RU2741879C1 - Method of obtaining disperse powder of ferrosilicon weighting agent - Google Patents

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: invention relates to ferrous metallurgy, particularly, to production of disperse powder of ferrosilicon - filler. Method of obtaining a disperse powder of ferrosilicon filler for beneficiation of mineral raw material includes smelting in electric furnace of ferrosilicon of specified chemical composition using steel chips and / or scrap and branded ferrosilicon as charge components, melt is fed into tundish and melt is supplied into spraying chamber through calibrated orifice with dispersion of melt flow. Before the melt is discharged, sulfur-containing material in the form of ferrothers or sulfur-containing ferrosilicon is introduced into the melt in amount of 0.15-0.25 wt% of sulfur in the melt. Dispersion of the melt flow originating from the calibrated hole is performed using at least two oppositely located flat-flare nozzles, through which at an angle of inclination of 15-17 degrees with respect to melt jet axis heated is fed to 40-100°C water at pressure of 30-50 MPa.

EFFECT: high-quality globular particles with high bulk density, dispersed powder with particle size of minus 45 mcm greater than 80%, which is successfully used in enriching mineral raw materials.

1 cl, 1 tbl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к производству дисперсного порошка ферросилиция - утяжелителя распылением жидкого расплава.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of dispersed ferrosilicon powder - a weighting agent by spraying a liquid melt.

Распыление расплавов при производстве металлических порошков стало применяться с 50-х годов прошлого века. Известны технические решения, относящиеся к технологиям, а также к установкам распыления металлов и конструкциям распылительных форсунок при использовании в качестве энергоносителей газов или воды [1-3].Spraying of melts in the production of metal powders has been used since the 50s of the last century. Known technical solutions related to technologies, as well as installations for spraying metals and designs of spray nozzles when using gases or water as energy carriers [1-3].

Известные технические решения диспергирования расплавов отличаются способами и параметрами воздействия на расплав газовых и водяных потоков с целью обеспечения различных требований, предъявляемых к материалам (гранулометрический состав, форма частиц, плотность и т.д.) в зависимости от назначения дальнейшего использования продукта.Known technical solutions for the dispersion of melts differ in the methods and parameters of the effect on the melt of gas and water flows in order to meet the various requirements for materials (particle size distribution, particle shape, density, etc.), depending on the purpose of the further use of the product.

Получение дисперсных порошков ферросплавов имеет свои физико-химические особенности и с учетом все возрастающих требований к таким порошкам требуется совершенствование известных технических решений. Это относится, в частности, к порошкам низкопроцентного ферросилиция (13-17 мас.% кремния), применяемым в качестве утяжелителя при обогащении полезных ископаемых. Свойства порошкового ферросилиция, такие как фракционный состав, соотношение фракций, относительная плотность (удельный вес утяжелителя) играют важную роль в достижении требуемых характеристик тяжелой суспензии и обеспечении эффективности обогащения [4]. К дополнительным положительным свойствам порошков ферросилиция относят максимальную долю частиц глобулярной формы, а также высокие величины насыпной плотности.The production of dispersed powders of ferroalloys has its own physicochemical characteristics and, taking into account the ever-increasing requirements for such powders, the improvement of the known technical solutions is required. This applies, in particular, to low-percentage ferrosilicon powders (13-17 wt.% Silicon), used as a weighting agent in mineral processing. The properties of powdered ferrosilicon, such as the fractional composition, the ratio of fractions, and the relative density (specific gravity of the weighting agent) play an important role in achieving the required characteristics of a heavy suspension and ensuring the efficiency of beneficiation [4]. Additional positive properties of ferrosilicon powders include the maximum fraction of globular particles, as well as high bulk density values.

