Способ обезуглероживания ферросплавов

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К ПА7ЕНУУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 544388 (61) Дополнительный к патенту (22) Заявлено 20.11.72 (21) 1848463/02 (23) Приоритет - (32) 13.01.72 (31) Р 2201388.3 (33) ФРГ (43) Опубликовано 25.01.77. Бюллетень № 3 (45) Дата опубликования описания 25.07.77 (51) M. Кл. С 21 С7/00

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 669.168.3 (088 8) Иностранцы

Фридрих Бройер, Карл Бротцманн, Гюнтер Дудерштадт, Рудольф Фихте и Фритц Штадлер (ФРГ) (72) Авторы изобретения

Иностранная фирма

"Гезельшафт фюр Электрометаллурги мбХ" (ФРГ) (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ФЕРРОСПЛАВОВ

Изобретение касается способа для быстрого обеэуглероживания ферросплавов кислородом;

Классическим способом . рафинирования для уменьшения содержания углерода в высокоуглеродистых ферросплавах является фришевание с рудой такого же вида, причем под ферроспЛавами понимают сплавы, которые, кроме железа, содержат улучшающие свойства стали дополнительные элементы как хром, марганец, ниобий, тантал, ванадий, в количестве предпочтительно больше,чем 40%. При рафинировании феррохрома зто осуществляют, например, окускованной рудой. Таким образом можно углерод фришевать, например, от 7,5 до 2%.

Однако чем больше уменьшают содержание утлерода сплава, тем больше повышается содержание окиси хрома в шлаке, который посредством возвращения в поворотный цикл процесса делают опять пригодным к применению.

При применении кислорода для удаления углерода из ферросплавов обезуглероживание проходит в принципе через промежуточно образующиеся богатые окисью шлаки. Известны два метода проведения способа: двухступенчатый — вдувание кислорода в конвертер сбоку с последовательной эадувкой на поверхность ванны, и одноступенчатый — задув. ка с так называемой трубкой для ввода кислорода.

Двухступенчатый способ дает сравнительно малое содержание углерода, причем в случае необходимости нужна вакуумная последующая обработка в третьей ступени. Необходимая продолжительность продувки вызывает значительные ошлакования сопутствующих элементов, которые составляют, в особености для хрома, от 30 до 80% СгтОз в шлаке. Кроме того, при продувке конвертера

10 сверху наблюдается значительный выброс сплава во время предварительной продувки. Продолжительность продувки указывается посредством нормы обеэуглероживания приблизительно 0,1% в 1 мин.

Известен трехступенчатый способ Вакера имею15 щий неудовлетворительные результаты. Продувка конвертера сверху, имеет только тогда значение, если ее проводят как двухступенчатый способ.

Рекомендуется в первой ступени продувать сверху кислород, а во второй ступени восстанавливать с

20 помощью алюминия полученный шлак, очень богатый окисью хрома. Только таким образом можно работать с удовлетворительными выходами металла.

Известны способы ввода кислорода сверху, которые создают частичное обезуглероживание до сора держания углерода около 5% (1) .

544388

Известны также способы, которыми стали с содержанием хрома до 30% можно обезуглероживать посредством продувки или вдувания кислорода (2)

При таком способе, например, следует газовые пузы-, ри отдельными маленькими пузырями или в виде дисперсии отдельных маленьких пузырей вдувать несколько сантиметров ниже поверхности ванны, Реакция газ-металл является тем эффективнее, чем, меньше поперечный разрез пузырей.

Последние годы на практике применяли новый 1у способ для извлечения из чутуна углерода, а также таких элементов, как кремний, фосфор и сера; При этом способе окисляющий газ необходимо вдувать сбоку или снизу через одно или несколько газовых, сопел с двойными, стенками, причем через их наружньа 1» кожух в расплав с большой скоростью протекает защитная жидкость, например углеводороды. В качестве окисляющих газов служат чистый кислород,, обогащенный кислородом воздух, азот является полезным для соответствующего изготовляемого чр стального сплава или смеси кислорода с инертным газом, например аргоном, или с водяным паром, или с чистой или смешанной с кислородным газом угольной кислотой; Вьп ода этого способа состоит не так в металлургических результатах, как в возможности использования конвертера с данной продувкой без больших затрат для фришевания окисляющими газами посредством вдувания газа под поверхность ванны.

