способ получения окатышей для прямого легирования стали марганцем

Формула изобретения

1. Способ получения окатышей для прямого легирования стали марганцем, включающий измельчение компонентов шихты, формирование ядра с добавлением связующего, формирование вокруг ядра оболочки, последующую термообработку, отличающийся тем, что ядро формируют из смеси оксидного марганецсодержащего и алюминийсодержащего материалов, выбранных в соотношении, превышающем стехиометрически необходимый расход алюминия для полного восстановления марганца на 15-20%, оболочку формируют из флюсовой смеси, состоящей из обожженной извести, доломитизированной извести, боксита, криолита, спиртовой барды, а после термообработки на окатыши при температуре 90-100°С наносят слой из смеси жидкого стекла и гашеной извести.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащего материала используют смесь мелкодисперсного алюминия и глинозема, взятых в соотношении (8-10):(3-4).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве алюминийсодержащего материала используют отсевы алюминиево-магниевого дисперсного порошка, состоящие из 50% алюминия и 50% магния.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии, а именно к подготовке сырья для легирования стали марганцем, и может быть использовано при производстве стали методом прямого легирования.

Известен способ получения окатышей для выплавки марганцевых ферросплавов, включающий смешивание марганцевого концентрата, флюса, угля и других добавок, окомкование и накатывание на окатыш слоя коксующегося угля в количестве 10-20% от веса марганцевого концентрата при увлажнении раствором сульфитно-спиртовой барды с удельным весом 1,15-1,30 г/см³, причем соотношение количества угля и раствора сульфитно-спиртовой барды поддерживают равным 1:(0,2-0,3) (SU №905302, кл. С22В 1/24, опубл. 15.02.1982 г.).

Недостатком этого способа является использование коксующегося угля для формирования поверхностного слоя окатыша. При использовании таких окатышей в технологии прямого легирования стали нарушается тепловой режим плавки, так как реакция взаимодействия углерода в составе коксующегося угля с расплавом железа имеет эндотермический характер. Кроме того, отсутствие предварительной термообработки окатыша не позволяет провести предварительное восстановление марганца из концентрата.

Наиболее близким аналогом заявляемого изобретения является способ получения окатышей для прямого легирования стали марганцем, включающий измельчение компонентов шихты, формирование двухслойного ядра из ферросилиция, внутренний слой которого состоит из фракции 1,3 мм, а внешний из фракции 0,001-0,005 мм, с добавлением связующего, формирование вокруг ядра оболочки из марганцово-железистого концентрата, в котором отношение марганца к железу составляет 1,5-2,5 с введением углеродсодержащего материала, последующую термообработку (SU №2033439 С1, кл. С22В 1/24, опубл. 20.04.1995 г.).

Признаки ближайшего аналога, совпадающие с существенными признаками предлагаемого изобретения: измельчение компонентов шихты, формирование ядра с добавлением связующего, формирование вокруг ядра оболочки, последующая термообработка.

Известный способ не обеспечивает достижение требуемого технического результат по следующим причинам.

Формирование вокруг ядра оболочки из марганцово-железистого концентрата и углеродсодержащего материала не предотвращает проникновение влаги в объем окатышей, что приводит к их механическим повреждениям при транспортировке и ухудшению показателей извлечения марганца при их использовании в процессе прямого легирования стали. При попадании окатышей на поверхность или в объем металлического расплава протекает эндотермическая реакция взаимодействия углерода с кислородом оксидов марганца и железа, что приводит к охлаждению зоны реакции и удлинению времени плавления окатышей. В качестве элемента - восстановителя в предлагаемом способе используют ферросилиций, который после взаимодействия с кислородом, содержащимся в оксидном марганецсодержащем материале оболочки, а также в металлическом расплаве, образует тугоплавкий диоксид кремния, который препятствует десульфурации металлического расплава и осложняет восстановление марганца.

В основу изобретения поставлена задача усовершенствования способа получения окатышей для прямого легирования стали марганцем путем оптимизации технологических параметров.

Ожидаемый технический результат - обеспечение высокой десульфурации металлического расплава при сохранении высоких показателей извлечения марганца за счет способности полученных окатышей при попадании на поверхность или в объем металлического расплава одновременно с протеканием восстановительной реакции марганца формировать известково-глиноземистый шлак, обладающий низкой вязкостью при температурах сталеплавильных процессов и высокой серопоглотительной способностью.

