СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ХРОМСОДЕРЖАЩЕГО СПЛАВА
METHOD OF RECEIVING OF CHROME-BEARING ALLOY

Изобретение относится к области черной и цветной металлургии, в частности к переработке хромсодержащих материалов восстановительной плавкой в электропечах, может быть использовано для переработки хромитовых руд, концентратов и алюминийсодержащих отходов цветной металлургии.
Известен способ получения хромсодержащих сплавов, получивший наибольшее распространение в России для производства средне- и низкоуглеродистых сортов феррохрома, который включает дробление и сушку хромитовых руд, восстановительную силикотермическую плавку с применением передельного ферросиликохрома и последующую разливку полученного металла. В качестве элемента-восстановителя используется кремний, содержащийся в ферросиликохроме [Карноухов В.Н. Технология низкоуглеродистого феррохрома. / В.Н.Карноухов, Ю.И.Воронов, В.П.Зайко, В.И.Жучков. - Екатеринбург: УрО РАН, 2001. - 482 с.].
Основным недостатком данного способа является его двухстадийность, обоснованная необходимостью выплавки на первой стадии карботермическим методом передельного ферросиликохрома в рудовосстановительных электропечах, что требует вовлечения в производственный цикл дополнительных плавильных мощностей.
В качестве прототипа принят наиболее близкий по технологической сущности к заявляемому способ получения хромсодержащих сплавов, который включает подготовку хроморудного материала с получением хроморудного концентрата и его перемешивание с алюминийсодержащим и флюсующим материалами, расплавление и алюминотермическое восстановление в печи, выдержку полученного расплава, состоящего из шлака и металла, и выпуск металла и шлака в металлоприемник. В качестве элемента-восстановителя используется алюминий, содержащийся в алюминиевом порошке [Лякишев Н.П. Алюминотермия. / Н.П.Лякишев, Ю.Л.Плинер, Г.Ф.Игнатенко, С.И.Лаппо. - М.: Металлургия, 1978. - 424 с. (прототип)].
Преимуществом данного способа является возможность получения низкоуглеродистого феррохрома одностадийным методом за счет исключения из состава шихты передельного ферросиликохрома. Основным недостатком этого способа является использование дорогостоящего восстановителя - алюминиевого порошка, высокая стоимость которого послужила одной из главных причин низкого коэффициента использования алюминотермического метода для производства феррохрома на отечественных металлургических предприятиях.
Задачей настоящего изобретения является разработка нового алюминотермического способа получения хромсодержащего сплава, позволяющего заменить дорогостоящий алюминиевый порошок значительно более дешевым алюминийсодержащим восстановителем.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение извлечения хрома в конечный металлический расплав за счет более полного рассредоточения по объему элемента-восстановителя, что благоприятно влияет на кинетику и механизм процесса восстановления хрома.
2
3
Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения хромсодержащего сплава, включающем подготовку хроморудного материала с получением хроморудного концентрата и его перемешивание с алюминийсодержащим и флюсующим материалами, расплавление и алюминотермическое восстановление в печи, выдержку полученного расплава, состоящего из шлака и металла, и выпуск металла и шлака в металлоприемник, согласно изобретению в качестве алюминийсодержащего материала используют предварительно подготовленные алюминийсодержащие отходы производства вторичного алюминия в количестве 0,6-1,1 мас.% на 1 мас.% содержания CrO в хроморудном концентрате, выдержку полученного в печи расплава осуществляют с перемешиванием в течение 10-15 минут, после которой предварительно скачивают в шлаковню 70-90% основной части шлака от общей массы шлака, затем скачивают часть оставшегося шлака в металлоприемник, выдерживают в течение 3-5 минут и выпускают остальную часть шлака и металл в тот же металлоприемник.
Сущность изобретения заключается в том, что заявляемый способ получения хромсодержащего сплава позволяет создавать в электропечи условия, необходимые для выплавки средне- и низкоуглеродистых сортов феррохрома с содержанием от 60 до 80 мас.% хрома без использования дорогостоящего алюминиевого порошка. Предлагаемый способ получения хромсодержащего сплава позволяет использовать дешевый вид восстановителя - алюминийсодержащие отходы от производства алюминия. Заявляемый способ также позволяет вовлечь в переработку отходы производства цветной металлургии.
Хроморудный материал перед плавкой необходимо подвергать дроблению для достижения фракции менее 3 мм, просушиванию и обжигу для удаления остаточной влаги и снижения содержания углерода.
Алюминийсодержащие отходы от производства алюминия также необходимо подвергать предварительной подготовке: дроблению, обогащению методом сепарации для получения металлоконцентрата, содержащего 40-70% алюминия металлического, и усреднению.
Перед плавкой необходимо проводить тщательное перемешивание шихтовых материалов, что обосновано большим отличием плотностей хроморудного и алюминийсодержащего материалов. От качества перемешивания при выплавке хромсодержащих сплавов предлагаемым способом зависит степень извлечения хрома в металл и содержание алюминия в конечном продукте, которое ограничено требованиями ГОСТа 4757-91 - не более 0,2% алюминия в низкоуглеродистых марках феррохрома (ФХ001-ФХ010).
2
3
Количество алюминийсодержащих отходов, равное 0,6-1,1 мас.% на 1 мас.% CrO в хроморудном концентрате, является достаточным не только для полного восстановления хрома, но и железа из оксидного расплава. Причем нижний предел количества алюминийсодержащих отходов относится к более богатому по алюминию металлоконцентрату, а верхний предел - к более бедному.
