способ получения низкоуглеродистого феррохрома

Формула изобретения

Способ получения низкоуглеродистого феррохрома, включающий выплавку рудноизвесткового расплава и заливку его в ковши, подачу в первый ковш шихтовых компонентов в виде хромсодержащих рудных материалов и кремнистого восстановителя, подачу во второй ковш шихтовых компонентов в виде кремнистого восстановителя и твердой добавки, состоящей из хромитовой руды и извести, смешивание содержимого двух ковшей, отличающийся тем, что на рудноизвестковый расплав в первом ковше задают металлические хромсодержащие отходы собственного производства в количестве 1-5% от массы рудноизвесткового расплава в первом ковше, а подачу хромсодержащих рудных материалов и кремнистого восстановителя осуществляют в количествах, обеспечивающих получение легкоплавкого шлака с основностью 1,5-1,9 и с содержанием Al ₂O₃ 4-8 мас.% и металла с содержанием кремния 1,5-8 мас.%, причем соотношение шихтовых компонентов второго ковша подбирают таким образом, чтобы после их смешивания с металлом первого ковша основность получаемого шлака составляла 1,7-2,0, а после смешивания содержимого двух ковшей шлакометаллический расплав подвергают дополнительным переливам из ковша в ковш от 2 до 5 раз.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к производству ферросплавов, и может быть использовано для получения низкоуглеродистого феррохрома методом смешения.

Известен способ получения низкоуглеродистого феррохрома, который включает в себя две стадии: на первой стадии производят смешение рудноизвесткового расплава и промежуточного ферросиликохрома с получением готового феррохрома и бедного промежуточного шлака, который на второй стадии смешивают с богатым ферросиликохромом, получаемым шлаковым методом. Продуктами на второй стадии являются отвальный шлак и промежуточный ферросиликохром [Гасик M.И., Лякишев Н.П. Теория и технология электрометаллургии ферросплавов: Учебник для вузов. - М.: СП Интермет Инжиниринг, 1999. - 764 с.].

Основным недостатком данного способа является получение самораспадающихся отвальных шлаков (из-за наличия в шлаке несвязанного MgO, который выпадает в виде периклаза), что приводит к значительному увеличению объема шлака при разложении и негативному воздействию на окружающую среду.

В качестве прототипа принят наиболее близкий по технологической сущности к заявляемому способ получения низкоуглеродистого феррохрома, который включает в себя подачу в первый ковш с рудноизвестковым расплавом хроморудных материалов и кремнистого восстановителя в количествах, обеспечивающих получение шлака с основностью (CaO+MgO)/SiO₂=1,5-1,9 и содержание кремния в металле 1,5-8 мас.%, затем перелив этого металла во второй ковш со шлаком и металлом, полученным путем смешивания рудноизвесткового расплава с кремнистым восстановителем и твердой добавкой [А.с. 1258843. Бобкова О.С., Топтыгин A.M., Барсегян В.В. и др. Способ производства низкоуглеродистого феррохрома. Патентообладатель: Центральный ордена Трудового Красного Знамени НИИ черной металлургии им. И.П.Бардина. Опубл. 23.09.1986, Бюл. № 35 (прототип)].

Преимуществом данного способа является возможность получения застабилизированных (не рассыпающихся) отвальных шлаков, снижение энерго- и материалоемкости процесса. Основными недостатками этого способа являются низкое извлечение хрома в металл из-за высокого остаточного содержания Cr₂ O₃ в отвальном шлаке (более 9 мас.%) и низкая производительность из-за образования толстого слоя гарнисажа в ковше из неразлагающегося тугоплавкого шлака.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа получения низкоуглеродистого феррохрома, позволяющего повысить извлечение хрома в металл и увеличить производительность плавильного оборудования при получении застабилизированных (не рассыпающихся) отвальных шлаков.