Технический результат обеспечивается тем, что в способе получения окатышей для прямого легирования стали марганцем, включающем измельчение компонентов шихты, формирование ядра с добавлением связующего, формирование вокруг ядра оболочки, последующую термообработку, по изобретению ядро формируют из смеси оксидного марганецсодержащего и алюминийсодержащего материалов, выбранных в соотношении, превышающем стехиометрически необходимый расход алюминия на полное восстановление марганца на 15-20%, оболочку формируют из флюсовой смеси, состоящей из обожженной извести, доломитизированной извести, боксита, криолита и спиртовой барды, а после термообработки на окатыши наносят при температуре 90-100°С слой из смеси жидкого стекла и гашеной извести.

Целесообразно в качестве алюминийсодержащего материала использовать смесь мелкодисперсного алюминия и глинозема, взятых в соотношении (8-10):(3-4) или отсевы алюмино-магниевого дисперсного порошка, состоящие из 50% алюминия и 50% магния.

Получение окатышей ведут путем формирования ядра, состоящего из оксидного марганецсодержащего и алюминийсодержащего материалов, причем количество алюминия на 15-20% превышает стехиометрически необходимое для полного восстановления марганца. Алюминий, сформированный в ядре окатыша, выполняет две функции - восстановление марганца из его оксидов и глубокое раскисление подшлакового слоя металлического расплава. Кроме того, оксидным продуктом восстановительной и раскислительной реакций является глинозем, который, связывая в прочные комплексы диоксид кремния, способствует повышению активности оксида кальция, что приводит к интенсивной десульфурации металлического расплава. Превышение расхода алюминия сверх стехиометрически необходимого на полное восстановление марганца менее чем на 15% не обеспечивает раскисление подшлакового слоя металлического расплава, снижает активность оксида кальция, что приводит к снижению степени десульфурации. Превышение расхода алюминия сверх стехиометрически необходимого на полное восстановление марганца более чем на 20% способствует повышению вязкости известково-глиноземистого шлака, образующегося после полного расплавления окатышей, что ухудшает показатели извлечения марганца и снижает степень десульфурации металлического расплава. Формирование вокруг ядра оболочки из флюсовой смеси, состоящей из обожженной извести, доломитизированной извести, боксита, криолита и спиртовой барды, способствует формированию в процессе и после окончания плавления окатышей известково-глиноземистого шлака, обладающего низкой вязкостью при температурах сталеплавильных процессов и высокой серопоглотительной способностью, что обеспечивает высокое извлечение марганца и высокую степень десульфурации металлического расплава. Нанесение на термообработанные окатыши при температуре 90-100°С защитного слоя из смеси жидкого стекла и гашеной извести предохраняет окатыши от попадания в них влаги, а также повышает их сопротивляемость механическим повреждениям при транспортировке и использовании в процессе обработки металлического расплава. Нанесение на окатыши слоя из смеси при температуре ниже 90°С способствует образованию несплошного защитного слоя, что приводит к проникновению влаги вовнутрь окатышей, снижению их механической прочности и ухудшению показателей восстановления марганца и степени десульфурации металлического расплава. Нанесение на окатыши слоя из смеси при температуре выше 100°С приводит к вспениванию защитной смеси и получению несплошного защитного слоя, что приводит к проникновению влаги вовнутрь окатышей, снижению их механической прочности и ухудшению показателей восстановления марганца и степени десульфурации металлического расплава.

Процесс плавления окатышей происходит в следующей последовательности. Вначале оплавляется поверхностный слой, служащий для предохранения окатышей от механических повреждений и защищающий от проникновения влаги. Он состоит из легоплавкой смеси оксидов кальция и кремния, подобранных в соотношении, обеспечивающем минимальную температуру их плавления с образованием жидкого оксидного слоя, который обладает высокой теплопроводностью, что способствует интенсивному плавлению следующего второго слоя окатышей. В результате образуется известково-глиноземистый шлак с низкой вязкостью при температурах сталеплавильных процессов и высокой серопоглотительной способностью. Далее происходит плавление ядра окатышей, состоящего из оксидного марганецсодержащего и алюминийсодержащего материалов, сопровождающееся восстановлением марганца и раскислением металлического расплава избыточным (на 15-20% больше стехиометрически необходимого) алюминием. Продуктами реакций восстановления марганца и раскисления металлического расплава являются оксиды алюминия, которые, соединяясь в прочные комплексы с диоксидом кремния, входящим в состав марганецсодержащего материала и защитного слоя окатышей, способствуют повышению активности оксидов кальция. Это приводит к интенсивной десульфурации металлического расплава.

Таким образом, предлагаемый способ получения окатышей обеспечивает интенсивное расплавление окатышей при попадании их на поверхность или в объем металлического расплава, формирование в процессе плавления окатышей и восстановления марганца известково-глиноземистого шлака, обладающего низкой вязкостью при температурах сталеплавильных процессов и высокой серопоглотительной способностью.

