губчатое железо

Формула изобретения

Губчатое железо для микролегирования стали и производства ванадиевого шлака, содержащее SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, V₂O₅, P₂O₅, S, C, Fe мет и окислы железа, отличающееся тем, что ингредиенты взяты в следующем соотношении, мас.%:

SiO₂ - 4,4 - 5,4

Al₂O₃ - 3,2 - 3,6

CaO - 1,6 - 2,3

MgO - 3,2 - 3,6

TiO₂ - 3,3 - 3,6

V₂O₅ - 0,7 - 0,9

P₂O₅ - 0,010 - 0,015

Окислы железа - 3,2 - 7,9

S - 0,004 - 0,015

С - 2,0 - 3,5

Fe мет - Остальное

при этом отношение Fe мет/Fe общ и содержание углерода в губчатом железе связаны между собой соотношением Fe мет/Fe общ + 0,057С = 1,03 - 1,17.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для производства стали, микролегированной ванадием, и ванадиевого шлака, применяемого в дальнейшем для производства ферросплавов и лигатур.

Известен состав губчатого железа, используемого для изготовления высокопрочных отливок и получения фосфатных шлаков, и содержащего 0,1 - 0,5% V₂O₅, 0,1 - 0,7% TiO₂, 1,0 - 5,0% P₂O₅, 0,5 - 5,0% C и 25,8 - 99,5 Fe_мет (1).

Недостатком этого губчатого железа является недостаточное для выплавки легированной ванадием стали содержание окислов ванадия. Кроме того, содержание металлического железа изменяется в широком интервале и процесс выплавки стали из губчатого железа с низким содержание железа металлического связан со значительным снижением производительности электропечи.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является губчатое железо, получаемое из неофлюсованных окатышей Качканарского ГОКа, содержащее, мас. %: 65,5 - 70,0 Fe_мет, 11,0 - 14,0 FeO, 1,4 - 2,0 C, 1,5-2,4 CaO, 2,8 - 3,2 MgO, 2,4 - 2,6 TiO₂, 4,2 - 5,5 SiO₂, 2,8 - 3,2 Al₂O₃, 0,7 - 0,8 V₂O₅, 0,010-0,015 P₂O₅, 0,004 -0,006 S, а также окислы железа при отношении железа металлического к общему железу Fe_мет/Fe_общ = 0,84 - 0,91 (2).

Недостатком известного губчатого железа является низкая степень металлизации (Fe_мет/Fe_общ), малое содержание углерода и высокое количество мелких фракций 5-0 мм, достигающее 20%.

Технической задачей изобретения является повышение степени металлизации и выхода товарной продукции (класса выше 5 мм) и увеличение степени усвоения железа и ванадия в процессе выплавки стали в электропечи.

Поставленная задача достигается тем, что в губчатом железе, содержащем SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO, TiO₂, V₂O₅, P₂O₅, S, C, Fe_мет и окислы железа, ингредиенты взяты в следующем соотношении, мас.%:

SiO₂ - 4,4-5,4

Al₂O₃ - 3,2-3,6

CaO - 1,6-2,3

MgO - 3,2-3,6

TiO₂ - 3,3 - 3,7

V₂O₅ - 0,7 - 0,9

P₂O₅ - 0,010-0,015

Окислы Fe - 3,2-7,9

S - 0,004-0,015

C - 2,0 - 3,5

Fe_мет - Остальное

при этом отношение Fe_мет/Fe_общ и содержание углерода в губчатом железе связаны следующим соотношением Fe_мет/Fe_общ + 0,057 C = 1,03 - 1,17.

