Результат интеллектуальной деятельности: ШИХТА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОХРОМА

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к шихтам для получения высокоуглеродистого феррохрома, может быть использовано для переработки бедных хромитовых руд с содержанием Cr₂O₃ 35-40%.

Известна шихта для получения высокоуглеродистого феррохрома (с содержанием Cr свыше 65%) в рудовосстановительных электропечах, получившая наибольшее распространение на территории стран СНГ, которая включает в себя богатую кусковую хромитовую руду Кемпирсайского месторождения, коксик, полукокс, кремнийсодержащий флюс и оборотные отходы производства феррохрома. Состав шихты был следующим, кг:

[Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов / М.: Металлургия 1988. С.329-337].

Основным недостатком данной шихты является невозможность применения бедных хромитовых руд с содержанием Cr₂O₃ 36-40% (к которым относится большинство хромитовых руд отечественных месторождений).

Прототипом является шихта для получения высокоуглеродистого феррохрома в рудовосстановительных печах, применяемая на Серовском заводе ферросплавов, содержащая, мас.%: хроморудные материалы (в виде брикетов из мелочи богатой хромитовой руды (45-50% Cr₂O₃) - 30-55, углеродистый восстановитель (коксик) - 11-15, кремнийсодержащие флюсующие материалы - 2-6, бедная хромитовая руда - остальное.

[Жучков В.И., Заякин О.В., Гальперин Л.Л., Островский Я.И. и др. Шихта для получения высокоуглеродистого феррохрома // Патент РФ №2241057 (прототип)].

Преимуществом данного способа является возможность частичного вовлечение в переработку бедных хромитовых руд. Основными недостатками - необходимость введения дополнительной стадии подготовки руд к плавке, проведение предварительного окускования мелочи богатых хромитовых руд.

Техническим результатом данного изобретения является разработка нового состава шихты, позволяющего более масштабно вовлечь бедные отечественные хромитовые руды в процесс получения высокоуглеродистого феррохрома и частично заменить дорогостоящий коксик более дешевыми углеродистыми восстановителями.

Указанный технический результат достигается тем, что шихта для получения высокоуглеродистого феррохрома в рудовосстановительных электропечах с содержанием Cr в сплаве 50-60 мас.%, содержащая хроморудные материалы, углеродистый восстановитель, кремнийсодержащий флюс, согласно изобретения, она дополнительно содержит оборотные отходы собственного производства, в качестве хроморудных материалов содержит бедную кусковую хромитовую руду с соотношением Cr/Fe 1,8-2,2 или ее концентрат фракции 4-100 мм, в качестве углеродистого восстановителя используют смесь коксика фракции 10-25 мм и угля фракции 10-50 мм, при следующем содержании компонентов, мас.%:

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемая шихта для получения высокоуглеродистого феррохрома позволяет производить высокоуглеродистый феррохром с содержанием, мас.%: 50-60 Cr, 0,9-2,9 Si, 0,02-0,04 Р и 7,5-8,2% С из бедных руд с соотношением Cr/Fe 2,2-1,8 без применения богатой хромитовой руды и перерабатывать отходы собственного производства. В отличие от прототипа, данная шихта позволяет получать высокоуглеродистый феррохром по упрощенной технологии, без затрат на предварительное окускование мелких богатых хромитовых руд, частично использовать более дешевый углеродистый восстановитель и снизить удельный расход электродов.

Диапазон содержаний компонентов, приведенных в составе шихты, объясняется следующим образом:

При введении коксика в количестве менее 6 мас.% уменьшается степень восстановления хрома и железа из-за недостатка углерода на протекание соответствующих восстановительных реакций.

При увеличении количества коксика более 8 мас.% происходит необоснованный перерасход восстановителя, возникают термодинамические условия, способствующие лучшему восстановлению кремния, что приводит к снижению содержания углерода в сплаве. Увеличивается агрессивное воздействие металла и шлака на магнезитовую футеровку печи.

