Способ получения композиционного материала для прямого легирования металла

(51) 22 7/00 (2009.01) 22 35/00 (2009.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Способ получения композиционного легирующего углеродсодержащего материала предназначен для прямого легирования и раскисления стали. Способ получения композиционного материала для прямого легирования металла, содержащий марганцевый концентрат, кокс, ферросилиций,алюминий,смешивание и агломерацию,отличающийся тем, что для прямого легирования металла композиционный материал составляют из смеси марганцевых и хромитовых оксидных концентратов в массовых долях 0,3-10,7, в которую дополнительно вводят углеродсодержащий восстановитель в стехиометрическом соотношении для восстановления железа, марганца и хрома, смесь измельчают до фракции менее 1,0 мм, обжигают при 1000-1150 С, размягчнные композиты разрезают и прессуют, охлаждают до 450 С и вводят в расплав металла.(72) Тлеугабулов Сулейман Мустафьевич Киекбаев Ернар Ермухаметович Тлеугабулов Борис Сулейманович(73) Объединение юридических лиц Научнопроизводственная ассоциация ТехнопаркТемиртау(56) Наконечный А.Я., Романенко В.И., Зайцев А.Ю. Эффективность прямого легирования стали марганцем. Сталь.1, 1994 г(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ КОМПОЗИЦИОННОГО МАТЕРИАЛА ДЛЯ ПРЯМОГО ЛЕГИРОВАНИЯ МЕТАЛЛА(57) Изобретение относится к металлургии чрных металлов и может быть использовано для производства сталей конструкционного назначения,легированных марганцем, хромом и кремнием. 23509 Изобретение относится к металлургии чрных металлов и может быть использовано для производства сталей конструкционного назначения,легированных марганцем, хромом и кремнием. Способ получения композиционного легирующего углеродсодержащего материала предназначен для прямого легирования и раскисления стали. Первое альтернативное предложение патент 3208 РК Смесь для раскисления и легирования стали также предназначено для легирования и раскисления стали. В качестве легирующего и раскисляющегося материала предложена смесь,состоящая из марганцовой руды, ферросилиция,алюминия, плавикового шпата, коксовой мелочи и извести. Способ ввода такой смеси в определенной степени заменяет дорогостоящий сплав ферромарганец и ферросиликомарганец, что направлено на снижение себестоимости стали. Однако недостаток этого способа (материала) заключается в том, что, во-первых, компоненты смеси представляют зернистые и крупнозернистые материалы, во-вторых, для восстановления марганца из марганцевой руды в качестве основного восстановительного компонента вводятся ферросилиций и алюминий, что удорожает вводимую в расплав шихту. Второй альтернативный прототип Наконечный А.Я., Романенко В.И., Зайцев А.Ю. Эффективность прямого легирования стали марганцем // Сталь. 1994, 1, с. 17-20 также относится к прямому легированию стали на основе марганцевой руды. В отличие от первого прототипа марганцевая руда подвергается предварительной агломерации. Этим самым карбонаты МСО 3 и высшие оксиды (МО 2) марганца переходят в низший оксид - МО,снижается энергозатраты на восстановление марганца. При этом расход восстановителя ферросилиция снижается, тем не менее здесь тоже в качестве основного восстановителя используется ферросилиций,который сам представляет дорогостоящий ферросплав. Предлагаемый способ отличается от прототипов тем, что шихта для получения композиционного легирующего углеродсодержащего материала состоит из измельченных до менее 1,0 мм и хромитового концентратов и углеродсодержащего восстановителя (коксовой пыли), практически исключается добавки дорогостоящих ферросилиция и алюминия. Количество вводимого в состав шихты углеродсодержащего реагента рассчитано на стехиометрический расход восстановления марганца и хрома до металлического состояния - марганца на 75, хрома на 80-85. Таким образом, спеченные композиционные материалы по себестоимости кратно дешевле, чем материалы прототипа, а по эффективности их использования на 50 выше. Предлагаемый композиционный материал создает высокотемпературную технология прямого легирования стали и высокий экономический эффект. Задачей изобретения является снижение энергозатрат на получение легирующего реагента,за счт этого и себестоимости стали, повышение 2 эффективности процесса прямого легирования