способ получения углеродистого феррохрома

Формула изобретения

Способ получения углеродистого феррохрома, включающий загрузку в электропечь шихты, содержащей хромитовое сырье, кокс и кварцевый флюс, и углетермическое восстановление окислов хрома и железа из хромитового сырья, отличающийся тем, что в шихту вводят шунгит в количестве, необходимом для замены 3-30% углерода кокса углеродом шунгита и частичной замены кварцевого флюса в шихте.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к выплавке ферросплавов, и может быть использовано при получении из хромитового сырья высокоуглеродистого и передельного феррохрома.

Известен способ получения ферросилиция в доменной печи из шихты, содержащей железорудные материалы, кокс, флюс и шунгит с соотношением углерода и двуокиси кремния 0,25-0,6 в количестве 16-50% (патент РФ № 2112072, МПК6 С 22 С 33/04).

Известен способ получения ферросплавов в электропечи с использованием шунгита в качестве комплексного восстановителя и кремнийсодержащего флюса (а.с. СССР № 429101, МКИ С 21 С 7/00). Шихта состоит из 18 кг чугуна и 40 кг шунгита. В результате плавки получают ферросилиций с 45% кремния.

Перечисленные способы направлены на получение ферросплавов со значительным содержанием кремния и не могут быть использованы для производства феррохрома из хромитового сырья, содержащего не менее 65% хрома и кремний в количестве, не превышающем 10%.

Наиболее близким по технической сущности является способ восстановительной плавки хромитового сырья совместно с коксом и, при необходимости, кварцитом в электропечах при температуре 1640-1700С с получением марочных высокоуглеродистого или передельного феррохромов (Рысс М. А. Производство ферросплавов. - М.:Металлургия, 1985, с.199, - 241 с.).

В процессе плавки хромитового сырья на феррохром в него извлекается около 92% хрома и 95% железа. Кроме того, в связи с особенностью ведения восстановительной плавки в электропечи при высокой температуре неизбежно восстановление 3-7% кремния с переводом его в феррохром. Расход кокса определяется содержанием в исходном сырье хрома и железа. При переработке хромитовой руды с содержанием 25% окиси хрома и 8,5% железа расход кокса на восстановление хрома и железа составляет 12% к массе сырья. Плавка более богатого сырья с 38,6% окиси хрома и 9,5% железа требует расхода кокса на уровне 17,5%. При плавке хромитового сырья с содержанием 46% окиси хрома и 12% железа расход кокса должен быть увеличен до 21% к массе хромитового сырья.

Обычно при плавке хромитового сырья по диаграмме плавкости системы SiО₂-Al₂O₃-MgO рассчитывают состав шлака, имеющего температуру плавления на 100С выше температуры плавления феррохрома, т.е. 1640-1700С. С этой целью в шихту при необходимости вводят кремнеземистые флюсы, какими в большинстве случаев являются кварциты. Их расход в зависимости от химического состава хромитового сырья может достигать 20% и выше. Указанная необходимость возникает при относительно низком содержании окислов магния и алюминия в исходном сырье. Основным недостатком углетермического способа получения феррохрома в электропечи является значительный расход дорогостоящего металлургического кокса, необходимый для восстановления окислов хрома и железа исходного сырья и получения феррохрома требуемого состава.

Задачей изобретения является разработка технологии получения феррохрома при снижении расхода дорогостоящего восстановителя. Техническим результатом, достигаемым изобретением, является получение углеродистого феррохрома требуемого состава при замене части кокса на шунгит.

Технический результат достигается тем, что в способе получения углеродистого феррохрома, включающем загрузку в электропечь шихты, содержащей хромитовое сырье, кокс и кварцевый флюс, и углетермическое восстановление окислов хрома и железа, согласно изобретению, в шихту вводят шунгит в количестве, необходимом для замены 3-30% углерода кокса углеродом шунгита и частичной замены кварцевого флюса в шихте.

Химический состав шунгита представлен в таблице 1. Шунгит характеризуется наличием углерода в количестве 28-35% и двуокиси кремния - 55-65%, требуемым для процесса восстановления хрома и железа Дисперсный углерод, содержащийся в шунгите, обладает при температурах углетермического восстановления феррохрома более высокой восстановительной способностью, чем углерод кокса. Специально проведенные лабораторные исследования по политермическому нагреву навесок хромитового концентрата отдельно с шунгитом и с коксом в атмосфере аргона показали, что при температуре 1400С относительное уменьшение массы хромитового концентрата с добавкой шунгита составило 27,5%, тогда как при тех же условиях уменьшение массы концентрата с добавкой кокса - 23%. Это показывает, что при равных условиях степень восстановления окислов хромитового сырья с использованием в качестве восстановителя шунгита выше, чем при использовании кокса. Хромитовые руды содержат наряду с железом и хромом окислы металлов, которые при плавке переходят в шлак. Как видно из таблицы 1, в состав шунгита также входит до 7% шлакообразующих окислов (окиси магния, окиси алюминия и закиси железа). Поэтому при введении значительных количеств шунгита происходит увеличение массы шлака, что приводит к увеличению потерь хрома со шлаками. Экспериментально установлено, что при ограничении количества вводимого шунгита до 30% указанные изменения мало сказываются на технологии процесса и потерях хрома со шлаками. Подача шунгита в количестве менее 3% не вызывает заметного снижения расхода кокса и не дает возможности определить влияние шунгита на процесс восстановления окислов хрома и железа и формирование феррохрома. Состав феррохрома лимитируется по содержанию серы и фосфора, переходящих в сплав из восстановителя. Содержание этих примесей в шунгите (сера - 0,5%, фосфор - 0,01%) и ограничение по количеству вводимого шунгита дают возможность получить феррохром требуемого по этим примесям состава.

Таким образом, в процессе углетермического восстановления хромистого сырья до феррохрома в шихту вводят шунгит в количестве, необходимом для замены 3-30% углерода кокса углеродом шунгита, частично заменяя при этом количество необходимого кварцевого флюса в шихте. Кроме того, благодаря более высокой реакционной способности шунгита при плавке хромитового концентрата с установленным выше относительным расходом шунгита сокращается продолжительность плавки на 3,5-13,0% по сравнению с плавкой концентрата с использованием кокса.

Пример осуществления способа.

Испытания проводились на базе дуговой двухэлектродной укрупненно-лабораторной печи института Гипроникель емкостью 25 кг и лабораторной индукционной печи. Для опытов применяли крупнокусковой и мелкозернистый концентраты, полученные при обогащении руды Сопчеозерского месторождения (табл.1). Кроме того, в плавках использовали металлургический кокс и шунгит, состав последнего также приведен в таблице 1.

Результаты плавок концентрата в лабораторной индукционной печи в графитовых тиглях при температуре 1770С с использованием только кокса и кокса совместно с шунгитом приведены в табл. 2.

Результаты плавок концентрата в дуговой электропечи МДП приведены в табл. 3. В этих плавках в качестве восстановителя использовали либо только кокс, либо совместно кокс с шунгитом, где количество шунгита в пересчете на чистый углерод и количество углерода только в коксе остается неизменной величиной.

Ориентирование технологии выплавки передельного и высокоуглеродистого феррохрома из хромитового сырья с заменой 3-30% долей углерода кокса на аналогичное по углероду количество шунгита обеспечивает как снижение расхода дефицитного металлургического кокса на более дешевый шунгит, так и сокращение продолжительности плавки на 3,5-13,0%.