ТЕРМИТНАЯ СМЕСЬ ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ГРАНУЛ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ОКИСЛИТЕЛЬНОГО РАФИНИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОУГЛЕРОДИСТЫХ СПЛАВОВ
THERMITE MIXTURE FOR FORMATION OF GRANULES USED FOR OXIDISING REFINING OF IRON-CARBON ALLOYS

3
4
2
3
3
4
Изобретение относится к металлургической промышленности и может быть использовано при проведении окислительного рафинирования железоуглеродистых сплавов. Окислительное рафинирование - самый распространенный способ очистки металлов от примесей. Он применяется при получении сплавов на основе Fe, Cu, Ni, Pb и др. Основная идея метода - окисление вредных и излишних примесей и перевод их в виде оксидов в оксидную или газовую фазу, которая не растворяется в металле [1]. Окислителями при реализации процесса окислительного рафинирования стали являются: железная окалина (FеO) и железорудные окатыши, содержащие FeO, FеО, FеO. В этих соединениях железо присутствует в двух- и трехвалентной форме. Валентность железа обуславливает окислительную способность оксида железа. К предлагаемой термитной смеси наиболее близка смесь [2], содержащая железоуглеродистый сплав и оксидный материал при следующем соотношении, % (мас.):
Железоуглеродистый сплав
50,0-99,5
Оксидный материал
0,5-50,0
При этом закись железа и окись железа в оксидном материале взяты в соотношении соответственно (0,01-6,0): 1,0.
2
3
3
4
2
3
3
4
2
А также смесь [3], включающая FeO, FеО, FеO, при следующем соотношении компонентов, % (мас.): (FеО+FеO+FеO):СаО:СаF=1,000:(0,400-0,290):(0,029-0,040).
Недостатком указанных окислителей является низкая окислительная способность, что приводит к повышенному расходу реагента на тонну выплавляемой стали. Кроме того, на термообработку окатышей необходимы большие энергетические затраты.
Предлагаемые окатыши содержат железо в шестивалентной форме, что позволит снизить расход реагента в 2-3 раза. Инициирование СВС-процесса в грануле позволяет проводить термообработку гранул без подвода внешних источников энергии.
Термитная смесь включает нитрат калия, железосодержащие отходы (опилки, стружка, отходы производства дроби), бигхаузная пыль. Компоненты имеют следующее соотношение, % (мас.):
Нитрат калия
58-63
Железосодержащие отходы
26-34
Бигхаузная пыль
8-11
2
4
Полученную смесь необходимо увлажнить до пластичного состояния. Посредством скатывания во вращающихся чашах (грануляторах) или барабанах-окомкователях из полученной смеси формируются гранулы. Далее гранулы повергаются сушке. Для инициирования экзотермической реакции гранулы слегка смачивают любыми продуктами перегонки нефти и поджигают. Инициирование СВС-процесса возможно также любым известным способом. В результате химической реакции образуется феррат калия (KFеO) и диоксид азота (NO). Скорость реакции можно изменять, увеличивая или уменьшая в заданных пределах количество бигхаузной пыли. Бигхаузная пыль является отходом производства - улавливается при плавке чугуна и стали в электрических дуговых печах, она состоит главным образом из оксидов железа (II и III), которые также являются окислителями Fe-C сплавов. В результате воздействия высокой температуры экзотермической реакции гранулы спекаются. Полученный феррат калия содержит железо в шестивалентной форме, что определяет высокую эффективность его использования в качестве окислителя.
В результате исследований был определен состав смеси, который обеспечивает получение феррата калия. Экспериментальные данные представлены в таблице.
№ опыта
Количество нитрата калия, % (мас.)
Количество железосодержащих отходов, % (мас.)
Количество бигхаузной пыли, % (мас.)
Количество феррата калия от общей массы гранул, %
1
62
26
12
0
2
59
31
10
88,5
3
59
32
9
88,5
4
65
30
5
-
5
61
31
8
91,5
6
58
33
9
87
7
58
27
15
0
8
60
32
8
90
9
66
30
4
-
10
64
28
8
0
11
59
33
8
88,5
12
57
29
14
0
13
54
34
12
0
14
58
32
10
87
15
56
27
17
0
Анализ данных таблицы позволяет сделать вывод о том, что если содержание (мас.%) какого-либо компонента в термитных смесях выходит за рамки заявленного, то есть для нитрата калия 58-63; для железосодержащих отходов 26-34; для бигхаузной пыли 8-11, то в составе получаемых гранул феррата калия либо нет (опыты №1, 7, 10, 12, 13, 15), то есть исходные вещества в реакцию не вступают; либо вследствие бурно протекающей реакции гранулы разрушаются (опыты №4, 9).
Таким образом, предлагаемый состав термитной смеси позволяет получать эффективные реагенты для рафинирования железоуглеродистых сплавов, решая при этом проблему утилизации дисперсных отходов машиностроения и металлургии.
Источники информации
1. Рыжонков Д.И. Теория металлургических процессов. М.: Металлургия. - 1989. - 390 с.
2. Патент РФ №2092571 - 1997 год.
3. Патент РФ №2088675 - 1997 год.