Состав шихты для выплавки безуглеродистого железа
COMPOSITION OF CHARGE FOR MELTING OF CARBON-FREE IRON

Изобретение относится к металлургии, а конкретно к промышленному производству безуглеродистого железа.
Низкоуглеродистую сталь с содержанием углерода до 0,04% получают преимущественно восстановлением оксидов железной руды кремнием восстановителя в присутствии извести. Переработка чугуна в низкоуглеродистую сталь требует больших затрат и при этом используется большое количество дорогого разливочного и технологического оборудования.
Следует отметить недостатки известных технологий шихты. Восстановление оксидов из шлаковой фазы проходит при большой затрате тепла и выделении большого количества газов, уносящих значительное количество физического и химического тепла. Так как технологический процесс осуществляется с выделением большого количества газов, то к агрегату для осуществления необходимого технологического процесса присоединяется громоздкое газоотводящее и пылеулавливающее оборудование, а процесс получения низкоуглеродистого железа сопровождается повышением температуры металлического расплава, что приводит к увеличению времени плавки порции шихты, резкому снижению производительности плавильного агрегата и сокращению срока службы футеровки, а процесс производства становится низкорентабельным.
Известны различные составы шихты и способы переработки железосодержащей шихты: RU 863661, RU 1038365, RU 2287024, RU 2311469, RU 1331900, RU 1709738, RU 2035521, RU 20745269, RU 2148670, RU 2353688, RU 2172454, US 4282033.
Недостатками известных составов шихты является, во-первых, использование углеродсодержащего топлива (уголь, кокс, природный газ, нефтепродукты), во-вторых, использование чугуна в качестве железосодержащего компонента и в третьих - в процессе плавления шихты в атмосферу выбрасывается значительное количество вредных выбросов.
Прототипом предлагаемой шихты является смесь оксидов железа и металлического алюминия. Химическая реакция протекает с выделением тепла по формуле:
2
3
2
3
FeO+2Al=AlO+2Fe+18500 кал.
Для обеспечения определенной активности и теплотворной способности шихты необходимо обеспечить химическую чистоту ее компонентов, по всем примесям и особенно по углероду. При этом установлена зависимость: чем больше емкость плавильного агрегата, тем крупнее должны быть куски компонентов шихты.
Задачей настоящего изобретения является получение безуглеродистого железа с одновременным значительным снижением вредных выбросов и снижением капиталоемкости безотходного производства.
Для реализации поставленной цели предлагаем следующую алюмотермическую реакцию, разработанную термодинамичским расчетом открытой системы:
3
4
2
2
3
2
2
3
3FeO+8Al+2,25СаО+1,5SiO=9Fe+2,5AlO1,5SiO+0,75СаО1,5AlO+1,5СаО
3
4
Магнитную окись железа, FeO вносим в шихту в виде измельченной окалины низкоуглеродистой стали, а алюминий - в виде крупки.
2
С целью снижения температуры алюмотермического процесса и температуры плавления шлака и доведения ее до технологической температуры плавки, добавляем в шихту смесь извести, СаО, и кремнезема, SiO, которые образуют с глиноземом высокоглиноземистый цемент при выплавке безуглеродистого железа.
Новизна предлагаемого состава шихты заключается в отсутствии в ее составе топлива, а компоненты шихты практически не содержат углерод или содержат его на уровне следов, а также организации экологически чистого безотходного производства в металлургической промышленности.
Процесс выплавки безуглеродистого железа происходит за счет выделения тепла экзотермической реакции между оксидами железа и алюминием с участием извести и кремнезема.
Безуглеродистое железо, как известно, обладает многими положительными свойствами: высокой коррозионной стойкостью, высокой прочностью, пластичностью и свариваемостью.
Безуглеродистое железо будет основой безникелевой нержавеющей металлопродукции, а также сверхпрочных и жаропрочных сплавов.