Пример.

Компоненты шихты, используемые для получения окатышей для прямого легирования стали марганцем, подвергали предварительной подготовке. В качестве оксидного марганецсодержащего материала использовали концентраты различных месторождений с содержанием марганца 19,3-57,4% фракции 0,05-0,08 мм. В качестве алюминийсодержащего материала использовали смесь мелкодисперсного алюминия и глинозема, взятых в соотношении (8-10):(3-4), фракции 0,1-1,0 мм. Боксит, обожженную и доломитизированную известь измельчали до размеров 0,1-0,3 мм. Сульфитно-спиртовую барду и криолит использовали в мелком виде. Для нанесения защитного слоя на термообработанные окатыши готовили водный раствор из смеси жидкого стекла и гашеной извести с удельным весом =1,20-1,30 г/см³.

Окатыши по предлагаемому способу изготавливали следующим образом. На тарельчатый гранулятор с диаметром тарели 1,5 м загружали смесь мелкодисперсного алюминия и глинозема, взятых в соотношении 9:4, фракции 0,1-1,0 мм, и марганцевый концентрат с содержанием марганца 39,3%, фракции 0,05-0,08 мм. В другом случае на тарельчатый гранулятор загружали отсевы алюмино-магниевого дисперсного порошка марки АМД - 50, состоящие из 50% Al и 50% Mg, фракции более 70 мкм и менее 70 мкм, и марганцевый концентрат с содержанием марганца 39,3%, фракции 0,05-0,08 мм. После этого включали гранулятор и устанавливали скорость вращения тарели 20 об/мин. Угол наклона тарели составлял 45°. Полученную смесь увлажняли водой и формировали ядра размером 3-5 мм. Полученные ядра просушивали при температуре 200°С, затем их снова загружали на тарель и, добавляя флюсовую смесь, состоящую из обожженной и доломитизированной извести, боксита, криолита и сульфитно-спиртовой барды, накатывали на ядра второй слой. После просушки окатыши подвергали термообработке при температуре 600°С, затем при температуре 90-100°С на них наносили слой из смеси жидкого стекла и гашеной извести.

Окатыши по известному способу изготавливали на той же установке.

Двухслойное ядро формировали из ферросилиция, причем внутренний слой ядра состоял из фракции 1,3 мм, а внешний из фракции 0,001-0,005 мм, с добавлением связующего. Вокруг ядра формировали оболочку из марганцово-железистого концентрата, в котором отношение марганца к железу составляло 1,5-2,5 с введением углеродсодержащего материала. После этого окатыши термообрабатывали и использовали в опытной плавке по прямому легированию стали марганцем.

Плавки с использованием окатышей для прямого легирования стали марганцем, полученных по заявляемому способу, и окатышей, полученных по известному способу, проводили в индукционной печи ИСТ - 006. В качестве металлошихты использовали металл химического состава, мас.%: С 0,04-0,05; Mn 0,10-0,12; Si 0,01-0,03; S 0,019-0,021; P 0,010-0,015. Пробы металла на химический анализ отбирали через 5 минут после обработки металлического расплава вводимыми материалами. Технологические показатели плавок представлены в таблице.

Как свидетельствуют данные, приведенные в таблице, в плавках с использованием окатышей, полученных по заявляемому способу (№№1-6), показатели десульфурации значительно превосходят показатели плавки с использованием окатышей, изготовленных по известному способу, степень извлечения марганца находилась на одном уровне.

№ п/п	Al - содержащий материал		Температура нанесения слоя, °С	Содержание марганца в металле, %		Содержание серы в металле, %		Степень извлечения марганца, %	Степень десульфурации, %
	АМД	Al:Al 2O3=9:4		Исходный металл	Готовая сталь	Исходный металл	Готовая сталь
	Превышение стехиометрически необходимого расхода Al, %	Превышение стехиометрически необходимого расхода Al, %
1	15	-	90	0,10	0,57	0,022	0,007	97,7	68,2
2	20	-	100	0,10	0,54	0,020	0,006	94,3	70,0
3	25	-	95	0,12	0,56	0,020	0,007	93,9	65,0
4	-	15	100	0,11	0,55	0,021	0,006	95,1	71,4
5	-	25	90	0,12	0,57	0,022	0,007	97,7	68,2
6	-	20	95	0,10	0,54	0,020	0,006	94,3	70,0
7	-	-	-	0,10	0,54	0,022	0,021	93,8	4,5