Предлагаемое губчатое железо отличается от известных составов повышенным содержанием углерода, а также иным количеством амфотерных окислов (TiO₂, Al₂O₃ и MgO), наличие которых в губчатом железе является известным. Однако, предлагаемое количество этих ингредиентов в составе губчатого железа придает ему такие свойства, которые не проявляются в известных решениях. Так, повышенное количество тугоплавких амфотерных окислов предотвращает от разрушения гранулы в низкотемпературных зонах восстановления высших окислов железа с образованием металлического каркаса и, как следствие, обуславливает повышение выхода годного продукта и увеличение степени металлизации. Известно, что в структуре металлизованных окатышей окислы титана представлены микровключениями размером до 5 мкм, равномерно распределенными в зернах восстановленного железа (2, с. 31), которые вступают в реакцию с углеродом (3, с.7 - 12). В данном случае повышенное содержание TiO₂ способствует образованию карбидов титана в больших количествах и увеличению содержания углерода в губчатом железе. Так, увеличение содержания окислов титана до 3,7% позволит получить губчатое железо с повышенным до 3,5% углерода. Другим важным аспектом изобретения является сбалансированное содержание в губчатом железе металлического железа, его окислов, окислов ванадия и углерода. При значении (Fe_мет/Fe_общ + 0,057 C) = 1,03 - 1,17 достигается оптимальная степень усвоения ванадия в процессе плавки губчатого железа, равная 85 - 90%, что позволит получить товарный ванадиевый шлак. При значении этого соотношения меньше 1,03 степень усвоения ванадия снижается и не достигает указанных желаемых 85-90%, а при увеличении соотношения более 1,17 содержание углерода превысит 3,5%, что потребует дополнительной продувки расплава кислородом для доведения стали до оптимального химического состава. Кроме того, повышенное содержание углерода в губчатом железе приведет к выделению слишком большого количества газа в процессе плавки и выплескиванию расплава из печи.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами. Для экспериментальной проверки заявляемого состава были составлены 14 смесей. В соответствии с изобретением в качестве рудной части использовали концентрат Гусево-Горского месторождения, к которому добавляли концентрат Качканарского месторождения в количестве 5 - 10%, что обеспечивает повышение содержания окислов алюминия, титана и магния в смеси. Компоненты смешивали, увлажняли до 8,5 - 9,0% и окомковывали. Полученные окатыши обжигали при температуре 1350 - 1370^oC, регулируя соотношения рудных и шлаковых минералов путем окисления магнетита при подогреве и диссоциации гематита при обжиге. Для сравнения были приготовлены окатыши из концентрата Лебединского ГОКа. Из обожженных окатышей удаляли класс менее 5 мм, а затем загружали их в обжиговую шахтную печь Оскольского электро-металлургического комбината и осуществляли металлизацию при температуре 900^oC восстановительным газом следующего состава, мас.%: H₂ 57,4 - 68,4, CO 22,9 - 36,4, CO₂ 2,0 - 2,5, CH₄ 1,3 - 1,4, H₂O остальное. Окатыши с добавкой концентрата Качканарского ГОКа и окатыши из концентрата Оленегорского ГОКа загружали в разные карманы одного контейнера и металлизовали совместно. Составы губчатого железа и их свойства (степень металлизации - fm, x100%, выход годной продукции - + 5 мм, пористость - П, % и прочность на сжатие - G, кг/окатыш) приведены в таблице. В примере 1 представлен состав и свойства губчатого железа, соответствующего наиболее близкому аналогу и полученного в печи Белорецкого металлургического комбината. Состав и свойства губчатого железа по изобретению представлены в примерах 2-9, 11 и 13, а состав и свойства губчатого железа из концентрата Лебединского ГОКа - в примерах 10, 12 и 14. Сравнение свойств губчатого железа по изобретению и прототипу (пример 1) показывает, что губчатое железо по изобретению имеет существенно большую пористость и степень металлизации, а также повышенный выход годной продукции, не требующей брикетирования перед плавкой в электропечи. Сравнение же свойств губчатого железа по изобретению и губчатого железа из концентрата Оленегорского ГОКа показывает, что несмотря на повышенную пористость, степень металлизации и прочность на сжатие, последнее науглеродилось в меньшей степени, т.к. практически не содержит окислов титана, что снижает степень усвоения ванадия в процессе электроплавки и отрицательно сказывается на качестве товарного ванадиевого шлака.

Процесс прямого легирования стали ванадийсодержащим губчатым железом на Оскольском электро-металлургическом комбинате повышает сквозной коэффициент извлечения ванадия (от руды до стали) до 60 - 63% против 30 - 32% по схеме "руда - феррованадий". Использование предлагаемого губчатого железа позволит получить эффект как при производстве низколегированных сталей, так и при выпуске ферросплавов.

Использованная литература

1. Авторское свидетельство СССР N 872559, C 21 B 13/00, 1981.

2. Ровнушкин В.А. и др. "Бескоксовая переработка титаномагнетитовых руд", под редакцией Братчикова С.Г., М., "Металлургия", 1988. 247 с.

3. Кипарисов С.С. и др., "Карбид титана. Получение, свойства, применение", М., "Металлургия", 1987, 216 с.