СПОСОБ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ПОЛУЧЕНИЯ ХРОМА МЕТАЛЛИЧЕСКОГО
METHOD FOR ALUMINOTHERMIC PRODUCTION OF METALLIC CHROME

Заявляемое изобретение относится к металлургической промышленности, преимущественно к способам извлечения металлов из шихты, и может быть использовано при производстве хрома металлического алюминотермическим способом.
2
2
Из уровня техники известен способ алюминотермического получения металлического хрома, включающий стадийные загрузку и проплавление шихты, содержащей окись хрома, окислитель, известь, алюминий и выпуск продуктов плавки, при этом на первой стадии ведут проплавление шихты, состоящей из компонентов от общей массы на плавку: окиси хрома 53-64%, окислителя 60-80%, извести 30-40% и алюминия в количестве 0,8-0,94 от стехиометрически необходимого на восстановление окиси хрома со скоростью загрузки шихты 180-280 кг/ммин, на второй стадии ведут проплавление компонентов шихты от общей массы на плавку: окиси хрома 36-47%, окислителя 20-40%, извести 60-70% и алюминия в количестве 1,02-1,2 от стехиометрически необходимого на восстановление окиси хрома со скоростью загрузки шихты 170-275 мг/ммин; а при получении хрома металлического с низким содержанием азота (≅0,05%) в составе шихты на обеих стадиях в качестве окислителя используют хромовый ангидрид и бихромат калия или натрия с добавлением в навески шихты гидроокиси кальция, поваренной соли и флюоритового концентрата в соотношении к массе навески окиси хрома (0,1-0,2):(0,02-0,04):(0,03-0,08):(0,001-0,002):(0,001-0,02):1 (см. патент РФ на изобретение «Способ алюминотермического получения металлического хрома», дата подачи 26.08.1996 г., опубликовано 27.01.1998 г.).
2
Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ алюминотермического получения хрома металлического, включающий подготовку и проплавление шихты, содержащую окись хрома, алюминий, окислитель-ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия, известь, гидроокись кальция, соль поваренную, концентрат плавикошпатовый, и выпуск продуктов плавки, причем, для получения хрома с содержанием азота не более 0,05 мас.% общее количество извести на плавку и количество гидроокиси кальция задают в соотношении к массе расходуемого алюминия соответственно (0,15-0,18):1 и (0,05-0,07):1, при этом 50-70 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% вводят непосредственно в шихту, ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия используют в соотношении 1: (0,25-0,40) при соотношении компонентов шихты, мас.%: окись хрома 60-62; алюминий 24,2-26,4; ангидрид хромовый 7-8,2; бихромат натрия или калия - 1,8-2,4; кальция гидроокись - 1,3-1,8; соль поваренная 0,7-1,2; известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% в шихту 2,2-3,2, а остальное - 30-50 мас.% извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% загружают на колошник за 2-4 минуты до окончания проплавления шихты, загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 330-450 кг/м мин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж загружают на оставшийся жидкий шлак плавикошпатовый концентрат в количестве 0,8-1,1 мас.% к массе окиси хрома и после его растворения производят слив шлака и металла (см. патент РФ на изобретение №2260630 «Способ алюминотермического получения хрома металлического (варианты)», п.2 формулы изобретения, дата подачи заявки 27.09.2004 г., опубликовано 20.09.2004 г.).
Недостатки известных способов обусловлены, прежде всего, низким выходом высших марок хрома, в частности такой марки хрома, как Х99Н2, а также низким показателем извлечения хрома в металл.
Помимо этого применение известных способов алюминотермического получения хрома металлического приводит к загрязнению окружающей среды и, как следствие, ухудшению экологической обстановки за счет образования значительного объема шлаковых отходов.
Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, является увеличение выхода высших марок хрома, увеличение показателя извлечения хрома в металл, а также снижение образования шлака с одной тонны металла.
