СПОСОБ РАФИНИРОВАНИЯ ФЕРРОСИЛИЦИЯ ОТ АЛЮМИНИЯ И КАЛЬЦИЯ
METHOD FOR REFINING FERROSILICON FROM ALUMINUM AND CALCIUM

Изобретение относится к способу рафинирования ферросилиция от алюминия и кальция.
Известен способ рафинирования ферросилиция от алюминия за счет обработки шлаками в после расплавления в электродуговой печи. (См. Получение высокочистого ферросилиция в электропечи /Ю.П. Канаев, Н.Е. Молчанов, А.Н. Сидоров и др. //Сталь. - 1987. - 9. - С. 47-49).
В известном способе исходное сырье - передельный 75%-ный ферросилиций с ограниченным (менее 1%) содержанием алюминия, предварительно выплавленный на чистых шихтовых материалах в руднотермической печи, переплавляли в дуговой электропечи ДСП-6 с кислой футеровкой, специально установленной в плавильном цехе №2 Кузнецкого завода ферросплавов. Расплавляли кусковой передельный ферросилиций в смеси с окислительной смесью из 35% обожженной извести и 65% кварцита; расплав перемешивали деревянной рейкой в течение 10 минут. В результате этого содержание алюминия снижалось с 0,8-1,0% до 0,3-0,5%.
После этого первичный шлак скачивали и наводили новый из окислительной смеси прежнего состава. После вторичной обработки содержание алюминия снижалось до 0,05-0,1%, кальция до 0,05-0,06%. Содержание кремния снижалось на 4-6%.
К недостаткам известного способа, принятого в качестве прототипа, следует отнести:
1. Необходимость организации специального производства ферросилиция с ограниченным содержанием алюминия - менее 1%. Это требует применения чистого по алюминию кварцита и специальных низкозольных восстановителей - низкозольных углей, нефтяного или пекового коксов и т.д. Соответственно - повышается себестоимость передельного и рафинированного ферросилиция.
2. Невозможность получения рафинированного ферросилиция с содержанием алюминия и кальция 0,02-0,05%, что требуется для производства рельсовой стали.
Первый недостаток объясняется тем, что для производства ферросилиция обычного качества используют кокс с содержанием золы (основной источник алюминия и кальция в ферросилиции) - 15-17% и уголь с содержанием золы до 9%. При этом в ферросилиции марки ФС65 обычного качества содержится алюминия до 2,0% и кальция до 0,7%, в ферросилиции марки ФС75 содержится алюминия до 2,5% и кальция до 0,8%. Удаление такого количества алюминия и кальция до содержания менее 0,05% за счет обработки двумя шлаками - невозможно, а увеличение количества обработок ферросилиция рафинировочным шлаком, состава приведенного выше, приводит к росту потерь ферросилиция со скачиваемым шлаком. Это соответственно приводит к резкому росту себестоимости годного рафинированного ферросилиция.
Поэтому на практике по указанной технологии-аналогу используют двух стадийную технологию. Первая стадия - выплавка ферросилиция в рудотермической печи с ограниченным содержанием примесей за счет применения низкозольных восстановителей - уголь с содержанием золы не более 5%, нефтяной и пековый кокс с содержанием золы не более 1,0% и т.п.
Второй недостаток объясняется тем, что между рафинировочным шлаком и расплавленным ферросилицием в процессе перемешивания устанавливается определенное равновесие по содержанию алюминия и кальция. Как только содержание алюминия и кальция в шлаке превышает равновесное, алюминий и кальций снова переходят в ферросилиций. (Закон распределения масс). Таким образом, емкость шлака по алюминию и кальцию оказывается ограниченной. В результате двух обработок расплава ферросилиция рафинировочным шлаком (по технологии-аналогу) для получения содержания алюминия 0,05-0,1% оказывается недостаточно.
По заявляемой технологии предлагается одностадийная схема производства рафинированного ферросилиция с применением не более двух обработок рафинировочным шлаком. При этом предлагается использовать окислительный шлак состоящий из извести и окислительной добавки (железорудные окатыши, железорудный концентрат, железная руда и т.п.) в количестве 3-5% от веса исходного ферросилиция при соотношении известь : окислительная добавка, как 1:1,5-2,5, в которую для дополнительного повышения эффективности удаления алюминия и кальция (за счет повышения жидкоподвижности шлака) добавляют плавиковый шпат в количестве - 6-7,5% от веса рафинировочных шлакообразующих (известь + окислительная добавка). Применяемая рафинировочная шлаковая смесь позволяет использовать в качестве исходного материала ферросилиций обычного качества, как указано выше - с содержанием алюминия до 2,5% и кальция до 0,8% (в сплаве ФС75) и получать при использовании двух обработок шлаком алюминий и кальций в рафинированном ферросилиции 0,02-0,05%. В качестве исходного ферросилиция оказывается экономически целесообразным и, технологически более удобным, использовать не кусковой ферросилиций, как в технологии-аналоге, а отсевы от дробления ферросилиция обычного качества, которые образуются при рассеве ферросилиция на фракции, т.е. - ферросилиций фракции 0-10 (0-15) мм. Ферросилиций фракции 0-10 (0-15) мм пользуется ограниченным спросом на рынке и обычно продается с дисконтом 12-14%. Это существенно повышает экономическую эффективность производства рафинированного ферросилиция.
Пример
На дно подины электросталеплавильной печи ДСП-5 засыпают шлаковую смесь, состоящую из: 50 кг извести + 100 кг железорудных окатышей + 15 кг плавикового шпата. Поверх шлаковой смеси засыпают 4 тонны мелочи ферросилиция ФС65 фракции 0-15 мм с содержанием алюминия - 1,6-1,8% и кальция - 0,4-0,6%. В мелочь ферросилиция опускают электроды, включают печь на максимальной ступени напряжения и зажигают электрическую дугу. Переходят на среднюю мощность и проводят расплавление ферросилиция. По достижении температуры расплава 1630-1650°С проводят перемешивание (барботаж) ванны печи деревянными рейками сечением 100×100 мм в течение 10 минут на отключенной печи. После этого шлак скачивают вручную через порог рабочего окна в шлаковню и на зеркало расплавленного ферросилиция отдают мульдозавалочной машиной второй рафинировочный шлак, также состоящий из: 50 кг извести + 100 кг железорудных окатышей + 15 кг плавикового шпата. Печь включают на средней мощности для расплавления шлака и нагрева расплава до температуры 1630-1650°С. После этого проводят второй барботаж ванны печи деревянными рейками сечением 100×100 мм в течение 10 минут. Включают печь на минимальной мощности и снова подогревают расплав до температуры 1630-1650°С. После этого производят слив ферросилиция вместе со шлаком в ковш и разливку рафинированного ферросилиция по изложницам. Содержание алюминия и кальция в ферросилиции при этом составляет 0,02-0,05%.
После остывания слитки рафинированного ферросилиция извлекают из изложниц и отправляют потребителю (в цех подготовки шихты сталеплавильного производства) для использования при производстве рельсовой стали.