Таким образом, не требуются занимающие мно- чО го места тяжелые приспособления для перемещения вводимых вертикально сверху трубок для продувки ванны металла кислородом, поэтому всю установкуу сталеплавильного завода можно конструировать более низкой и детпевой. : 65

В металлургическом отношении получают более незначительное ошлакцвание, умеренное вьщеление дыма во время продувки, а также хорошую стойкость футеровки конвертера, однако особого улучшения изготовленного по этому способу конечного изделия по сравнению с другими способами продувки не достигают.

Для продувки ферросплавов этот способ не пригоден, так как обычные в торговле ферроспла-, вы, например феррохром или ферромарганец, со- 45 держат существенно меньше железа (10-25%) и компонент сплава в виде стабильных металлокарбидов, В противоположность этому карбид железа является более неустойчивым. При использовании такого способа продувки для ферросплавов надо считаться 50 со значительным ошлакованием металла без видных металлургических выгод, кроме того, температура испарения металлой (хрома и марганца) ниже, температуры железа, поэтому технически удовлетворительное и эконоьическое проведение такога М способа не было обеспечено.

Предлагаемый способ для быстрого обезуглероживания ферросплавов с окисляющими r позволяет избежать нежелательное окисление глав ных компонентов сплава. 60

Это достигается тем, что окисляющий газ (кислород), известными соплами с двойными стенками под поверхность ванны для непосредственной реакции с углеродом, вдувают в расплав с очень большой скоростью, которая составляет по меньшей мере 3 нм /мин (не более 15 нм /мин) на каждую тонну ферросплава, что соответствует скорости обезуглероживания 0,2-1% углерода в 1 мнн.

Во избежание выброса жидкого расплава к окисляющему газу добавляют пылеобразные и/или мелкозернистые частицы твердого вещества, в особенности окислы щелочноземельных металлов, преимущественно мелкую известь. Если работают без добавки частиц твердого вещества, тогда надо считаться с сильным выбросом сплава, который может вызывать потери до 10%, По предлагаемому способу можно целенаправленно выдувать конечные содержания углерода. Подаваемый окисляющий газ, в особености технический чистый кислород, вдувают в количестве приблизительно 15 норм.м 0 на каждую тонну обрабатываемого материала для каждого 1% удаляемого углерода с большой скоростью в течение

1-5 мин на каждый 1% удаления углерода. При соблюдении этих условий продувки углерод быстро окисляется в расплаве. Эксперименты показали, что таким образом можно удалять более чем 0,2% углерода в 1 мин, в противоположность известным способам, при которых обезуглероживание составляет 0,1% в 1 мин. Это объясняется тем, что введенный снизу или сбоку окисляющий газ в сплаве быстро реагирует с углеродом без получения какбго — либо значительного окисления легирующих элементов, в особенности хрома и марганца.

Это является противоположностью процессу обезуглероживания так называемым способом продувки, при котором кислород реагирует прежде всего с легирующим элементом или при выплавке стали с получением: богатого окислами металла шлака, который со своей стороны реагирует с углеродом расплава металла. Кроме того, при известном способе продувки в первом периоде . продувки производят так называемый пенистый шлак, чтобы создать многократно увеличенную поверхность контакта металл-шлак. По предлагаемому способу кислород непосредственно реагирует с углеродом расплава. Кроме того, вдуванием окисляющего газа сбоку или снизу ниже поверхности ванны создается сильное завихрение всего сплава.

Таким образом создается очень большая скорость обезуглероживания и сильно уменьшенное окисление легирующих элементов. В дальнейшем оказалось, что вдувание вместе с окисляющим газом мелких или мелкозернистых частиц твердого вещества, в особенности окислов щелочноземельных металлов, имеет особое значение для неожиданно спокойного хода продувки и для ускоренного обезуглероживания. Мелкие частицы твердого вещества действуют, очевидно, как затравки для образования пузырей окиси углерода, подобно применен544388 ным обычно в химии кусочкам пористого материала для облегчения кипения и отвода газа из жидкости. Вследствие добавки мелких или зернистых частиц твердого вещества значительно облегчаются образование окиси углерода в расплаве и отвод окиси углерода из расплава. Твердые вещества, например мелкая сродственная руда или шлак, вызывают те же самые или подобные эффекты.

