SU544388A3 - Способ обезуглероживани ферросплавов - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ОБЕЗУГЛЕРОЖИВАНИЯ ФЕРРОСПЛАВОВ

Л

Изобретение касаетс  способа дл  быстрого обезуглероживани  ферросплавов кислородом

Классическим способом рафинировани  дл  уменьшени  содержа1ш  углерода в высокоуглеродистых ферросплавах  вл етс  фришевание с рудой такого же вида, причем под ферросп;1авами понимают сплавы, которые, кроме железа, содержат улучшающие свойства стали дополнительные элементы как хром, марганец, ниобий, тантал, ванадий, в количестве предпочтительно больше,чем 40%. При рафинировании феррохрома это осуществл ют, например , окускОванной рудой. Таким образом можно углерод фришевать, например, от 7,5 до 2%. Однако чем больше уменьшают содержание углерода сплава, тем больше повышаетс  содержание окиси хрома в шлаке, который посредством возврашени  в поворотный цикл процесса делают оп ть пригодным к применению.

При применении кислорода дл  удалени  углерода из ферросплавов обезуглероживание проходит в принципе через промежуточно образующиес  богатые окисью шлаки. Известны два метода проведени  способа: двухступенчатый - вдувание кислорода в когшертер сбоку с последовательной задувкой на поверхность ванны, и од:юступенчатый - задувка с так назьтаемой трубкой дл  ввода кислорода, j Двухступенчатый способ дает срав1штельно малое содержание углерода, причем в случае иеобходи- мости нужна вакуумна  последующа  обработка.в третьей ступени. Необходима  продолжительность продувки вызывает значительные ошлаковани  сопутствующих элементов, которые составл ют, в рсобености дл  хрома, от 30 до 80% Crj-Oj в шлаке. Кроме того, при продувке конвертера

сверху наблюдаетс  значительньш выброс сплава во врем  предварительной продувки. Продолжительность продувки указьшаетс  посредством нормы обезуглероживани  приблизительно 0,1% в 1 мин. Известен трехступенчатый способ Вакера имеющий неудовлетворительные результаты. Продувка конвертера сверху, имеет только тогда значение, если ее провод т как двухступенчатый способ. Рекомендуетс  в первой ступени продувать сверху кислород, а во второй ступени восстанавливать с

помощью алюмини  полученный шлак, очень богатый окисью хрома. Только таким образом можно работать с удовлетворительными выходами металла.

Известны способы ввода кислортда сверху, которые создают частичное обезуглероживание до со-держани  углерода около 5% 1 .

Известны также шособы, которыми стали с содержанием хрома до 30% можно обезуглероживать посредством продувки или вдувани  кислорода 2 При таком способе, например, следует газовые пузыри отдельными маленькими пузыр ми или в виде дисперсии отдельных маленьких пузырей вдувать несколько сантиметров ниже поверхности ванны. Реакци  газ-металл  вл етс  тем эффек-ршнее, чем меньше поперечньш разрез пузырей.

Последние годы на практике примен ли новый способ дл  извлечени  из чугзша углерода, а также таких злементов, как кремний, фосфор и сера. При этом способе окисл ющий газ необходимо вдувать сбоку или снизу через одно или несколько газовых сопел с двойными стенками, причем через их наружньй кожух в расплав с большой скоростью протекает защитна  жидкость, например углеводороды. В качестве окисл юш х газов служат чистый кислород, обогащенный кислородом воздух, азот  вл етс  полезным дл  соответствующего изготовл емого стального сплава или смеси кислорода с инертным газом, например аргоном, или с вод ным паром, или с чистой или смешанной с кислородным газом у1ольной кислотой, Вьпода этого способа состоит не так в металлургических результатах, как в возможности использовани  конвертера с данной продувкой без больших затрат дл  фришевани  окисл ющими газами лосредством вдувани  газа под поверхность ваннь:.

Таким образом, не требуютс  занимающие много места т желые приспособлени  дл  перемещени  вводимых вертикально сверху, трубок дл  продувки ванны металла кислородом, поэтому всю установку сталеплавильного заврдамазкно конструировать более низкой и дешевой.

В металлургичесжом Отношении получают более незначительное ошлак)рание; умереннйе вьщедение дыма во врем  продувки, а также хорощую стойкость футеровки конвертера, однако особого улучшени  изготовленного по зтому шособу конечного издели  по сравнению с другими способами продувки не достигают.

