способ получения модификатора

Формула изобретения

1. Способ получения модификатора, содержащего редкоземельные и щелочно-земельные металлы, включающий загрузку в печь и проплавление шихты, состоящей из отсева обожженного доломита, оксидов или фторидов редкоземельных металлов, ферросилиция, восстановление металлов и выпуск полученного сплава и шлака из печи, отличающийся тем, что в шихту дополнительно вводят известь и одновременно алюминий в количестве соответственно 20 - 50% и 10 - 30% от массы шихты, расплав выдерживают в отключенной печи и при 1300 - 1450^oC производят выпуск сплава, а шлак выпускают после его повторного нагрева до температуры не более 1500^oC.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что восстановление осуществляют преимущественно алюминием.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед выпуском шлака в печь загружают флюс, в качестве которого используют плавиковый шпат и/или бой натриевого стекла, в количестве 1 - 3% от массы шихты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению комплексных раскислителей-модификаторов для улучшения качества стали и чугуна.

Предлагаемый способ может быть использован на металлургических и машиностроительных заводах для получения модификаторов и обработки ими стали и чугуна.

Известный способ получения модификатора, содержащего редкоземельные и щелочноземельные металлы, включает проплавление шихты, состоящей из отсева обожженного доломита, оксидов или фторидов редкоземельных металлов и ферросилиция [1].

В соответствии с указанным способом восстановление металлов осуществляется кремнием ферросилиция. Недостатком способа является относительно низкое (20-22%) извлечение металлов.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому эффекту является способ получения модификатора, содержащего редкоземельные и щелочноземельные металлы, включающий проплавление шихты, восстановление металлов, добавку отходов алюминия при 1300-1400^oC и выпуск полученного сплава и шлака [2].

В соответствии с указанным способом восстановление металлов осуществляют преимущественно кремнием ферросилиция, а температура сплава и шлака при выпуске составляет соответственно 1600-1660^oC и 1510-1570^oC.

Недостатком способа является относительно высокая температура сплава и шлака при выпуске. Это приводит к большим потерям восстановленных металлов, в частности магния и кальция, путем испарения вследствие их низкой температуры кипения, равной соответственно 1090^oC и 1484^oC. Указанный недостаток усугубляется одновременным выпуском сплава и шлака, имеющих близкую плотность и, следовательно, неблагоприятные условия их разделения при затвердевании.

Задачей предлагаемого способа является создание энерго- и ресурсосберегающего способа получения модификатора, обеспечивающего высокий выход годного продукта при относительно низком расходе электроэнергии. Поставленный технический результат достигается тем, что в способе получения модификатора, содержащего редкоземельные и щелочноземельные металлы, включающем проплавление шихты, состоящей из отсева обожженного доломита, оксидов или фторидов редкоземельных металлов и ферросилиция, восстановление металлов и выпуск полученного сплава и шлака, согласно изобретению в шихту дополнительно вводят известь и одновременно алюминий в количестве соответственно 20-50% и 10-30% от массы шихты, расплав выдерживают в отключенной печи и при 1300-1450^oC производят выпуск сплава, а шлак выпускают после его повторного нагрева до температуры не более 1500^oC. При этом перед выпуском шлака в печь могут загружать флюс, в качестве которого используют плавиковый шпат и/или бой натриевого стекла, в количестве 1-3% от массы шихты, а восстановление осуществляют преимущественно алюминием.

В случае превышения верхнего предела количества извести в шихте (более 50%) уменьшается скорость проплавления шихты вследствие высокой температуры плавления высокоосновного шлака, что уменьшит производительность печи.

Уменьшение количества извести в шихте ниже нижнего предела (менее 20%) приведет к увеличению вязкости шлака вследствие относительно высокого содержания в нем оксида магния, снижению содержания кальция в сплаве и ухудшению качества модификатора.

Увеличение количества алюминия в шихте более 30% приведет к повышению вязкости шлака, ухудшению условий разделения сплава и шлака и снижению выхода годного сплава.

