Патент на изобретение №2309189

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОСПЛАВА

(57) Реферат:

Изобретение относится к области металлургии, в частности к переработке хром-, никельсодержащих материалов восстановительной плавкой в электропечи. В начале проплавляют хромовую руду в присутствии флюса, а полученный хромсодержащий оксидный расплав обрабатывают методом инжекции пылевидными отходами производства никелевого штейна, взятыми в соотношении (0,9-1,8):1 от массы хромовой руды, и проводят десульфурацию расплава. Изобретение позволяет заменить дорогостоящий коксик на более дешевый углеродсодержащий восстановитель. 1 табл.

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к переработке хром-, никельсодержащих материалов восстановительной плавкой в электропечах, может быть использовано для переработки хромовых руд и пылевидных отходов производства никелевого штейна.

Известен способ получения феррохрома, имеющий наибольшее распространение на территории РФ, согласно которому хромовая руда в смеси с коксом, флюсующими добавками и отходами производства феррохрома перерабатывается в дуговой электропечи с получением высокоуглеродистого феррохрома.

Основным недостатком известного способа является низкое извлечение хрома ˜87% [Лякишев Н.П., Гасик М.И. Металлургия хрома. М.:ЭЛИЗ, 1999. – 582 с.].

Преимуществом данного способа является возможность получения комплексного хром-, никельсодержащего ферросплава, производство которого обосновано тем, что никель и хром являются элементами одновременно присутствующими в большом количестве марок стали, например в коррозионностойких, кислотоупорных, жаростойких и т.д. Одними из основных недостатков этого способа является использование дорогостоящего восстановителя – коксика и низкое извлечение хрома в металл ˜90%.

Задачей настоящего изобретения является разработка нового способа получения ферросплава, содержащего хром и никель, позволяющего заменить дорогостоящий коксик значительно более дешевым углеродсодержащим восстановителем.

Техническим результатом настоящего изобретения является повышение извлечения хрома в конечный расплав за счет интенсификации перехода никеля, железа и хрома из оксидного расплава в металлическую фазу и активации химических реакций процесса восстановления. Указанный технический результат достигается тем, что в отличие от прототипа, включающего подготовку исходных шихтовых материалов, плавление шихты в присутствии флюса, обработку полученного расплава и последующую разливку полученного металла, в предлагаемом способе сначала проплавляют хромовую руду в присутствии флюса, а полученный оксидный расплав обрабатывают пылевидными отходами производства никелевого штейна, взятыми в соотношении (0,9-1,8):1 от массы хромовой руды, при этом обработку хромсодержащего расплава производят методом инжекции и проводят десульфурацию расплава.

Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый способ получения ферросплава позволяет создавать в электропечи условия, необходимые для выплавки сплава с содержанием 1-2 мас.% никеля и 40-50 мас.% хрома без использования дорогостоящего коксика. Предлагаемый способ получения ферросплава позволяет использовать дешевый вид восстановителя – пылевидные отходы производства никелевого штейна (пыль, уловленная в циклонных и скрубберных газоочистных установках), которые помимо роли восстановителя в данном способе выполняют функцию никельсодержащей части шихты.

Заявляемый способ позволяет вовлечь в переработку ранее невостребованные пылевидные отходы производства никелевого штейна.

Соотношение пылевидных отходов производства никелевого штейна к массе хромовой руды, равное (0,9-1,8):1, является достаточным не только для полного восстановления никеля, железа и хрома, но и части других металлов, содержащихся в хромовой руде и пылевидных отходах производства никелевого штейна в оксидной форме и способных в данных условиях к восстановлению, например для частичного восстановления кремния из двуокиси кремния.

Снижение соотношения пылевидных отходов производства никелевого штейна к массе хромовой руды менее 0,9:1 приводит к уменьшению степени извлечения хрома из-за недостатка углерода на протекание восстановительных реакций и образование карбидов хрома. Превышение соотношения пылевидных отходов производства никелевого штейна к массе хромовой руды более 1,8:1 приводит к необоснованному перерасходу восстановителя и образованию слоя мелких частичек твердого коксика над оксидным расплавом, что затрудняет техническое обслуживание электропечи, приводит к резкому увеличению пылевыбросов и ухудшает технико-экономические показатели плавки.

Для устранения кинетических затруднений процесса выплавки хром-, никельсодержащего ферросплава предложено использовать инжекционный ввод пылевидных отходов производства никелевого штейна (менее 10 мм), что позволяет увеличить степень извлечения хрома в ферросплав, способствует перемешиванию расплава и обеспечивает экологически более безопасную схему переработки пылящих материалов, к которым относятся пылевидные отходы производства никелевого штейна.

По окончании проплавления всей шихты расплав выдерживают в печи в течение 10-20 мин для более полного осаждения корольков металла из шлаковой фазы, после чего шлак скачивают (по возможности более полно).

Товарный феррохромникель рафинируют и разливают традиционными методами в специальные изложницы.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Заявляемый способ получения ферросплава был опробован в лабораторных условиях в Институте металлургии Уральского отделения Российской академии наук.