Однако щелочноэемельные окиси, в особенности обожженная мелкая известь, являются наиболее р пригодными, так как они одновременно действуют также уегулирующими основность шлака (в е с /о с а О)

1 который должен состав, . (вес 6iO> лять больше чем 1,5. 15

По предлагаемому способу продуваемый ферросплав должен в начале процесса фришевания иметь температуру, которая лежит, по меньшей мере, на 100 С выше соответственной области температуры плавления. Температуру перегрева можно 20 достичь в самой производящей печи или в последовательно подключенной печи (например, индукционной, электрической дутувой) . Кроме того расплав ферросплава можно перегревать в с@мом конвертере продувки, причем находящиеся или 25 добавленные металлы или сплавы имеющие сродство с кислородом, например кремнистый металл, ферросилиций, алюминий, в начале периода продувки окисляют рассчитанным количеством кислорода. Чтобы связывать освобожденный при этом SiO> 30 или А1зОэ, вдувают соответственное количество извести, которое вызывает образование шлака силиката кальция. Эту известь, например, в виде мелкой фракции можно добавлять, например, сверху. Образующийся шлак целесообразно удалять 85 перед собственным процессом продувки для удаления углерода с поверхности ванны, чтобы не сни.зить последующей реакции обезуглероживания н. обеспечить лучшее улетучивание окиси углерода во время процесса продувки. 40

По предлагаемому способу в качестве исходного материала применяют феррохром, содержащий, %: хрома 40 — 80%; углерода до 9%; кремния до

8%, железо — остальное; фосфор и сера — примеси.

Кроме того, в качестве исходного материала 45 может быть применен ферромарганец содержащий, %: марганец 30 — 90%; углерода до 8%; кремния до

8%, железо — остальное; фосфор и сера — примеси. Рабочая температура для феррохрома должна составлять 1650 — 1750 С, для ферромарганца 1450 —; 50

1650 С. Кроме того рабочая температура должна оставаться постоянной, Так как при процессе обеэуглероживания сплава температура повышается, то необходимо ее охлаждать. Для этого к сплаву добавляйт соответствующие твердые охлаждающие 55 материалы, например непродажный оборотный металл такого же рода отходы измельчения слитка сродственная размельченная руда или предварительно восстановленная сродственная руда, например, в виде окатышей или брикетов, а также металлом. g) Высокая рабочая температура требует окончания и продувки в кратчайшее время перевода сплава с этой рабочей температуры на температуру разливки. Это позволяет сберечь футеровку литейной формы и избежать обусловленного слишком долгим бтставанием окисления сплава. Охлаждение ведут путем добавки охлаждающих металлов, например сродственного обратного металла. Кроме того охлаждение можно проводить полностью или частично посредством вдувания инертных газов, например аргона, перерабатывать даже содержащие углерод ферросплавы с содержанием кремния боль ше чем 2%. Было найдено, что можно обезуглероживать даже богатые кремнием сплавы, например феррохром, содержащий 52% Сг, 6% Si и 6%C.

Количество окисляющего газа зависит, в основном от количества подвергаемого фришеванию углерода. Если ферросплав содержит 8% утлерода и содержание углерода необходимо фришевать на 4% в конечном сплаве, тогда для его удаления требуется применять на каждый 1% приблизительно 15 нм кислорода на каждую тонну загружаемого материала, вдуваемого в течение 1-5 мин через одно или несколько сопел с двойной рубашкой. Эти сопла должны при этом иметь по возможности маленький поперечный разрез, чтобы получались большие скорости газа. Для ферромарганца необходимы приблизительно такие же количества окисляющего газа на каждую тону загрузки как при феррохроме.

Если необходимо изготовлять ферросплав с минимальным содержанием утлерода, например меньше чем 0,5% углерода, то целесообразно irpoдувать прежде всего с чистым кислородом и к

4сонцу продувки к кислороду примешивать аргон илй

I слабо окисляющий газ, например угольную кислоту, водяной пар. В результате уменьшается парциальное давление окиси-углерода и достигается дальнейшее обезутлероживание без большого окисления легирующего элемента.

При данном способе образуется очень незначительное количество. шлаков, поэтому рекуперация содержащихся окислов металла не нужна; в известных способах это необходимо для сохранения рентабельности.