2
Указанный результат достигается тем, что известный способ алюминотермического получения хрома металлического, включающий подготовку, загрузку и проплавление шихты, содержащей окись хрома, алюминий, окислитель, в качестве которого используют ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия, гидроокись кальция, соль поваренную, концентрат плавикошпатовый, известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.%, вводимую непосредственно в шихту, загрузку извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% на колошник за 2-4 минуты до окончания проплавления шихты при соотношении извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.%, равном (50-70):(30-50) соответственно, и выпуск продуктов плавки путем слива шлака и металла, при этом загрузку и проплавление шихты ведут в одну стадию со скоростью 330-450 кг/ммин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж на оставшийся жидкий шлак загружают плавикошпатовый концентрат, после растворения которого производят слив шлака и металла, согласно изобретению для получения хрома с содержанием азота не более 0,02 мас.%, преимущественно марки Х99Н2, ангидрид хромовый и бихромат натрия или калия берут в соотношении 1,3:1,7 при следующем содержании компонентов шихты, мас.%: окись хрома 57,5-61,00; алюминий - 24,5-26,9; ангидрид хромовый - 4,9-6,9; бихромат натрия или калия - 3,7-4,6; гидроокись кальция - 1,2-1,6; соль поваренная - 0,5-0,7; известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% - 2,3-2,5, плавикошпатовый концентрат - 0,5-1,0 к массе окиси хрома.
Заявляемое соотношение компонентов шихты является оптимальным, так как любые отклонения как в сторону увеличения так и в сторону уменьшения приводят к повышению в составе шихты содержания примесей и, как следствие, к снижению выхода высших марок хрома, в частности марки Х99Н2.
Кроме того, благодаря заявленному соотношению ингредиентов окислителя - ангидрида хромового и бихромата натрия или калия, равного 1,3:1,7, в предлагаемом к защите способе происходит оптимизация термодинамических и кинетических условий протекания процесса получения хрома металлического, а именно снижение активности хрома в металлическом расплаве с одновременным повышением его активности в шлаковом расплаве.
В случае увеличения соотношения между компонентами окислителя ангидрида хромового и бихромата натрия или калия происходит повышение содержания азота в металле, что, в свою очередь, приводит к снижению твердости и коррозионной стойкости металла.
Уменьшение пропорциональной зависимости между ангидридом хромовым и бихроматом натрия или калия приводит к интенсивному протеканию процесса алюминотермического получения хрома металлического и повышенному пылеуносу шихты и, как следствие, к дополнительным потерям хрома.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемого изобретения, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности, как «новизна».
Заявляемые существенные признаки, предопределяющие получение указанного технического результата, явным образом не следуют из уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения такому условию патентоспособности, как «изобретательский уровень».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления способа алюмотермического получения хрома металлического.
Сущность изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.
Для используемого в заявляемом способе состава шихты применяют следующие компоненты:
окись хрома техническая металлургическая ГОСТ 2912 и/или ТУ 2123-055-54138686-2010; алюминий первичный в виде порошка ГОСТ 11069; ангидрид хромовый технический ГОСТ 2548; натрия бихромат технический ГОСТ 2651; известь свежеобожженная молотая с регламентированным содержанием углерода.
Массу шихты рассчитывают на 3000-6000 кг окиси хрома.
Подготовку шихты осуществляют путем тщательного перемешивания компонентов между собой.
Внепечную алюминотермическую плавку на подготовленной шихте проводят с нижним зажиганием шихты в наклоняющемся горне.
Слив продуктов плавки в стальную нефутерованную изложницу выполняют посредством наклона горна, причем сначала в изложницу сливают 30-40% шлака с целью образования гарнисажа, а затем после кратковременной выдержки загружают на оставшийся жидкий шлак плавикошпатовый, например флюоритовый, концентрат в количестве 0,5-1,0 мас.% к массе окиси хрома и после его растворения сливают оставшийся в горне шлак и металл.
Пример 1 (прототип)
Для получения хрома металлического с содержанием азота не более 0,05 мас.% масса подготовленной к процессу шихты составила 8292 кг.