Дл  продувки ферросплавов этот способ не пригоден, так как обычные в торговле ферросплавы , например феррохром или ферромарганец, содержат существенно меньше железа (10-25%) и компонент сплава в виде стабильных металлокарбидов. В противоположность зтому карбид железа  вл етс  более неустойчивым. При использовании такого ( особа продувки дл  ферросплавов надо считатьс  со значительньпл ошлакованием металла без видных металлургических выгод, кроме того, температура испарени  метзллой (хрома и марганца) ниже . температуры, железа, поэтому технически удовлетворительное и экономическое проведение такого способа не было обе спечено.

Предлагаемый етособ дл  быстрого обезуглероживани  ферросплавов с окисл ющими газам ; позвол ет избежать нежелательное окисление главных компонентов сплава. ,

Это достигаетс  тем, что окисл ющий газ (кислород), известными соплами с двойными стенками под поверхность ванны дл  непосредственной реакции с углеродом, вдувают в расплав с очень большой скоростью, котора  составл ет по меньшей мере (не более ) на каждую тонну ферросплава, что соответствует скорости обезуглероживанн  0,2-1% углерода в 1 мин. Во избежание выброса жидкого расплава к окисл ющему газу добавл ют пылеобразные и/или мелкозернистые частицы твердого вешества, в особенности окислы щелочноземельных металлов, преимущественно мелкую известь. Если работают без добавки частиц твердого вещества, тогда надо считатьс  с сильным выбросом сплава, который может выэьшать потери до 10%.

По предлагаемому способу можно целенаправленно выдувать конечные содержани  углерода. Подаваемый окислйющий газ, в особености технический чистый кислород, вдувают в количестве приблидательно 15HopM. на каждую тонну обрабатьюаемого материала дл  каждого 1% удал емого углерода с большой скоростью В течение 1-5 мин на каждый 1% удалени  углерода. При соблюдении этих условий продувки углерод быстро окисл етс  в расплаве. Эксперименты показали, что таким образом можно удал ть более чем 0,2% углерода в 1 мин, в противоположность известным способам, при которых обезуглероживание составл ет 0,1% в 1 мин. Это объ сн етс  тем, что введенный снизу или сбоку окисл ющий газ в сплаве быстро реагирует с углеродом без получени  как6-г го-либо значительного окислени  легирующих элементов , в особенности хрома и марганца.