2
3
Снижение количества алюминийсодержащих отходов в шихте менее 0,6 мас.% на 1 мас.% CrO в хроморудном концентрате приведет к снижению степени извлечения хрома в металл из-за недостатка алюминия для протекания восстановительных реакций в полном объеме.
2
3
Увеличение количества алюминийсодержащих отходов в шихте более 1,1 мас.% на 1 мас.% CrO в хроморудном концентрате приведет к необоснованному перерасходу восстановителя, ухудшению технико-экономических показателей плавки и образованию феррохрома с повышенным содержанием алюминия.
После протекания восстановительных реакций производят выдержку расплава в печи в течение 10-15 минут с перемешиванием, что позволяет проводить более глубокое рафинирование металлического расплава и более полное извлечение хрома в металл за счет осаждения мелких корольков металла из шлаковой фазы. После выдержки производят скачивание основной части шлака (70-90% от общей массы шлака) в специальную шлаковню. Затем выпускают часть оставшегося шлака (30-50%) в металлоприемник, производят выдержку в течение 3-5 минут и выпускают остальную часть шлака и металла в тот же металлоприемник. Дополнительная рафинировка металла, проходящего через шлаковый расплав, способствует повышению извлечения хрома и снижению содержания углерода в конечном продукте.
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.
Заявляемый способ получения хромсодержащего сплава был опробован в лабораторных условиях ГУ Институт металлургии УрО РАН.
Использовались следующие материалы и оборудование:
1. Сырье.
2
3
общ
2
3
2
Концентрат хромитовой руды, содержащий, мас.%: 58,1 CrО, 11,0 Fe, 16,5 MgO, 1,1 AlO, 3,4 SiO.
2. Восстановитель.
Алюминиевый порошок с содержанием 98 мас.% Al.
Алюминийсодержащие металлоконцентраты, приготовленные сепарированием отходов от производства вторичного алюминия: алюмошлака (20,9 мас.% Al) и настылей (отходы, собранные с поверхности рабочего пространства печи и вспомогательного оборудования после проведения серии плавок по производству вторичного алюминия со средним содержанием 35,2 мас.% Al). Для проведения экспериментальных плавок было изготовлено два вида металлоконцентрата:
- бедный с 40 мас.% Al;
- богатый с 70 мас.% Al.
3. Флюс.
Известь свежеобожженная с содержанием СаО 88 мас.%.
3. Муфельная печь.
4. Электропечь Таммана.
Порядок проведения плавок был следующий. Все шихтовые материалы поставлялись фракцией менее 3 мм. Концентрат хромитовой руды предварительно прокаливали в муфельной печи в течение 2 часов при 700°С. Прокаленную руду тщательно перемешивали с алюминийсодержащим металлоконцентратом и известью (количество извести принимали из расчета 60% от массы металлоконцентрата) и загружали в корундовые тигли, которые помещали в рабочее пространство печи. После этого температуру в печи повышали, проводили плавление шихты и алюминотермическое восстановление хрома и железа. По завершении восстановительных реакций расплав выдерживали в печи в течение 14 минут с перемешиванием. Основную часть (75 мас.%) шлака скачивали. Затем в предварительно разогретый металлоприемник проводили слив части оставшегося шлака (40%) и по истечении 3 минут выпускали остальную часть шлака и металла в тот же металлоприемник.
Основные показатели экспериментальных плавок представлены в таблице. Во всех плавках содержание углерода в конечном металле не превышало 0,1 мас.%.
Проведенные испытания показали, что предлагаемый способ получения хромсодержащего сплава позволяет выплавлять в электропечи низкоуглеродистые сорта феррохрома из хроморудных материалов и алюминийсодержащих отходов от производства алюминия без использования в шихте алюминиевого порошка. Сравнивая технологические показатели плавки по предлагаемому способу и прототипу, необходимо отметить, что при примерно равном содержании хрома в конечном ферросплаве (таблица - плавки №1, 3, 4) в предлагаемом способе наблюдается повышение извлечения хрома в металл (от 88 до 90%) за счет более полного рассредоточения элемента-восстановителя по объему. Экономический эффект от использования предложенного изобретения достигается в основном за счет применения дешевого вида восстановителя - алюминийсодержащих отходов цветной металлургии взамен дорогостоящего алюминиевого порошка.
Результаты экспериментальной выплавки хромсодержащего сплава по заявляемому способу получения
№ п/п
Вид восстановителя
Количество восстановителя, мас.% на 1 мас.% Cr<sub>2</sub>O<sub>3 </sub>в хромовом концентрате
Расчетное количество алюминийсодержащего материала на плавку, г*
Содержание в феррохроме, мас.%
Извлечение Cr в металл, %
Примечание
Cr
Al
Прототип
1
Алюминиевый порошок
0,44
25,56
74,1
0,11
88
Предлагаемый способ
2
Металлоконцентрат (70 мас.% Al)
0,50
29,05
72,5
0,08
79
за пределы заявляемого способа
3
Металлоконцентрат (70 мас.% Al)
0,62
36,02
74,0
0,15
90
4
Металлоконцентрат (40 мас.% Al)
1,10
63,91
73,3
0,20
90
5
Металлоконцентрат (40 мас.% Al)
1,30
75,53
71,5
3,82
91
за пределызаявляемогоспособа
* Количество всех шихтовых материалов рассчитывалось на 100 г хроморудного концентрата с содержанием в нем 58,1 мас.% Cr<sub>2</sub>О<sub>3</sub>.