RU2215809C1 - Method of melting ferro-aluminum - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy; methods of melting ferro-aluminum used for deoxidation of steel. SUBSTANCE: proposed method employs open channel-type or crucible furnace as melting unit. First portion of charge consisting of industrial waste (steel and aluminum scrap) and slag-forming materials in furnace. After melting of first portion of charge, next portions are loaded on protective liquid slag in succession; after melting of subsequent portion of charge, next portions are loaded at ratio determined by composition of alloy. EFFECT: reduced losses of alloy elements. 3 cl, 1 tbl, 1 ex

Description

Изобретение относится к металлургии ферросплавов, в частности к способу выплавки ферроалюминия, применяемого для раскисления стали. The invention relates to the metallurgy of ferroalloys, in particular to a method for smelting ferroaluminium used for deoxidation of steel.

Известен способ выплавки ферроалюминия в типовых закрытых электропечах большой мощности (Гасик М.И., Лякишев Н.П., Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов, М. : Металлургия, 1988, с.518-520), состоящий в восстановлении коксиком алюминия из электрокорунда, получаемого из агломерата бокситов, или другого алюмосиликатного сырья. A known method of smelting ferroaluminium in typical closed electric furnaces of high power (Gasik M.I., Lyakishev N.P., Emlin B.I. Theory and technology for the production of ferroalloys, M.: Metallurgy, 1988, p. 518-520), consisting in reduction of aluminum from electrocorundum obtained from bauxite agglomerate or other aluminosilicate raw materials with coke.

Недостатками данного способа являются: во-первых, использование дорогостоящего сырья (электрокорунда) увеличивает энергетические материальные затраты; во-вторых, из-за состава шихтовых материалов возможно получение ферроалюминия только следующего состава - 8-20% алюминия, 2-3,5% кремния, 1-3% углерода, менее 0,03% серы и 0,04% фосфора и остальное железо; в-третьих, при получении сплава алюминий восстанавливается из сырья при высокой температуре, что связано с повышенным его угаром. The disadvantages of this method are: firstly, the use of expensive raw materials (electrocorundum) increases energy material costs; secondly, due to the composition of the charge materials, it is possible to obtain ferroaluminium only of the following composition - 8-20% aluminum, 2-3.5% silicon, 1-3% carbon, less than 0.03% sulfur and 0.04% phosphorus and the rest is iron; thirdly, upon receipt of the alloy, aluminum is reduced from raw materials at high temperature, which is associated with its increased fumes.

Известен способ получения лигатуры методом алюминотермии (авт. св. СССР 1250583, кл. С 22 С 33/04, 1986), включающий загрузку в индукционную электропечь шихты, состоящей из марганецсодержащих, кремнийсодержащих материалов, флюсовых добавок, проплавление, восстановление алюминием и выпуск расплава. A known method of producing ligatures by the method of aluminothermy (ed. St. USSR 1250583, class C 22 C 33/04, 1986), including loading into a induction electric furnace a charge consisting of manganese-containing, silicon-containing materials, fluxing additives, smelting, reduction with aluminum and the release of melt .

Известен алюминотермический способ получения ферроалюмокальция (авт. св. СССР 458608, кл. С 22 С 33/04, 1975), включающий загрузку в индукционную электропечь шихты, состоящей из алюминия и железа в соотношении 1:(0,1-0,5), проплавление под слоем шлака, добавление извести и восстановление алюминием кальция, выпуск расплава. A known aluminothermic method for producing ferroaluminocalcium (ed. St. USSR 458608, class C 22 C 33/04, 1975), which includes loading into the induction electric furnace a charge consisting of aluminum and iron in a ratio of 1: (0.1-0.5) , melting under a layer of slag, the addition of lime and the reduction of calcium by aluminum, the release of the melt.