Пример 1; Изготовление феррохрома с 4-6% углерода. В дуговой печи перегревают на 1670 С

212 т феррохрома, содержащего 59,7% Cr, 7,27% С, 1,05% Si, 0 03% S, 0,05% Р, (температурная зона образования такого сплава 1400-1450 С) и затем партиями каждый раз 5,5,т в конвертере продувают кислородом. Конвертер футерован магнезитовыми камнями и имеет установленное приблизительно

200 см над днищем сопло с двумя стенками, через наружный кожух которого продувают защитную жидкость — бутан. В каждую загрузку вдувают в течение 6-12 мнн 200 нм кислорода. В начале периода продувки одновременно вдувают 260 кг мелкой извести. Температуру жидкого сплава поддерживают постоянной путем непрерывного добавле544388

Формула изобретения

Составитель P. Зельцер

Редактор T. Фадеева Техред М. Ликович Корректор Б. Югас

Заказ 762/75 Тираж 693 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35; Раушская наб„д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 ния приблизительно 400.кг мелкой фракции феррохрома (необходимо приблизительно 8-10% относительно общей нагрузки), По окончании периода продувки добавляют 250 кг (приблизительно 5% относительно общей загрузки) мелкой фракции феррохрома к легирующему сплаву, который затем непосредственно отливают в футерованную чашу.

Получают всего198 т феррохрома, содержащего, %: Cr 62,3, С 4,9, Si 0,10, $0,015 и P 0,015.

Выход хрома не учитывая мелкой доли, составляет 97фо.

Пример 2. Изготовление феррохрома c 1-2% углерода. Феррохром (65 т) содержащий 59,7% Cr, 7,18% С, 1,49%Si, 003% S и 0;06% P продувают кислородом по примеру 1 партиями каждый раз

5,5 т, после перегревания на 1700-.1750 С. В каждую загрузку вдувают 520 нм кислорода в течение

15-25 мин. Вдувают мелкую известь и добавляют к сплаву приблизительно 20% мелкой фракции феррохрома, Получают всего 57 т феррохрома, содержащего, %: Cr 62,1, С 1,11; Si 0,10, S 0 012, P 0,025.

Выход хрома не учитывая мелкой доли, составляет 91,2%.

Пример 3. Изготовление феррохрома с 0,5% углерода. Феррохрома (33 т) содержащий Cr 59 7%, С 7,8%, Si 1,89%, $0,03% и P 0,06%, продувают кислородом по примеру l партиями каждый раз

5,5 т после перегревания на 1700-1750 С. В каждую загрузку в течение 20-30 мин вдувают 580 им кислорода, По примеру,1 вдувают 350 кг мелкой извести и к сплаву добавляют приблизительно 20% феррохрома, Получают всего 28,5 т феррохрома следующего состава, %: Cr 62,5, С 0,48, Si 0,10, S

0,01, Р0 025:

Выход хрома не учитывая мелкой доли, составляет 90,4%.

Пример 4. Изготовление феррохрома с 1-2% углерода. Ферромарганец (35 т) содержащий 75,7%

Мп, 6 7% С, 0,85% Si, 0,03 S и 0,20% Р, продувают кислородом по примеру 1, партиями каждый раз

5,5 т после перегревания на 1470-1500 С (температурная зона образования такого сплава

1060-1220 С) . В каждую загрузку в течение

15-25 мин вдувают приблизительно 500 нм кислорода, Вдувают 150 кг мелкой извести и во время продувки 500 кг мелкой фракции ферромарганца и после продувки добавляют еще 250 кг мелкой фракции ферромарганца. Получают всего 30 т ферромарганца, содержащего, %: Mn 74,7, С 1,3, Si

0;10, $0,01 и P 0,10. Выход марганца, не учитывая

1ч мелкой доли, составляет 83,9%.

Способ обезуглероживания ферросплавов, фери1 рохрома с содержанием 40-80% хрома и ферромарганца с содержанием 30-90% марганца, заключающийся в нагреве ферросплавов до температуры выше температуры плавления, вдувании кислорода в расплав и вводе твердого охлаждающего агента, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса обезуглероживания и исключени образования шлака, богатого окислами ведущего металла, металл нагревают до 1450-1750 С и вдувают кисло: род 3-15 нм /т сплава на 1% удаляемого углеяп ройа в течение 1-5 мин.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1."Techniscne Mitteiling Krupp Forshungs — Beichte том 21/1963 г., N 4, стр. 123 — 129.

85 2. Авторское свидетельство СССР У 158905, М.Кл. С 21 С 5/00, 1958.