Шихта для выплавки алюмосиликомарганца в руднотермической печи

(51) 22 33/04 (2010.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Задачей настоящего изобретения является разработка нового состава шихты, позволяющего перерабатывать дешевые нетрадиционные материалы с получением заданного состава сплава алюмосиликомарганца (ферросиликоалюминия с марганцем). При этом состав сплава должен был полностью исключать явление его рассыпания при охлаждении и кристаллизации. Достигаемым результатом предлагаемого изобретения является сплав алюмосиликомарганец(ферросиликоалюминия с марганцем) получаемый в руднотермической печи, за счет использования в качестве шихтовых материалов высокозольного угля Карагандинского угольного бассейна (мало применяемый в энергетических целях и относящийся к техногенным отходам), марганцевой руды месторождения Западный Камыс и кварцита. ганцевая руда является некондиционной по содержанию марганца 25-30 непригодна для производства стандартных марок силикомарганца и тем более ферромарганца. Полученный комплексный сплав алюмосиликомарганец не подвержен явлению рассыпания при охлаждении и кристаллизации.(72) Байсанов Сайлаубай Омарович Толымбеков Манат Жаксыбергенович Мухамбетгалиев Ербол Кенжегалиулы Байсанов Алибек Сайлаубаевич Чекимбаев Аскар Фарзантович Есенжулов Арман Бекетович(73) Дочернее государственное предприятие на праве хозяйственного ведения Химикометаллургический институт им. Ж. Абишева Республиканского государственного предприятия на праве хозяйственного ведения Национальный центр по комплексной переработке минерального сырья Республики Казахстан Министерства индустрии и торговли Республики Казахстан(54) ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ АЛЮМОСИЛИКОМАРГАНЦА В РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ(57) Изобретение относится к производству ферросплавов, в частности к разработке составов шихт для получения комплексных сплавов,предназначенных для раскисления и легирования сталей. 25108 Изобретение относится к производству ферросплавов, в частности к разработке составов шихт для получения комплексных сплавов,предназначенных для раскисления и легирования сталей. Известна шихта (Авторское свидетельство СССР 481650, кл. С 22 С 33/00, 1975.) для выплавки ферросиликоалюминия электротермическим способом в типовых рудовосстановительных печах,содержащая кварцит, коксик, железную стружку и отвальные каменноугольные породы (50-62 230-55 А 12 О 3 1,0-1,2 2 О 3 0,3-1,3 СаО 0,8-1,11,0-1,4 Т 2 0,05-0,20,36-1,2 ), взятые в следующих соотношениях, вес. Кварцит 16-30 Коксик 6-20 Металлическая составляющая 4-20 Отвальные каменноугольные породы 44-60 Преимуществом данного состава шихты является возможность несколько сократить расход восстановителя, в частности кокса. Недостатком данного состава шихты является значительные колебания содержания золы в каменноугольных породах и в составе золы. Использование отвальных пород с непостоянным количеством зольной части предполагает трудности, связанные с точным дозированием количества восстановителя. Данное обстоятельство способствует накопленению в ванне печи карбидов при избытке и шлакованию шихты при недостатке восстановителя. Использование в шихте кокса,обладающего повышенной электропроводностью,приводит к потере электроэнергии на шихтовую проводимость, разогреву и соответственно к спеканию верхних слоев шихты. Все это способствует к снижению производительности по сплаву, потере кремния и алюминия в улет посредством выноса их через газовые прорывы. Также отмечается ведение процесса с избытком восстановителя до 10 в шихте. Это приводит в последующем и постепенному накоплению карбидов и как следствие к стройству нормального хода процесса восстановления. Кроме того, получаемый сплав содержит 45-558-15 А 20-35 . Известна шихта (Разработка и освоение технологии получения ферросиликоалюминия. С. Байсанов, М. Толымбеков, А. Жарменов, Б. Амургалинов// Физико-химические и технологические вопросы металлургического производства Казахстана. Сб. трудов Химико металлургического института им. Ж.