Недостатками указанных способов являются использование дорогостоящего восстановителя - алюминия и ограничение по составу получаемых сплавов. The disadvantages of these methods are the use of an expensive reducing agent - aluminum and a limitation on the composition of the resulting alloys.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является алюминотермический способ получения ферроалюминия из оксидов железа и чистого алюминия, включающий загрузку в горн шихты при соотношении алюминия с массой шихты 1: (2,5-4,2) и последующее ее расплавление (патент РФ 2034929). Closest to the proposed technical solution (prototype) is an aluminothermic method for producing ferroaluminium from iron oxides and pure aluminum, including loading into furnace furnaces with a ratio of aluminum to a mixture mass of 1: (2.5-4.2) and its subsequent melting (RF patent 2034929).

Недостатками данного способа являются: во-первых, ограничение алюминия в соотношении с массой шихты на уровне 1:(2,5-4,2); во-вторых, использование в качестве шихтового материала чистого алюминия и восстановление с его помощью железа, то есть использование дорогостоящего восстановителя; в-третьих, отсутствие защитного шлака, предохраняющего составляющие шихты от окисления, и, как следствие, высокий угар и возможность получения ферроалюминия только следующего состава - 15-16% алюминия, 0,5-3% кремния, 0,02-3% углерода, менее 0,1% фосфора, 0,02-0,05% серы и остальное железо. The disadvantages of this method are: firstly, the limitation of aluminum in relation to the mass of the charge at the level of 1: (2.5-4.2); secondly, the use of pure aluminum as a charge material and the reduction of iron with it, that is, the use of an expensive reducing agent; thirdly, the absence of protective slag that protects the components of the mixture from oxidation, and, as a result, high fumes and the possibility of producing ferroaluminum only of the following composition - 15-16% aluminum, 0.5-3% silicon, 0.02-3% carbon , less than 0.1% phosphorus, 0.02-0.05% sulfur and the rest is iron.

Задачей настоящего изобретения является создание способа выплавки ферросплавов системы железо-алюминий, в более широком диапазоне ведущих компонентов для улучшения служебных характеристик получаемых сплавов, при минимальных потерях вводимых в сплав исходных составляющих за счет снижения их угара. The objective of the present invention is to provide a method for smelting ferroalloys of the iron-aluminum system, in a wider range of leading components to improve the performance characteristics of the resulting alloys, with minimal loss of the starting components introduced into the alloy by reducing their waste.

Таким образом, указанная задача достигается тем, что с целью уменьшения потерь ведущих элементов получаемого ферросплава, во-первых, в качестве плавильного агрегата применяются индукционные печи, что позволяет использовать в качестве шихтовых материалов отходы производства - стальной и алюминиевый лом; во-вторых, происходит одновременное проплавление основных составляющих шихты (стального и алюминиевого ломов) с порционной загрузкой (при величине первичной загрузки не более 5-20% от массы всей шихты, необходимой для плавки); в-третьих, наводится на поверхности расплава жидкоподвижный защитный шлак толщиной не более 50-150 мм. Thus, this task is achieved by the fact that in order to reduce losses of the leading elements of the obtained ferroalloy, firstly, induction furnaces are used as a melting unit, which makes it possible to use production waste - steel and aluminum scrap as charge materials; secondly, the main components of the charge (steel and aluminum scrap) are simultaneously melted with portion loading (with a primary load of not more than 5-20% of the mass of the entire charge necessary for melting); thirdly, a liquid-moving protective slag with a thickness of not more than 50-150 mm is induced on the surface of the melt.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем. The essence of the proposed method is as follows.

