Результат интеллектуальной деятельности: Состав шихты для выплавки безуглеродистого железа

Изобретение относится к металлургии, а конкретно к промышленному производству безуглеродистого железа.

Низкоуглеродистую сталь с содержанием углерода до 0,04% получают преимущественно восстановлением оксидов железной руды кремнием восстановителя в присутствии извести. Переработка чугуна в низкоуглеродистую сталь требует больших затрат и при этом используется большое количество дорогого разливочного и технологического оборудования.

Следует отметить недостатки известных технологий шихты. Восстановление оксидов из шлаковой фазы проходит при большой затрате тепла и выделении большого количества газов, уносящих значительное количество физического и химического тепла. Так как технологический процесс осуществляется с выделением большого количества газов, то к агрегату для осуществления необходимого технологического процесса присоединяется громоздкое газоотводящее и пылеулавливающее оборудование, а процесс получения низкоуглеродистого железа сопровождается повышением температуры металлического расплава, что приводит к увеличению времени плавки порции шихты, резкому снижению производительности плавильного агрегата и сокращению срока службы футеровки, а процесс производства становится низкорентабельным.

Известны различные составы шихты и способы переработки железосодержащей шихты: RU 863661, RU 1038365, RU 2287024, RU 2311469, RU 1331900, RU 1709738, RU 2035521, RU 20745269, RU 2148670, RU 2353688, RU 2172454, US 4282033.

Недостатками известных составов шихты является, во-первых, использование углеродсодержащего топлива (уголь, кокс, природный газ, нефтепродукты), во-вторых, использование чугуна в качестве железосодержащего компонента и в третьих - в процессе плавления шихты в атмосферу выбрасывается значительное количество вредных выбросов.

Прототипом предлагаемой шихты является смесь оксидов железа и металлического алюминия. Химическая реакция протекает с выделением тепла по формуле:

Fe₂O₃+2Al=Al₂O₃+2Fe+18500 кал.

Для обеспечения определенной активности и теплотворной способности шихты необходимо обеспечить химическую чистоту ее компонентов, по всем примесям и особенно по углероду. При этом установлена зависимость: чем больше емкость плавильного агрегата, тем крупнее должны быть куски компонентов шихты.

Задачей настоящего изобретения является получение безуглеродистого железа с одновременным значительным снижением вредных выбросов и снижением капиталоемкости безотходного производства.

Для реализации поставленной цели предлагаем следующую алюмотермическую реакцию, разработанную термодинамичским расчетом открытой системы:

3Fe₃O₄+8Al+2,25СаО+1,5SiO₂=9Fe+2,5Al₂O₃1,5SiO₂+0,75СаО1,5Al₂O₃+1,5СаО

Магнитную окись железа, Fe₃O₄ вносим в шихту в виде измельченной окалины низкоуглеродистой стали, а алюминий - в виде крупки.

С целью снижения температуры алюмотермического процесса и температуры плавления шлака и доведения ее до технологической температуры плавки, добавляем в шихту смесь извести, СаО, и кремнезема, SiO₂, которые образуют с глиноземом высокоглиноземистый цемент при выплавке безуглеродистого железа.

Новизна предлагаемого состава шихты заключается в отсутствии в ее составе топлива, а компоненты шихты практически не содержат углерод или содержат его на уровне следов, а также организации экологически чистого безотходного производства в металлургической промышленности.

Процесс выплавки безуглеродистого железа происходит за счет выделения тепла экзотермической реакции между оксидами железа и алюминием с участием извести и кремнезема.

Безуглеродистое железо, как известно, обладает многими положительными свойствами: высокой коррозионной стойкостью, высокой прочностью, пластичностью и свариваемостью.

Безуглеродистое железо будет основой безникелевой нержавеющей металлопродукции, а также сверхпрочных и жаропрочных сплавов.