Способ выплавки рафинированного феррохрома

(51) 22 33/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(57) Изобретение относится к металлургической промышленности и может использоваться в производстве ферросплавов. Техническим результатом изобретения являются параметры ведения процесса выплавки рафинированного феррохрома, обеспечивающие снижение потерь хрома со шлаком,улучшение техникоэкономических показателей и получение шлака,устойчивого к силикатному распаду. Новым в способе является то, что оксид бора вводят в печь в шлаковый расплав за 10-20 минут до выпуска продуктов плавки в количестве 0,20-0,30 от массы шлакового расплава.(72) Грабеклис Альфред АльфредовичДемин Борис ЛеонидовичКольбаев Адилбек АитуреевичКаванов БакитгерейКайракбаев Сабит Нуримович(73) Акционерное общество Транснациональная компания Казхром(54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ РАФИНИРОВАННОГО ФЕРРОХРОМА 24444 Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано при производстве ферросплавов. Известен способ выплавки низкоуглеродистого феррохрома 1, основанный на восстановлении оксидов хрома и железа хромовой руды кремнием ферросиликохрома в присутствии оксида кальция. Признаками, совпадающими с признаками изобретения, являются- повышенное содержание оксида магния в составе хромовой руды- совместное восстановление оксидов хрома и железа кремнием ферросиликохрома в присутствии оксида кальция- снижение температуры восстановительных процессов за счет ввода в шихту добавок- дефицит и высокая стоимость вводимых добавок отсутствие эффекта,обеспечивающего стабилизацию высокотемпературных форм двухкальциевого силиката шлака, после его охлаждения и получения продукта плавки с новыми технологическими свойствами. Шлак, получаемый по этому способу, содержит,в основном, двухкальциевый силикат, который при охлаждении переходит в -форму с увеличением объема на 10-12 , вследствие чего шлак рассыпается в порошок. Последнее обстоятельство ограничивает сферу применения шлака и негативно воздействует на окружающую среду. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ выплавки рафинированного феррохрома 2, в котором общими с заявляемым способом являются следующие признаки загрузка шихты,состоящей из ферросиликохрома и рудно-известковой части- повышенное содержание оксида магния в составе хромовой руды- получение шлака с устойчивой структурой. Достижению ожидаемого технического результата препятствуют следующие обстоятельства Введение оксида бора в печь в составе шихты в количестве, обеспечивающем стабилизацию шлака от силикатного распада при остывании, приводит к чрезмерному снижению температуры процесса,вследствие раннего образования легкоплавкого борсодержащего шлакового расплава,способствующего холодному ходу печи, снижению полноты протекания восстановительных реакций и,как следствие, увеличению потерь оксидного хрома со шлаком и ухудшению технико-экономических показателей выплавки феррохрома. В основу изобретения поставлена задача ограничить влияние оксида бора на снижение температуры процесса на стадии раннего шлакообразования и обеспечить полноту протекания реакций восстановления хрома из рудно-известкового расплава с высокой интенсивностью. Ожидаемым техническим результатом является- сокращение потерь хрома со шлаком улучшение технико-экономических показателей выплавки рафинированного феррохрома. Поставленная задача достигается тем, что в процессе выплавки рафинированного феррохрома,включающем загрузку кремнистого восстановителя,рудно-известковой части шихты и оксида бора,наведение шлака, восстановительную плавку и выпуск продуктов плавки, оксид бора вводят в печь в шлаковый расплав за 10-20 минут до выпуска продуктов плавки в количестве 0,20-0,30 от массы шлакового расплава. Причинно-следственная связь между совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения и достигаемым техническим результатом заключается в следующем 1. Введение оксида бора в печь в шлаковый расплав за 10-20 минут до выпуска из печи продуктов плавки позволяет перенести основной акцент воздействия оксида бора непосредственно на шлак, а не на рудно-известковый расплав. В этом случае процесс плавления шихты и восстановление хрома из рудно-известкового расплава осуществляется при минимальном содержании оксида бора, сохраняемом в ванне печи (в гарнисаже и остаточном количестве шлакового расплава) после выпуска продуктов плавки. Остаточный оксид бора в печи обеспечивает необходимую жидкоподвижность и температуру расплава с повышенным содержанием оксида магния для прохождения восстановительных реакций с достаточной полнотой и интенсивностью. 