RU2164543C1 - Method of preparing low-carbon metals and alloys - Google Patents

Method of preparing low-carbon metals and alloys Download PDF

Info

Publication number
RU2164543C1
RU2164543C1 RU2000114912A RU2000114912A RU2164543C1 RU 2164543 C1 RU2164543 C1 RU 2164543C1 RU 2000114912 A RU2000114912 A RU 2000114912A RU 2000114912 A RU2000114912 A RU 2000114912A RU 2164543 C1 RU2164543 C1 RU 2164543C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
carbon
solvent
oxides
reducing agent
Prior art date
Application number
RU2000114912A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
С.В. Дигонский
Н.А. Дубинин
Р.Р. Ахмеров
В.В. Тен
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Межрегиональное научно-производственное объединение "Полиметалл"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Межрегиональное научно-производственное объединение "Полиметалл" filed Critical Открытое акционерное общество "Межрегиональное научно-производственное объединение "Полиметалл"
Priority to RU2000114912A priority Critical patent/RU2164543C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2164543C1 publication Critical patent/RU2164543C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: pyrrometallurgy, more particularly reduction of metals with solid carbon from oxides thereof. SUBSTANCE: method comprises forming solvent melt based on alkaline-earth metal halides, creating ore thermal melting mode, continuously feeding the blend composed of oxide-containing material and solid carbon reducing agent, dissolving oxides in solvent melt, reducing thereof with solid carbon at preset temperature and fixed partial pressure of carbon oxide over melt, and separating the resulting metal from solvent melt. High concentration of dissolved oxides is constantly maintained in solvent melt by feeding continuously oxide-containing material, solid carbon reducing agent is fed separately in amount of less than stoichiometric amount, and height of solvent melt layer is maintained at level of at least four diameters of electrodes. Method makes it possible to prepare low-carbon metals and alloys by single stage process directly from ores, concentrates, semiproducts and metallurgical waste. EFFECT: more efficient preparation method. 4 ex, 1 tbl

Description

Изобретение относится к пирометаллургии, в частности к восстановлению твердым углеродом металлов из их оксидов, растворенных в расплаве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, и может быть использовано для одностадийного получения низкоуглеродистых металлов и сплавов непосредственно из руд, концентратов, полупродуктов и металлургических отходов. The invention relates to pyrometallurgy, in particular to the recovery by solid carbon of metals from their oxides dissolved in a melt of halides of alkali and / or alkaline earth metals, and can be used for the single-stage production of low-carbon metals and alloys directly from ores, concentrates, intermediate products and metallurgical waste.

Практически все известные процессы восстановительной плавки оксидов металлов, протекающие с применением в качестве восстановителя твердого углерода, в качестве целевого продукта получают науглероженный металл, который фактически является "полуфабрикатом" и требует дальнейшей переработки. Almost all known processes of reductive smelting of metal oxides, proceeding using solid carbon as a reducing agent, produce carburized metal as a target product, which is actually a "semi-finished product" and requires further processing.

Известен способ восстановления железной руды в рудовосстановительной электропечи [1]. A known method of reducing iron ore in an ore-reducing electric furnace [1].

В известном способе в ванну печи загружают шихту, состоящую из смеси офлюсованного агломерата или железорудных окатышей с углеродистым восстановителем (коксом), а в качестве целевого продукта получают "синтетический" чугун. In the known method, a charge consisting of a mixture of fluxed agglomerate or iron ore pellets with a carbon reducing agent (coke) is loaded into the furnace bath, and “synthetic” cast iron is obtained as the target product.

Недостатком известного способа является невозможность получения низкоуглеродистого железа и, соответственно, необходимость дальнейшей переработки чугуна, содержащего 3-4% углерода. The disadvantage of this method is the inability to obtain low-carbon iron and, accordingly, the need for further processing of cast iron containing 3-4% carbon.

Известен способ получения высокоуглеродистого феррохрома в закрытой электропечи [2]. A known method of producing high-carbon ferrochrome in a closed electric furnace [2].

В известном способе в ванну печи загружают шихту, состоящую из кусковой хромитовой руды и углеродистого восстановителя (кокса или полукокса), а в качестве целевого продукта получают феррохром, содержащий 7-8% углерода. In the known method, a mixture consisting of lump chromite ore and a carbon reducing agent (coke or semi-coke) is loaded into the furnace bath, and ferrochrome containing 7-8% carbon is obtained as the target product.

Недостатком известного способа является невозможность получения низкоуглеродистого феррохрома и, соответственно, необходимость многостадийной переработки высокоуглеродистого феррохрома. The disadvantage of this method is the impossibility of obtaining low-carbon ferrochrome and, accordingly, the need for multi-stage processing of high-carbon ferrochrome.

