Способ производства низкожелезистого силикокальция
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОУСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ
Союз Советскмк
Соцмвлмстмческмк.Республик (63) Дополмительмое к авт. свмд-ву (22) Заявлено 250978 (21) 2666708/22-02 с лрмсоедмнвммвм заявим М9 (23) Приоритет (51)м. КЛ.З
С 22 С 33/04
Государственный комитет
СССР по делам нзобретеннй . н открытий
Опублмновамо 151180,бюллетень Но 42 (53) УДК 669.168 (088.8) Дата опубликования описания 151180
С.С. Шестаков, М.A. Рысс, Э.Б. Попова, В.М. Гетманчук, В.Н. Гусаров, С.Е. Пигасов, В.A. Холодный, В.И.Лурье и В.С. Волков (72) Авторы изобретения
Челябинский ордена Ленина электрометаллургический комбинат (7! ) Заявитель (54) СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА НИЗКОЖЕЛЕЗИСТОГО
СИЛИКОКАЛЬЦИЯ
Изобретение относится к производству черных металлов, в частности ферросплавов.
Известен способ получения силикокальция путем смешивания жидких рас- э плавов кальцийсодержащего.шлака и
75% ферросилиция с последующей разливкой сплава f1) .
Недостатками известного способа являются большая энергоемкость на по- 1() лучение промежуточных продуктов, низкое использование кальция (20-60%), обусловленное пониженной активностью кремния в железокремниевых сплавах с содержанием железа 30-35%, невозмож- т5 ность получения низкожелезистого си» ликокальция с содержанием кальция
25-30% согласно ГОСТУ 4762-71 (железо ферросилиция усваивается сплавом, чем ограничивает переход кальция, ко- Я торый нерастворим в железе).
Цель изобретения — снижение энергоемкости, увеличение использования кальция .и повышение экономичности процесса. 2S
Цель достигается тем, чт6 соединения кальция, выплавленные углетермическим методом в, виде известково-кар- бидного расплава,.содержащего 30-40% окиси кальция и 60<70% карбида каль-, 30
2 ция, при 1800-1900оС присаживают в ковш со скоростью 250-350 кг/мин на жидкий 90%-ный ферросилиций или кристаллический кремний, нагретый до
1680-1720ос,. в соотношении расплава к восстановителю 1:(0,2-0,3) и после выдержки 20-30 мин сливают силикокаль» ций в изложницы.
Кальций нерастворим в железе. С углеродом он образует прочный карбид
СаС . Теплота образования карб ща кальция из элементов равна
14,1 ккал/моль, Температура плавления
СаС 2300 С. Сродство, кальция к кремнию выше, чем к углероду. С кремни- . ем.кальций образует силициды Ca При наличии избытка кремния состав сплава отвечает эвтектоидной области Е с преобладанием силицида CaSiy, плавящейся в интервале 980-1020 С. В то же время теплоты образования силицидов CaSi è CaSi > из элементов равнозначны и составляют 36ккал/моль. Таким образом, осуществляя контакт карбида кальция с кремнием в жидком состоянии, получают силициды кальция за счет деструкции СаС . 779425 Кремний, разрушая карбид кальция сдвигает равновесие реакции в сторо. ну более полного усвоения кальция. Для облегчения температурных .и кинетических условий протекания процесса карбид кальция целесообразно использовать в расплаве с окисью кальция. Тем более, что в системе СаО-СаС существует сравнительно легкоплавкая область с температурным . интервалом 1600-1700 С, отвечающая примерному составу, вес.%: СаО 30-40, СаС 60-70. Наличие окиси кальция в сйстеме также способствует образора)нию силицидов кальция за счет взаимЬдействия 2Ca0 + 3Si 2CaSi + Si0Z, продукт которого (двуокись кремния) 15 в свою очередь повышает полноту суммарного .