2. Введение оксида бора в печь перед выпуском в количестве 0,20-0,30 от массы шлакового расплава позволяет обеспечить шлаку необходимые реологические свойства, улучшающие условия гидродинамического слияния (коагуляции) и осаждения восстановленных частиц из шлака в металл. При этом обеспечивается стабилизация высокотемпературных форм двухкальциевого силиката в шлаке при низких температурах. Шлак приобретает устойчивую структуру. Введение оксида бора в печь перед выпуском продуктов плавки в указанном количестве позволяет сохранять в ванне печи (за счет гарнисажа и остаточной массы шлака) практически постоянное и регулируемое в нужных пределах содержание оксида бора, обеспечивающее оптимальные условия ведения процесса выплавки рафинированного феррохрома с лучшими технико-экономическими показателями (ТЭП). 24444 Таким образом,заявляемое изобретение соответствует критерию новизна. При анализе на соответствие критерию изобретательский уровень не обнаружено источников информации,указывающих на известность предложенных технологических решений по функциональному назначению и поставленной в изобретении задаче. Заявляемые технологические решения могут быть реализованы в промышленности, а ожидаемый технический результат вытекает из совокупности существенных признаков изобретения,что свидетельствует о соответствии критерию промышленная применимость. Способ выплавки рафинированного феррохрома реализуется следующим образом. В печь в обычном порядке загружают шихту, осуществляют ее плавление и восстановительный процесс. За 10-20 минут до выпуска продуктов плавки под электроды в шлаковый расплав загружают материал,содержащий оксид бора, в количестве 0,20-0,30 В 2 О 3 от массы шлакового расплава. В качестве материала, содержащего оксид бора, может быть использован, например, борат кальция. Для лучшего усвоения расплавом борат кальция вводят вместе с кремнистым восстановителем и известью. Количество восстановителя в составе смеси определяют, в зависимости от состояния работы печи, периода плавки, содержания кремния в металле, выплавляемой марки феррохрома и т.д. Количество извести в составе смеси определяют из расчета связывания в двухкальциевый силикат кремнезема,образующегося за счет довосстановления оксидов хрома из шлакового расплава кремнием восстановителя, вводимого в состав смеси. В случае введения в состав смеси вместе с боратом кальция кремнистого восстановителя и извести, используемое количество этих материалов предварительно выводят из состава шихты, загружаемой в печь в начале плавки. За 1020 минут до выпуска продуктов плавки разбивают крестовину между электродами (если она образовалась) и по центральной труботечке в шлаковый расплав постепенно загружают смесь бората кальция с кремнистым восстановителем и известью, не допуская при этом бурного вскипания и ошлакования электродов и бортов ванны,добиваясь полного усвоения расплавом материалов смеси. В течение 10 минут после введения смеси происходит ее усвоение расплавом при небольшом перемешивании за счет взаимодействия кремния восстановителя с оксидами хрома и железа. По истечении - 10 минут после загрузки смеси, из ванны печи отбирают пробу металла на содержание кремния,при необходимости проводят дополнительное рафинирование металла и осуществляют выпуск продуктов плавки. В процессе обработки шлакового расплава боратом кальция меняются реологические свойства шлака, снижается его вязкость, улучшаются условия гидродинамического слияния(коалесценции) восстановленных в шлаке капель металла и их осаждения в металлический расплав. В результате снижаются потери металла со шлаком,увеличивается выход годного,повышается использование хрома. После выпуска продуктов плавки в ванне печи остается определенная часть шлака, содержащего оксид бора. Оксид бора содержится также в гарнисаже ванны печи. После загрузки очередной порции шихты и начала следующей плавки оставшийся в ванне печи оксид бора способствует ускорению расплавления шихты и более раннему началу восстановительных реакций. В условиях использования для выплавки рафинированного феррохрома высокомагнезиальных хромовых руд,что имеет место в последние годы на заводах России и Казахстана, наличие в составе шихты небольшого(см. ниже) содержания оксида бора оказывает положительное технологическое влияние на процесс выплавки рафинированного феррохрома. Величина этого полезного(или благоприятного) содержания оксида бора в рудно-известковом расплаве зависит от состава завалки шихты(главным образом от навески и качества извести,содержанияв хромовой руде) и марки выплавляемого сплава. В среднем оно составляет 0,10-0,20 В 2 О 3. Поддержание