Загрузку и проплавку шихты осуществляли в одну стадию, при этом состав шихты содержал следующие компоненты, кг (мас.%):
окись хрома
5000,00 (60,3)
алюминий
2060,00 (24,8)
ангидрид хромовый
600,00 (7,2)
бихромат натрия
187,00 (2,25)
кальция гидроокись
130,00 (1,6)
соль поваренная
75,00 (0,9)
известь
с содержанием углерода не более 0,2 мас.%
240,00 (66,7)
известь
с содержанием углерода не более 0,5 мас.%
120,00 (33,3)
плавикошпатовый концентрат (на шлак)
40,0 (0,8)
При осуществлении способа выход хрома металлического марки Х99Н4 за кампанию составил 85,8%.
Выход хрома металлического марки Х99Н2 за кампанию составил 0%.
Пример 2 (заявляемый способ)
Для получения хрома металлического с содержанием азота не более 0,02 мас.% масса подготовленной на плавку шихты составила 8450 кг.
Загружали и проплавляли в одну стадию шихту следующего состава, кг (мас.%):
окись хрома
5000,00 (59,2)
алюминий
2090,00 (24,7)
ангидрид хромовый
500,00 (5,9)
бихромат натрия
350,00 (4,1)
кальция гидроокись
120,00 (1,4)
соль поваренная
50,00 (0,6)
известь
с содержанием углерода не более 0,2 мас.%
200,00 (64,5)
известь
с содержанием углерода не более 0,5 мас.%
110,00 (35,5)
плавикошпатовый концентрат (на шлак)
30,0 (0,7)
Известь с содержанием углерода не более 0,2 мас.% вводили непосредственно в шихту, а известь с содержанием углерода не более 0,5 мас.% загружали на калошник за 2-4 минуты до окончания проплавления шихты, при этом соотношение извести с содержанием углерода не более 0,2 мас.% и извести с содержанием углерода не более 0,5 мас.% равно (50-70):(30-50) соответственно.
2
Загрузку и проплавление шихты ведут со скоростью 330-450 кг/ммин, а после слива части шлака в изложницу на гарнисаж на оставшийся жидкий шлак загружают плавикошпатовый концентрат, после растворения которого производят слив шлака и металла.
При осуществлении способа выход хрома металлического марки Х99Н4 за кампанию составил 65,00%.
Выход хрома металлического марки Х99Н2 за кампанию составил 27,00%.
Сравнительные данные способа алюминотермического получения хрома металлического по прототипу и заявляемого технического решения приведены в Таблице.
Таблица
Состав шихты, компоненты
Содержание компонента, кг
Способ (прототип)
Способ (заявляемый)
окись хрома
5000
5000
алюминий
2060
2090
ангидрид хромовый
600
500
бихромат натрия
187
350
соотношение ангидрид хромовый/бихромат натрия
3,2
1,4
известь (в шихту)
240
200
известь (на колошник)
120
100
кальция гидроокись
130
120
соль поваренная
75
50
концентрат плавиковошпатовый (флюоритовый)
40 на шлак
30 на шлак
Скорость проплавления шихты кг/м<sup>2</sup>мин
410
405
Химический состав металла, %
хром (Cr)
99,45
99,5
алюминий (Al)
0,06
0,06
углерод (С)
0,010
0,015
азот (N)
0,018
0,015
Выход высших марок за кампанию:
марка Х99, %
-
-
марка Х99Н4, %
85,8
65
марка Х99Н2, %
-
27
Как видно из приведенной Таблицы, предлагаемый способ, в отличие известных, позволяет получать хром металлический повышенного качества, в частности высшие марки, например, марки хрома Х99Н2. Помимо этого увеличивается показатель извлечения хрома в металл, а также снижается образование шлака с одной тонны металла.
Благодаря предлагаемому к защите способу алюминотермического получения хрома металлического улучшается экологическая обстановка за счет снижения образования шлака.
Кроме того, значительно повышаются экономические показатели предприятия за счет увеличения извлечения хрома металлического.