Известны способы центробежного распыления для получения порошка ферросплава [5], в частности вариант 1: тонкая струя металла (диаметр 6-8 мм) вытекает из сопла, увлекается водой, подаваемой под давлением, на вращающийся диск, где происходит распыление струи с помощью особых ножек-насадок или вариант 2: вода, вытекающая из конусообразного кольца под давлением 3,5-4 атм, принимает форму воронки, внутри которой проходит струя металла при этом скорость вращения диска для дробления струи металла составляет 2800-4000 об/мин.Known methods of centrifugal atomization to obtain a ferroalloy powder [5], in particular option 1: a thin stream of metal (diameter 6-8 mm) flows out of the nozzle, is carried away by water supplied under pressure to a rotating disk, where the jet is sprayed using special legs -nozzle or option 2: water flowing out of the cone-shaped ring under a pressure of 3.5-4 atm takes the shape of a funnel, inside which a metal stream passes, while the rotation speed of the disk for crushing the metal stream is 2800-4000 rpm.

Недостатками этих способов центробежного распыления являются сложность конструкции с вращающимся диском, налипание металла на диск, необходимость частой замены дисков.The disadvantages of these centrifugal spraying methods are the complexity of the design with a rotating disc, adhesion of metal to the disc, and the need for frequent disc replacement.

Известны способы распыления расплавов, в том числе ферросплавов, когда разрушение струи жидкого металла осуществляется за счет кинетической энергии воздуха, инертного газа, пара или воды [5], при этом воздух подается под давлением не ниже 5 атм. из сопел, расположенных под углом 60° по отношению к оси струи. Скорость выхода воздуха из сопел составляет около 380 м/сек. В другом варианте в камеру для распыления подается вода из вращающейся кольцеобразной водяной форсунки с 16 отверстиями. Скорость истечения воды равна 90-150 м/сек, скорость вращения форсунки составляет 6000 об/мин.Known methods of spraying melts, including ferroalloys, when the destruction of a stream of liquid metal is carried out due to the kinetic energy of air, inert gas, steam or water [5], while air is supplied at a pressure of at least 5 atm. from nozzles located at an angle of 60 ° with respect to the jet axis. The speed of air exit from the nozzles is about 380 m / s. Alternatively, water is supplied to the spray chamber from a rotating annular 16-hole water nozzle. The flow rate of water is 90-150 m / s, the rotation speed of the nozzle is 6000 rpm.

Недостатками данных способов является нестабильность получения требуемых для ферросилиция характеристик по дисперсности частиц и их глобулярности.The disadvantages of these methods is the instability of obtaining the characteristics required for ferrosilicon in terms of particle size and globularity.

Известен способ получения порошкообразного высокопроцентного силикокальция [6], в соответствии с которым в расплав силикокальция на выпуске вводят фосфор в количестве 0,2-0,3 мас.%, слитки перед охлаждением выдерживают при 1000-1050°С в течение 6-8 часов, а обработку слитков ведут водой или паром. В основе технологии лежит саморассыпание силикокальция за счет внутренних напряжений при взаимодействии фосфида кальция, выделяющихся по границам зерен, с влагой (водой или паром).There is a known method of obtaining powdered high-percentage silicocalcium [6], according to which phosphorus is introduced into the silicocalcium melt at the outlet in an amount of 0.2-0.3 wt.%, The ingots are kept before cooling at 1000-1050 ° C for 6-8 hours , and ingots are processed with water or steam. The technology is based on the self-scattering of silicocalcium due to internal stresses during the interaction of calcium phosphide released along the grain boundaries with moisture (water or steam).

Недостатком способа является неприменимость его к получению кондиционного низкопроцентного порошка ферросилиция.The disadvantage of this method is its inapplicability to obtaining a conditioned low-percentage powder of ferrosilicon.