Использовались следующие материалы и оборудование:

1. Казахстанская хромовая руда двух типов:

– богатая, содержащая, мас.%: 50,6 Cr₂О₃, 10,7 FeO, 1,5 Fe₂О₃, 20,7 MgO,7,9 Al₂O₃,6,1 SiO₂;

– бедная, содержащая, мас.%: 36,4 Сг₂О₃, 10,3 FeO, 0,4 Fe₂О₃, 24,4 MgO,8,9 Al₂O₃, 12,7 SiO₂.

2. Окисленная никелевая руда Серовского месторождения, содержащая, мас.%: 1,4 NiO; 22,7 Fe₂О₃; 9,6 FeO; 43,0 SiO₂; 8,7 MgO; 10,3 Al₂О₃; 0,3 CaO.

3. Коксик (82% С).

4. Пылевидные отходы производства никелевого штейна ЗАО «ПО «Режникель» двух типов:

– пылевидные отходы, уловленные в скрубберной газоочистной установке (пыль из скруббера), содержащие, мас.%: 18,0 С; 0,86 Ni_общ.; 16,6 Fe_общ.; 32,8 SiO₂; 10,5 MgO; 3,3 Al₂О₃; 3,3 CaO; 0,5 Cr₂О₃; 1,3 S;

– пылевидные отходы, уловленные в циклонной газоочистной установке (пыль из циклона), содержащие, мас.%: 18,4 С; 0,71 Ni_общ; 13,9 Fe_общ.; 35,1 SiO₂ 10,8 MgO; 3,8 Al₂О₃; 3,5 CaO; 1,0 S.

5. Порошкообразная флюсующая смесь, состоящая из 25 мас.% плавикого шпата и 75 мас.% CaO.

6. Электропечь типа Таммана.

7. Компрессор для продувки расплава.

Порядок проведения плавок был следующий. В электропечи проплавляли заранее подготовленную хромовую руду с флюсом. Затем оксидный хромсодержащий расплав обрабатывали пылевидными отходами производства никелевого штейна. После окончания продувки проводили выдержку расплава в течение 15 мин. Разделяли шлаковую и металлическую фазы. Полученный черновой ферросплав характеризуется повышенным содержанием серы из-за высокого ее содержания в пылевидных отходах производства никелевого штейна (˜1 мас.% S). С целью снижения содержания серы феррохромникель подвергали десульфурации методом инжекции порошкообразной флюсующей смеси плавикового шпата и извести, что позволило достичь содержания серы в ферросплаве менее 0,1 мас.%. После рафинирования проводили разливку ферросплава.

Состав шихты и основные показатели экспериментальных плавок представлены в таблице.

Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ получения ферросплава позволяет выплавлять в электропечи сплав, содержащий хром и никель из хромовых руд и пылевидных отходов производства никелевого штейна без использования коксика. Получение ферросплава по предлагаемому способу позволяет повысить извлечение хрома в сплав на 4-5% по сравнению с прототипом (таблица) и достичь 94-95% извлечения хрома в металл за счет интенсификации перехода хрома из оксидного расплава в металлическую фазу и активации химических реакций процесса восстановления. Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения дешевого вида восстановителя – пылевидных отходов производства никелевого штейна взамен дорогостоящего коксика.

Таблица Результаты экспериментальных плавок ферросплава по заявляемому способу получения
№п/п	Шихтовые материалы					Содержание в ферросплаве, мас.%		Извлечение Cr, мас.%
	Хромовая руда	Масса никелевой руды, г	Масса коксика, г	Пылевидные отходы производства никелевого штейна	Массовое соотношение материала-восстановителя к хромовой руде	Cr	Ni
Прототип
1	богатая	100	15	–	0,6	21,1	2,8	90
Предлагаемый способ
2	бедная			Пыль из циклона	0,7	46,0	1,2	74
3	бедная			Пыль из циклона	0,9	47,6	1,3	94
4	богатая			Пыль из скруббера	1,6	42,8	1,8	94
5	богатая			Пыль из скруббера	1,8	40,1	1,8	95
6	богатая			Пыль из скруббера	2,0	37,3	1,9	95
Из-за колебаний содержания хрома в шихтовых материалах извлечение Cr определяли по соотношению Cr в шлаке и металле. В данных плавках принято количество пылевидных отходов производства никелевого штейна выходящее за пределы заявляемого способа получения ферросплава.

Формула изобретения

Способ получения хром-, никельсодержащего ферросплава, включающий подготовку исходных шихтовых материалов, плавление шихты в присутствии флюса, обработку полученного расплава и последующую разливку полученного сплава, отличающийся тем, что в начале проплавляют хромовую руду в присутствии флюса, а полученный хромсодержащий оксидный расплав обрабатывают методом инжекции пылевидными отходами производства никелевого штейна, взятыми в соотношении (0,9-1,8):1 от массы хромовой руды, и проводят десульфурацию расплава.