Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ВЫПЛАВКИ РАФИНИРОВАННОГО ФЕРРОХРОМА

Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано при производстве ферросплавов.

Известен способ получения рафинированного феррохрома [1], основанный на восстановлении оксидов хрома и железа хромовой руды кремнием ферросиликохрома в присутствии оксида кальция.

Признаками, совпадающими с признаками изобретения, являются:
- загрузка шихты;
- наведение шлака;
- восстановление оксидов хрома и железа хромовой руды кремнием ферросиликохрома в присутствии оксида кальция;
- выпуск продуктов плавки.

Причины, препятствующие достижению технического результата:
- высокие температуры образования жидкой фазы и полного плавления рудно-известковой части шихты;
- замедленный ход восстановительных процессов;
- повышенный расход электроэнергии.

В последние годы наметилась тенденция повышения содержания магнезии в составе хромовых руд, что также влияет на рост температур восстановительных процессов плавки. Образующиеся при этом шлаки не обладают достаточной жидкоподвижностью для обеспечения высокой скорости и полноты протекания химических реакций восстановления оксидов хрома и железа, а также для создания условий осаждения мелких капель металла (продуктов восстановления) из шлака в металлическую фазу. Шлак, получаемый при выплавке феррохрома по этому способу, содержит в основном двухкальциевый силикат, который при охлаждении переходит в у-форму с увеличением объема на 10-12%, вследствие чего шлак рассыпается в порошок. Последнее обстоятельство ограничивает сферу применения шлака и негативно воздействует на окружающую среду.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки низкоуглеродистого феррохрома [2], в котором общими с заявляемым способом являются следующие признаки:
- получение низкоуглеродистого феррохрома флюсовым силикотермическим периодическим способом;
- совместное восстановление оксидов хрома и железа кремнием ферросиликохрома в присутствии оксида кальция;
- повышенное содержание магнезии в составе хромовой руды;
- снижение температуры восстановительных процессов за счет ввода в шихту добавок.

Достижению ожидаемого технического результата препятствуют:
- дефицит и высокая стоимость вводимых добавок;
- отсутствие эффекта, обеспечивающего стабилизацию высокотемпературных форм двухкальциевого силиката шлака после его охлаждения и получения продукта плавки с новыми технологическими свойствами.

В основу изобретения поставлена задача снизить температуру появления жидкой фазы, температуру полного правления рудно-известковой части шихты и получить шлак, содержащий после охлаждения застабилизированные высокотемпературные формы двухкальциевого силиката.

Ожидаемым техническим результатом является:
- повышение технико-экономических показателей плавки;
- сокращение потерь металла со шлаком;
- получение шлака с устойчивой структурой, пригодного для использования в производстве строительных и абразивных материалов.

Поставленная задача достигается тем, что в процессе выплавки рафинированного феррохрома, включающем загрузку шихты, состоящей из ферросиликохрома и рудно-известковой части, наведение шлака, восстановительную плавку шихты и выпуск продуктов плавки, в состав шихты дополнительно вводят оксид бора в количестве 0,25-0,45% от массы оксида кальция в шихте, причем оксид бора вводят одновременно с загрузкой рудно-известковой части шихты.

Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем:
1. Ввод в состав шихты оксида бора в количестве 0,25-0,45% от массы оксида кальция позволяет не только снизить температуру появления жидкой фазы и температуру полного плавления рудно-известковой части шихты, но и получить в охлажденном шлаке стабильные высокотемпературные формы двухкальциевого силиката.

2. Подача оксида бора одновременно с загрузкой рудно-известковой части шихты способствует ускорению хода восстановительных процессов и сокращению расхода электроэнергии.

Таким образом, заявляемое изобретение способствует критерию "новизна".

При анализе на соответствие критерию "изобретательский уровень" не обнаружено источников информации, указывающих на известность предложенных технологических решений по функциональному назначению и поставленной в изобретении задаче.

Заявляемые технологические решения могут быть реализованы в промышленности, а ожидаемый технический результат вытекает из совокупности существенных признаков изобретения, что свидетельствует о соответствии критерию "промышленная применимость".