Увеличение соотношения Р/Cr (снижения содержания Cr₂O₃ в руде до 35-40 мас.% при сохранении содержания фосфора на уровне 0,003-0,004 мас.%) в бедных хромитовых рудах требует использования чистых по фосфору восстановителей и не позволяет использовать рядовой коксик. Применение дорогостоящего коксика с пониженным содержанием фосфора (менее 0,03 мас.%) существенно увеличивает себестоимость высокоуглеродистого феррохрома. Для снижения стоимости восстановителей предлагается использовать смесь угля (4-5 мас.%) и коксика (6-8 мас.%), что является достаточным для восстановления железа, хрома, науглераживания феррохрома и позволяет получать высокоуглеродистый феррохром с содержанием фосфора менее 0,04 мас.%. Увеличение содержания угля более 5 мас.% приводит к чрезмерному повышению температуры колошника, что затрудняет обслуживание электропечи и может привести к аварийным ситуациям.

Для корректировки химического состава шлаков производства высокоуглеродистого феррохрома в шихту вводят кремнийсодержащие флюсующие материалы: дробленые шлаки производства ферросиликохрома марки ФХС48 (50% SiO₂, 15% Al₂O₃, 15% Si_мeт., 10% Сr_мет.), ферросилиция марок ФС45 и ФС65 (25-40% SiO₂, 30% Al₂O₃, 20-30% Si_мeт.) или кварцит (97% SiO₂). Содержание флюсующих материалов в шихте (2-4 мас.%) определяется требованиями получения шлаков, обеспечивающих нормальный ход процесса плавки. Так, при избытке флюсов (более 4%) шлак получается легкоплавким, ход печи холодным, поэтому хром из рудной части восстанавливается не полностью, металл может застывать на подине печи. Если в шихте флюсов менее 2%, шлак получается тугоплавким и вязким, что вызывает затруднения при выпуске шлака из печи. В этом случае увеличиваются потери хрома за счет запутывания корольков металла в вязком шлаке.

Количество флюсующих добавок, по сравнению с прототипом, снижено за счет применения отходов собственного производства (прометаленный шлак, всплески и т.д.). При снижении содержания в составе шихты отходов собственного производства менее 4 мас.% необходимо увеличивать количество флюсующих добавок для корректировки состава шлака. При увеличении отходов собственного производства более 6 мас.% может произойти нарушение хода плавки.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Заявленная шихта для получения высокоуглеродистого феррохрома была испытана в плавильном цехе №1 ОАО «Серовский завод ферросплавов».

Использовались следующие материалы и оборудование:

1. Концентрат Сарановского месторождения, содержащий, мас.%: 39,0 Cr₂O₃; 18,8 FeO; 4,6 SiO₂; 14,7 MgO; 15,9 Al₂O₃; 0,3 CaO; 0,0029 P.

2. Коксик ОАО «Северсталь» (84,6% С, 0,026% Р).

3. Уголь Красногорского разреза (85,5% С, 0,029% Р).

4. Кремнийсодержащий флюс двух типов:

- шлак ферросиликохрома, содержащий, мас.%: 50 SiO₂; 15 Al₂O₃; 10 MgO; 15 Si_мeт.; 10 Cr_мет.; 5 Fе_мет..

- отсевы кварцита, содержащие, мас.%: 97,0 SiO₂; 0,5 Al₂O₃; 0,3 MgO; 0,5 FeO.

5. Оборотные отходы собственного производства, содержащие, мас.%: 35 SiO₂; 8 MgO; 10 Al₂O₃; 10 Fе_общ; 20 Сr_общ.

6. Дуговая электропечь типа РКО-23.

Шихта для получения высокоуглеродистого феррохрома содержала, мас.%:

Плавка велась непрерывным способом, при постоянном уровне колошника поддерживаемым периодической загрузкой шихты в печь по мере проплавления. Выпуск производили через каждые 2 часа работы печи.

Проведенные испытания показали, что предлагаемая шихта для получения высокоуглеродистого феррохрома позволяет выплавлять в электропечи феррохром, из бедных хромитовых руд отечественных месторождений с соотношением Cr/Fe 2,2-1,8, соответствующий марке FeCr50 ГОСТ 4757-91. Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения дешевого низкосортного хроморудного сырья отечественных месторождений взамен дорогостоящей импортируемой богатой хромитовой руды, возможностью исключения одной стадии передела рудных материалов (процесса окускования) из технологического цикла производства высокоуглеродистого феррохрома и частичным применением дешевого вида углеродистого восстановителя взамен дорогостоящего низкофосфористого коксика.