Наиболее близким по объекту технологии (низкопроцентный ферросилиций), технической сущности и достигаемым результатам являются патент SU №1740112 А2 [7], являющийся усовершенствованием основного изобретения - авторское свидетельство СССР №172853 [8]. Способ заключается в том, что расплав заданного химического состава нагревают в пределах 1550-1650°С и сливают через силицированный стакан с калиброванным отверстием, предварительно нагретый для поддержания оптимальных температурных условий распыления до температуры 1000°С, с обеспечением постоянства расхода металла, распыление проводят при подаче воздуха через щелевую форсунку под давлением 3,5-5,0 МПа с последующим дождеванием и разделением частиц по крупности.The closest in the technology object (low-percentage ferrosilicon), technical essence and the achieved results are patent SU No. 1740112 A2 [7], which is an improvement of the basic invention - USSR inventor's certificate No. 172853 [8]. The method consists in the fact that a melt of a given chemical composition is heated in the range of 1550-1650 ° C and poured through a siliconized glass with a calibrated hole, preheated to maintain optimal temperature conditions for spraying up to a temperature of 1000 ° C, while ensuring a constant metal consumption, spraying is carried out at air supply through a slot nozzle under a pressure of 3.5-5.0 MPa, followed by sprinkling and separation of particles by size.

Недостатками способа являются относительно невысокий выход необходимой для продукта фракции - минус 40 мкм - не более 60%. А также недостаточно высокий выход годных фракций - не более 85%, что неизбежно предопределяет возврат некондиционных фракций в переплав.The disadvantages of this method are the relatively low yield of the fraction required for the product - minus 40 microns - no more than 60%. And also an insufficiently high yield of suitable fractions - no more than 85%, which inevitably predetermines the return of substandard fractions to remelting.

В предлагаемом изобретении поставлена задача при распылении расплава низкопроцентного ферросилиция - утяжелителя получить долю частиц размером минус 45 мкм более 60%, увеличить долю частиц с формой близкой к глобулярной, достичь максимальной величины насыпной плотности, при этом повысить общий выход конечного продукта.In the proposed invention, the task is set when spraying a melt of low-percentage ferrosilicon - a weighting agent, to obtain a proportion of particles with a size of minus 45 microns more than 60%, to increase the proportion of particles with a shape close to globular, to achieve a maximum bulk density, while increasing the overall yield of the final product.

Поставленная цель достигается тем, что в способе получения дисперсного порошка ферросилиция, включающем выплавку в электропечи ферросилиция заданного химического состава с использованием в качестве шихтовых компонентов стальной стружки и (или) лома, марочного ферросилиция, подачу расплава в камеру распыления через калиброванное отверстие, диспергирование исходящей струи расплава под давлением энергоносителей, перед выпуском расплава в него вводят серусодержащий материал из расчета получения в расплаве серы в количестве 0,15-0,25 мас.%, а диспергирование расплава осуществляют с использованием по крайней мере двух противоположно расположенных друг к другу плоскофакельных форсунок, через которые под углом наклона 15-17 градусов по отношению к оси струи металла, исходящего из калиброванного отверстия, подают подогретую до 40-100°С воду при давлении 30-50 МПА и расходе воды 40-120 л/мин на каждую форсунку. При этом в качестве серусодержащего материала используют ферросеру или серусодержащий ферросилиций.This goal is achieved by the fact that in the method for producing dispersed ferrosilicon powder, including smelting ferrosilicon of a given chemical composition in an electric furnace using steel chips and (or) scrap, branded ferrosilicon as charge components, feeding the melt into the spraying chamber through a calibrated hole, dispersing the outgoing jet of the melt under the pressure of energy carriers, before the melt is discharged, a sulfur-containing material is introduced into it based on the production of sulfur in the melt in an amount of 0.15-0.25 wt.%, and the melt is dispersed using at least two flat-flame nozzles located opposite to each other, through which, at an angle of inclination of 15-17 degrees with respect to the axis of the metal jet emanating from the calibrated hole, water heated to 40-100 ° C is supplied at a pressure of 30-50 MPA and a water flow rate of 40-120 l / min for each nozzle. In this case, ferrosulfur or sulfur-containing ferrosilicon is used as the sulfur-containing material.