Абишева. Алматы, Искандер, Книга 1, 2002. С. 41 - 52.) для выплавки ферросиликоалюминия, состоящая из углистых пород Экибастузского бассейна, с применением карботермического непрерывного процесса с периодической загрузкой шихтовых материалов. Высокозольные отходы обогащения углей,например,Экибастузского месторождения,содержат 49-74) золы, 12-18 летучих, 3-8 влаги и 14-35 твердого углерода. Содержание компонентов минеральной части колеблется в следующих пределах,О 2 62-66 А 12 О 3 30-33 СаО 0,5-10,2 0,82-4 Р 0,05-0,14. В шихту вводят дополнительно кварцит и небольшое количество стальной стружки. Шихта имела следующее соотношение компонентов, кг Высокозольные отходы угля 100 Кварцит 20-50 Железная стружка 5-20 Недостатком использования данной шихты является непостоянство содержания в угле количества золы, а в золе соотношение О 2 и А 12 О 3,то есть колебания стехиометрического соотношения восстановителя и восстанавливаемых элементов, что требует систематической корректировки состава шихты по кварциту, а для изменения состава сплава по стальной стружке. Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является состав шихты(Сплав АМС. Медведев Г. В., Такенов Т. Д. Алма Ата. Наука КазССР, 1979.) для выплавки сплава для раскисления стали, включающий марганец,кремний и алюминий. Для выплавки сплава АМС использовались бедные марганцевые руды и энергетические угли экибастузского бассейна, в ходе плавки из руды восстанавливается марганец, а из пустой породы и золы угля - кремний и алюминий. Шихта для выплавки сплава АМС имела следующий состав, мас. экибастузский уголь 52 - 56 марганцевая руда 44 - 47 Сплав АМС,полученный при электротермической плавке бедной джездинской марганцевой руды с использованием в качестве восстановителя экибастузского угля, имеет 2540, 35-50 и 6-16 А 1. Применение сплава АМС, выплавляемый электротермическим способом из бедных марганцевых руд и энергетических углей, для раскисления спокойных марок стали, взамен обычно применяемых раскислителей,представило экономические выгоды, за счет его комплексности состава, что позволяло получать в стали снижение количества неметаллических включений Несмотря на вышеизложенные преимущества,сплав АМС после выпуска при остывании рассыпается до порошкообразного состояния(вследствие низкого количества алюминия и повышенного содержания фосфора до 1,25 в составе сплава). Такой порошкообразный сплав было необходимо брикетировать, то есть,проявлялась необходимость в дополнительных затратах. Задачей настоящего изобретения является разработка нового состава шихты, позволяющего перерабатывать дешевые нетрадиционные материала с получением заданного состава сплава алюмосиликомарганца (ферросиликоалюминия с марганцем). При этом состав сплава должен был полностью исключать явление его рассыпания при охлаждении и кристаллизации. 25108 Поставленная цель достигается тем, что шихта для выплавки алюмосиликомарганца(ферросиликоалюминия с марганцем) в руднотермической печи, согласно изобретению содержит высокозольный уголь Карагандинского угольного бассейна, который малоприменим в энергетических целях и относится к техногенным отходам,марганцевую руду месторождения Западный Камыс и кварцит. Марганцевая руда является некондиционной по содержанию марганца 25-30 и непригодна для производства стандартных марок силикомарганца и тем более ферромарганца. Проведенный анализ высокозольного угля,показал е, соответствие по техническому составу и содержанию основных компонентов (О 2, А 12 О 3) золе,требованиям для выплавки сплава алюмосиликомарганца. Положительным отличием отвальных высокозольных углей от ранее применявшихся в составе шихты комплексного сплава АМС экибастузских углей является низкое содержание фосфора, серы и железа, также они обладают более высоким удельным электросопротивлением, что выгодно отличает их по сравнению с традиционными восстановителями. Отвальные высокозольные угли Карагандинского угольного бассейна зольностью 50-60 представляют собой в основном природную смесь оксидов кремния, алюминия и углерода. Минеральная составляющая пород состоит из оксидов кремния, алюминия, железа, оксидов кальция, магния и титана, причем сумма оксидов кремния и алюминия не менее 95-96. Содержание О 2 и А 12 О 3 в зольной части находится в пределах 55-60 и 33-35 соответственно. Угольная масса в породах, в зависимости от зольности, составляет 20- 34 при содержании до 16 летучих соединений. Данный состав высокозольных углей гарантирует получение кремнеалюминиевого сплава с марганцем алюмосиликомарганца с содержанием кремния 4550 алюминия 10-25, марганца 20-30. При высоких температурах, вплоть до температуры размягчения 1700 С углеотходы сохраняют механическую прочность, оплавление происходит только при температуре выше 1750 С. Средняя зольность борлинских