этого содержания В 2 О 3 в ванне печи во время плавки поддается регулированию за счет количества оксида бора,вводимого перед выпуском в шлаковый расплав. Минимальное количество оксида бора (0,20 от массы шлакового расплава) определяется минимально-необходимым конечным содержанием В 2 О 3 в шлаке (0,28 ), гарантирующим устойчивость структуры шлака от силикатного распада после его остывания. Максимальное количество вводимого оксида бора (0,30 от массы шлакового расплава) определяется верхним пределом полезного(благоприятного) содержания В 2 О 3 в рудноизвестковом расплаве. При содержании В 2 О 3 в рудно-известковом расплаве свыше 0,20 температура процесса снижается существенно, это вызывает так называемый холодный ход печи,при котором снижается полнота протекания реакций восстановления оксидов хрома из расплава. В результате повышается остаточное содержание С 2 О 3 в шлаке, увеличиваются потери хрома с отвальным шлаком. Для исправления холодного хода печи увеличивают в завалке шихты навеску извести, что в свою очередь приводит к увеличению кратности шлака и далее к увеличению расхода электроэнергии и ухудшению других техникоэкономических показателей. Обоснование количества оксида бора, вводимого в печь в расплав перед выпуском продуктов плавки,выполнено по результатам проведения опытнопромышленных испытаний. Оксид бора вводили в виде бората кальция (В 2 О 343 ) в составе смеси с ферросиликохромом и известью в соотношении по массе 122 соответственно. Массу шлакового расплава определяли по количеству вводимого СаО с известью и содержанию СаО,в шлаке. Результаты влияния содержания оксида бора в шлаке на некоторые технико-экономические 3 24444 Из приведенных данных следует, что введение в печь в шлаковый расплав оксида бора в количестве 0,20-0,30 от массы шлака способствует улучшению технико-экономических показателей выплавки рафинированного феррохрома. Особенно это видно на примере удельного расхода извести. От этого показателя напрямую зависит кратность шлака и расход электроэнергии. При увеличении количества вводимого оксида бора свыше 0,30 от массы шлакового расплава существенно ухудшаются условия для восстановления хрома, в результате возрастают потери оксидного хрома со шлаком и расход хромовой руды. Увеличение расхода извести приводит к повышению окислительной способности шлака и, как следствие,увеличению расхода ферросиликохрома. Рекомендуемые пределы по количеству вводимого В 2 О 3 0,20-0,30 от массы шлакового расплава. Оптимальной величиной является 0,25 В 2 О 3. Во время промышленных испытаний определили оптимальный период плавки для введения оксида бора в шлаковый расплав перед выпуском. При вводе оксида бора в расплав менее чем за 10 минут до выпуска он не полностью усваивался шлаком, о чем свидетельствует низкое содержание В 2 О 3 в конечном шлаке и высокое остаточное содержание В 2 О 3 в ванне печи (таблица 2). Введение оксида бора за период свыше 20 минут до выпуска приводило к перегреву жидкоподвижного борсодержащего шлака вследствие выхода электродов на открытую дугу и бесполезному расходу электроэнергии. Кроме того, длительная работа печи в конце плавки с перегретым жидкоподвижным шлаком приводила к интенсивному размыву верхних слоев футеровки печи, особенно в районе летки. Рекомендуемые временные периоды введения оксида бора в печь в шлаковый расплав для решения поставленной задачи составляют 10-20 минут до выпуска продуктов плавки. Оптимальным для ввода оксида бора в расплав является период - 15 минут до выпуска продуктов плавки. Таблица 2 Зависимость содержания В 2 О 3 в шлаке от периода ввода оксида бора в печь шлаковый расплав (даны средние значения по 5 плавкам) Показатель Ед. изм. Период ввода В 2 О 3 до выпуска плавки, мин.) 5 10 15 20 25 30 0,28 0,20 0,15 0,13 0,13 0,13 до ввода оксида бора в расплав на следующей плавке Количество вводимого В 2 О 3 на всех опытах 0,25 от массы шлакового расплава Шлак частично рассыпался (от 15 до 30 ) 1 А.Г. Кучер, Н.В. Новиков, Н.Т. Таджибаев и др. Совершенствование силикотермического процесса выплавки низкоуглеродистого феррохрома. Сталь 4, 1995 г., с.31-33. 2 Патент Республика Казахстан 12434 от 18.01.2002 г.Патент РФ 2222629 от 18.03.2002 г. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ выплавки рафинированного феррохрома,включающий загрузку кремнистого восстановителя,рудно-известковой части шихты и оксида бора,наведение шлака, восстановительную плавку и выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что оксид бора вводят в печь в шлаковый расплав за 1020 минут до выпуска продуктов плавки в количестве 0,20-0,30 от массы шлакового расплава.