Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ФЕРРОСИЛИЦИЯ ОТ АЛЮМИНИЯ

Изобретение относится к черной металлургии, и может быть использовано для очистки от примесей ферросилиция, полученного восстановительной плавкой в руднотермических электрических печах.

Уровень техники

Ферросилиций получают высокотемпературным восстановлением кварцита, с помощью углеродистых восстановителей. При ведении восстановительной плавки, кроме ведущего элемента кремния, восстанавливаются и другие элементы, оксиды которых входят в состав примесей минерального сырья и золы восстановителей. Большинство примесей ухудшают качество получаемого ферросилиция и требуются дополнительные технологии по их удалению из полученной продукции (Зубов В.Л., Гасик М.И. Электрометаллугрия ферросилиция. Днепропетровск, «Системные технологии», 2002, - 704 с.).

Известен способ окислительного рафинирования ферросплавов (SU 971891, С21С 7/00, опубл. 07.11.1982) при котором обработку жидкого ферросплава проводят в ковше окислительными смесями и смесью О₂ с балластным газом. С целью уменьшения количества рафинировочного шлака и уменьшения потерь сплава со шлаком рафинирование на первом этапе ведут, поддерживая соотношение SiO₂/CaO в твердой окислительной смеси 1,0-1,5, а на втором этапе 1,85-2,3. Недостатком данного способа является низкий окислительный потенциал шлаковой смеси.

Известен способ рафинирования ферросилиция (SU 567755, С21С 7/04, опубл. 26.09.77), включающий обработку жидкого сплава в ковше рафинировочной смесью, состоящей из пирита и силиката натрия, взятых в соотношении 1:(0,3-4), подаваемой в ковш в количестве 2-20% от веса обрабатываемого сплава.

Известен способ рафинирования ферросилиция (SU 458595, С21С 7/10, опубл. 12.07.77), путем обработке расплава карбонатом железа для удаления алюминия кальция и кальция, вводимого на струю ферросилиция в количестве 5-10% от веса расплава в виде кусков размером 20-60 мм.

Известен способ рафинирования ферросилиция от алюминия (SU 1766968, С21С 7/068, опубл. 07.10.92), включающий механическое перемешивание расплава дуговой электропечи, введение в расплав смесь в виде отсевов кокса и отходов огневой зачистки проката в соотношении 1:2 по массе. Недостатком данного способа рафинирования является в низкая степень окисления алюминия, выражающаяся в высокой вязкости образующегося при рафинировании шлака, что снижает массообмен между шлаком и расплавом ферросилиция.

Известен способ рафинирования ферросилиция от углерода (RU 2305135 С21С 7/068, опубл. 27.08.2007), включающий выплавку ферросилиция в рудно-термической печи, выпуск расплава из печи и его обработку, путем подачи на его струю кремнеземсодержащего материала с удельным расходом в пределах 0,5-12 кг/мин т расплава, а время обработки расплава устанавливают в пределах 5-20 мин. При этом в качестве кремнеземсодержащего материала используют кремнеземсодержащую пыль сухих тканевых газоочисток печей для выплавки ферросилиция и/или кремния. Недостатком данного способа является внесение окисляемых примесей вместе с окислительным кремнеземистым материалом (оксидов алюминия и кальция).

Известен способ рафинирования ферросилиция от алюминия (SU 460304, С21С 7/00, опубл. 15.04.75), заключающийся в обработке расплава окислительным шлаком и газообразными хлорсодержащими реагентами, обработку окислительным шлаком и газообразными хлорсодержащими реагентами ведут одновременно, после чего сплав вакуумируют. Недостатком данного способа рафинирования является применение хлора в окислительных газах, что ухудшает условия работы обслуживающего персонала.

Наиболее близким аналогом настоящего изобретения является способ рафинирования ферросилиция от алюминия (RU 2066691, С21С 7/00, опубл. 20.09.96), включающий расплавление ферросилиция с содержанием алюминия 1,0-3,0% в дуговой электропечи, формирование над расплавом шлака, нагрев и выдержку при температуре, на 80-150°С превышающей температуру плавления ферросилиция, в процессе выдержки в шлаке с основностью 0,5-1,5 создают окислительный потенциал для окисления примеси алюминия, величина которого пропорциональна количеству кислорода, стехиометрически необходимого для дополнительного окисления алюминия до задаваемой концентрации, с коэффициентом 1,0-2,0. Недостатком данного способа является недостаточное количества кремнезема в окислительном флюсе, что снижает окислительный потенциал флюса.

По технической сущности, по наличию общих признаков, данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.

В основу изобретения положена задача, направленная на повышение качества ферросилиции.

При этом техническим результатом является снижение содержания алюминия в ферросилиции.

