 MgO, 2,0-5,0 TiO₂, 0,5-3,7 Cr₂O₃, 0,01-0,25 SO₃, 0,01-0,25 P₂O₅.

Изобретение относится к алюминотермическому получению ферротитана, содержащего 28-40 мас.% титана. Шихта содержит концентрат ильменитовый, содержащий 59-65 мас.% TiO2, дробленый электропечной титаносодержащий шлак, содержащий 54-59 мас.% TiO2, дробленый шлак производства ферротитана, содержащий 17-21 мас.% TiO2, алюминий вторичный, известь с содержанием углерода не более 0,3%, окалину железную, ферросилиций 65%-ный и стальной лом.

Способ получения литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали // 2605017

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали для изготовления литых штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки.

Способ повышения степени восстановления при выплавке ферросплава // 2600788

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при выплавке ферросплава, используемого для изготовления нержавеющей стали. Хромитовый концентрат подают совместно с никельсодержащим сырьевым материалом, так что посредством подаваемого количества никельсодержащего сырьевого материала достигают требуемой степени восстановления металлических компонентов ферросплава, при этом по меньшей мере одну часть никельсодержащего сырьевого материала подают в плавильную печь в составе гранул, получаемых из хромитового концентрата, и по меньшей мере одну часть никельсодержащего сырьевого материала предварительно обрабатывают отдельно от гранул хромитового концентрата перед подачей в плавильную печь.

Способ производства низкоуглеродистого феррохрома // 2590742

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве низкоуглеродистых сортов феррохрома. В способе используют шихту в виде гомогенезированной смеси измельченных материалов при соотношении (%): хромового концентрата, извести и ферросилиция 75% (45-44):(40-44):(15-12) соответственно, производят выпуск феррохрома из электропечи при содержании углерода 0,08-0,20% и его вакуум-кислородное обезуглероживание в ковше до содержания углерода 0,03-0,01%.

Способ производства ванадийсодержащего шлака, пригодного для получения из него напрямую товарного феррованадия // 2588926

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве богатых ванадийсодержащих шлаков и товарного феррованадия. В способе осуществляют заливку ванадиевого низкокремнистого чугуна в дуговую сталеплавильную печь, нагревают чугун до температуры деванадации 1421-1470°C, по результатам анализа шлака производят постепенную порционную присадку окалины в количестве 4-8% от массы чугуна и соды (Na2 CO3) в количестве 7-10% от массы шлака, дополнительно вводят углерод с поддержанием в шлаке содержания FeO 10-15% и соотношения (Na2O)/(V2O5) в пределах 0,3-0,5 и при достижении в шлаке отношения V/Fe=1,3-2,3 процесс деванадации чугуна заканчивают, выпускают шлак, содержащий 27-32% V2O5, при этом в процессе деванадации до самого выпуска осуществляют непрерывное глубинное перемешивание металла аргоном или азотом через дно или через погружные фурмы с удельной интенсивностью 0,01-0,03 м3/(т·мин).

Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная свариваемая сталь и способ ее получения // 2585899

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционных аустенитных сталей для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов.

Электродная паста с углеводородной основой для электродов в графите без связующего вещества // 2572823

Изобретение относится к электродной пасте неметаллического типа для получения самоспекающихся электродов Седерберга, которые не являются источником реакции углеродного восстановления, для электротермического производства в печи с погруженной дугой ферросплавов.

Способ получения ферроникеля из отвальных печных никельсодержащих шлаков // 2571012

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.

Шихта для выплавки ферросиликомарганца в руднотермической электропечи // 2567412

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.

Способ получения феррованадия // 2567085

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.

Способ получения лигатуры ванадий-марганец-кремний // 2633678

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов. Восстановительную плавку проводят поэтапно, при этом вначале 10-60% от общего количества обогащенного ванадиевого шлака, необходимого на восстановительную плавку, проплавляют совместно с углеродистым восстановителем в соотношении 1:(0,1-0,3), затем, после образования металлической ванны, 85-98% от оставшейся части ванадиевого шлака проплавляют совместно с углеродистым восстановителем, алюминием и известью в соотношении 1:(0,02-0,09):(0,3-0,7):(0,3-0,5) и завершают процесс проплавлением шихтовой смеси, содержащей ванадиевый шлак, алюминий и известь в соотношении 1:(0,7-3,5):(0,7-3,5). После завершения восстановительного процесса обедненный по ванадию шлак скачивают и проводят рафинирование, причем рафинировочная смесь дополнительно содержит алюминий при соотношении шлака, алюминия и извести 1:(0,01-0,06):(0,1-0,6). Изобретение позволяет повысить извлечение ванадия на 2-3%, более эффективно использовать углеродистый восстановитель и снизить за счет этого расход алюминия на 8-12%, а также увеличить стойкость футеровки и улучшить качество получаемого слитка. 2 з.п. ф-лы, 2 табл.