процесса, разрушая карбиды кальция и кремния по реакциям: CaC +Si02 = CaSi+200-169600 кал. 2SiC+Si0g = 3Si+2C0-211500 кал. ;щ Суммарный процесс получения низкожелеэистого силикокальция из карбид"йо-извеСткового расплава путем смешения с ферросилицием 90% Si или кристаллическим кремнием можно описать уравнениями вида: (СаС 5СаО)+(ЬБ ) =(5GQ5i)i(CQО 9 О,)+2СОФ() (CQC SCQO)i(65i) =(3Ca5 -Избыточная окись кальция и двуокись кремния — продукт реакций при содержании 35-55% СаО и 65-45% О образуют легкоплавкий шлак, плавящийся в интервале 1450-1550 С. о Согласно термохимическим расчетам реакций (1) и (2) взаимодействия расплава карбида кальция и окиси кальция с жидким кремнием удельная теплота этого процесса при 18800С и степени восстановления кальция их окиси кальция 20% составляет величину в преде- 40 лах 700-900 ккал/кг, что обеспечивает самопроизвольное развитие реакций. Выбранные интервалы температур являются оптимальными, так как обеспечивают максимальное использование 45 кальция. При температуре восстановителя ниже 1680 С происходит нежелательное охлаждение расплава СаС -СаО, повышение температуры выше 1720 С приводит к потерям восстановленного каль-у ция со шлаком. Температура расплава СаС2-СаО определена гб опытным данным . Нижний предел обеспечивает полный слив расплава иэ печи в ковш, повышать верхний предел нецелесообразно по экономическим соображениям. Заливка расплава со скоростью ме нее 250 кг/мин ухудшает условия перемешивания фаз и замедляет развитие процесса, при превышении скорости вы- 60 ше 350 кг/мин процесс интенсифиццй-" руется, однако с выбросами расплава; В соответствии с условиями осуществления процесса найден предел расхода восстановителя на тонну рас- 65 плава. Состав сплава, удовлетворяющий требования ГОСТа, получается при расходе восстановителя не менее 0,2 и не более 0,3 от веса расплава. Полученный сплав силицидов кальция с кремнием имеет плотность меньшую (2,2-2,4 г/см ), чем шлак (2,6 2,8 г/см ),и по завершении процесса скапливается над шлаком, а затем сливается в изложницу. Поскольку плотность ферросилиция ФС90 (2,5 г/см, à S i 2,2 г/cM ) меньше плотности известково-карбидного расплава (2,7 г/cM ), процесс смешения целесообразно проводить путем заливки шлакового расплава в жидкий ферросилиций. Разделение -металла и шлака заканчивается не ранее, чем через 20 мин, выдержка более 30.мин уже не повышает степень разделения. Пример 1. В печи мощностью 1200 кВА проводят углетермические плавки известково-карбидного расплава. Состав колошы шихты, кг: известь 200, металлургический коксик 100, древесный уголь 20. Плавки ведут на рабочем напряжении 115 В. При расходе электроэнер гии 3700 кВт ч/т из шихты указанного состава получают 1260 кг известково-карбидного расплава, при разложенки 1 кг которого выделяется 230 л ацетилена, что отвечает содержанию в раснлаве 65% СаС . Известково-карбидный расплав перед выпуском нагревают до 1850 С. Параллельно в индукционной .печи ОКБ-281 в тигле из графита расплавляют 250 кг ферросилиция с содержанием кремния 93,4%, алюминия 0,60%, остаЛьное железо. Расплавленный и нагретый до 1720 С ФС 90 сливают в ковш емкостью 0,55 м, футерованный графитовой плиткой. Ковш с жидким ферросилицием помещают под летку печи 1200 ко,. куда производят выпуск известково-карбидного расплава, нагретого до 18500С (соотношение 1:0,20) . Слив ведут через очко копильника со средней скоростью 254 кг/мин, что " обеспечивает достаточно активный и одновременно безопасный, беэ выбросов ход взаимодействия компонентов. После 20-ти минутной выдержки расплавов в, ковше образовавшийся наверху слой жидкого силикокальция слили. в чугунную изложницу. В результате получено 200 -3tr металла состава, вес %: Са 34 9; Fe 5 7; А1 О 51.; С. 0,36, кремний — остальное, который отвечает требованиям ГОСТа 4762-71 для низкожелезистого силикокальция марки СКЗО. Использование кальция иэ расйлава СаО-СаС составляет 76%, суммарный расход электроэнергии цри получении. СКЗО таким процессом достигает примерно 15 тыс.кВт ч/т против 779425 ВНЛИПИ .Заказ 7967 37 Ти аж 694 Подписное Филиал ППП "Патент", r. Ужгород,ул.Проектная,4 1с тыс; кВт ч/т при углетермическом способе производства силикокальция. Пример 2. Описанным в приме ре 1 способом получают 1200 кг известково-карбидного расплава, нагревают до 2000 С и со скоростью 370400 кг/мин сливают в нагретый до 1700 С фрерросилиций ФС90 известного состава, взятого в количестве 250 кг (соотношение компонентов 1:0,21). Реакция взаимодействия в таких условиях протекает бурно с выбросами из .ковша. После 25 мин выдержки расплавов в ковше производится слив металла. В.