Сущность изобретения

Выполнение поставленной задачи достигается тем, что ферросилиций, в виде отсевов товарного ферросилиции, фракцией 0-5 мм, или кусковой ферросилиций, который подвергают дроблению до фракции 0-5 мм, брикетируют совместно с кремнеземом, в виде кварцевого песка, и известняком с помощью жидкого силиката натрия, проводят сушку полученных брикетов, и затем брикеты проплавляют в электрической печи в расплаве флюсов из кварцевого песка и известняка, поддерживая суммарную основность загруженных в печь флюсов равную 0,25-0,35, при кратности флюсов 0,18-0,25 и окислительном потенциале флюсов, превышающим теоретический окислительный потенциал в 5,5-7,0 раз.

После расплавления ферросилиций сливают в ковш и проводят разливку полученного ферросилиция.

Сравнение предлагаемой технологии рафинирования ферросилиция не только с технологией по прототипу, но технологиями по аналогам показывает, что:

- известно рафинирование расплава ферросилиция в дуговой электрической печи;

- известно использование флюсов в процессе рафинирования расплава ферросилиция;

- известно использование в качестве флюсов кремнезема и извести в соотношениях, создающие основность расплава 0,5-1,5;

- известно соотношение кислорода, вносимого флюсами для окисления алюминия до задаваемой концентрации, равное 1,0-2,0.

Сравнительный анализ известных технических решение не выявил идентичных и эквивалентных признаков предлагаемому решению, а, именно:

- приготовление брикетов из мелких фракций ферросилиция и флюсов;

- применение для очистки ферросилиция флюсов в виде смеси кварцевого песка и известняка, образующие расплав с основностью 0,25-0,35; кратностью флюсов 0,18-0,25;

- проплавление в печи брикетов из ферросилиция и флюсов в расплаве флюсов;

- внесение окислительными флюсами кислорода для окисления алюминия в количестве 5,5-7,0 раз превышающие стехиометрическое соотношение.

Совокупность признаков как известных, так и неизвестных в их взаимосвязи позволяет получать технический результат более высокого уровня по сравнению с известными, а именно:

- повысить качество ферросилиция за счет совместного расплавления брикетов и флюсов, что позволяет проводить очистку на стадии расплавления и значительно снижает содержание алюминия в сплаве;

- снижение основности флюсов позволяет более полно использовать окислительный потенциал кремнезема;

- превышение стехиометрического соотношения алюминий-кислород кремнезема способствует гарантированному снижению алюминия в ферросилиции.

Таким образом, предлагаемое техническое решение отвечает критериям изобретения - изобретательский уровень и промышленная применимость.

Осуществлении способа

Рафинирование ферросилиция, с содержание алюминия в сплаве 1,8 мас. %, проводили в дуговой электрической печи периодического действия мощностью 3 мВт, до содержания алюминия в сплаве менее 0,1 мас. %.

При проведении испытаний применяли ферросилиций марок ФС 75 и ФС 65, с содержанием алюминия в сплавах 1,8 мас. %, кварцевый песок, известняк. Компоненты смешали с жидким силикатом натрия и брикетировали. Полученные брикеты сушили и, после сушки, загружали в руднотермическую печь для проплавления. Для более полного удаления алюминия из расплава ферросилиция в печь предварительно загружали кварцевый песок и известняк, расплавляли и загружали брикеты. После расплавления брикетов расплав сливали в ковш и ферросилиций разливали на слитки.

Отбирали пробы ферросилиция и флюсов для определения состава флюсов и количества алюминия в ферросилиции, отношения фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия.

Пример 1. Ферросилиций марки ФС 75 фракцией менее 0,5 мм, кварцевый песок и известняк, создающие основность флюсов 1,0, смешали с жидким стеклом для приготовления брикетов. Брикеты высушили и проплавили в электрической печи. После разливки рафинированного сплава, выполнили анализ сплава и состава флюсов. Содержание алюминия после рафинирования составило 0,40 мас. %. Кратность конечного шлака составила - 0,05. Отношение фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия составило - 1,13.

Пример 2. Из ферросилиция ФС 75, фракцией 0-5 мм, кварцевого песка и известняка, взятых в соотношении создающие основность флюса 0,75, приготовили брикеты, которые после сушки проплавили в печи. После проплавления, расплав слили в ковш и ферросилиций разлили. Содержание алюминия в сплаве составило 0,30 мас. %. Кратность конечного шлака составила - 0,10. Отношение фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия - 2,0.

Пример 3. Брикеты из ферросилиция ФС 65, фракцией 0-5 мм, кварцевого песка, известняка и жидкого стекла, в соотношении создающие основность равную 0,50, высушили, и проплавили в руднотермической печи и разлили. Содержание алюминия в сплаве составило 0,20 мас. %. Кратность конечного шлака составила - 0,125. Отношение фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия 2,6.

