Шихта для выплавки сплава ферроалюмосиликомарганец

(51) 22 35/00 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составу шихт для производства ферросплавов. Задачей настоящего изобретения является разработка состава шихты для улучшения технологии выплавки сплава ферроалюмосиликомарганец различного марочного состава с исключением его рассыпания. Достигаемым результатом предлагаемого изобретения является выплавка сплава ферроалюмосиликомарганец в электропечной установке руднотермического типа при использовании в составе шихтовых материалов высокозольного углистого сырья, кварцита и добавок марганецсодержащего сплава, содержащего 40-65 марганца. При этом значительно улучшается технологический процесс выплавки и повышается производительность. Стабилизация сплава достигается поддерживанием фиксированных значений по содержанию основных и ведущих компонентов, а также снижения количества алюмокарбидной фазы.(72) Абгужинов Алан Тасбулатович Рябиков Валерий Евгеньевич Чекимбаев Аскар Фарзантович Нуриманов Мухтарбек Ануарбекович(56) Медведев Г.В. Такенов Т.Д. Сплав АМС. Алма-АтаНаука, 19793158 С, кл. С 22 С 33/04, 15.03.199623017 А 4, кл. С 22 В 47/00, 15.10.201094012957 А 1, кл. С 22 В 9/18, 27.02.1996 Мухамбетгалиев Е.К., Байсанов С.О., Чекимбаев А.Ф., Байсанов А.С. Возможность и перспективы получения нового комплексного ферросплаваалюмосиликомарганца // Труды университета. Изд. КарГТУ, 2010, 4. с.8-102241058 С 1, кл. С 22 С 33/04, 27.11.2004101705336 А, кл. С 21 С 7/04, 12.05.20101601173 А 1, кл. С 22 С 33/04, 23.10.1990(54) ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ СПЛАВА ФЕРРОАЛЮМОСИЛИКОМАРГАНЕЦ Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составу шихт для производства ферросплавов. Известна шихта (Патент Республики Казахстан 3158, опуб. 1996, Бюл. 1) для выплавки ферросиликоаллюминия (ФСА) в руднотермической печи, содержащая углистую породу с остаточной концентрацией углерода 25-34 и кварцит в следующих соотношениях компонентов, (впо массе) углистая порода 60-88 кварцит остальное. Углистая порода имеет зольность в пределах 5362 по массе. Несмотря на то, что в известном изобретении главная роль отводится наличию необходимого количества остаточного углерода (2534), что указывает на использование углистых пород зольностью 51-60) при фиксированном значении летучих компонентов (15), процесс выплавки также может сопровождаться спеканием шихты на поверхности колошника печи. Спекание кусков углистой породы в большей степени зависит от скорости нагрева углеродсодержащей породы и фазового состава органической составляющей,нежели от вариации количества остаточного содержания углерода. Преобладание в органической массе углистых пород легкоплавких компонентов в виде лейптинита и фюзинита при нагреве может приводить к образованию монолитного слоя являющегося не газопроницаемым. Недостатком известной шихты является то, что в ней отсутствует железосодержащая добавка - железная стружка,использование которой позволило бы значительно улучшить восстановительные процессы из-за протекания реакций разрушения карбидов кремния железом. К тому же железо является прекрасным растворителем для кремния, и в особенности для алюминия, что также увеличивает их извлечение в сплав. Отсутствие добавок железосодержащего материала не дает возможности для регулирования состава сплава. В известной шихте (аналог) также отсутствует марганецсодержащая добавка. Наиболее близким по технической сущности(прототипом) является шихта (Сплав АМС. Медведев Г. В., Такенов Т. Д. Алма-Ата. Наука КазССР, 1979.) для выплавки сплава алюминиймарганец-кремний(АМС). Для выплавки применялась шихта из следующего соотношения компонентов (впо массе)-45-49 Сплав выплавлялся электротермическим одностадийным способом в руднотермической печи с мощностью трансформатора 1,0 А из бедных марганцевых руд (19-26 М, 40-45) О 2) с применением в качестве восстановителя углей Экибастузского угольного бассейна зольностью 3045. Количество восстановителя в шихте рассчитывалось из условия полного восстановления минеральной части руды и золы угля. Выплавка производилась при вторичном напряжении 33,0 38,5 и 49,0 В и токовой нагрузке 15-17 кА. Состав сплава АМС варьировался в следующих пределах 25-40 М, 35-50 и 6-16 А. Суточная производительность составила 1,033-1,043 