высокозольных углей варьируется в пределах 55-60,что соответствует традиционной технологии принятой для плавки экибастузских пород, где рабочая зольность не должна превышать 60. Борлинские высокозольные угли представляют большой интерес с точки зрения получения высокомарочных сортов алюмосиликомарганца с содержанием кремния 40-50 и алюминия в интервале 15-20, пользующихся спросом для процессов металлотермического производства средне- и низкоуглеродистого ферромарганца. В качестве марганецсодержащего сырья использовалась марганцевая руда месторождения Западный Камыс. Шихта для выплавки алюмосиликомарганца имеет следующий состав в зависимости от зольности угля, масс. высокозольный уголь 75-93 марганцевая руда 6,5-20 кварцит 0,5-5 Пример. Проверка предложенного состава шихты опробована в крупно-лабораторных условиях в электропечи с проводящим подом и мощностью трансформатора 200 кВА. В качестве шихтовых материалов использованы отвальные высокозольные угли Карагандинского бассейна,марганцевая руда месторождения Западный Камыс и кварцит. Особенностью также является исключение применения кокса. Технический и химический состав шихтовых материалов представлен в таблице 1. Анализ результатов испытаний показал, что переработка заявляемой шихты позволяет получить комплексный сплав алюмо-силикомарганец, в котором содержится, масс. кремния 45-50 алюминия 15-25 марганца 12-20 железа 6-10 углерода 0,3-0,4 фосфора 0,02-0,03. При изменений соотношения компонентов от указанных выше пределов полностью нарушается процесс получения качественного сплава. При избытке восстановителя в ванне печи наблюдается накопление карбидов, а при ее недостатке способствует шлакованию шихты. При уменьшении содержания в шихте высокозольного угля ниже 7075 наблюдается шлакование шихты, а при ее увеличении выше 93 приводит к накоплению карбидов в ванне печи, полностью ухудшается технологичность процесса, все перечисленное не дает возможности получения требуемого состава сплава неподверженного явлению рассыпания. В полученном сплаве с предложенной шихтой содержится фосфора 0,025-0,030, напротив ранее полученному комплексному сплаву АМС в котором содержание фосфора достигало 0,08, что указывает на высокое качество сплава. Это особенно важно при выплавке особо качественных сталей, допустимое содержание фосфора в которых не должно превышать 0,0200,025. К тому же, это обстоятельство гарантирует для сплава алюмосиликомарганца полное исключение явления его рассыпания, которое объясняется снижением концентраций фосфора по границам зерен сплава совместно с карбидами при кристаллизации, а также выявляет особенность, что при содержаний алюминия более 12 сплав абсолютно не подверженявлению рассыпания после охлаждения. Результаты опытных плавок алюмосиликомарганца представлены в таблице 3. Таблица 1 Химический состав шихтовых материалов Кварцит 0,5 97,05 0,76 0,77 0,02 0,49 0,013 Полученный комплексный сплав в отличие от содержания алюминия и высокого фосфора прототипа, который рассыпался спустя несколько практически всегда подвержен явлению рассыпания. часов после выпуска, не рассыпается в атмосфере При этом отпадает какая-либо необходимость в воздуха, даже после выдержки в атмосфере воздуха затратах на брикетирование или окомкований после истечения 6-8 месяцев. Сплав же АМС вне конечного продукта. зависимости от состава, вследствие низкого Таблица 3 Химический состав предлагаемое и известного сплава Состав Содержание элементов в полученном и известном сплавах Извлечение основных основных элементов сплава 3 45,0 17,1 22,5 14,2 Выплавка сплава алюмосиликомарганца характеризуется комплекснымиспользованием всех основных элементов руды, высоким коэффициентом перехода элементов в сплав, обуславливающий низкий расход шихтовых материалов при получении одной тонны продукта. Бесшлаковая плавка с полным восстановлением всех окислов шихты является методом дефосфоризации исходного сырья- возгонкой и уносом фосфора с газообразными продуктами плавки до 30-40. Использование сплава алюмосиликомарганца для раскисления стали позволяет заменить на 100 ферросилиций, на 60-100 силикомарганец и на 5060 алюминий, применяемые по традиционной технологии в качестве раскислителей стали в настоящее время. В результате проведенных исследований получения, выявлены следующие достоинства производства и применения комплексного сплава-алюмосиликомарганец 1. Бедные высококремнеземистые марганцевые руды непригодные