Проведенные первые опытные плавки не позволили получить заданный результат (содержание алюминия менее 0,1 мас. %) ввиду высокой основности, что снижает окислительный потенциал флюсов, и недостаточной кратности флюсов. При проведении последующих опытных плавках в печь дополнительно загружали флюсы из кварцевого песка и известняка, расплавляли и, затем загружали брикеты из ферросилиция и флюсов.

Пример 4. Приготовленные из ферросилиция ФС 75 и флюсов, взятых в соотношении песка и известняка в соотношении 3:1, брикеты загрузили в печь с предварительно расплавленными флюсами из песка и известняка, взятых в соотношении 2:1, в количестве 2,5 мас. % от количества загруженного с брикетами ферросилиция, проплавили перелили в ковш и разлили. Содержание алюминия в сплаве получилось 0,16%. Суммарная основность флюсов составила 0,40, кратность 0,14. Отношение фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия составило 3,97.

Пример 5. Из ферросилиция марки ФС 75, фракцией менее 5 мм приготовили брикеты, соотношение кварцевого песка известняка составило 3:1, загрузили в печь с предварительно расплавленными флюсами из песка и известняка, взятых в соотношении 4:1, в количестве 5,0 мас. % от количества загруженного с брикетами ферросилиция, проплавили перелили в ковш и разлили. Содержание алюминия в сплаве получилось 0,10%. Суммарная основность загруженных в печь флюсов составила 0,35, кратность 0,18. Отношение фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия 5,5.

Пример 6. Из ферросилиция марки ФС 75, фракцией менее 5 мм приготовили брикеты, соотношение кварцевого песка известняка составило 3:1 проплавили в печи с предварительно расплавленными флюсами из песка и известняка, взятых в соотношении 4:1, в количестве 7,5 мас. % от количества загруженного с брикетами ферросилиция, проплавили перелили в ковш и разлили. Содержание алюминия в сплаве получилось 0,08%. Суммарная основность флюсов составила 0,28, кратность 0,22. Отношение фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия 6,0.

Пример 7. Из ферросилиция марки ФС 75, фракцией менее 5 мм приготовили брикеты, соотношение кварцевого песка известняка составило 3:1 проплавили в печи с предварительно расплавленными флюсами из песка и известняка, взятых в соотношении 4:1, в количестве 10 мас. % от количества загруженного с брикетами ферросилиция, проплавили перелили в ковш и разлили. Содержание алюминия в сплаве получилось 0,07%. Суммарная основность флюсов составила 0,26, кратность 0,23. Отношение фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия 6,8.

Пример 8. Из ферросилиция марки ФС 65, фракцией менее 5 мм приготовили брикеты, соотношение кварцевого песка известняка составило 5:1 проплавили с расплавленными флюсами из песка и известняка, взятых в соотношении 4:1, в количестве в количестве 12 мас. % от количества загруженного с брикетами ферросилиция, проплавили перелили в ковш и разлили. Содержание алюминия в сплаве получилось 0,08%. Суммарная основность флюсов, загруженных в печь, составила 0,25, кратность 0,25. Отношение количества окислителя к необходимому для окисления алюминия составило 7,0.

Пример 9. Из ферросилиция марки ФС 65, фракцией менее 5 мм приготовили брикеты, соотношение кварцевого песка известняка составило 3:1. Приготовленные брикеты смешали с дополнительным количеством флюсов из песка и известняка, взятых в соотношении 3:1, в количестве 15 мас. % от количества загруженного с брикетами ферросилиция, проплавили перелили в ковш и разлили. Содержание алюминия в сплаве получилось 0,12%. Суммарная основность флюсов составила 0,33, кратность 0,45. Отношение количества окислителя к необходимому для окисления алюминия составило 8,4. Повышенная кратность флюсов препятствовала более полному массообмену между алюминием и окислительной составляющей флюсов.

Проведенные испытания показали, что при высокой основности окислительных флюсов, более 0,40, несмотря на низкую вязкость расплавленных флюсов, содержание алюминия в ферросилиции снижается, но недостаточно для выполнения целевых показателей, и причиной является недостаточные окислительная способность и кратность флюсов (примеры 1-4). При основности флюсов равное 0,25-0,35 происходит значительное снижение содержания алюминия в ферросилиции, данные интервалы в показателях являются оптимальным при рафинировании расплава высокопроцентного ферросилиция. Кратность окислительного флюса оптимальная 0,18-0,25. Отношение фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия оптимальным является 5,5-7,0 (примеры 5-8). При повышении кратности флюсов более 0,25 и отношении фактического количества окислителя к необходимому для окисления алюминия более 7,0 (пример 9) планируемый показатель не достигается из-за недостаточной скорости массобмена между флюсами и ферросилицием.

Использование предложенной технологии рафинирования позволяет утилизировать и вовлечь в производство отсевы и пылевидные отходы, образующиеся при дроблении ферросилиция, повысить эффективность рафинирования кремния.