т. Недостатком известного состава шихты(прототипа) является отсутствие возможности регулирования состава получаемого сплава АМС. Состав сплава напрямую зависит от состава используемой марганцевой руды, количества золы в угле и ее химического состава. То есть использование данной технологии не позволяет длительно выплавлять сплав с требуемым составом и фиксированным содержанием основных и ведущих компонентов. Также, недостатком является преждевременное оплавление шихты в ванне электропечи, с образованием жидкого шлака, что затрудняет восстановительные процессы. Это является следствием легкоплавкости марганцевых руд и приводит к серьезным отклонениям от нормального хода процесса выплавки, заключающегося в некотором опережении процесса плавления перед процессом восстановления. Кроме того, в состав шихтовой смеси вносится повышенное количество различных примесей, в виде соединений щелочных и щелочноземельных элементов, образующих трудновосстановимые силикаты. Процесс восстановления кремния и аллюминия, из марганцевой руды,затрудняется вследствие нахождения их соединений в расплавленном шлаковом состоянии и недостатка тепла в реакционной зоне. Преждевременное оплавление шихты резко снижает ее электросопротивление, что не дает возможности проводить выплавку при относительно высоких значениях напряжения, снижается активная мощность печи и соответственно производительность. Также одним из существенных недостатков сплава АМС, получаемого по составу шихты(прототип),является его рассыпание до порошкообразного состояния после остывания. Это представляет существенное затруднение при использовании данного сплава для обработки стали,без предварительного его окускования. Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономических и технологических показателей процесса выплавки сплава ферроаллюмосиликомарганец, а также его стабилизация при использовании высокозольного угля, зольностью 53-60, добавок кварцита и марганецсодержащего сплава, как поставщика марганца, железа и кремния. Решаемая задача достигается тем, что в состав шихты для выплавки ферроалюмосиликомарганца в электропечной установке руднотермического типа,кроме высокозольного угля согласно изобретению вводится кварцит для нейтрализации остаточного углерода, а также добавка марганецсодержащего сырья в виде сплава, содержащего 45-65 марганца,10-20 кремния, 15-35 железа при следующем соотношении компонентов (впо массе)- марганецсодержащий сплав 5,0 - 15,0 Процесс выплавки,при оптимальном соотношении минеральной части шихты к углеродсодержащей части,происходит без первоначального шлакообразования. Этому способствует высокая температура плавления кварцита (1710 С) и золы угля (1600 С), за счет повышенного суммарного содержания в ней оксидов кремния и алюминия, достигающего более 90. Добавка марганецсодержащего сырья в виде металлического сплава не приводит к шлакообразованию и способствует, аналогично железной стружке, разрушению карбидов кремния и алюминия. К тому же введение марганецсодержащего сплава в состав шихтовой смеси, содержащего кроме того железо и кремний,значительно повышает извлечение кремния и алюминия из золы углистого сырья и кварцита из-за их растворения в расплавленных марганце и железе с образованием металлического раствора. Для получения требуемого состава сплава ферроаллюмосиликомарганца,достаточным является варьирование количества добавок марганецсодержащего сплава, в зависимости от химического состава последнего. В отличие от сплава АМС опытный сплав ферроаллюмосиликомарганец не подвержен рассыпанию. Стабилизация достигается четким регулированием состава заявляемого сплава, где содержание алюминия поддерживается на уровне не менее 12,5 при 10-25 марганца, 40-57 кремния,0,015-0,030 фосфора и 0,7-1,2) титана. Наличие в составе опытного сплава титана, поступающего из золы углистого сырья, препятствует образованию фазы карбида аллюминия (А 4 С 3), склонного к перекристаллизации и являющегося одним из основных факторов рассыпания сплавов системы. Пример Проверку заявляемого состава шихты к достигаемому техническому результату осуществляли путем проведения испытаний по выплавке сплава ферроаллюмосиликомарганец в электропечной установке руднотермического типа с установленной мощностью печного трансформатора 1,2 МВА. Опытные испытания проводились