Известен способ, принятый за прототип, получения металлов и сплавов, включающий формирование реакционного объема электропечи на основе галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, создание рудно-термического режима плавки в реакционном объеме, растворение оксидов в расплаве, их восстановление из раствора твердым углеродом и отделение полученного металла от расплава-растворителя, отличающийся тем, что оксиды восстанавливают при температуре 950-1500oC, в качестве дополнительного восстановителя используют углеродистую футеровку, служащую электродом, при этом парциальное давление оксида углерода над расплавом поддерживают ниже равновесного для восстанавливаемого оксида [3].The known method adopted for the prototype, the production of metals and alloys, including the formation of the reaction volume of an electric furnace based on halides of alkali and / or alkaline earth metals, the creation of an ore-thermal melting mode in the reaction volume, the dissolution of oxides in the melt, their recovery from solution with solid carbon and separation the obtained metal from the melt-solvent, characterized in that the oxides are reduced at a temperature of 950-1500 o C, as an additional reducing agent use a carbon lining serving as an electrode, while the partial pressure of carbon monoxide over the melt is maintained below equilibrium for the reduced oxide [3].

В известном способе в ванну печи загружают шихту, состоящую из оксидосодержащего материала (руд, концентратов, полупродуктов, металлургических отходов) и восстановителя, в качестве которого используют практически любой твердый углеродистый материал. In the known method, a charge consisting of an oxide-containing material (ores, concentrates, intermediate products, metallurgical waste) and a reducing agent, which is used as practically any solid carbonaceous material, is loaded into the furnace bath.

Недостатком способа, принятого за прототип, является возможность науглероживания целевого продукта. The disadvantage of the method adopted for the prototype is the possibility of carburization of the target product.

Предотвратить науглероживание целевого продукта за счет контакта с углеродистой футеровкой печи (главным образом - с подиной) возможно при использовании в качестве ванны печи водоохлаждаемого кожуха, защищенного гарниссажем, либо специального устройства для восстановления оксидов металлов [4]. It is possible to prevent carburization of the target product by contact with the carbon lining of the furnace (mainly with the hearth) when using a water-cooled casing protected by a skull or a special device for the reduction of metal oxides as a furnace bath [4].

Однако и при использовании ванны печи, не имеющей углеродистой футеровки, возможно образование науглероженного целевого продукта. Это происходит, во-первых, потому, что при температурах процесса в ряде случаев происходит восстановление оксида металла не только до металла, но и до его карбида. However, when using a furnace bath without a carbon lining, the formation of a carbonized target product is possible. This occurs, firstly, because at a process temperature in some cases the metal oxide is reduced not only to the metal, but also to its carbide.

Так, например, восстановление из шихты углеродом оксидов хрома по реакциям:
2/3Cr2O3 + 18/7C ---> 4/21Cr7C3 + 2CO (1)
ΔG 0 T = 121986-87,61 T кал
2/3Cr2O3 + 2C ---> 4/3Cr + 2CO (2)
ΔG 0 T = 130340-86,11 T кал
Температура химического равновесия реакции (1) составляет 1403 К (1130oC), а реакции (2) - 1513 К (1240oC). Это означает, что с точки зрения химической термодинамики восстановление оксида хрома до карбида энергетически выгоднее и начинается при более низкой температуре, нежели восстановление оксида хрома до металла [5].
So, for example, the reduction of carbon oxides of chromium from a mixture by reactions:
2 / 3Cr 2 O 3 + 18 / 7C ---> 4 / 21Cr 7 C 3 + 2CO (1)
ΔG 0 T = 121986-87.61 T cal
2 / 3Cr 2 O 3 + 2C ---> 4 / 3Cr + 2CO (2)
ΔG 0 T = 130340-86.11 T cal
The chemical equilibrium temperature of reaction (1) is 1403 K (1130 o C), and reaction (2) is 1513 K (1240 o C). This means that, from the point of view of chemical thermodynamics, the reduction of chromium oxide to carbide is energetically more favorable and begins at a lower temperature than the reduction of chromium oxide to metal [5].

Кроме того, возможно образование карбида металла при контакте капель восстановленного металла с твердым углеродистым восстановителем, плавающим на поверхности расплава (на восстановителе образуются капли металла, которые затем отрываются и опускаются на подину ванны печи). In addition, the formation of metal carbide is possible when droplets of the reduced metal come into contact with a solid carbon reducing agent floating on the surface of the melt (metal drops form on the reducing agent, which then come off and fall onto the bottom of the furnace bath).