Техническим результатом настоящего изобретения является:

- повышение извлечения хрома в феррохром за счет снижения остаточного содержание Cr₂O₃ в отвальном шлаке из-за получения более легкоплавких шлаков заданной основности с содержанием 4-8 мас.% Al₂O₃, дополнительного перемешивания за счет переливов из ковша в ковш (от 2 до 5 раз) и ввода в состав шихтовых материалов металлических хромсодержащих отходов собственного производства;

- увеличение стойкости футеровки ковшей из-за получения легкоплавких шлаков заданного состава и, как следствие, образования тонкого ровного слоя шлакового гарнисажа на стенках ковшей.

Поставленная задача решается тем, что в отличие от прототипа, включающего подачу в первый ковш с рудноизвестковым расплавом хроморудных материалов и кремнистого восстановителя в количествах, обеспечивающих получение шлака с основностью 1,5-1,9 и содержание кремния в металле 1,5-8 мас.%, затем перелив этого металла во второй ковш со шлаком и металлом, полученным путем смешивания рудноизвесткового расплава с кремнистым восстановителем и твердой добавкой, в предложенном способе в состав шихтовых материалов первого ковша входят металлические хромсодержащие отходы собственного производства в количестве 1-5% от массы рудноизвесткового расплава; в получаемом шлаке дополнительно содержится 4-8 мас.% Al₂O₃ ; соотношение шихтовых компонентов второго ковша подбирают таким образом, чтобы после их смешения основность получаемого шлака составляла 1,7-2,0; после смешивания компонентов двух ковшей расплав подвергают дополнительным переливам из ковша в ковш еще от 2 до 5 раз.

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый способ получения низкоуглеродистого феррохрома позволяет создавать условия, необходимые для получения методом смешения низкоуглеродистого феррохрома заданного состава и застабилизированного шлака при увеличении извлечении хрома в металл на 5-7 мас.% и увеличении производительности на 3-5% за счет увеличения стойкости ковшей. Предлагаемый способ получения ферросплава позволяет также вовлечь в переработку металлические хромсодержащие отходы собственного производства.

В состав шихтовых материалов первого ковша вводят металлические хромсодержащие отходы собственного производства в количестве 1-5 мас.% от массы рудноизвесткового расплава первого ковша с целью утилизации отходов. Ввод твердой добавки становится возможным из-за получения более легкоплавкого шлака заданной основности с содержанием 4-8 мас.% Al₂ O₃. Ввод менее 1% отходов нецелесообразен из-за неполного использования тепла экзотермических реакций и чрезмерного перегрева расплава. Увеличение количества в составе шихты отходов собственного производства более 5 мас.% недопустимо из-за чрезмерного снижения температуры перемешиваемых расплавов, что приводит к образованию толстого слоя гарнисажа, невозможности дальнейших переливов металла из ковша в ковш, резкому снижению извлечения хрома в металл и застыванию расплавов в ковше.

Содержание в шлаке 4-8 мас.% Al₂O₃ является достаточным для получения легкоплавких шлаков. Снижение содержания Al₂ O₃ менее 4 мас.% приводит к образованию более тугоплавких шлаков и, как следствие, к быстрому зарастанию стенок ковшей толстым слоем гарнисажа, что приводит к снижению стойкости футеровок ковшей и снижению производительности плавильного оборудования. Повышение содержания Al₂O₃ более 8 мас.% нецелесообразно, так как на первых стадиях приводит к необоснованному увеличению материалоемкости процесса, а при дальнейшем увеличении Al₂O₃ к получению тугоплавких шлаков.

Соотношение шихтовых компонентов второго ковша подбирают таким образом, чтобы после их смешения с содержимым первого ковша основность получаемого шлака составляла 1,7-2,0. При уменьшении основности шлака менее 1,7 равновесие реакции окисления кремния и его перехода в шлак смещается в обратную стороны, что приводит к недовосстановлению хрома в металлическую фазу и, как следствие, низкому извлечению хрома в ферросплав. Поддержание основности шлака второго ковша более 2,0 нецелесообразно, так как при этом уменьшается вес рудной добавки в ковше, что приводит к повышению энергоемкости процесса и снижению производительности.

