комплексный синтетический легкоплавкий флюс для черной металлургии

Формула изобретения

Комплексный синтетический легкоплавкий флюс для процессов черной металлургии, состоящий из углерода и соединений фтора и кальция, отличающийся тем, что он содержит 30-60% углерода, 5-30% оксида кальция, 25-65% фторидов натрия, алюминия, кальция и магния, 0,5-5% - примесей, в т.ч. оксиды алюминия, железа, кремния, при следующем соотношении элементов в составе полезных компонентов флюса без примесей: натрий: алюминий: кальций: магний - (5-15):(1-4):(5-20):(0,1-1,0).

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано для металлургических процессов выплавки чугуна и стали.

Известен металлургический флюс, представляющий собой смесь извести с плавиковым шпатом. /Кудрин В.А. Теория и технология производства стали. - М.: Изд-во «АСТ». 2003. 528 с./. Использование данного флюса в металлургических процессах способствует ускорению шлакообразования и повышению эффективности рафинирования металла.

Недостатком данного флюса является высокая стоимость вследствие использования дорогостоящего компонента - плавикового шпата.

Известен сталеплавильный флюс, получаемый путем спекания шихты, содержащей известняк или доломит, конвертерный шлам, окалину, известь и топливо в заданном соотношении /Авторское свидетельство СССР №945209, кл. С22В 1/24, 1982 г./. Легкоплавкость флюса обеспечивается за счет образования в процессе спекания ферритов кальция и магния. Использование указанного флюса улучшает шлаковый режим плавки и позволяет снизить расход плавикового шпата.

Недостатком указанного флюса является наличие в его составе кремнезема, что приводит к образованию в процессе спекания тугоплавкого двухкальциевого силиката и повышению температуры его плавления, а также присутствие оксидов железа, приводящее к охлаждающему эффекту в сталеплавильной ванне, и высокие затраты на изготовление вследствие необходимости спекания при высоких температурах (1000-1700°С).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является материал, полученный из отходов металлургического производства, содержащий фторуглеродсодержащие отходы электролитического производства алюминия (35-62%), пыль электрофильтров газоочистки производства технического кремния (5-30%), портландцемент (4-7%), жидкое натриевое стекло (10-25%), воду (остальное) /Заявка на патент №96102512, С04В 7/14, 1998 г./. Наличие в данном материале соединений фтора, углерода и кальция обеспечивает низкую температуру его плавления, благоприятный тепловой режим разжижения шлаков и высокую рафинирующую способность шлаковых расплавов в условиях металлургических агрегатов. Материал характеризуется более низкими затратами на получение вследствие отсутствия стадии спекания.

Недостатком данного материала является его ограниченная способность по обеспечению высокой рафинирующей способности металлургических шлаков вследствие высокой концентрации балластных для металлургических процессов компонентов (кремнезем в составе пыли электрофильтров, портландцемент, силикат натрия в составе жидкого стекла), ограничивающих снижение температуры плавления флюса и снижающих содержание в его составе высокоактивных компонентов (фторуглеродистые соединения).

Задачей изобретения является повышение рафинирующей способности металлургических шлаков за счет увеличения в составе флюса содержания легкоплавких и высокоактивных компонентов и оптимизации их соотношения.

Задача решается следующим образом.

Комплексный синтетический легкоплавкий флюс для черной металлургии, состоящий из соединений фтора, углерода и кальция, содержит 30-60% углерода, 5-30% оксида кальция, 25-65% фторидов натрия, алюминия, кальция и магния, 0,5-5% - примесей (оксиды алюминия, железа, кремния и др.) при следующем соотношении элементов в составе полезных компонентов (без примесей): натрий:алюминий:кальций:магний - (5-15):(1-4):(5-20):(0,1-1,0).

Заданное соотношение компонентов обуславливает оптимальный тепловой баланс, самообеспечение теплом процессов расплавления содержащихся во флюсе фтористых соединений натрия, алюминия, кальция и магния, максимальную жидкотекучесть и рафинирующую способность металлургических шлаков. Окисление содержащего в составе флюса углерода при взаимодействии с присутствующими в металлургических агрегатах газообразными окислителями (кислород, диоксид углерода) или оксидами металлургической шихты обеспечивает необходимее тепловыделение и оптимальный интервал температур для перехода содержащихся в составе флюса фторидов натрия, алюминия, кальция и магния в жидкотекучее состояние. Заданное соотношение элементов в составе полезных компонентов флюса (без примесей) обеспечивает максимальную активность физических и химических процессов взаимодействия флюсов со шлаком и жидким металлом и наибольшую рафинирующую способность шлаков.

Исследования показали, что только флюс, содержание компонентов в котором укладывается в заданные пределы, имеет удовлетворительные физико-химические характеристики.

При содержании углерода ниже 30% количество выделяющегося при его окислении тепла недостаточно для обеспечения хорошей жидкотекучести и ассимилирующей способности металлургических шлаков и соответственно высокой степени рафинирования жидкого металла. При содержании углерода свыше 60% возрастают потери тепла с газообразными продуктами его окисления и снижается активность флюса вследствие уменьшения содержания в нем легкоплавких фтористых соединений.

При содержании оксида кальция менее 5% не обеспечивается достаточная степень рафинирования металла от серы. При содержании оксида кальция более 30% увеличивается температура плавления флюса и не обеспечивается достаточная жидкотекучесть и рафинирующая способность металлургических шлаков.