для производства стандартных марок марганцевых ферросплавов, таких, как ферромарганец, силикомарганец, по существующим технологическим схемам, могут быть использованы для выплавки сплава алюмосиликомарганец в необогащенном виде. 2. В качестве восстановителя используется отвальные высокозольные угли. Себестоимость сплава снижается за счет исключения из технологической цепочки использования дорогостоящего 1,03 1,080 47,5 27,5 48,6 кокса и увеличения производительности печи посредством повышения активного сопротивления шихты ванне печи. Это является следствием повышенного электросопротивления отвальных высокозольных углей в отличие от кокса и каменного угля практически на 40-50. В качестве основного сырья используются дешевые,легкодоступные отходы производства,использование которых позволяет получить комплексный сплав - алюмосиликомарганец с широким диапазоном содержания основных раскисляющих и легирующих элементов. 3. Комплексность использования марганцевой руды и углистой породы. Пустая порода руды и золы высокозольного угля служат источником кремния и алюминия. 4. При выплавке комплексного сплава алюмосиликомарганца основная масса фосфора(более 40-50) удаляется из шихты в газовую фазу. 5. Использование труднообогатимых, бедных по содержанию марганца руд и высокозольных углей, а также простота технологии обеспечивают низкую себестоимость сплава и практически неограниченные источники сырья для производства комплексного раскислителя. 6. При производстве сплава алюмосиликомарганца в целевой продукт извлекается до 8592 марганца против 70-75 при современном производстве марганцевых ферросплавов. 25108 7. Полностью исключена возможность рассыпания сплава. Необходимость в брикетировании или окомкований сплава отпадает, исключая дополнительные экономические затраты. 8. Возможность получить бесшлаковым способом сравнительно низкофосфористый сплав алюмосиликомарганец из марганцевых руд месторождения Западный Камыс и других месторождений важнейшее преимущество предлагаемой схемы. 9. Положительным моментом является снижение требований к качеству исходного сырья при выплавке из марганцевых руд сплава алюмосиликомарганец бесшлаковым способом. В связи с тем, что в марганцевой рудекроме марганца оцениваются кремний и алюминий,для производства комплексного сплава, содержащего марганец, кремний, алюминий, практически могут быть пригодны марганецсодержащие руды, с содержанием марганца начиная с 20-30. Вместе с тем предлагаемая шихта не требует специального оборудования для его подготовки и переработки. 10. Сплав алюмосиликомарганец отличается высоким качеством при сравнительно низкой себестоимости. 11. Важным является и то, что переработка марганцевых руд по разработанной технологии значительно уменьшит загрязнение окружающей среды вследствие исключения из технологической схемы таких процессов, как агломерация,обогащение, (тонкое измельчение), и других,связанных с загрязнением экосистемы (вода, воздух,земля). При переработке марганцевых руд бесшлаковым способом в комплексные сплавы типа алюмосиликомарганец основное значение имеет валовой состав руд их минералогическая характеристика практически не влияет натехникоэкономические показатели процесса. В этом смысле технология переработки марганцевых руд на комплексные сплавы является более универсальной,чем переработка на марганцевые сплавы посредством операций обогащения. Предлагаемый состав шихты, опробованный в электропечи мощностью трансформатора 200 кВА,позволяет проводить технологический процесс переработки марганцевых руд, совместно с отвальными высокозольными углями обеспечивает комплексное использование сырья с получением высокоэффективного комплексного сплава. Использование для выплавки в качестве шихтовых материалов некондиционных отвальных высокозольных углей и бедных марганцевых руд позволяет получать комплексный сплав алюмосиликомарганец являющийся альтернативной заменой традиционным видам ферросплавов, таким как с и ликомарганец, ферросилиций и алюминий. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Шихта для выплавки алюмосиликомарганца в руднотермической печи, включающая марганцевую руду и восстановитель, отличающаяся тем, что дополнительно в шихту вводят кварцит, а в качестве восстановителя используют высокозольный уголь, в зависимости от зольности которого используется следующее соотношение компонентов, мас. Марганцевая руда 6,5-20 Высокозольный уголь 75-93 Кварцит 0,5-5,0.