После смешивания компонентов двух ковшей расплав подвергают дополнительным переливам из ковша в ковш еще от 2 до 5 раз. При количестве переливов менее 2 раз, извлечение хрома в металл снижается. Увеличение количества переливов более 5 раз нецелесообразно, так как степень извлечения хрома почти не увеличивается, а производительность процесса снижается.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Заявляемый способ получения низкоуглеродистого феррохрома был опробован во втором цехе ОАО «Серовский завод ферросплавов».

Использовались следующие материалы и оборудование:

1. Хромитовая руда (содержащая, мас.%: 52,3 - Cr₂O₃, 4,9 - SiO₂, 0,4 - CaO, 18,5 - MgO, 7,6 - Al₂ O₃, 13,1 - FeO).

2. Известь (95,7 мас.% CaO).

3. Передельный силикохром (мас.%: 49,1 - Si; 29,6 - Cr; 21,3 - Fe).

4. Металлические хромсодержащие отходы собственного производства, полученные при сепарации шлаков от производства низкоуглеродистого феррохрома (68,5 мас.% Cr).

5. Ковши емкостью 5 м³ в количестве 2 штук.

6. Дуговая электропечь, оснащенная трансформатором мощностью 7 МВА.

Порядок проведения плавок был следующий.

Выплавленный рудноизвестковый расплав 1 плавки выливали в ковш, футерованный магнезитом. В последующем в расплав задавали отходы собственного производства в количестве 1-5% от массы рудноизвесткового расплава.

После установки ковша на реакционный стенд производили заливку жидкого ферросиликохрома. Во время заливки происходила дача твердой добавки, состоящей из хромитовой руды в количестве, необходимом для получения шлака основностью 1,5-1,9.

В дальнейшем для улучшения прохождения процессов восстановления шлакометаллический расплав отставляли.

В ковш с рудноизвестковым расплавом второй плавки, установленный на стенде реактора, во время заливки жидкого ферросиликохрома задавали твердую добавку, состоящую из композиции хромитовой руды и извести в соотношении, позволяющем получить основность шлака при смешении ковшей 1,7-2,0.

После проведения реакции восстановления во втором ковше расплав выливали в ковш с металлом от первой плавки, содержавший, мас.%: 67,5 - Cr, 3,8 - Si, 28,7 - Fe, и производили от 2 до 5 переливов из ковша в ковш.

Полученный металл содержал, мас.%: 70,1 - Cr; 0,7 - Si; 29,2 - Fe и шлак с основностью 1,8.

Полученные в ходе апробирования предлагаемой технологии результаты представлены в таблице.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ получения низкоуглеродистого феррохрома позволяет создавать условия, необходимые для получения методом смешения низкоуглеродистого феррохрома заданного состава и застабилизированного шлака при увеличении извлечении хрома в металл на 6 мас.% и увеличении производительности на 4% по сравнению с прототипом.

Результаты промышленных испытаний предложенного способа производства низкоуглеродистого феррохрома
Основность шлака (CaO+MgO)/SiO2	РИР	ФХС 48, кг	Твердая добавка	Показатели	Примечание
Известь, кг	Хромитовая руда, кг	Известь, кг	Хромитовая руда, кг	Отходы производства, кг	Извлечение хрома, мас.%	Получено, кг Cr
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Прототип
1,55	6200	7800	3902	630	3920	-	90,8	4810
Предлагаемый способ
1,6	6000	7800	3740	600	3220	500	90,3	4870	За пределами формулы
1,85	6000	7800	3400	1000	3000	500	96,1	4990
2,1	6000	7800	3200	900	2800	500	89,3	4540	За пределами формулы