Так, например, капли восстановленного железа при контакте с восстановителем образуют карбид железа по реакции:
3Fe + C ---> Fe3C (3)
ΔZ1115-1808K = 2475-2,43T [6]
Температура начала реакции (3) составляет 1019 К (745oC).
So, for example, drops of reduced iron in contact with a reducing agent form iron carbide by the reaction:
3Fe + C ---> Fe 3 C (3)
ΔZ 1115-1808K = 2475-2.43T [6]
The temperature of the onset of reaction (3) is 1019 K (745 ° C.).

Таким образом, и при использовании безуглеродистой ванны печи возможно образование науглероженного целевого продукта. Thus, when using a carbon-free bath of the furnace, the formation of a carbonized target product is possible.

Задачей изобретения является получение низкоуглеродистых металлов и сплавов при восстановлении твердым углеродом оксидов металлов, растворенных в расплаве галогенидов щелочноземельных металлов. The objective of the invention is to obtain low carbon metals and alloys during the recovery of solid carbon metal oxides dissolved in a melt of alkaline earth metal halides.

Решение задачи обусловлено тем, что все карбиды металлов при определенных условиях являются восстановителями для оксидов этих металлов по реакции:
MeO + MeC ---> 2Me + CO (4)
Поскольку в расплаве-растворителе присутствуют растворенные в нем оксиды металлов, то карбиды металлов, опускаясь на подину ванны печи сквозь расплав-растворитель, неизбежно отдают углерод на восстановление оксидов этих металлов. Углерод, соединяясь с кислородом, покидает расплав в виде оксида углерода и сгорает над ванной печи. Для полного протекания реакции (4) необходимо, чтобы расплав-растворитель был в достаточной степени насыщен растворенными в нем оксидами металлов, высота слоя расплава-растворителя была достаточной для того, чтобы карбиды металлов имели продолжительный контакт с раствором оксидов металлов, а температура процесса была достаточной для протекания реакции (4).
The solution to the problem is due to the fact that, under certain conditions, all metal carbides are reducing agents for the oxides of these metals by the reaction:
MeO + MeC ---> 2Me + CO (4)
Since metal oxides dissolved in it are present in the melt-solvent, metal carbides, falling to the bottom of the furnace bath through the melt-solvent, inevitably give carbon to the reduction of the oxides of these metals. Carbon, combining with oxygen, leaves the melt in the form of carbon monoxide and burns over the bathtub of the furnace. For the complete reaction (4) to occur, it is necessary that the melt-solvent be sufficiently saturated with the dissolved metal oxides in it, the height of the layer of the melt-solvent is sufficient so that the metal carbides have continuous contact with the solution of metal oxides, and the process temperature is sufficient for the progress of reaction (4).

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения низкоуглеродистых металлов и сплавов, включающем формирование расплава-растворителя на основе плавикового шпата, создание рудно-термического режима плавки, непрерывную загрузку шихты, состоящей из оксидсодержащего материала и твердого углеродистого восстановителя, растворение оксидов в расплаве, их восстановление твердым углеродом при заданной температуре и фиксированном парциальном давлении оксида углерода над расплавом, отделение полученного металла от расплава-растворителя, согласно изобретению в расплаве-растворителе постоянно поддерживают высокую концентрацию растворенных оксидов путем непрерывной загрузки оксидсодержащего материала, твердый углеродистый восстановитель загружают отдельно в количестве меньше стехиометрического, а высоту слоя расплава-растворителя поддерживают на уровне не менее четырех диаметров электрода. The specified technical result is achieved by the fact that in the method for producing low-carbon metals and alloys, including the formation of a melt-solvent based on fluorspar, the creation of an ore-thermal melting mode, the continuous loading of a charge consisting of an oxide-containing material and a solid carbon reducing agent, the dissolution of oxides in the melt, their recovery with solid carbon at a given temperature and a fixed partial pressure of carbon monoxide over the melt, separation of the obtained metal from The solvent alloy according to the invention in a solvent melt constantly maintains a high concentration of dissolved oxides by continuously loading an oxide-containing material, the solid carbon reducing agent is separately charged in an amount less than stoichiometric, and the height of the solvent melt layer is maintained at least four electrode diameters.

Способ осуществляется следующим образом. The method is as follows.