Введение серы в расплав ферросилиция-утяжелителя обусловлено следующим. Известно, что сера способствует снижению поверхностного натяжения расплавов металлов, в частности ферросплавов. В этих условиях при динамическом воздействии на струю расплава создаются условия для получения более мелких частиц продукта. С другой стороны, поверхностное натяжение влияет на формообразование образующихся частиц, при этом чем выше поверхностное натяжение, тем более благоприятны условия для глобуляризации частиц. Эти два фактора учитывали при разработке заявленного способа Физико-химическими расчетами применительно к конкретному расплаву низкопроцентного ферросилиция был выбран диапазон введения серы в расплав в количестве 0,15-0,25 мас.%. При этом введение серы в количестве менее 0,15 мас.% не обеспечивает эффективных условий для должного динамического измельчения струи расплава. При введении серы более 0.25 мас.% при сохранении эффекта измельчения проявляется фактор возрастания количества частиц не глобулярной формы.The introduction of sulfur into the ferrosilicon-weighting melt is due to the following. It is known that sulfur helps to reduce the surface tension of metal melts, in particular ferroalloys. Under these conditions, under dynamic action on the melt stream, conditions are created for obtaining smaller particles of the product. On the other hand, surface tension affects the formation of the resulting particles, and the higher the surface tension, the more favorable the conditions for the globularization of particles. These two factors were taken into account in the development of the claimed method. Physicochemical calculations applied to a specific melt of low-percentage ferrosilicon were used to select the range of sulfur introduction into the melt in an amount of 0.15-0.25 wt.%. In this case, the introduction of sulfur in an amount of less than 0.15 wt.% Does not provide effective conditions for the proper dynamic grinding of the melt jet. With the introduction of more than 0.25 wt% sulfur, while maintaining the grinding effect, the factor of an increase in the number of irregular particles appears.

Для диспергирования струи металла, вытекающего из калиброванного отверстия, в распылительной камере применены плоскофакельные форсунки с учетом их характеристик и преимуществ перед другими типами устройств. Для сохранения симметрии процесса количество таких форсунок должно быть не менее двух. Возможно и большее количество при их равномерном расположении друг к другу в горизонтальной плоскости.To disperse a stream of metal flowing out of a calibrated hole, flat-spray nozzles are used in the spray chamber, taking into account their characteristics and advantages over other types of devices. To maintain the symmetry of the process, the number of such nozzles should be at least two. A larger number is possible if they are evenly spaced to each other in the horizontal plane.

Угол подачи энергоносителя через эти форсунки по отношению к оси расплава, вытекающего из калиброванного отверстия, составляет 15-17 градусов и определен опытным путем с учетом динамики диспергирования и требуемого качества готового продукта.The angle of supply of the energy carrier through these nozzles with respect to the axis of the melt flowing out of the calibrated hole is 15-17 degrees and is determined empirically, taking into account the dynamics of dispersion and the required quality of the finished product.

В процессе распыления расплава через форсунки использовали воду, подогретую до 40-100°С, что связано с влиянием этого фактора на величину насыпной плотности продукта. Экспериментами установлена прямая зависимость роста насыпной плотности готового продукта с увеличением нагрева воды. При этом нижний порог желаемой величины насыпной плотности получается при температуре нагрева воды до 40°С. Верхний предел нагрева воды установлен 100°С, поскольку для дальнейшего перегрева воды требуется сложное оборудование и специальные разрешения на эксплуатацию установок.In the process of spraying the melt through the nozzles, water heated to 40-100 ° C was used, which is associated with the influence of this factor on the bulk density of the product. Experiments have established a direct relationship between the growth of the bulk density of the finished product with increasing water heating. In this case, the lower threshold of the desired bulk density is obtained when the water is heated to 40 ° C. The upper limit for water heating is set at 100 ° C, since further superheating of water requires sophisticated equipment and special permits for the operation of installations.