Это  вл етс  противоположностью процессу обезуглероживани  так назьшаемым способом продувки , при котором кислород реагирует прежде всего с легирующим элементом или при выплавке стали с получением богатого окислами металла шлака, который со своей стороны реагирует с углеродом расплава металла. Кроме того, при известном способе продувки в первом периоде продувки производ т так называемый пенистый шлак, чтобы создать многократно увеличенную поверхность контакта металл-шлак. По предлагаемому способу кислород непосредственно реагирует с углеродом расплава. Кроме того, вдуванием окисл ющего газа сбоку или снизу ниже поверхности ванны создаетс  сильное завихрение всего сплава. Таким образом создаетс  очень больша  скорость обезуглероживани  и сильно уменьшенное окисление легирующих элементов. В дальнейшем оказалось , что вдувание BAjecie с окисл ющим газом мелких или мелкозернистых частиц твердого вещества , в особенности окислов щелочноземельных металлов, имеет особое значение дл  неожиданно спокойного хода продувки и дл  ускоренного обезуглероживани . Мелкиечастицы твердого вещества действуют, очевидно, как затравки дл  образовани  пузьфей окиси углерода, подобно примененНЫМ обычно в химии кусочкам пористого мате риала дл  облегчени  кипени  и отвода газа и жидкости. Вследствие добавки мелких или зернис тых частиц твердого вещества значительно облег чаютс  образование окиси углерода в расплаве отвод окиси углерода из расплава. Твердые вещест ва, например мелка  сродствениа  руда или шлак вызывают те же самые или подобные эффекты Однако щелочноземельные окиси, в особенност обожженна  мелка  известь,  вл ютс  наиболе пригодными, так как они одновременно действую регулирующими основность шлака {вес%Со(6) „ i;;с- fкоторьш должен состав , . (вес 01 Oj) л ть больше чем 1,5. По предлагаемому способу продуваемый ферросплав должен в начале процесса фришевани  иметь температуру, котора  лежит, по меньщей мере, на 100° С вьпце соответствениой области температуры плавлени . Температуру перегрева можно достичь в самой производ щей печи или в последовательно подключенной печи (например, индук1ЩОШЮЙ , электрической дугувой). Кроме того расплав ферросплава можно перегревать в оймом конвертере продувки, причем наход щиес  или добавленные металлы или сплавы имеющие сродство с кислородом, например кремнистый металл, ферросилиций, алюминий, в начале периода продувки окисл ют рассчитанным количеством кислорода , Чтобй св зьшать освобожденный при этом SiOj или AljOs, вдувают соответственное количество извести, которое вызьшает образование шлака силиката кальци . Эту известь, например, в виде мелкой фракции можно добавл ть, например, сверху . Образующийс  шлак целесообразно удал ть перед собственным процессом продувки дл  удале нн  углерода с поверхности ванны, чтобы не снизить последующей реакции обезуглероживани  и. обеспечить лучщее улетучивание окиси углерода во врем  процесса продувки. По предлагаемому способу в качестве исходного материала примен ют феррохром, содержащий, %: хрома 40 - 80%; углерода до 9%; кремни  до 8%, железо - остальное; фосфор и сера - примеси. Кроме того, в качестве исходного материала может быть применен ферромарганец содержащий, %: 1У1арганец 30 - 90%; углерода до 8%; кремни  до 8%, Железо - остальное; фосфор и сера - примеси. Рабоча  температура дл  феррохрома должна составл ть , дл  ферромарганца 1450-: 1650° С. Кроме того рабоча  температура должна оставатьс  посто нной. Так как при процессе обезуглероживани  сплава температура повышаетс , то необходимо ее охлаждать. Дл  этого к сплаву добавл й  соответствующие твердые охлаждающие материалы, например непродажный оборотный металл такого же рода отходы измельчени  слитка сродственна  размельченна  руда или предварительно восстановленна  сродственна  руда, например, в виде окатышей или брикетов, а также металлом. Высока  рабоча  температура требует скончани  и продувки в кратчайшее врем  перевода сплава с этой рабочей температуры на температуру разливки. Это позвол ет сберечь футеровку литейной формы и избежать обусловленного слишком долгим бтставанием окислени  сплава. Охлаждение ведут путем добавки охлаждающих металлов, например сродственного обратного металла. Кроме того охлаждение можно проводить полностью или частично посредством вдувани  инертных газов, например аргона, перерабатьшать даже содержащие углерод ферросплавы с содержанием кремни  больше чем 2%. Было найдено, что можно обезуглероживать даже богатые кремнием сплавы, например феррохром, содержащий 52% Сг, 6% Si и 6%С. Количество окисл ющего газа зависит, в основном от количества подвергаемого фрищеванию углерода. Если ферросплав содержит 8% углерода и содержание углерода необходимо фришевать на 4% в конечном сплаве, тогда дл  его удалени  требуетс  примен ть на каждый 1% приблизительно 15 нм кислорода на каждую тонну загружаемого материала , вдуваемого в течение 1-5 мин через одно или несколько сопел с двойной рубашкой. Эти сопла должнь при этом иметь по возможности маленький поперечньш разрез, чтобы получались большие скорости газа. Дл  ферромарганца необходимы приблизительно такие же количества окисл ющего газа на каждую тону загрузки как при феррохроме . Если необходимо изготовл ть ферросплав с :минимальным содержанием углерода, например |Меньше чем 0,5% зтлерода, то целесообразно про;дувать прежде всего с чистым кислородом и к концу продувки к кислороду примешивать аргон или слабо окисл ющий газ, например угольную кислоту, вод ной пар. В результате уменьшаетс  парциальное давление окиси- лерода и достигаетс  дальнейшее обезуглероживание без большого окислени  легирующего элемента. При данном способе образуетс  очень незначительное количество шлаков, поэтому рекупераци  содержащихс  окислов металла не нужна; в известных способах это необходимо дл  сохранени  рентабельности . Пример 1. Изготовление феррохрома с 4-6% углерода. В дуговой печи перегревают на 1670° С 212 т феррохрома, содержащего 59,7% Сг, 7,27% С, 1,05% Si, 0,03% S, 0,05% Р, (температурна  зона образовани  такого сплава 1400-1450° С) и затем парти ми каждьш раз 5,5;Т в конвертере продувают кислородом. Конвертер футерован магнезитовыми камн ми и имеет установленное приблизительно 00 см над днищем сопло с двум  стенками, через аружньш кожух которого продувают защитную идкость - бутан. В каждую загрузку вдувают в ечение 6-12 мин 200 нм кислорода. В начале пеиода продувки одновременно вдувают 260 кг мелой извести. Температуру жидкого сплава поддеривают посто нной путем непрерьтного добавле .7