на 9 ступени напряжения 68,2 В и вторичной токовой нагрузке 6,5-6,8 кА. Состав шихтовых материалов использовался следующий- марганецсодержащий сплав ( - 20,661,8- 15,4 С - 1,3). Химические составы золы высокозольного угля и кварцита представлены в таблице 1. Таблица 1 Химический состав золы высокозольных углей и кварцита Материал Зола угля 1 Зола угля 2 Кварцит При проведении опытных испытаний использовался высокозольный уголь фракции 10100 мм, кварцит и марганецсодержащий сплав фракции 20-80 мм и 5-15 мм соответственно. Опытные испытания были разбиты на 2 этапа, в которых использовался высокозольный уголь зольностью 53 и 62. В каждом этапе также изменялась навеска добавок марганецсодержащего сплава и в небольшой степени кварцита с расчетом получения в сплаве 10, 15 и 25 марганца. Расчетная смесь шихтовых материалов загружалась в ванну печи по мере ее проплавления. Выпуски сплава производились через каждые три часа при среднем съеме электроэнергии - 2000 кВтч. Результаты испытаний в виде средних значений состава сплава, удельного расхода сырья и электроэнергии и извлечения ведущих элементов в сплав представлены в таблице 2. Данные таблицы 2 показывают на значительное улучшение процесса выплавки сплава ферроаллюмосиликомарганца при использовании заявляемого состава шихты в отличие от показателей выплавки сплава АМС по известному составу шихты(прототипу). Основной отличительной особенностью заявляемой шихты является технологичность процесса, где вследствие добавок марганецсодержащего сплава отсутствовало шлакование шихты, увеличилась степень извлечения кремния и аллюминия, а также производительность печи - 1,8-2,3 т в сутки. Таблица 2 Технико-экономические показатели выплавки опытного сплава ферроаллюмосиликомарганца- марганцевая руда Расход электроэнергии,кВтч/т 9610 8860 7460 9505 Состав сплава,кремний 56-57 50-53 42-44 51-52 аллюминий 19-21 17-18 13-14 24-25 железо 11-12 12-13 15-16 11-12 марганец 9,7-10 14-15 23-25 9,5-10 фосфор 0,018 0,022 0,025 0,016 Извлечение элементов,кремний 82,4 85,8 87,3 81,6 аллюминий 78,2 80,1 81,3 77,8 марганец 97,8 98,0 98,7 98,0 Производительность,т/сут 1,77 1,92 2,29 1,75- в числителе масса сырьевых материалов в тоннах, в знаменателе в . Показатели удельного расхода электроэнергии этапа 1, соответствующего по составу известному сплаву АМС, значительно ниже у опытного сплава,полученного при использовании заявляемой шихты. При одинаковой активной мощности электропечи и других прочих равных условиях производительность увеличилась практически в 2 раза при использовании предлагаемого состава шихты. Отсутствие шлакования шихты позволяет проводить выплавку при более высоких напряжениях. Степень извлечения кремния, аллюминия и марганца составило 87,3, 81,3 и 98,7 соответственно. Опытный сплав характеризовался структурной стабильностью и по истечении 3 месяцев не проявлял склонности к рассыпанию. Использование опытного сплава ферроаллюмосиликомарганца в основном производительность электропечей руднотермического типа и степень извлечения кремния и аллюминия в сплав. Появляется возможность получать сплав ферроаллюмосиликомарганца различного марочного состава, изменяя практически только навеску марганецсодержащей добавки. При использовании шихты, с добавками марганцевой руды (прототип), варьирование составом сплава невозможно. Использование шихты,по предлагаемому изобретению, позволяет применять высокозольный уголь различного технического(постоянной) марки опытного сплава. Применяемая в составе шихты марганецсодержащая металлическая добавка может содержать 40-50 марганца, что значительно снизит его себестоимость. Такой сплав можно выплавлять из некондиционных железомарганцевых руд с высокими технико-экономическими показателями. Полученный опытный сплав, в отличие от сплава АМС, не подвержен рассыпанию, что является следствием его состава с фиксированными значениями компонентов и наличием 0,7-1,2 титана, препятствующего образованию фазы карбида аллюминия. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Шихта для выплавки сплава ферроаллюмосиликомарганец в руднотермической печи,включающая высокозольный уголь,марганецсодержащее сырье, и отличающаяся тем,что она дополнительно содержит кварцит, а марганецсодержащее сырье в виде металлического сплава при следующем соотношении, в (мас.)