При выборе диапазона давлений подаваемой нагретой воды 30-50 МПа была установлена прямая зависимость увеличения выхода в готовом продукте требуемой фракции минус 45 мкм при повышении давления воды.When choosing the range of pressures of the supplied heated water of 30-50 MPa, a direct dependence was established of the increase in the yield in the finished product of the required fraction minus 45 microns with increasing water pressure.

Примеры конкретного осуществленияExamples of specific implementation

В индукционной электропечи расплавляли шихту, состоящую из железной стружки и марочного ферросилиция ФС 65. Перед выпуском в расплав (кроме сравнительной плавки) вводили ферросеру или серусодержащий ферросилиций для повышения содержания серы в металле. В результате получали низкопроцентный ферросилиций - утяжелитель следующего состава, мас.%: кремний - 15-17; марганец, углерод и фосфор не более соответственно 1,5; 1,5 и 0,15. Содержание серы варьировалось в пределах 0,05-0,26 мас.%.In an electric induction furnace, a charge consisting of iron chips and branded ferrosilicon FS 65 was melted. Before tapping into the melt (except for comparative melting), ferrosulfur or sulfur-containing ferrosilicon was introduced to increase the sulfur content in the metal. As a result, a low-percentage ferrosilicon was obtained - a weighting agent of the following composition, wt%: silicon - 15-17; manganese, carbon and phosphorus, not more than 1.5, respectively; 1.5 and 0.15. The sulfur content varied in the range of 0.05-0.26 wt.%.

Диспергирование расплава осуществляли с использованием двух противоположно расположенных друг к другу плоскофакельных форсунок, обеспечивающих направление потока диспергатора под углом наклона 15-17 градусов по отношению к оси струи металла, исходящего из калиброванного отверстия, подавали холодную или подогретую воду при изменяющемся ее давлении.Dispersion of the melt was carried out using two flat-flame nozzles located opposite to each other, providing the direction of the flow of the dispersant at an angle of inclination of 15-17 degrees with respect to the axis of the metal stream emanating from the calibrated hole, cold or heated water was supplied at its changing pressure.

Пробы полученных продуктов подвергали рассеву для определения фракционного состава и выхода фракции минус 45 мкм. Определяли насыпную плотность (г/см³). Долю глобулярных частиц оценивали при визуальной оценке под микроскопом. Производили расчет общего выхода годного продукта. Всего проведено 11 экспериментов, результаты которых представлены в таблице и в графическом виде.Samples of the obtained products were subjected to sieving to determine the fractional composition and yield of the fraction minus 45 μm. Determined the bulk density (g / cm ³ ). The proportion of globular particles was assessed by visual assessment under a microscope. The total yield of a suitable product was calculated. A total of 11 experiments were carried out, the results of which are presented in the table and in graphical form.

Из проведенных экспериментов выявлено влияние:From the experiments carried out, the influence was revealed:

- содержания серы в металле на долю глобулярных частиц в продукте - фиг. 1;- the sulfur content in the metal for the proportion of globular particles in the product - Fig. one;

- температуры воды на насыпную плотность продукта - фиг. 2 и выход фракции минус 45 мкм - фиг. 4;- water temperature on the bulk density of the product - Fig. 2 and the yield of the fraction minus 45 μm - Fig. four;

- давления воды на выход фракции минус 45 мкм - фиг. 3.- water pressure at the exit of the fraction minus 45 μm - Fig. 3.

На основании этих данных выбраны параметры технологии, заложенные в формулу изобретения.On the basis of these data, the parameters of the technology included in the claims were selected.

Таким образом, результаты показывают, что предлагаемые в техническом решении технологические параметры обеспечивают положительный эффект по сравнению с прототипом. По данной технологии по заявкам потребителей осуществляется системная отгрузка низкопроцентного ферросилиция - утяжелителя для использования при обогащении минерального сырья.Thus, the results show that the technological parameters proposed in the technical solution provide a positive effect in comparison with the prototype. According to this technology, at the request of consumers, a systematic shipment of low-percentage ferrosilicon, a weighting agent, is carried out for use in the enrichment of mineral raw materials.

