Результат интеллектуальной деятельности: ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИКОАЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составу шихты для выплавки ферросиликоалюминия, полученного из некондиционного сырья (глиноземных бокситов) и применяемого для комплексного раскисления стали.

Известна шихта [1] для выплавки ферросиликоалюминия, состоящая из агломерата, полученного из боксита Тургайского месторождения Казахстана (Al₂O₃ - 57,6; SiO₂ - 8,9; СаО - 1,5; MgO - 0,8; FeO - 12,7; Fe₂O₃ - 13,0; TiO₂ - 2,5; С - 1,0; S - 0,003%), передельного ферросилиция марки ФС65, кварцита и коксика при следующем соотношении компонентов в колоше, кг:

Недостатком данного состава шихты является использование предварительно полученных агломерированных бокситов и дорогого высокопроцентного ферросилиция. Химический состав получаемого сплава (47% Si; 10% Al; 40% Fe) не соответствует требуемому составу ферросиликоалюминия из-за повышенного количества кремния и пониженного алюминия.

Известна шихта [2] для выплавки ферросиликоалюминия, состоящая из углистых пород Экибастузского бассейна.

Шихта имела следующее соотношение компонентов, кг:

Высокозольные отходы обогащения углей Экибастузского месторождения содержат 49-74% золы, 12-18%) летучих, 3-8% влаги и 14-35% твердого углерода. Содержание компонентов в минеральной части углей колеблется в следующих пределах, %: SiO₂ 62-66; Аl₂O₃ 30-33; СаО 0,5-1; MgO 0,2-0,8; FeO 2,0-4,0; Ρ 0,05-0,14. В шихту вводят дополнительно кварцит и небольшое количество стальной стружки.

Недостатком использования данной шихты является непостоянство содержания в угле количества золы, и как следствие, соотношения SiO₂ и Аl₂O₃, что приводит к необходимости систематической корректировки состава шихты по кварциту, а для изменения состава сплава - по железной стружке.

В качестве прототипа взята шихта [3] для выплавки ферросиликоалюминия, содержащая кварцит, коксик, железную стружку и отвальные каменноугольные породы (50-62% SiO₂: 30-55% Аl₂O₃; 1,0-1,2% Fe₂O₃; 0,3-1,3% СаО; 0,8-1,1% MgO; 1,0-1,4% ТiO₂; 0,05-0,2% Р; 0,36-1,2%) S), взятые в следующих соотношениях, мас.%:

Недостатком известного состава шихты являются значительные колебания содержания золы в каменноугольных породах. Также недостатком известного состава шихты является колебание в золе каменноугольных пород соотношения SiO₂ и Аl₂O₃, то есть колебания соотношения восстановителя и восстанавливаемых элементов, что требует регулярной корректировки состава шихты по кварциту, а для изменения состава сплава - по металлической составляющей.

Задачей настоящего изобретения является разработка принципиально нового состава шихты, позволяющего перерабатывать дешевые некондиционные материалы, а также исключить из состава шихты для производства ферросиликоалюминия металлическую составляющую.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение чистоты ферросиликоалюминия по нежелательным примесям цветных металлов и снижение его себестоимости за счет исключения металлической составляющей из состава шихты без снижения содержания алюминия в полученном сплаве.

Технический результат достигается тем, что шихта для выплавки ферросиликоалюминия в дуговых электропечах, содержащая кремнезем-глиноземсодержащий материал, коксик и кварцит, согласно изобретению, в качестве кремнезем-глиноземсодержащего материала содержит глиноземные бокситы в следующем соотношении, мас.%:

Также технический результат достигается тем, что глиноземные бокситы содержат, % мас: 49,0-60,0 Аl₂O₃, 16,0-30,0 SiO₂, 1,5-3,8 СаО, 7,0-15,0 Fe₂O₃, 1,0-3,5 MgO, 2,0-5,0 ТiO₂, 0,5-3,7, Cr₂O₃, 0,01-0,25 SO₃, 0,01-0,25 P₂O₅.

Сущность изобретения заключается в том, что на основе расчетов и лабораторных экспериментов в малых и полупромышленных объемах была предложена и опробована шихта для получения ферросиликоалюминия, содержащая новый компонент - глиноземные бокситы, вместе с кварцитом и металлургическим коксиком.

Предлагаемая шихта в отличие от известной (прототипа) не содержит в своем составе металлической составляющей, что позволяет снизить себестоимость получаемого сплава и его чистоту по нежелательным примесям цветных металлов. Также глиноземные бокситы отличаются от отвальных углей стабильностью химического состава, что не требует постоянной корректировки шихты по восстановителю и кварциту. Кроме того используемый в составе предлагаемой шихты глиноземный боксит Иксинского месторождения является отходом от добычи высококачественных бокситов с высоким кремниевым модулем (Al₂O₃/SiO₂>5) и соответственно реализуется по низкой цене. Запасы глиноземных бокситов оцениваются в 260 млн т.

Предлагаемая шихта позволяет получать сплавы по содержанию железа, кремния и алюминия, отвечающие требованиям ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009.