стали. Технический результат снижение себестоимости производства легированной стали и повышение эффективности процесса. Технический результат в заявленном способе достигается тем, что для прямого легирования металла составляют смесь марганцевых и хромитовых оксидных концентратов в массовых долях 0,3-0,7, в которую дополнительно вводят углеродсодержащий восстановитель в стехиометрическом соотношении для восстановления железа, марганца и хрома, смесь измельчают до фракции менее 1,0 мм, обжигают при 1000-1150 С, размягчнные композиты разрезают и прессуют, охлаждают до 450 С и вводят в расплав металла. Процесс осуществляется в герметизированной конвейерной машине,соединенной с брикетирующим устройством. Оба агрегата используются в существующей технологии подготовки сырья и обеспечивают техническое решение предлагаемого способа. Как марганцевый,так и хромитовый концентраты содержат оксиды железа и шлакообразующих. Однако они в отдельности имеют разные и высокие температуры плавления. Смесь, состоящая из них, при обжиге размягчается при более низкой температуре. Вместе с тем и марганец, и хром являются легирующими металлами. Для перевода их из оксидного состояния в металлическое необходимо вводить тврдый углерод. Поскольку восстановление железа наступает и завершается при данной температуре раньше, чем восстановление марганца и хрома,количество вводимого в смесь углерода должно быть равно его стехиометрическому расходу на восстановление железа, марганца и хрома. Массовая доля хромитового концентрата в смеси ниже 0,3 ограничена снижением ценности композиционного материала по содержанию хрома,выше 0,7 ограничена повышением температуры размягчения композита. Массовая доля марганцевого концентрата в смеси ниже 0,3 ограничена малым количеством связующей жидкой фазы, а выше 0,7 ограничена дефицитом хрома в композиционном материале. Массовые доли марганцевого и хромитового концентратов в пределах 0,3-0,7 обеспечивают хорошую спекаемость смеси, монолитность композиционного материала и удовлетворительные концентрации в нм марганца и хрома. Температура обжига смеси ниже 1000 С ограничена слабой спекаемостью и низкой прочностью композиционного материала. Температура выше 1150 С ограничена переходом смеси шихты в расплавленное состояние и повышением энергозатрат. В интервале температуры 1000-1150 С обеспечивается образование хорошо спечнного полутврдого композиционного материала с минимальными энергозатратами. 23509 Размер фракции компонентов шихты, вводимых в смесь, выше 1 мм ограничен снижением скорости восстановления металлов и спекания частиц. Размер менее 1 мм обеспечивает высокую скорость восстановления металлов (, , С) и образования спка. Пример 1. Массовые доли металлсодержащих компонентов шихты - марганцевого и хромитового концентратов и температура их спекания были определены экспериментально. В качестве углеродсодержащего реагента использовали древесный уголь, а стабилизатора содержания железа - прокатную окалину. Их химические составы представлены в таблице 1. Таблица 1 Химический состав дисперсных оксидных марганцевых и хромитовых концентратов,углеродсодержащих и железосодержащих добавок Наименование С 2 О 3 материалов Марганцевый Хроми 52,36 товый Прокатная окалина Древесный уголь Примечание- остальное зола Ас 1,63 При массовых долях основных хромитового концентрата 0,3 и марганцевого концентрата 0,7 масса прокатной окалины составляет 0,04 сверх единицы. Итого масса всех оксидных концентратов шихты равна 1,04 кг. Масса древесного угля практически полностью переходит в газовую атмосферу при восстановлении металлов(, , С), поэтому в балансе конденсированной фазы не учитывается. Масса золы в древесном угле на уровне 0,0163 кг/кг ничтожно мала, чем игнорировали. Обжиг при 1000 С и выдержка времени 15 мин обеспечили практически полное восстановление железа и частичное восстановление марганца и хрома, что устанавливали по количеству и составу выделенного газа в виде СО и СО 2, которые измеряли на выходе из ячейки газовым счтчиком и газоанализатором. Вместе с выделенным газом газифицировалось количество кислорода из оксидов металлов в пределах 6,5-7,0 от массы шихты. Из них 4,2-4,3 приходилось к оксидам железа (по химсоставу),остальное количество 2,3-2,8 распределялось между М и С. Это количество