Источники информацииSources of information

1. Грацианов Ю.А. Металлические порошки из расплавов/ Ю.А. Грацианов, В.В. Путимцев, А.Ф. Силаев // М.: Металлургия, 1970. - 245 с.1. Gratsianov Yu.A. Metal powders from melts / Yu.A. Gratsianov, V.V. Putimtsev, A.F. Silaev // M .: Metallurgy, 1970 .-- 245 p.

2. Ничипоренко О.С. Распыленные металлические порошки / О.С. Ничипоренко, Ю.И. Найда, А.Б. Медведовский// Киев: Наук. Думка, 1980. - 240 с.2. Nichiporenko O.S. Sprayed metal powders / O.S. Nichiporenko, Yu.I. Naida, A.B. Medvedovsky // Kiev: Nauk. Dumka, 1980 .-- 240 p.

3. Лыков П.А. «Разработка гидропневмоагрегатов машин по производству микропорошков из жидких металлов», диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук, Челябинск, 2014.3. Lykov P.A. "Development of hydraulic pneumatic units for machines for the production of micropowders from liquid metals", thesis for the degree of candidate of technical sciences, Chelyabinsk, 2014.

4. sarrus-tech.ru/tyazhelosrednyij-ferrosiliczij.4.sarrus-tech.ru/tyazhelosrednyij-ferrosiliczij.

5. http://industrial-wood.ru/osnovy-poroshkovoy-metallurgii/12203-obschaya-harakteris...5.http: //industrial-wood.ru/osnovy-poroshkovoy-metallurgii/12203-obschaya-harakteris ...

6. Патент РФ №2038407, С22С 33/04, опубл. 27.06.1995.6. RF patent No. 2038407, C22C 33/04, publ. June 27, 1995.

7. Патент SU №1740112 А2, опубл. 15.06.92, бюл. №22.7. Patent SU No. 1740112 A2, publ. 06/15/92, bul. No. 22.

8. А.с. СССР №172853, опубл. 07.07.1965, бюл. №14.8.A.S. USSR No. 172853, publ. 07.07.1965, bul. No. 14.

Claims (1)

Способ получения дисперсного порошка ферросилиция - утяжелителя для обогащения минерального сырья, включающий выплавку в электропечи ферросилиция заданного химического состава с использованием в качестве шихтовых компонентов стальной стружки и/или лома и марочного ферросилиция, выпуск расплава в промковш и подачу расплава в камеру распыления через калиброванное отверстие с диспергированием исходящей струи расплава, отличающийся тем, что перед выпуском расплава в него вводят серосодержащий материал в виде ферросеры или серосодержащего ферросилиция из расчета получения в расплаве серы в количестве 0,15-0,25 мас.%, а диспергирование исходящей из калиброванного отверстия струи расплава осуществляют с использованием по крайней мере двух противоположно расположенных друг к другу плоскофакельных форсунок, через которые под углом наклона 15-17 градусов по отношению к оси струи расплава подают подогретую до 40-100°С воду при давлении 30-50 МПа.A method of obtaining dispersed ferrosilicon powder - a weighting agent for enriching mineral raw materials, including smelting ferrosilicon of a given chemical composition in an electric furnace using steel chips and / or scrap and branded ferrosilicon as charge components, tapping the melt into a tundish and feeding the melt into the spraying chamber through a calibrated hole with by dispersing the outgoing stream of the melt, characterized in that before the melt is discharged, a sulfur-containing material is introduced into it in the form of ferrosulfur or sulfur-containing ferrosilicon based on the production of sulfur in the melt in an amount of 0.15-0.25 wt%, and dispersion of the melt stream emanating from the calibrated hole carried out using at least two flat-flame nozzles located opposite to each other, through which water heated to 40-100 ° C is supplied at an inclination angle of 15-17 degrees with respect to the melt stream axis at a pressure of 30-50 MPa.

Images