целом получено 107 кг низкожелезистого силикокальция состава, !5 вес.Ъ: Са 28,9 ; Fe 6,16; С 0,41; А1 0,46 кремний — остальное. Использование кальция из расплава составляет 40,5%, расхОд электроэнергии 15500 кВт ч/т. 20 Пример 3. Известкбво-карбидный расплав в количестве 1240 кг.при 1650ОС, выплавленный описанным в примере 1 способом, сливают со скоростью 210-230 кг/мин в ковш на ферросилиций ФС90 при 1700ОС в количестве 250 кг (соотношенне компонентов 1:0,21). После 30 мин выдержки производят слив металла. В данных усло-: виях процесс характеризуется медлен- ным ходом взаимодействия, практически не завершает разделение фаз "металл-шлак" иэ-эа того, что высокая вязкость "холодного" известково-карбидного расплава, слитого на предел температуры плавления, приводит к его затвердеванию в ковше. Металлообразование силикокальция при такой скорости слива и указанной температуре не получает заметного развития. Ю Пример 4. (Плавка по известному способу). В стационарной электропечи мощностью 1200 кВа расплавляют исходную шихту, составленную из расчета получения шлака с .активностью оки- 45 си кальция, близкой к единице, состава, вес.Ъ: СаО 64,18; Ai 0 18,72; S i 0g 11,75; 890. 5, 35. . йри расходе электроэнергии 1500 кВт ч/т шлак указанного состава в количестве 1210 кг сливают в нагретый ковш емкостью 0,55 w>, футерованиый магнеэитовым кирпичом. Температура шлака на выпуске составляет 1670 . Жидкий ферросилиций состава, вес.В: Si 72,72; АI 6,04; же- 55 лезо — остальное, получают параллель- но в открытой индукционной печи ОКБ-281 в количестве 250 кг. Нагретый до 1700 С ферросилиций с добавкой 6,04% AG сливают в кальцийсодержащий шлак, что обеспечивает развитие взаимодействия расплавов. В результате получей сплав состава, вес.Ф: Са 13,26; Ai 3,25; Fe 14,60; Si — остальное — в количестве 186 кг, который не соответствует требованиям ГОСТа 4762-71 для низкожелезистого силикокальция аркй СКЗО. Использование кальция иэ шлака составляет 47,5%, что существенно ниже, чем по предлагаемому способу. По известному способу использование кальция из окиси кальция шлакового расплава составляет 20-50%, а суммарный расход электроэнергии (вместе с электроэнергией на производство восстановителя ФС-75) достигает 82008500. кВт/ч на 1 баз. т сплава марки СК15, содержащего 15% кальция и до 25% железа, что в пересчете на СК30 будет составлять 16500-17000 кВ т/ч. Применив эти значения использования Са из окиси кальция для нашего примера (приняли 20%), можно оценить суммарное использование кальция из 2-и компонентов расплава — карбида и окиси кальция (оно составляет примерно 76%). При этом суммарный расход электроэнергии на 1т 30%-ного силикотермического снликокальция с низким содержанием железа составит около 15000 кВ т/ч, если принять ее удельный расход на производств0 ФС9011500 кВт ч/т, а на производство карбида кальция — 2800 кВт ч/т (данные промышленного производства на крупных электропечах типа PKO 16,5). Повышение извлечения кальция и снижение расхода электроэнергии обеспечивает повышение технико-экономичес= — " ких пбказателей, при этом экономическая эффективность применения предлагаемого способа возрастает за счет повышения качества сплава и соответственно его стоимости. формула изобретения Способ производства низкожелезистого силикокальция, включающий смешение жидких расплавов кремнистого восстановителя и соединений кальция и разливку сплава, о т л н ч а ю щ и и с.я тем, что, с целью снижения энергоемкости, увеличения использования кальция и повышения экономичности процесса, соединения кальция, выплавленные углетермическим методом, в виде иэвестковокарбидного расплава, содержащего 30-40% СаО и 60-70% СаС> при 1800-1900 С присаживают в ковш со скоростью 250-350 кг/мин на жидкий 90В-ный ферросилиций или кристаллический, кремний, нагретый до 1680-1720 С, в соотношении расплава к восстановителю 1:(0,2-0,3) и после выдержки 20-30 минут сливают силнкокальций в изложницы. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР 9 287994, кл. С 21 С 7/00, 1963.