Способ выплавки рафинированного феррохрома реализуется следующим образом. Под электроды на подину дуговой печи задают полностью или частично ферросиликохром, на который опускают электроды и набирают токовую нагрузку. Затем постепенно загружают в ванну печи рудно-известковую часть шихты и материал, содержащий оксид бора. В качестве последнего используют, например, плавленую боратовую руду (ПБР). Оксид бора В₂О₃ имеет температуру плавления 577^oС, обладает высокой флюсующей способностью и проявляет армирующие свойства в кристаллической решетке двухкальциевого силиката, предотвращающие ее полиморфизм и распад двухкальциевого силиката. Загрузку ПБР в печь осуществляют одновременно с первыми порциями рудно-известковой части шихты для того, чтобы обеспечить снижение температуры образования жидкой фазы и температуры полного проплавления рудно-известковой части шихты. Это позволяет ускорить начало процессов восстановления оксидов хрома и железа кремнием ферросиликохрома. Введение оксида бора в рудно-известковую часть шихты позволяет, наряду с понижением температуры образования жидкой фазы, увеличить жидкоподвижность рудно-известкового расплава, что способствует ускорению процессов массопереноса и увеличению скорости физико-химических реакций. В результате, восстановление оксидов хрома и железа протекает полнее и при более низких температурах, уменьшаются тепловые потери через колошник и, как следствие, снижается удельный расход электроэнергии.

Обоснование количества вводимого в состав шихты оксида бора выполнено по результатам проведения опытно-промышленных плавок. Количество вводимой в шихту ПБР определяли из отношения массы оксида бора к массе оксида кальция в шихте, % (см. табл. 1, 2). Отношение количества оксида бора к оксиду кальция выбрано исходя из того, что оксид кальция имеет наиболее устойчивые параметры из всех составляющих шихты и непосредственно участвует в образовании двухкальциевого силиката. При внесении оксида бора в количестве до 0,15% от массы оксида кальция в шихте шлак практически полностью распадался (табл. 1), увеличение количества вводимого В₂О₃ до 0,23% приводило к снижению степени распада, но щебень и песок из не распавшегося шлака имели низкую устойчивость структуры и не могут быть рекомендованы для использования в строительстве.

В соответствии с требованиями ГОСТ 5578-94 "Щебень и песок из шлаков черной и цветной металлургии для бетонов. Технические условия", потеря массы при определении стойкости против силикатного распада не должна быть более 5%.

Кроме того, при внесении оксида бора в количестве менее 0,25% от массы оксида кальция в шихте снижается и технологический эффект. В частности, недостаточно повышается жидкоподвижность шлака, практически не улучшается извлечение ведущего элемента (хрома), расход электроэнергии снижается незначительно (табл.2).

Внесение оксида бора в количестве более 0,45% от массы оксида кальция в шихте не отражается на изменении устойчивости структуры шлака к силикатному распаду, но существенно ухудшает технико-экономические показатели выплавки рафинированного феррохрома. В частности, снижается извлечение хрома в готовый сплав и увеличивается удельный расход электроэнергии на базовую тонну феррохрома. Это связано с тем, что температура образования рудно-известкового расплава снижается существенно и становится ниже температуры плавления феррохрома. В этом случае шлак перегревается, а металл остается недостаточно прогретым и плохо выходит из печи. Повышается содержание кремния в феррохроме, что вызывает необходимость снижать навеску ферросиликохрома, а это в свою очередь существенно ухудшает все технико-экономические показатели плавки (использование хрома, удельный расход электроэнергии и др.), повышается содержание оксидов хрома и железа в шлаке. Перегрев шлака и чрезмерное увеличение его жидкоподвижности снижает стойкость футеровки плавильного агрегата. Кроме того, повышенный расход материала, содержащего оксид бора, приводит к дополнительным затратам на его приобретение, подготовку и использование. Увеличивается выход шлака, что также приводит к росту затрат.

Пределы по количеству вводимого оксида бора для решения поставленной задачи составляют 0,25-0,45% от массы оксида кальция в шихте. Наиболее благоприятным с точки зрения технико-экономических показателей является количество оксида бора в пределах 0,3-0,4%.

Источники информации
1. М. И.Гасик, Н.П.Лякишев. Теория и технология электрометаллургии ферросплавов. М., "СП Интермет Инжиниринг", 1999, с. 450.

2. А.Г.Кучер, Н.В.Новиков, Н.Т.Таджибаев и др. Совершенствование силикотермического процесса выплавки низкоуглеродистого феррохрома. Сталь, 4, 1995 г., с. 31-33.