газифицированного кислорода составляет лишь 0,30,2 степени их восстановления из высших оксидов. Остальная часть степени восстановления 0,7-0,8 приходится на газификацию кислорода из более низших оксидов МО, М 3 О 4 и С 3 О 4. На довосстановление этих оксидов с реальной степенью достижения 0,820,85 в тврдой фазе остается необходимое количество углерода. После обжига смеси шихты с долевыми отношениями 0,3 хромитового и 0,7 марганцевого концентрата при 1000 С и 0,7 хромитового и 0,3 марганцевого концентрата при 1150 С получены образцы спкшихся композиционных материалов,составы которых представлены в таблице 2. Таблица 2 Химический состав спечнных композиционных материалов Наименования материала Композит из 0,3 хромит.0,7 марг. при 1000 С Композит из 0,7 хромит.0,3 марг. при 1150 С Полученные образцы композиционных материалов были оплавлены. Поэтому находящиеся в нм металлическое железо, особенно тврдый углерод были защищены от проникновения 3 23509 кислорода воздуха и вторичного окисления, что и являлось целью обжига. После 10-дневного хранения в атмосфере воздуха не были обнаружены заметные признаки окисления. Пример 2. Образцы спечнных композиционных материалов массой 17 гр., 18,7 гр. и 19 гр. приготовили для ввода в расплав стали. Для легирования использовали стали заранее известного состава, которые приведены в таблице 3. Таблица 3 Подготовленные образцы композиционных материалов вводили в порции стали массой 358,57 гр., 266,34 гр. и 305,15 гр. соответственно после их расплавления в печи Таммана в алундовых тиглях при температуре 1600-1650 С. Первый образец массой 17 гр. соответствовал составу первой строки таблицы 2, два последующих образцов массой 18,7 гр. и 19,0 гр. - составу второй строки. После ввода образцов в расплавленные порции стали и 10 минутной выдержки получили легированные стали марганцем и хромом. Составы стали после прямого легирования представлены в таблице 4. Полученные результаты показывают практически полное использование углерода в композиционных образцах на восстановление марганца, хрома и частично кремния и довольно высокое извлечение легирующих металлов в пределах 0,8-0,85. Производство и использование комплексных композиционных материалов для прямого легирования стали заменяет традиционное использование дорогих ферросплавов с высокой эффективностью снижения энергозатрат и себестоимости продукции. Ввод в расплав стали марганец-хромсодержащего композиционного материала в количестве 62 кг/т стали заменяет ввод 17,5 кг феррохрома ФХ-75 и 6 кг ферромарганца ФМ-65, итого в сумме 23,5 кг ферросплава. Таблица 4 Химический состав легированных металлов и материальный баланс элементов Наименование композитов Композит из 0,3 хромит.0,7 марг. конц. Извлечение элементов,Композит из 0,7 хромит 0,3 марг. конц. Извлечение элементов,Композит из 0,7 хромит 0,3 марг. конц. Извлечение элементов,Кратность шлака по отношению к ферросплавам составляет 2,5 т/т и расход электроэнергии составляет порядка 5000-7000 кВтч/т. Выход металла из 62 кг композиционного материала составляет 652,524,8 кг, что практически равноценно с расходом ферросплава. Однако композиционные материалы используются без затраты той электроэнергии 5000-7000 кВтч/т. Образование металла и шлака из композиционного материала происходит за счт теплосодержания расплавленной стали, которое так или иначе теряется при е разливке и кристаллизации слитков,т.е. за счт теряемой тепловой энергии. Отсюда 4 следует,что эффективность использования композиционного материала для прямого легирования стали многократно выше, чем традиционный способ использования ферросплавов. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ получения композиционного материала для прямого легирования металла, содержащий марганцевый концентрат, кокс, ферросилиций,алюминий,смешивание и агломерацию,отличающийся тем, что для прямого легирования металла композиционный материал составляют из 23509 смеси марганцевых и хромитовых оксидных концентратов в массовых долях 0,30,7, в которую дополнительно вводят углеродсодержащий восстановитель в стехиометрическом соотношении для восстановления железа, марганца и хрома, смесь измельчают до фракции менее 1,0 мм, обжигают при 1000-1150 С, размягченные композиты разрезают и прессуют, охлаждают до 450 С и вводят в расплав металла.