На/под открытой тигельной или канальной индукционной печи (с нейтральной по отношению к образующемуся шлаку футеровкой) загружают первую порцию шихты, состоящую из отходов производства - стального и алюминиевого ломов (в соотношении, необходимом для получения заданного состава сплава) в количестве не более 5-20% от массы всей загружаемой шихты, и шлаковую смесь из расчета создания слоя жидкоподвижного защитного шлака толщиной не более 50-150 мм. После расплавления первой порции шихты и формирования расплава на образовавшийся жидкоподвижный защитный шлак последовательно, после расплавления очередной порции, догружают следующие порции шихты в соотношении, определяемом составом выплавляемого сплава (не более 5-20% от массы всей загружаемой шихты). Для обеспечения температуры разливки осуществляют перегрев металла на 80-100^oC над температурой ликвидус сплава системы железо-алюминий. Металл выпускают в предварительно подогретый ковш с оставлением в печи расплава в количестве не менее 20% от массы всего металла. Разливка производится в специальные изложницы, форма которых зависит от необходимого фракционного состава получаемого ферроалюминия.On / under an open crucible or channel induction furnace (with a lining that is neutral with respect to slag formed), the first portion of the charge is loaded, consisting of production waste - steel and aluminum scrap (in the ratio necessary to obtain a given alloy composition) in an amount of not more than 5- 20% by weight of the entire charge charge, and the slag mixture, based on the creation of a layer of liquid-moving protective slag with a thickness of not more than 50-150 mm. After the first portion of the charge is melted and the melt is formed on the resulting liquid-moving protective slag, successively, after the next portion is melted, the following portions of the charge are loaded in the ratio determined by the composition of the alloy to be smelted (not more than 5-20% of the total charge charge). To ensure the temperature of the casting metal is overheated at 80-100 ^o C above the liquidus temperature of the alloy of the iron-aluminum system. The metal is released into a pre-heated ladle with the melt remaining in the furnace in an amount of at least 20% by weight of the total metal. Casting is carried out in special molds, the form of which depends on the required fractional composition of the obtained ferroaluminium.

Далее процесс получения сплава повторяется. Next, the process of obtaining the alloy is repeated.

Использование для выплавки сплава индукционной печи, как агрегата, обеспечивающего минимальный угар составляющих шихты, позволяет использовать в шихте отходы производства - стальной и алюминиевый лом, что минимизирует затраты на материалы. The use of an induction furnace for smelting an alloy, as an aggregate that ensures minimal waste of the components of the charge, makes it possible to use production waste - steel and aluminum scrap in the charge, which minimizes the cost of materials.

Разбивка шихты на порции менее 5% не позволяет запустить индукционную печь для работы в начальный период компании по выплавке ферроалюминия из-за малой доли металлической составляющей шихты. В свою очередь увеличение порции шихты на величину более 20% приводит к неоправданному затягиванию процесса плавления составляющих шихты. The breakdown of the charge into portions of less than 5% does not allow to start the induction furnace for operation in the initial period of the company for smelting ferroaluminium due to the small proportion of the metal component of the charge. In turn, increasing the portion of the mixture by more than 20% leads to unjustified delay in the melting process of the components of the mixture.

Наведение вязкого гетерогенного шлака на поверхности расплава приводит к оголению мениска металла и повышенному угару компонентов шихты. Аналогичный эффект наблюдается и при толщине шлакового покрова менее 50 мм. Увеличение же толщины шлакового покрова на величину более 150 мм приводит к ошлакованию составляющих шихты и их потерям со шлаком, а также к увеличению расхода электроэнергии. Bringing viscous heterogeneous slag on the surface of the melt leads to the exposure of the meniscus of the metal and increased waste of the components of the charge. A similar effect is observed with a slag thickness of less than 50 mm. An increase in the thickness of the slag cover by more than 150 mm leads to slagging of the components of the charge and their losses with slag, as well as to an increase in the consumption of electricity.

Таким образом, необходимо наведение на поверхности расплава жидкоподвижного неокислительного шлака толщиной 50-150 мм. Thus, guidance on the melt surface of liquid-moving non-oxidizing slag with a thickness of 50-150 mm is required.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

Ферроалюминий марки ФА30 (среднее содержание алюминия 30%) выплавляли в открытой индукционной тигельной печи ИЧТ-6 с нейтральной по отношению к образующемуся шлаку футеровкой. FA30 ferroaluminium (average aluminum content of 30%) was smelted in an open ICT-6 induction crucible furnace with a lining that was neutral with respect to slag formed.

В качестве шихтовых материалов были взяты стальной лом (Ст3), алюминиевый лом марки Д16 и шлаковая смесь для получения легкоплавкого шлака (известь, плавиковый шпат и шамотный бой). As the charge materials, steel scrap (St3), aluminum scrap of the D16 grade and slag mixture for obtaining low-melting slag (lime, fluorspar and fireclay) were taken.