Лабораторными экспериментами были определены коэффициенты распределения алюминия, кремния и железа между металлом и шлаком при различных температурах. Средний состав применяемого некондиционного глиноземного боксита, мас. %: 54,5 Аl₂O₃, 23,0 SiO₂, 2,65 СаО, 11,0 Fe₂O₃, 2,3 MgO, 3,5 TiO₂, 2,1 Сr₂O₃, 0,1 SO₃, 0,1 P₂O₅.

Показано, что при металлотермической плавке железо на 98%, а кремний на 75%, восстанавливаются и переходят в сплав. Переход алюминия в металл составляет около 15-20%, остальное его количество переходит в шлак. На степень перехода алюминия в сплав влияет соотношение в шихте SiO₂/Al₂O₃ (максимальное извлечение алюминия в металл осуществляется при соотношении SiO₂/Al₂O₃=2,5-3,5).

Граничные значения компонентов шихты определяются содержанием компонентов получаемого сплава по ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009. Применение глиноземных бокситов в количестве 31,0-41,0 мас. % и кварцита в количестве 35,0-45,0 мас. % обусловлено обеспечением необходимого соотношения кремнезема к глинозему в шихтовой смеси для достижения максимальной степени восстановления алюминия и кремния из глиноземных бокситов в металл.

Применение коксика в заявленных количествах (23,0-25,0 мас. %) обусловлено обеспечением необходимого количества восстановителя для практически полного (до 98%) восстановления железа в выплавляемый ферросиликоалюминий и обеспечения небольшого (в пределах 5% от стехиометрически необходимого) недостатка коксика для восстановления кремния и алюминия, с целью предотвращения образования карбидов кремния и алюминия, засоряющих ферросиликоалюминий и способствующих его рассыпанию после охлаждения.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

На базе экспериментального комплекса ФГУП «ЦНИИчермет им. И.П. Бардина» проведены крупные лабораторные плавки (см. табл.) с получением комплексных алюминиевых ферросплавов различного состава на дуговой электропечи с трансформатором мощностью 100 кВА. Шихту получали смешиванием всех ее компонентов и последующим брикетированием для улучшения газопроницаемости слоя шихты и снижения улета шихты при выплавке. Состав шихты и основные показатели испытаний представлены в таблице. Состав глиноземных бокситов приведен выше.

Из данных таблицы следует, что при выплавке ферросиликоалюминия на известной шихте [3] (*прототип) получаемый сплав имеет достаточное содержание алюминия, равное 13%, и высокое содержание кремния (62%), однако при использовании этого варианта шихты невозможно добиться содержания примесей менее 4%, без применения дорогостоящей, чистой по примесям цветных металлов металлической составляющей.

В варианте 2 не удалось получить сплав ферросиликоалюминия, отвечающий требованиям ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009 как по содержанию Al (5% вместо минимально необходимых 7,5%), так и по содержанию Si (35% вместо минимально необходимых 40%), а содержание примесей составило 7%. По варианту 3 был получен ферросиликоалюминий по содержанию Al (9%) и Si (47%), в пределах ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009, кроме того содержание примесей составило всего 3%.

По вариантам шихты 4 и 5 удалось добиться наилучших результатов по содержанию Al (12 и 13% соответственно), достаточного по ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009 содержания Si (40 и 42% соответственно), а также низкого содержания примесей в полученном ферросиликоалюминии (2 и 3% соответственно). По варианту 6 получен ферросиликоалюминий по содержанию Al (8%) и Si (45%), в пределах ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009; содержание примесей составило 3%. В варианте 7 не удалось получить сплав отвечающий требованиям ТУ СТ ДГП 38911750-001-2009 как по содержанию Al (6% вместо минимально необходимых 7,5%), так и по содержанию Si (37% вместо минимально необходимых 40%); содержание примесей составило 4%.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый состав шихты позволяет получать ферросиликоалюминий марок ФС45А10 и ФС45А15, которые в настоящее время пользуются спросом у сталеплавильщиков российских и зарубежных предприятий.

Предлагаемый компонент шихты - глиноземные бокситы Иксинского месторождения, ранее не применялись при получении ферросиликоалюминия. Эти бокситы, являясь отходом добычи высококачественных бокситов с высоким кремниевым модулем (Al₂O₃/SiO₂>5), производятся в крупных объемах и имеют низкую отпускную цену.

Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается благодаря применению дешевых некондиционных глиноземных бокситов Иксинского месторождения.

Источники информации

1. Друинский М.И., Жучков В.И. Получение комплексных ферросплавов из минерального сырья Казахстана. - Алма-Ата: Наука, 1988. - С. 136-167.

2. Разработка и освоение технологии получения ферросиликоалюминия. С. Байсанов, М. Толымбеков, А. Жарменов, Б. Амургалинов // "Физико-химические и технологические вопросы металлургического производства Казахстана". Сб. трудов Химико-металлургического института им. Ж. Абишева. - Алматы, "Искандер", книга 1, 2002. С. 41-52.

3. Авторское свидетельство СССР №481650, кл. С22С 33/00, 1975 - прототип.