В ванну рудовосстановительной электропечи, представляющую водоохлаждаемый металлический кожух или специальное устройство для восстановления оксидов металлов [4], загружают галогенид, преимущественно плавиковый шпат, расплавляют его в дуговом режиме и в рудно-термическом режиме доводят до жидкоподвижного состояния. В ванну печи загружают шихту, состоящую из восстанавливаемых оксидов, которые, попадая в расплав, растворяются. Затем в ванну печи загружается твердый углеродистый восстановитель в количестве меньше стехиометрического. Твердый углерод, плавающий на поверхности расплава-растворителя, восстанавливает растворенные оксиды как до металлов, так и до их карбидов, при этом образующийся металлический сплав опускается на подину печи и, проходя сквозь расплав, насыщенный растворенными оксидами, отдает углерод на их восстановление. Экспериментально установлено, что для полного обезуглероживания сплава высота слоя расплава-растворителя должна быть не менее четырех диаметров электрода. A halide, mainly fluorspar, is loaded into a bath of an ore-reducing electric furnace, representing a water-cooled metal casing or a special device for the reduction of metal oxides [4], melted in an arc mode and brought into a liquid-mobile state in an ore-thermal mode. A mixture consisting of reducible oxides is loaded into the furnace bath, which dissolves when it enters the melt. Then, a solid carbon reducing agent in an amount less than stoichiometric is loaded into the furnace bath. Solid carbon floating on the surface of the melt-solvent reduces the dissolved oxides to both metals and their carbides, while the resulting metal alloy is lowered onto the hearth of the furnace and, passing through the melt saturated with dissolved oxides, gives up carbon for their reduction. It was experimentally established that, for complete decarburization of the alloy, the height of the melt-solvent layer should be at least four electrode diameters.

Цикл загрузка шихты в расплав - загрузка восстановителя в расплав - восстановление многократно повторяется, при этом в расплаве-растворителе постоянно поддерживается высокая концентрация растворенных оксидов. Образующийся целевой продукт остается в печи (плавка на блок) либо удаляется через эксцентричный донный выпуск. The cycle of loading the charge into the melt — loading the reducing agent into the melt — reduction is repeated many times, while a high concentration of dissolved oxides is constantly maintained in the melt-solvent. The resulting target product remains in the furnace (smelting per block) or is removed through an eccentric bottom outlet.

Примеры осуществления способа. Examples of the method.

Пример 1 (по прототипу). Example 1 (prototype).

В опыте использовалась электропечь, снабженная двумя графитовыми электродами диаметром 50 мм, запитанными на трансформатор переменного тока мощностью 100 кВА (потребляемое напряжение - 50 В, сила тока 1,0-1,5 кАм). Ванна печи, представляла собой прямоугольный водоохлаждаемый металлический кожух размерами 350х200х400 мм с возможностью образования гарниссажа на подине и стенках ванны. В ванну печи загружался плавиковый шпат в количестве 25 кг, который плавился открытой электрической дугой и доводился до жидкоподвижного состояния в течение 25-30 мин, после чего работа печи переходила в режим электросопротивления. Затем в раствор-растворитель на основе плавикового шпата, имеющий температуру 1500-1600oC, непрерывно в течение часа загружалась шихта, состоящая из 30 кг отсевов хромовой руды крупностью - 2,5 мм и 4 кг восстановителя (графитового порошка). Процесс восстановления оксидов хрома, железа и кремния протекал как в процессе загрузки шихты, так и по окончании загрузки (в течение 40 мин), что фиксировалось по горению оксида углерода над ванной печи. По окончании восстановительной плавки печь была заморожена. В результате плавки на подине печи образовался конгломерат из крупных (до 100 мм в поперечнике) корольков металла. Анализ металлического сплава показал, что он представляет собой феррохром следующего химического состава (%):
Cr - 60,0; Fe - 31,5; C - 8,9; Si - 0,9; P - 0,03.
An electric furnace was used in the experiment, equipped with two graphite electrodes with a diameter of 50 mm, powered by an AC transformer with a power of 100 kVA (power consumption - 50 V, current strength 1.0-1.5 kAm). The furnace bath was a rectangular water-cooled metal casing measuring 350x200x400 mm with the possibility of a skull on the bottom and walls of the bathtub. 25 kg of fluorspar was loaded into the furnace bath, which was melted by an open electric arc and brought to a liquid-mobile state within 25-30 minutes, after which the furnace switched to the electrical resistance mode. Then, a mixture consisting of 30 kg of screenings of chrome ore with a grain size of 2.5 mm and 4 kg of reducing agent (graphite powder) was continuously charged into the solution-solvent based on fluorspar, having a temperature of 1500-1600 ° C. The process of reduction of chromium, iron, and silicon oxides proceeded both during the charge loading and at the end of loading (within 40 min), which was recorded by the combustion of carbon monoxide over the furnace bath. At the end of the reduction smelting, the furnace was frozen. As a result of melting, a conglomerate of large (up to 100 mm in diameter) metal beads formed on the bottom of the furnace. Analysis of the metal alloy showed that it is a ferrochrome of the following chemical composition (%):
Cr - 60.0; Fe - 31.5; C 8.9; Si - 0.9; P is 0.03.