Уменьшение количества алюминия в шихте менее 10% приведет к преимущественному восстановлению металлов кремнием ферросилиция и образованию тугоплавкого шлака системы CaO-SiO₂, уменьшению производительности печи и увеличению расхода электроэнергии. Кроме того, уменьшение количества алюминия в шихте менее 10% приведет к снижению содержания алюминия в сплаве, повышению температуры плавления сплава, т.е. к ухудшению его потребительских свойств.

Увеличение температуры расплава в печи перед выпуском сплава более 1450^oC приведет к частичному или полному сливу шлака вместе со сплавом, их перемешиванию и снижению выхода годного сплава.

Нижний предел температуры расплава в печи (1300^oC) перед выпуском сплава обусловлен тем, что дальнейшее снижение температуры приведет к неполному сливу сплава из печи вследствие того, что температура его кристаллизации составляет 1000-1200^oC и при температуре менее 1300^oC существенно увеличивается его вязкость.

Увеличение температуры шлака более 1500^oC нецелесообразно, поскольку преимущественное восстановление металлов алюминием и дополнительное введение в шихту извести позволяет получить легкоплавкий шлак системы CaO-Al₂O₃, температура плавления которого при равном содержании CaO и Al₂O₃ в нем примерно равна 1600^oC. Кроме того, при температуре более 1500^oC известь взаимодействует с углеродом графитового тигля с образованием карбида кальция, что приведет к уменьшению содержания кальция в сплаве и снижению стойкости тигля.

Загрузка в печь флюса перед выпуском шлака снижает температуру плавления шлака, что ускорит подготовку шлака к выпуску и повысит производительность печи.

Увеличение количества флюса более 3% от массы шихты приведет к повышению ее стоимости и ухудшению условий труда рабочих вследствие интенсификации пылегазовых выделений.

Нижний предел количества флюса (1%) обусловлен тем, что при дальнейшем уменьшении количества флюса увеличится вязкость шлака. Это приведет к снижению производительности печи и увеличению расхода электроэнергии.

Предлагаемый способ получения модификатора включает загрузку в печь шихты, состоящей из отсева обожженного доломита, оксидов или фторидов редкоземельных металлов, ферросилиция, извести и алюминия, ее проплавление, восстановление металлов преимущественно алюминием, выдержку расплава в отключенной печи, выпуск сплава, повторный нагрев шлака и его выпуск.

Способ согласно изобретению осуществляют следующим образом. В нагретый до 1500^oC графитовый тигель загружают шихту, заполняя весь внутренний объем тигля. После проплавления шихты и образования расплава осуществляют выдержку расплава при отключенном питании печи, понижая его температуру до 1300-1450^oC. Это приведет к увеличению вязкости шлака, что позволит слить из тигля сплав, а шлак оставить в тигле. Оставшийся в тигле шлак нагревают до 1500^oC без загрузки или с загрузкой флюса и производят слив шлака.

В отличие от известного способа, в котором восстановление металлов осуществляют преимущественно кремнием ферросилиция, добавку алюминия в печь производят после проплавления шихты при 1300-1400^oC и сплав выпускают из печи при 1600-1660^oC одновременно со шлаком, в предлагаемом способе в шихту дополнительно вводят известь и одновременно алюминий, что позволяет осуществить восстановление металлов преимущественно алюминием, уменьшить температуру сплава при выпуске до 1300-1450^oC, а шлака - не более 1500^oC. Относительно низкая температура сплава и шлака при выпуске и раздельный выпуск резко снизят потери активных металлов сплава путем их испарения и окисления кислородом воздуха, а также вследствие лучшего разделения сплава и шлака при выпуске.

Пример. Для проведения сравнительных испытаний известного и предложенного способов оценивали продолжительность плавки и выход годного модификатора. Модификатор выплавили в графитовом тигле индукционной печи ИСТ-0,05 по известному и предложенному способам. Результаты испытаний приведены в таблице.

Из данных таблицы следует, что при получении модификатора предлагаемым способом продолжительность плавки уменьшается на 25-42%, а выход годного продукта увеличивается на 2-7% по сравнению с известным способом.

Указанные особенности предложенного способа обеспечивают экономию электроэнергии и шихтовых материалов, высокий выход годного продукта и его более высокое качество в сравнении с известным способом.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР N 461964, кл. C 22 C 33/00, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР N 949011, кл. C 22 C 33/04, 1982.