На отдельных плавках с целью получения комплексных раскислителей добавлялись ферросплавы (ферросилиций и ферромарганец), что позволило получить ферроалюминий с дополнительным содержанием марганца и кремния. Ferroalloys (ferrosilicon and ferromanganese) were added on separate melts in order to obtain complex deoxidants, which made it possible to obtain ferroaluminium with an additional content of manganese and silicon.

Процесс плавки в среднем составил 2,5-3,5 ч. The smelting process averaged 2.5-3.5 hours

Разработанная технология выплавки позволила получить в печи расплав, содержащий в среднем от 30 до 50% алюминия. The developed smelting technology made it possible to obtain a melt in the furnace containing, on average, from 30 to 50% aluminum.

Результаты промышленных плавок представлены в таблице. The results of industrial swimming trunks are presented in the table.

Анализ экспериментальных данных (таблица) показывает, что предложенная технология позволяет получать ферроалюминий практически с любым содержанием алюминия и других компонентов (например, кремния и марганца). Analysis of experimental data (table) shows that the proposed technology allows to obtain ferroaluminium with almost any content of aluminum and other components (for example, silicon and manganese).

Показано, что увеличение первичной загрузки печи шихтой на величину более 20% приводит к неоправданному затягиванию процесса плавления составляющих шихты и повышенному времени всей плавки. В свою очередь оголение мениска металла при толщине шлакового покрова менее 50 мм приводит и к повышенному угару компонентов шихты. Увеличение же толщины шлакового покрова на величину более 150 мм приводит к ошлакованию составляющих шихты и их потерям со шлаком, а также к увеличению расхода электроэнергии. It is shown that an increase in the primary charge of the furnace by a charge of more than 20% leads to an unjustified delay in the melting process of the components of the charge and an increased time for the entire smelting. In turn, exposure of the meniscus of the metal with a slag thickness of less than 50 mm leads to an increased burn of the charge components. An increase in the thickness of the slag cover by more than 150 mm leads to slagging of the components of the charge and their losses with slag, as well as to an increase in the consumption of electricity.

На основании полученных экспериментальных данных определены элементы технологии плавки и основные расходные коэффициенты алюминиевого и стального лома. Based on the obtained experimental data, the elements of melting technology and the main expenditure coefficients of aluminum and steel scrap are determined.

Claims (3)

1. Способ выплавки ферроалюминия, включающий загрузку исходной шихты в плавильный агрегат, нагрев ее до температуры, превышающей температуру плавления сплавов алюминия, и последующее расплавление с образованием расплава, выдержку и выпуск сплава, отличающийся тем, что в качестве плавильного агрегата используют открытую канальную или тигельную индукционную печь, при этом загружают первую порцию шихты, состоящую из отходов производства - стального и алюминиевого лома и шлакоообразующих материалов, после расплавления первой порции шихты на образовавшийся жидкоподвижный защитный шлак последовательно, после расплавления очередной порции, догружают следующие порции шихты в соотношении, определяемом составом выплавляемого сплава. 1. A method of smelting ferroaluminium, comprising loading the initial charge into a melting unit, heating it to a temperature higher than the melting point of aluminum alloys, and subsequent melting to form a melt, holding and releasing the alloy, characterized in that an open channel or crucible is used as the melting unit an induction furnace, while loading the first portion of the charge, consisting of production waste - steel and aluminum scrap and slag-forming materials, after the first portion of the charge is melted after the melting of the next portion, the following portions of the charge are loaded onto the resulting liquid-moving protective slag in a ratio determined by the composition of the alloy to be melted. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первую порцию шихты загружают в количестве не более 5-20% от массы всей шихты, необходимой для плавки. 2. The method according to p. 1, characterized in that the first portion of the charge is loaded in an amount of not more than 5-20% by weight of the entire charge necessary for melting. 3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что плавку проводят под слоем жидкоподвижного защитного шлака толщиной не более 50-150 мм. 3. The method according to p. 1, characterized in that the melting is carried out under a layer of liquid-moving protective slag with a thickness of not more than 50-150 mm

Images