В приведенном примере слой расплава-растворителя имел высоту 200 мм, что составляло 4 диаметра электрода, однако восстановитель был взят с избытком. При содержании оксида хрома в руде, равном 40%, или 12 кг, на его восстановление до хрома по реакции (2) потребовалось 2,85 кг углерода. Остальные 1,15 кг восстановителя (графита) были израсходованы на образование карбида хрома по реакции (1). In the above example, the melt-solvent layer had a height of 200 mm, which was 4 electrode diameters, however, the reducing agent was taken in excess. When the content of chromium oxide in the ore is 40%, or 12 kg, 2.85 kg of carbon was required for its reduction to chromium by reaction (2). The remaining 1.15 kg of reducing agent (graphite) was spent on the formation of chromium carbide by reaction (1).

Пример 2 (по предлагаемому способу). Example 2 (by the proposed method).

Для проведения эксперимента использовалась двухэлектродная рудно-термическая печь мощностью 100 кВА (диаметр электродов 75 мм). Ванна печи представляла собой водоохлаждаемый металлический кожух объемом 50 литров с охлаждаемой подиной из магнезитового кирпича. For the experiment, a two-electrode ore-thermal furnace with a capacity of 100 kVA (electrode diameter 75 mm) was used. The furnace bath was a water-cooled metal casing with a volume of 50 liters with a cooled magnesite brick hearth.

Для эксперимента было подготовлено 25 кг оксида хрома марки "ЧДА" крупностью - 0,05 мм и 25 кг обогащенной хромой руды крупностью - 0,2 мм следующего химического состава (%): Cr2O3 - 59,2; FeO - 14,0; Al2O3 - 8,7; MgO - 16,2; SiO2 - 1,8.For the experiment, 25 kg of ChDA grade chromium oxide with a particle size of 0.05 mm and 25 kg of chromium ore enriched with a particle size of 0.2 mm were prepared with the following chemical composition (%): Cr 2 O 3 - 59.2; FeO - 14.0; Al 2 O 3 - 8.7; MgO - 16.2; SiO 2 - 1.8.

В ходе эксперимента в ванну печи первоначально загрузили 75 кг плавикового шпата в виде порошка (флотоконцентрат, содержащий 85% CaF2), расплавили его открытой дугой и в рудно-термическом режиме довели до жидкотекучего состояния с температурой расплава 1600oC.During the experiment, 75 kg of fluorspar in the form of a powder (flotation concentrate containing 85% CaF 2 ) was initially loaded into the furnace bath, melted by an open arc and brought into a liquid-thermal regime with a melt temperature of 1600 o C.

Затем в ванну печи в течение 45 минут загрузили 15 кг чистого оксида хрома Cr2O3 и 15 кг обогащенной хромовой руды. Восстановление из хромовой руды оксида железа должно было привести к образованию феррохрома с относительно низкой температурой плавления (чистый хром плавится при температуре 1857oC - недостижимой в лабораторных условиях). После загрузки шихты в ванну печи загрузили 2 кг восстановителя (порошкообразного графита). Напряжение низкой стороны составляло 50 B, сила тока 1400-1600 А. Протекание процесса восстановления фиксировалось по горению оксида углерода над поверхностью расплава. Восстановление происходило в течение 30 минут до полного расхода восстановителя. Затем плавку заморозили.Then, 15 kg of pure chromium oxide Cr 2 O 3 and 15 kg of enriched chromium ore were loaded into the furnace bath for 45 minutes. The reduction of iron oxide from chromium ore was supposed to lead to the formation of ferrochrome with a relatively low melting point (pure chromium melts at a temperature of 1857 o C - unattainable in laboratory conditions). After loading the mixture into the furnace bath, 2 kg of reducing agent (powdered graphite) was loaded. The low side voltage was 50 V, the current strength was 1400-1600 A. The course of the reduction process was recorded by the combustion of carbon monoxide over the melt surface. Recovery took place within 30 minutes until the reducing agent was completely consumed. Then the melting was frozen.

В результате разделки плавки было обнаружено, что ~40 кг шлака насыщено металлическим хромом в дисперсном состоянии - оксид хрома удалось восстановить, но не удалось расплавить полученный хром ввиду малой мощности лабораторной печи. As a result of cutting the smelting, it was found that ~ 40 kg of slag is saturated with metallic chromium in a dispersed state - chromium oxide was restored, but the obtained chromium could not be melted due to the low power of the laboratory furnace.