Способ пирометаллургической переработки окисленной никелевой руды // 2639396

Изобретение относится к металлургии, в частности к процессу пирометаллургической переработки окисленных никелевых руд с получением ферроникеля и чугуна. Способ включает загрузку окисленной никелевой руды совместно с флюсующими добавками и углеродсодержащим материалом, взятым в количестве 1,0-1,1 от стехиометрически необходимого для частичной металлизации никеля и восстановления железа до двухвалентного состояния, в печь металлизации, нагрев шихты до температуры на 50°C ниже температуры начала ее размягчения за счет тепла газов, получаемых в котле-утилизаторе, подачу нагретой шихты в трехзонную печь, в которой происходит расплавление металлизованной шихты в зоне плавления за счет тепла, поступающего от сжигания природного газа в кислороде с коэффициентом расхода окислителя α=0,8-0,9. Полученный расплав поступает в зону барботажа для обработки путем вдувания через фурмы газа-восстановителя, нагретого плазмой до температуры, обеспечивающей температуру расплава 1500-1600°C, и химическим составом, соответствующим составу продуктов сгорания природного газа в кислороде с коэффициентом расхода окислителя α=0,5-0,6, с разделением полученного ферроникеля и шлака, затем шлаковый расплав восстанавливают углеродистым восстановителем в зоне получения металла-полупродукта путем плавки в жидкой ванне, при этом дожигание отходящих газов зоны барботажа и зоны получения металла-полупродукта осуществляют в плавильной зоне, а охлаждение их до температур, требуемых в печи металлизации, - в котле-утилизаторе. Изобретение позволяет получить ферроникель, содержащий более 70% никеля и металла-полупродукта для получения стали. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ получения продукта на основе расплавленного хрома с высоким содержанием углерода из содержащего хром и углерод материала // 2639741

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения продукта на основе расплавленного хрома с высоким содержанием углерода из содержащего хром и углерод материала. В способе осуществляют непрерывное введение брикетов или окатышей на основе хрома непосредственно в электрический плавильный аппарат, нагревание и плавление брикетов или окатышей на основе хрома с образованием расплавленного хрома с высоким содержанием углерода, предупреждение окисления расплавленного хрома с высоким содержанием углерода посредством минимизации доступа кислородсодержащего газа на указанной стадии нагревания, науглероживание расплавленного хрома с высоким содержанием углерода с образованием расплавленного металлизированного хрома с высоким содержанием углерода, очистку расплавленного металлизированного хрома с высоким содержанием углерода посредством восстановления оксидов кремния до кремния и десульфуризацию расплавленного металлизированного хрома с высоким содержанием углерода с получением продукта на основе расплавленного хрома с высоким содержанием углерода и регулирование уровня кремния в электрическом плавильном аппарате посредством добавления углерода в электрический плавильный аппарат, при этом часть углерода добавляют в электрический плавильный аппарат в составе брикетов или окатышей на основе хрома через печь для предварительного восстановления, а дополнительный углерод добавляют в электрический плавильный аппарат из источника, отличного от брикетов или окатышей на основе хрома и печи для предварительного восстановления, и выгрузку готового продукта. Изобретение позволяет получить расплавленный хромуглеродный продукт с концентрацией углерода 4-12 %. 20 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ и шихта для получения азотированного силикомарганца в дуговой руднотермической электропечи // 2644637

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к электротермическому получению металлов и сплавов в дуговых рудно-термических электропечах и может быть использовано в производстве марганцевых и хромистых ферросплавов. Способ включает подготовку и загрузку в печь марганцевой руды и/или марганцевого концентрата и восстановительной смеси, восстановительную плавку и азотирование. В качестве восстановительной смеси используют кварцит, доломит, кокс и/или каменный уголь и отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие нитрид кремния, при этом восстановительную плавку и азотирование проводят одновременно. Используют отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие до 70% карбида кремния и до 26% нитрида кремния. Шихта содержит, мас.%: марганцевая руда и/или марганцевый концентрат 54,1-62,5; кварцит до 9,9; кокс и/или каменный уголь до 6,8; доломит 5,4-6,2; отходы карбидокремниевой футеровки 23,8-31,2. Изобретение позволяет увеличить степень восстановления марганца в сплав и снизить содержание марганца в шлаке и одновременно вести азотирование силикомарганца. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 пр.