ни  приблизительно 400 jcr мелкой фракции феррохрома (необходамо приблизительно 8-10% относительно общей нагрузки). По окончахши периода пррдувки добавл ют 250 кг (приблизительно 5% относительно общей загрузки) мелкой фракции феррохрома к легирующему сплаву, который затем непосредственио отливают в футерованную чашу.

Получают всего 198 т феррохрома, содержащего , %: Сг 62,3, С 4,9, Si 0,10, 30,015 и Р 0,015.

Выход хрома не учитьша  мелкой доли , составл ет97 ,59.

П р и м е р 2. Изготовление феррохрома с 1-2% углерода. Феррохром (65 т) содержащий 59,7% Сг, 7,18% С, l,49%Si, 0,03% S и 0,06% Р продувают кислородом по примеру 1 парти ми каждый раз 5,5т, после перегревани  на 1700-1750° С. В каждую загрузку вдувают 520 нм кислорода в течение 15-25 мин. Вдувают мелкую известь и добавл ют к сплаву приблизительно 20% мелкой фракщш феррохрома . Получают всего 57 т феррохрома, содержащего , %: Сг 62,1, С 1,11; Si 0,10, S 0,012, Р 0,025.

Выход хрома не учитьта  мелкой доли, составл ет 91,2%.

Примерз. Изготовление феррохрома с 0,5% углерода. Феррохрома (33 т) содержащий Сг 59,7%, С 7,8%, Si 1,89%, S 0,03% и Р 0,06%, продувают кислородом по примеру 1 парти ми каждый раз 5,5 т после перегревани  на 1700-1750° С. В каждую загрузку в течение 20-30 мин вдувают 580 нм кислорода. По примеру,-1 вдувают 350 кг ме.г1кой извести и к сплаву добавл ют приблизительно 20% феррохрома. Получают всего 28,5 т феррохрома следующего состава, %: Сг 62,5, С 0,48, Si 0,10, S 0,01, Р 0,025:

Выход хрома не учитьгоа  мелкой доли, составл ет90 ,4%.

П р и м е р 4. Изготовление феррохрома с 1-2% углерода. Ферромарганец (35 т) содержащий 75,7% Мп , 6,7% С, 0,85% Si, 0,03 S и 0,20% Р, продувают кислородом по примеру 1, парти ми каждый раз 5,5 tx.nocne перегревани  на 1470-1500°С (температурна  зона образовани  такого сплава 1060-1220° С). В каждую загрузку в течение 15-25 мин вдувают приблизительно 500 пм кислорода . Вдувают 150кг мелкой извести и во врем  продувки 500 кг мелкой фракции ферромарганца и после продувки добавл ют еще 250 кг мелкой фракции ферромарганца. Получают всего 30 т ферромарганца , содержащего, %: Мп 74,7, С 1,3, Si ОЦО, S 0,01 и Р 0,10. Выход марганца, не учитьта  мелкой доли, составл ет 83,9%.

|рмула изооретени 

Способ обезуглероживани  ферросплавов, феррохрома с содержанием 40-80% хрома и ферромарганца с содержанием 30-90% марганца, заключающийс  в нагреве ферросплавов до температуры выще температуры плавлени , вдувании кислорода в расплав и вводе твердого охлаждающего агента, отличающийс  тем, что, с целью упрощени  процесса обезуглероживани  и исключени  образовани  шлака, богатого окислами ведущего металла, металл нагревают до 1450-1750°С и вдувают кисло: род 3-15 сплава на 1 % удал емого углерода в течение 1-5 мии. .

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе:

l.Techniscne Mitteiling Krupp Forshungs-Веfichte том 21/1963 г., № 4, стр. 123-129.

2. Авторское свидетельство СССР N 158905, M.POi.2 С 21 С 5/00,1958.