Также было обнаружено около 2 кг сплава следующего химического состава (%): Cr - 53,6; Fe - 40,0; C - 3,3. Хотя сплав не отвечает по содержанию хрома стандартному феррохрому (60-65% Cr), но по содержанию углерода он вполне соответствует среднеуглеродистому феррохрому (1-4% C). It was also found about 2 kg of an alloy of the following chemical composition (%): Cr - 53.6; Fe - 40.0; C is 3.3. Although the alloy does not meet standard ferrochrome in terms of chromium content (60-65% Cr), in terms of carbon content it is quite consistent with medium-carbon ferrochrome (1-4% C).

В приведенном примере восстановитель был взят в количестве меньше стехиометрического, но высота слоя расплава составляла 200 мм, то есть менее трех диаметров электрода. Образовавшийся в результате восстановления карбид хрома опускался на подину ванны печи, не успевая полностью прореагировать с оксидом хрома, растворенным в расплаве-растворителе. In the above example, the reducing agent was taken in an amount less than stoichiometric, but the height of the melt layer was 200 mm, i.e., less than three electrode diameters. The chromium carbide formed as a result of the reduction fell to the bottom of the furnace bath, not having time to completely react with chromium oxide dissolved in the melt-solvent.

Пример 3 (по предлагаемому способу). Example 3 (by the proposed method).

В эксперименте использовалась трехфазная дуговая электропечь ДС-6Н1 мощностью 4000 кВа с диаметром электродов 350 мм. Специально для эксперимента была изготовлена ванна печи, представляющая водоохлаждаемый металлический кожух. Защита кожуха от расплава осуществлялась посредством гарниссажа, толщина которого достигала 30-50 мм. Подина ванны печи была выполнена из магнезитового кирпича. В ванну печи загружался плавиковый шпат в количестве 1100 кг, расплавлялся открытой дугой и в рудно-термическом режиме доводился до жидкотекучего состояния. Высота слоя расплава-растворителя составляла 1400 мм. The experiment used a three-phase electric arc furnace ДС-6Н1 with a capacity of 4000 kVA with an electrode diameter of 350 mm. Especially for the experiment, a furnace bath was made, representing a water-cooled metal casing. Protection of the casing from the melt was carried out by means of a skull, the thickness of which reached 30-50 mm. The hearth of the furnace bath was made of magnesite brick. 1100 kg of fluorspar was loaded into the furnace bath, melted with an open arc, and brought into a fluid flow state in the ore-thermal regime. The height of the melt-solvent layer was 1400 mm.

В расплав, имеющий температуру около 1600oC, в течение трех часов непрерывно загружалась шихта, состоящая из 1800 кг гематитовой железной руды класса - 30 мм, следующего химического состава %: Feобщ - 56,28; FeO - 2,78; CaO - 0,54; MgO - 0,17; SiO2 - 12,85; S - 0,155; P - 0,01; п.п.п. - 4,08. Восстановителем служил коксик класса - 10 мм, содержащий 0,545% серы в количестве 300 кг. Восстановление происходило на поверхности расплава, оксид углерода сгорал над ванной печи. Сразу по окончании загрузки плавку заморозили.A charge consisting of 1800 kg of class 30 hematite iron ore of the following chemical composition%: Fe total — 56.28; was continuously charged into the melt, having a temperature of about 1600 ° C, for three hours. FeO - 2.78; CaO - 0.54; MgO - 0.17; SiO 2 - 12.85; S 0.155; P is 0.01; p.p.p. - 4.08. The reducing agent was a coke grade of 10 mm, containing 0.545% sulfur in an amount of 300 kg. The reduction took place on the surface of the melt, carbon monoxide burned over the bath of the furnace. Immediately after loading, the melt was frozen.

В результате восстановительной плавки было получено 635 кг металла. As a result of reduction melting, 635 kg of metal was obtained.

Химический анализ (%) металла и шлака представлен в таблице. Chemical analysis (%) of metal and slag is presented in the table.

Результаты эксперимента показали, что отсутствие углеродистой футеровки ванны печи позволило металлу, опускающемуся на подину, не набирать углерод, в то же время при прохождении науглероженного железа сквозь насыщенный оксидами расплав углерод полностью расходовался на восстановление оксидов. Все это способствовало получению железа с очень низким содержанием углерода. Высокое содержание серы в полученном железе обусловлено ее переходом в металл из восстановителя. Для избежания загрязнения металла серой нужно применять низкосернистые восстановители - отходы футеровки алюминиевых электролизеров. The results of the experiment showed that the absence of a carbon lining of the furnace bath allowed the metal sinking to the bottom not to accumulate carbon, while carbon passing through the oxide-saturated melt, the carbon was completely spent on the reduction of oxides. All this contributed to the production of iron with a very low carbon content. The high sulfur content in the resulting iron is due to its conversion to metal from the reducing agent. To avoid sulfur contamination of metal, low-sulfur reducing agents should be used - waste from the lining of aluminum electrolysis cells.

