способ выплавки ферроалюминия

Формула изобретения

Способ выплавки ферроалюминия, включающий расплавление в электропечи стальной шихты и расплавление алюминиевых отходов, отличающийся тем, что стальную шихту и алюминиевые отходы одновременно расплавляют в электропечи при температуре 900-1400°С в восстановительной среде углерода, при этом в качестве стальной шихты используют стальной лом и/или железную окалину с содержанием оксида железа не менее 50 мас.%, а алюминиевые отходы содержат металлический алюминий в количестве не менее 10 мас.%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургии и предназначено для получения сплава для раскисления и легирования стали и чугуна.

Известен способ раскисления стали алюминием, утяжеленным чугуном. В алюминиево-чугунной чушке утяжеляющий слой (чугун) размещен в середине чушки, а слой алюминия равномерно распределен по периферии, причем соотношение массы алюминия к массе чугуна находится в пределах 1:(2,5-5,0) (1).

Известен способ производства ферросплавов с заливкой жидкого чугуна на алюминий. Жидкий чугун, полученный в процессе восстановительной плавки железотитановых концентратов, после выпуска из электропечи смешивают с предварительно разогретым до 400-690°С алюминием для получения сплава железа с алюминием переменного состава. Для производства ферроалюминия используют как чушковый алюминий различных марок, так и алюминиевые отходы (2).

Наиболее близким аналогом изобретения является способ выплавки ферроалюминия (3), включающий расплавку в электропечи стальной шихты, которую сразу же после расплавления выпускают в сталеразливочный ковш, в котором находится сплавленный из алюминиевых чушек или алюминиевых отходов сплошной слиток алюминия, имеющий сцепление с футеровкой сталеразливочного ковша. За время выпуска металла в сталеразливочный ковш алюминий не успевает всплыть и растворяется в жидкой стали, образуя таким образом ферроалюминий. Для получения сплавленного слитка алюминиевые чушки или алюминиевые отходы укладывают в сталеразливочный ковш и пламенем магнитной форсунки расплавляют, затем форсунку выключают и дают сплавленному слитку затвердеть.

Предлагаемый способ получения ферроалюминия заключается в расплавлении в электропечи шихты, состоящей из алюминиевых отходов и стального лома и/или железной окалины. Для шихты возможно использование всех видов алюминиевых отходов с содержанием металлического алюминия не менее 10 мас.% и стального лома и/или железной окалины с содержанием оксида железа не менее 50 мас.%. Плавку осуществляют в восстановительной среде углерода при температуре 900-1400°С.

Способ-прототип (3) имеет следующие существенные признаки, совпадающие с существенными признаками предложенного способа: расплавление в электропечи стальной шихты и расплавление алюминиевых отходов.

К недостаткам известного способа-прототипа (3) следует отнести сложность процесса получения ферроалюминия, поскольку по способу-прототипу (3) чушки алюминия или алюминиевые отходы укладывают в сталеразливочный ковш и пламенем магнитной форсунки сплавляют в сплошной слиток, имеющий сцепление с футеровкой ковша.

Кроме того, на стадии сплавления алюминиевых отходов в сталеразливочном ковше возникают потери алюминия. Потери алюминия на угар, например, при плавке толстостенных отходов, в среднем составляют 12 мас.%, а при плавке обрези и стружки - до 30 мас.%.

Как недостаток следует отметить и то, что полученный в способе-прототипе (3) сплавленный из алюминиевых отходов слиток из-за угара алюминия имеет неопределенную массу, что затрудняет его точное дозирование для получения определенного по химическому составу ферроалюминия.

Задачами изобретения являются:

- повышение экономической эффективности процесса получения ферроалюминиевого сплава;

- повышение коэффициента использования алюминия;

- повышение качества получаемого ферроалюминиевого сплава.

Указанные задачи достигаются в результате получения в процессе реализации заявленного способа следующих технических результатов:

- упрощении процесса получения ферроалюминиевого сплава;

- снижении потерь алюминия на угар;

- обеспечении химического состава ферроалюминия в более узких, заданных, пределах.

Технические результаты достигается тем, что в предложенном способе стальную шихту и алюминиевые отходы одновременно расплавляют в электропечи при температуре 900-1400°С в восстановительной среде углерода, при этом в качестве стальной шихты используют стальной лом и/или железную окалину с содержанием оксида железа не менее 50 мас.%, а алюминиевые отходы содержат металлический алюминий не менее 10 мас.%.