При содержании фторидов натрия, алюминия, кальция и магния менее 25% флюс не обеспечивает достаточную жидкотекучесть и рафинирующую способность металлургических шлаков. При содержании фторидов натрия, алюминия, кальция и магния свыше 65% активность флюса снижается вследствие снижения содержания углерода и недостаточности теплообеспечения процесса расплавления фтористых соединений.

Содержание примесей (оксиды алюминия, железа, кремния и др.) менее 0,5% приводит к удорожанию флюса вследствие необходимости использования дорогостоящих химически чистых полезных компонентов (углерод, оксид кальция, фториды натрия, алюминия, кальция, магния). При содержании примесей свыше 5% снижается активность флюса и ухудшается ассимилирующая и рафинирующая способность металлургических шлаков.

Выход соотношения элементов в составе полезных компонентов флюса (без примесей) натрий:алюминий:кальций:магний за указанные пределы приводит к увеличению температуры плавления флюса и ухудшению его ассимилирующей и рафинирующей способности.

Пример 1: Опытная шихта для получения комплексного синтетического легкоплавкого флюса состояла из дробленой отработанной футеровки электролизеров ОАО «Новокузнецкий алюминиевый завод» и извести цеха обжига известняка ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат». Состав готового флюса: фторид натрия NaF - 19,0%; фторид алюминия AlF₃ - 9,1%; CaF₂ - 2,5%; MgF₂ - 1,5%; CaO - 10%, С - 55%, примеси - 2,9%, в том числе Fe ₂O₃ - 1,1%; Al₂ O₃ - 1,6%; SiO₂ - 0,1%, S - 0,1%. Соотношение элементов в составе полезных компонентов (без примесей): натрий:алюминий:кальций:магний - 10,5:2,9:8,4:0,6. Температура плавления флюса составила 950°С.

Комплексный синтетический легкоплавкий флюс вводили в шихту доменной печи №5 ОАО «Новокузнецкий металлургический комбинат» для проплавки тугоплавких титаносодержащих окатышей, содержание которых в металлизованной доменной шихте составило 20%. Расход флюса составил 5 кг/т жидкого чугуна. Состав полученного чугуна, %: Si - 0,67; Ti - 0,21; Mn - 0,56; V - 0,12; S - 0,014. Состав полученного шлака, %: SiO ₂ - 34,98; Al₂O₃ -16,93; CaO - 26,83; MgO - 15,27; FeO - 0,28; S - 0,48. Основность шлака составила 1,29. Достигнуто значительное улучшение жидкотекучести и обессеривающей способности доменных шлаков, в результате чего содержание серы в чугуне снизилось с 0,034% (базовый период) до 0,014% (опытный период). Применение флюса обеспечило также хорошую дренажную способность горна.

Пример 2: Опытная шихта для получения комплексного синтетического легкоплавкого флюса состояла из шламов газоочистки электролизеров, заскладированных в шламонакопителе ОАО «Красноярский алюминиевый завод», аспирационной пыли установки рассева комовой металлургической извести цеха обжига извести ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат», дробленых огарков обожженных анодов ОАО «Красноярский алюминиевый завод». Состав готового флюса: фторид натрия NaF - 11,0%; фторид алюминия AlF₃ - 6,0%; CaF ₂ - 18,0%; MgF₂ - 0,8%; CaO - 15%, С - 47,5%, примеси - 1,7%, в том числе Fe₂ О₃ - 0,8%; Al₂О ₃ - 0,6%; SiO₂ - 0,2%, S - 0,1%. Соотношение элементов в составе полезных компонентов (без примесей): натрий:алюминий:кальций:магний - 6,0:1,9:19,8:0,3. Температура плавления флюса составила 1040°С.

Комплексный синтетический легкоплавкий флюс был опробован в 350-тонном конвертере №4 кислородно-конвертерного цеха №2 ОАО «Западно-Сибирский металлургический комбинат» с верхним кислородным дутьем. На дно конвертера загружали металлолом, известь и часть комплексного синтетического флюса указанного состава. Затем заливали жидкий чугун. Температура заливаемого чугуна 1399°С, химический состав, %: Si - 0,63; Mn - 0,43; S - 0,022; P - 0,24. Далее опускали кислородную фурму и вели кислородную продувку, присаживая по ходу продувки известь и синтетический флюс. Общий расход флюса составил 5,9 кг/т стали. Продолжительность продувки - 18 мин. Температура металла на повалке 1636°С. Химический состав металла на повалке, %: С - 0,14; Mn - 0,16; S - 0,017; Р - 0,019. Температура металла перед сливом - 1632°С. Химический состав металла перед сливом, %: С - 0,09; Mn - 0,12; S - 0,015; Р - 0,014. Химический состав шлака, %: СаО - 51,4; SiO ₂ - 14,3; FeO - 21,2. Основность шлака - 3,6. Присадка флюса обеспечила формирование жидкотекучего шлакового расплава и получение высокоактивного шлака, обладающего высокой рафинирующей способностью. Степень десульфурации металла составила 22,7%. Подтверждением высокой активности и рафинирующей способности шлака является повышение степени десульфурации с 10,0% (сравнительные плавки) до 22,7% (опытные плавки).

Таким образом, применение предлагаемых комплексных синтетических легкоплавких флюсов в доменных печах и конвертерах позволило повысить рафинирующую способность металлургических шлаков за счет увеличения в составе флюса содержания легкоплавких и высокоактивных компонентов и оптимизации их соотношения.