Пример 4 (по предлагаемому способу). Example 4 (by the proposed method).

В эксперименте использовалась трехфазная дуговая электропечь ДС-6Н1 мощностью 4000 кВа с диаметром электродов 350 мм. Стандартная ванна печи специально для эксперимента была переоборудована: подина была выполнена из магнезитового кирпича, а стенки - из графитовых блоков с замком из подовой массы. С внешней стороны ванны печи было смонтировано водяное охлаждение, так что внутренние графитовые стенки ванны были защищены гарниссажем и расплавом не соприкасались. The experiment used a three-phase electric arc furnace ДС-6Н1 with a capacity of 4000 kVA with an electrode diameter of 350 mm. The standard furnace bath was specially converted for the experiment: the hearth was made of magnesite brick, and the walls were made of graphite blocks with a castle made of hearth mass. Water cooling was mounted on the outside of the furnace bath, so that the internal graphite walls of the bath were protected by a skull and the melt did not touch.

В ванну печи загружался плавиковый шпат в количестве 5300 кг, расплавлялся открытой дугой и в рудно-термическом режиме доводился до жидкотекучего состояния. Высота слоя расплава-растворителя составляла 1300 мм. Затем в ванну печи циклично загружалась прокатная окалина (состоящая преимущественно из FeO) в количестве 10000 кг и углеродистый восстановитель (дробленые отходы футеровки алюминиевых электролизеров) в количестве 1500кг. Процесс восстановления фиксировался по горению оксида углерода над ванной печи. После окончания процесса восстановления плавку заморозили. 5300 kg of fluorspar was loaded into the furnace bath, melted by an open arc, and brought into a fluid flow state in the ore-thermal regime. The height of the melt-solvent layer was 1300 mm. Then, mill scale (consisting mainly of FeO) in an amount of 10,000 kg and carbon reducing agent (crushed waste from the lining of aluminum electrolysis cells) in an amount of 1,500 kg were cyclically loaded into the furnace bath. The recovery process was recorded by the combustion of carbon monoxide over the bath furnace. After the recovery process, the melt was frozen.

В результате плавки было получено около 6000 кг металла следующего химического состава (%): Fe - 98,5; Si - 0,04; Mn - 0,025; Cr - 0,05; Mo - 0,18; Ni - 1,1; C - 0,10. As a result of smelting, about 6000 kg of metal of the following chemical composition (%) was obtained: Fe - 98.5; Si 0.04; Mn - 0.025; Cr - 0.05; Mo - 0.18; Ni is 1.1; C is 0.10.

В приведенном примере, несмотря на использование углеродистого материала для футеровки стенок ванны печи удалось получить низкоуглеродистый сплав благодаря предотвращению контакта стенок ванны с расплавом за счет гарниссажа, созданию слоя расплава-растворителя требуемой высоты, поддержанию в этом расплаве высокой концентрации растворенных оксидов металлов. In the above example, despite the use of a carbon material for lining the walls of the furnace bath, it was possible to obtain a low-carbon alloy due to the prevention of contact between the walls of the bath and the melt due to the skull, the creation of a layer of melt-solvent of the required height, maintaining a high concentration of dissolved metal oxides in this melt.

Таким образом, по предлагаемому способу можно получать низкоуглеродистые металлы и сплавы. Thus, according to the proposed method, it is possible to obtain low-carbon metals and alloys.

Источники информации
1. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. - М.: Металлургия, 1988, с. 571.
Sources of information
1. Gasik M.I., Lyakishev N.P., Emlin B.I. Theory and technology for the production of ferroalloys. - M.: Metallurgy, 1988, p. 571.

2. Там же, с. 323-328. 2. Ibid., P. 323-328.

3. Способ получения металлов и сплавов // Патент РФ N 2130500 по заявке N 98111174 от 08.06.98 г. (Прототип). 3. The method of producing metals and alloys // RF Patent N 2130500 according to the application N 98111174 from 06/08/98 (Prototype).

4. Устройство для восстановления оксидов металлов // Патент РФ N 2133291 по заявке N 98107374 от 15.04.98 г. 4. Device for the reduction of metal oxides // RF Patent N 2133291 according to the application N 98107374 from 04/15/98.

5. Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. -М.: Металлургия, 1988, с. 323-328. 5. Gasik M.I., Lyakishev N.P., Emlin B.I. Theory and technology for the production of ferroalloys. -M .: Metallurgy, 1988, p. 323-328.

Claims (1)

Способ получения низкоуглеродистых металлов и сплавов, включающий формирование расплава-растворителя на основе плавикового шпата, создание рудно-термического режима плавки, непрерывную загрузку шихты, состоящей из оксидсодержащего материала и твердого углеродистого восстановителя, растворение оксидов в расплаве-растворителе, их восстановление твердым углеродом при заданной температуре и фиксированном парциальном давлении оксида углерода над расплавом, отделение полученного металла от расплава-растворителя, отличающийся тем, что в расплаве-растворителе постоянно поддерживают высокую концентрацию растворенных оксидов путем непрерывной загрузки оксидсодержащего материала, твердый углеродистый восстановитель загружают отдельно в количестве, меньшем стехиометрического, а высоту слоя расплава-растворителя поддерживают на уровне не менее четырех диаметров электрода. A method for producing low-carbon metals and alloys, including the formation of a melt-solvent based on fluorspar, the creation of an ore-thermal melting mode, the continuous loading of a charge consisting of an oxide-containing material and a solid carbon reducing agent, the dissolution of oxides in a melt-solvent, their reduction with solid carbon at a given carbon temperature and a fixed partial pressure of carbon monoxide over the melt, the separation of the obtained metal from the melt-solvent, characterized in that In a melt-solvent, a high concentration of dissolved oxides is constantly maintained by continuously loading an oxide-containing material, the solid carbon reducing agent is separately charged in an amount less than stoichiometric, and the height of the layer of the melt-solvent is maintained at least four electrode diameters.
RU2000114912A 2000-06-14 2000-06-14 Method of preparing low-carbon metals and alloys RU2164543C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000114912A RU2164543C1 (en) 2000-06-14 2000-06-14 Method of preparing low-carbon metals and alloys

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2000114912A RU2164543C1 (en) 2000-06-14 2000-06-14 Method of preparing low-carbon metals and alloys

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2164543C1 true RU2164543C1 (en) 2001-03-27

Family

ID=20235970

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2000114912A RU2164543C1 (en) 2000-06-14 2000-06-14 Method of preparing low-carbon metals and alloys

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2164543C1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГАСИК М.И. и др. Теория и технология производства ферросплавов. - М.: Теория и технология производства ферросплавов. - М.: Металлургия, 1988, с.43-45, с.348-355. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2476611C2 (en) Extraction of metals from wastes containing copper and other metals of value
AU2005338902B2 (en) A process for recovery of iron from copper slag
RU2226220C2 (en) Steelmaking slag reprocessing method
US5654976A (en) Method for melting ferrous scrap metal and chromite in a submerged arc furnace to produce a chromium containing iron
CA2605390A1 (en) Method for reducing and/or refining a metal-containing slag
JP3338701B2 (en) Method for producing chromium-containing metal
AU739426B2 (en) Process for reducing the electric steelworks dusts and facility for implementing it
RU2164543C1 (en) Method of preparing low-carbon metals and alloys
RU2720788C2 (en) Improved melting method of ilmenite
Yang et al. EAF Smelting Trials of Waste‐Carbon Briquettes at Avesta Works of Outokumpu Stainless AB for Recycling Oily Mill Scale Sludge from Stainless Steel Production
CA1143166A (en) Recovery of nickel and other metallic values from waste
RU2213788C2 (en) Method of steel-making in electric-arc furnace
RU2105073C1 (en) Vanadium slag treatment method
Gudim et al. Waste-free processing of steel-smelting slag
US4898712A (en) Two-stage ferrosilicon smelting process
RU2148102C1 (en) Method of preparing ferromanganese
RU2148672C1 (en) Method of ferrochrome production
RU2808305C1 (en) Processing method for oxidized nickel ore
RU2133291C1 (en) Device for metal oxides reduction
RU2359047C2 (en) Processing method of copper-cobalt oxidised raw materials with receiving of blister copper and alloy on basis of cobalt
RU2285726C1 (en) Method of making steel in hearth steel-making unit
Yur’ev et al. Research of Iron-Rich Pellet Oxide Reduction by Carbon
RU2298584C2 (en) Briquette for smelting steel
US2879158A (en) Method for the separation of impurities from cobalt-containing materials
Ohler‐Martins et al. Direct reduction of mixtures of manganese ore and iron ore

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170615