Одновременное расплавление в электропечи стальной шихты и алюминиевых отходов позволяет упростить процесс получения ферроалюминиевого сплава.

Наличие в электропечи восстановительной атмосферы во время плавки стальной шихты и алюминиевых отходов позволяет снизить угар алюминия.

Заявленный диапазон температуры плавления шихтовых материалов 900-1400°С определяется количеством железной окалины в стальной шихте. Выбранный диапазон температуры плавления шихтовых материалов позволяет упростить и удешевить процесс получения ферроалюминиевого сплава.

Повышение точности химического состава получаемого ферроалюминия обеспечивается возможностью контроля процессов окисления алюминия и восстановления железа из оксида. Возможность контроля определяется определенным составом стальной шихты, что позволяет варьировать количество необходимого углерода для восстановления железа из оксида.

Предложенный способ осуществляют следующим образом.

В электропечь (дуговую или индукционную) засыпают в необходимой пропорции алюминиевые отходы, стальную шихту в виде стального лома и/или железной окалины и углеродный восстановитель. Если в качестве стальной шихты используют железную окалину, содержащую оксид железа, то необходим дополнительный углеродсодержащий материал для восстановления железа из оксида с учетом некоторого избытка для обеспечения полноты восстановления. Величина избытка углеродсодержащего материала зависит от вида выбранного углеродсодержащего материала и также вида и состояния оксида железа. Для плавки ферроалюминия возможно использование всех видов алюминиевых отходов с содержанием массовой доли металлического алюминия не менее 10% и стального лома и/или железной окалины с содержанием массовой доли оксида железа не менее 50%. Расплавление исходных материалов осуществляют при температуре 900-1400°С. Плавка идет в восстановительной среде углерода. Необходимая среда создается добавлением углеродсодержащих материалов - уголь различных марок, антрацит, графитовый бой - с содержанием углерода не менее 50 мас.%. Расчет шихты для плавки проводят из расчета содержания железа в сплаве от 25 до 75 мас.%. Расчет углеродсодержащего материала выполняют из расчета восстановления железа из оксида с учетом необходимого избытка по углероду. После расплавления исходных материалов и необходимой выдержки для завершения процесса восстановления оксида железа шлак сливают, а сплав железа с алюминием разливают в чугунные изложницы.

Получаемый сплав имеет следующий химический состав: железо от 25 до 75 мас.%, алюминий от 75 до 25 мас.%, примеси - согласно ГОСТ 295-98. Плотность сплава может быть от 3,0 до 6,5 г/см³ в зависимости от соотношения алюминия и железа и определяется потребителем.

Пример осуществления способа.

В качестве шихтовых материалов для производства 1000 кг ферроалюминия с содержанием Fe - 60 мас.% и Аl - 40 мас.% использовали:

- шлак алюминиевого производства с массовой долей алюминия металлического 20% в количестве 2000 кг;

- окалину металлургическую с массовой долей оксида железа (Fе ₃O₄) 50% в количестве 1660 кг;

- уголь - антрацит с зольностью 1,5-2% в количестве 210 кг с учетом 20% избытка.

Исходные шихтовые материалы в указанных количествах были смешаны и запрессованы на валковом прессе с удельным усилием прессования 1,5 т/см² без применения связующего. Объем одного брикета - 65 см³.

Плавку проводили в дуговой рудовосстановительной печи открытого типа. В печь засыпали брикеты и плавили их в течение 45 мин. Далее делали выдержку 15-20 мин и сливали через нижнюю летку полученный сплав при температуре 1220°С в изложницы. Затем сливали шлак через нижнюю летку в шлаковню.

Таким образом, предложенный способ выплавки ферроалюминия по сравнению со способом-прототипом (3) позволяет в результате одновременного расплавления в электропечи стальной шихты и алюминиевых отходов упростить процесс получения ферроалюминия, а также получить сплав с более точным химическим составом. Проведение плавки стальной шихты и алюминиевых отходов в восстановительной среде углерода позволяет снизить угар алюминия до 1-2%.

1. А.с. СССР № 1089147, С 21 С 7/06, приоритет от 18.01.1983 г.

2. А.с. СССР № 260661, С 21 С 7/00, приоритет от 18.10.1965 г.

3. А.с. СССР № 255957, С 21 С 7/00, приоритет от 09.09.1968 г.