термитная смесь для формирования гранул, используемых для окислительного рафинирования железоуглеродистых сплавов

Формула изобретения

Термитная смесь для формирования гранул, используемых для окислительного рафинирования железоуглеродистых сплавов, включающая железосодержащий материал, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит нитрат калия, при этом в качестве железосодержащего материала используют дисперсные отходы в виде опилок, стружки, отходов производства дроби, а также бигхаузную пыль со степенью окисленности Fe⁺², Fe⁺³ при следующем соотношении компонентов сухой массы, мас.%:

Нитрат калия	58-63
Железосодержащие материалы	26-34
Бигхаузная пыль	8-11

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано при проведении окислительного рафинирования железоуглеродистых сплавов. Окислительное рафинирование - самый распространенный способ очистки металлов от примесей. Он применяется при получении сплавов на основе Fe, Cu, Ni, Pb и др. Основная идея метода - окисление вредных и излишних примесей и перевод их в виде оксидов в оксидную или газовую фазу, которая не растворяется в металле [1]. Окислителями при реализации процесса окислительного рафинирования стали являются: железная окалина (Fе₃ O₄) и железорудные окатыши, содержащие FeO, Fе ₂О₃, Fе₃O₄. В этих соединениях железо присутствует в двух- и трехвалентной форме. Валентность железа обуславливает окислительную способность оксида железа. К предлагаемой термитной смеси наиболее близка смесь [2], содержащая железоуглеродистый сплав и оксидный материал при следующем соотношении, % (мас.):

Железоуглеродистый сплав	50,0-99,5
Оксидный материал	0,5-50,0

При этом закись железа и окись железа в оксидном материале взяты в соотношении соответственно (0,01-6,0): 1,0.

А также смесь [3], включающая FeO, Fе₂О₃, Fе₃O₄, при следующем соотношении компонентов, % (мас.): (FеО+Fе₂O₃+Fе₃O ₄):СаО:СаF₂=1,000:(0,400-0,290):(0,029-0,040).

Недостатком указанных окислителей является низкая окислительная способность, что приводит к повышенному расходу реагента на тонну выплавляемой стали. Кроме того, на термообработку окатышей необходимы большие энергетические затраты.

Предлагаемые окатыши содержат железо в шестивалентной форме, что позволит снизить расход реагента в 2-3 раза. Инициирование СВС-процесса в грануле позволяет проводить термообработку гранул без подвода внешних источников энергии.

Термитная смесь включает нитрат калия, железосодержащие отходы (опилки, стружка, отходы производства дроби), бигхаузная пыль. Компоненты имеют следующее соотношение, % (мас.):

Нитрат калия	58-63
Железосодержащие отходы	26-34
Бигхаузная пыль	8-11

Полученную смесь необходимо увлажнить до пластичного состояния. Посредством скатывания во вращающихся чашах (грануляторах) или барабанах-окомкователях из полученной смеси формируются гранулы. Далее гранулы повергаются сушке. Для инициирования экзотермической реакции гранулы слегка смачивают любыми продуктами перегонки нефти и поджигают. Инициирование СВС-процесса возможно также любым известным способом. В результате химической реакции образуется феррат калия (K₂FеO ₄) и диоксид азота (NO). Скорость реакции можно изменять, увеличивая или уменьшая в заданных пределах количество бигхаузной пыли. Бигхаузная пыль является отходом производства - улавливается при плавке чугуна и стали в электрических дуговых печах, она состоит главным образом из оксидов железа (II и III), которые также являются окислителями Fe-C сплавов. В результате воздействия высокой температуры экзотермической реакции гранулы спекаются. Полученный феррат калия содержит железо в шестивалентной форме, что определяет высокую эффективность его использования в качестве окислителя.

В результате исследований был определен состав смеси, который обеспечивает получение феррата калия. Экспериментальные данные представлены в таблице.

№ опыта	Количество нитрата калия, % (мас.)	Количество железосодержащих отходов, % (мас.)	Количество бигхаузной пыли, % (мас.)	Количество феррата калия от общей массы гранул, %
1	62	26	12	0
2	59	31	10	88,5
3	59	32	9	88,5
4	65	30	5	-
5	61	31	8	91,5
6	58	33	9	87
7	58	27	15	0
8	60	32	8	90
9	66	30	4	-
10	64	28	8	0
11	59	33	8	88,5
12	57	29	14	0
13	54	34	12	0
14	58	32	10	87
15	56	27	17	0

Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод о том, что если содержание (мас.%) какого-либо компонента в термитных смесях выходит за рамки заявленного, то есть для нитрата калия 58-63; для железосодержащих отходов 26-34; для бигхаузной пыли 8-11, то в составе получаемых гранул феррата калия либо нет (опыты № 1, 7, 10, 12, 13, 15), то есть исходные вещества в реакцию не вступают; либо вследствие бурно протекающей реакции гранулы разрушаются (опыты № 4, 9).

Таким образом, предлагаемый состав термитной смеси позволяет получать эффективные реагенты для рафинирования железоуглеродистых сплавов, решая при этом проблему утилизации дисперсных отходов машиностроения и металлургии.

Источники информации

1. Рыжонков Д.И. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия. - 1989. - 390 с.

2. Патент РФ № 2092571 - 1997 год.

3. Патент РФ № 2088675 - 1997 год.