RU2068453C1 - Способ электрошлакового переплава порошкообразных материалов - Google Patents
Способ электрошлакового переплава порошкообразных материалов Download PDFInfo
- Publication number
- RU2068453C1 RU2068453C1 SU4944942A RU2068453C1 RU 2068453 C1 RU2068453 C1 RU 2068453C1 SU 4944942 A SU4944942 A SU 4944942A RU 2068453 C1 RU2068453 C1 RU 2068453C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- slag
- materials
- ligature
- particles
- metal
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000012254 powdered material Substances 0.000 title claims abstract description 9
- 238000007670 refining Methods 0.000 title abstract description 3
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 36
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000007769 metal material Substances 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 14
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 7
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 abstract description 7
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 25
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 12
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 12
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 9
- 230000015271 coagulation Effects 0.000 description 6
- 238000005345 coagulation Methods 0.000 description 6
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 3
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 2
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 229910000851 Alloy steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004261 CaF 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000010891 electric arc Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 1
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 1
- 239000008187 granular material Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 description 1
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000004334 sorbic acid Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Использование: в металлургии, в частности в производстве металла способом электрошлакового переплава. Сущность изобретения: одновременно с порошкообразными материалами в шлаковую ванну подают металлические материалы, содержащие восстановительные элементы, типа Al, Si, Ti со скоростью 1 - 5 % от скорости подачи порошкообразных материалов, и с фракционным составом 1 - 5 мм. Содержание восстановительных элементов в металлических материалах составляет 10 - 50 %. 1 з. п. ф-лы, 1 табл.
Description
Изобретение относится к металлургии, в частности к производству металла методом электрошлакового переплава (ЭШП).
В настоящее время одним из важных направлений развития электрошлаковой технологии является получение марочной стали из некомпактных материалов. Сущность процесса ЭШП заключается в переплаве расходуемого электрода в рафинировочном шлаке, находящимся в охлаждаемом кристаллизаторе. Переплав некомпактных материалов методом ЭШП можно осуществлять, предварительно их компактируя в электрод, например, пресованием порошкообразных материалов, состав которых соответствует заданному составу выплавляемого металла (заявка ФРГ N 2834436 "Электрод", опублик. в журнале "Изобретения в СССР и за рубежом", 1980, N 7, вып. 63).
Недостатком этого способа является высокая трудоемкость подготовительных операций. Затраты на изготовление расходуемых электродов из некомпактных материалов превышают 40 60 в структуре себестоимости электрошлакового слитка.
Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемым результатам является способ электрошлакового переплава некомпактных материалов, в том числе металлоабразивной пыли, металлических порошков, шламов, при котором эти материалы с помощью дозаторов подают непосредственно в жидкую шлаковую ванну, находящуюся в охлаждаемом кристаллизаторе и нагреваемую с помощью неплавящихся электродов ("Сталь", 1990, N 12, с. 22 25). Формируемый под слоем шлака металлический слиток содержит практически все легирующие элементы, которые были в шихтовых материалах.
Недостаток этого способа заключается в том, что содержащиеся в абразивной пыли мелкие металлические частицы очень медленно осаждаются в шлаковой ванне, из-за чего скорость наплавления слитка снижается в 2 3 раза по сравнению с плавкой более крупных частиц. Низкая скорость осаждения частиц порошкообразных материалов приводит также к снижению выхода годного в конечном шлаке содержится (по массе) до 60 металлической составляющей.
Цель изобретения повышение производительности процесса и выхода годного материала.
Цель достигается тем, что вместе с металлизованными порошкообразными материалами в жидкий шлак подают металлические материалы (лигатуры) фракций 1 5 мм, содержащие восстановительные элементы, например, Al, Si, Ti в количестве достаточном для расплавления этих материалов за счет тепла экзотермических реакций окисления этих элементов, причем скорость подачи металлических материалов составляет 1 5 от скорости подачи порошкообразных металлизованных материалов.
Новизна усматривается также в том, что содержание восстановительных элементов в металлических материалах составляет 10 50 Вышеперечисленные отличительные от прототипа признаки обуславливают соответствие предлагаемого технического решения критерию "новизна".
По каждому отличительному признаку проведен поиск известных решений со сходными признаками, выполняющими аналогичную функцию по научно-технической литературе и патентной документации. Отсутствие таких решений свидетельствует о соответствии предложенного технического решения критерию "существенные отличия".
Сущность изобретения состоит в том, что присаживаемые вместе с порошкообразными металлизированными материалами металлические гранулы (лигатура) размером 1 5 мм расплавляются в верхних слоях шлаковой ванны (за счет экзотермической реакции окисления содержащихся в их составе активных элементов) и, опускаясь в шлаковой ванне, обеспечивают коагуляцию мелких частиц металлизованных материалов. При этом общая скорость опускания металлических капель определяется скоростью опускания частиц крупных фракций. Математическое обоснование этого процесса следующее.
Скорость опускания мелких частиц металла в шлаке можно оценить по формуле Стокса
где v скорость опускания частиц;
g ускорение силы тяжести;
R радиус частицы;
ρ, ρo плотность металла и шлака соответственно;
η вязкость шлака.
где v скорость опускания частиц;
g ускорение силы тяжести;
R радиус частицы;
ρ, ρo плотность металла и шлака соответственно;
η вязкость шлака.
Из формулы (1) видно, что скорость опускания пропорциональна квадрату радиуса частицы. Расчет показывает, что скорость опускания частицы радиусом около 1 мм составляет порядка 1 м/с, а скорость опускания частицы 1 мкм (10-3 мм) составляет 10-6 м/с. Именно это и приводит к тому, что в шлаке скапливается большое количество частиц микронного размера. В результате, либо надо уменьшать скорость подачи в шлак пылевидных отходов, либо из-за большого количества металлических частиц в шлаке он теряет свои свойства (электросопротивление). Присадка в шлак более крупных частиц лигатуры приводит к резкому увеличению скорости коагуляции мелких частиц. В результате они укрепляются и скорость их опускания в шлаковой ванне резко возрастает.
Количественно увеличение скорости коагуляции частиц оценивается по выражению
где
отношение числа столкновений частиц, которые приводят к их коаугуляции;
η вязкость шлака;
градиент скорости конвективных потоков в шлаковой ванне;
K константа Больцмана;
T температура;
ri и rj радиусы частиц в шлаке.
где
η вязкость шлака;
K константа Больцмана;
T температура;
ri и rj радиусы частиц в шлаке.
При всех прочих равных условиях 
ввод в шлаковую ванну более крупных частиц лигатуры увеличивает вероятность коагуляции практически пропорционально r . Иными словами, если к частицам микронного размера добавляют частицы размером порядка 1 мм, вероятность их коагуляции возрастает в 109>.
Таким образом, укрупнение частиц металлических порошков и их скорость опускания в шлаковой ванне может регулироваться присадками более крупных частиц в количестве достаточном для того, чтобы охватить весь объем шлаковой ванны. В зависимости от плотности вводимых частиц лигатуры, которая определяет их время нахождения в шлаковой ванне, это количество как показали опытные плавки, составляет 1 5 от массы частиц металлических порошков.
Для эффективной коагуляции мелких частиц пыли с более крупными частицами лигатуры необходимо, чтобы частицы лигатуры расплавлялись как можно быстрее, в верхних слоях шлаковой ванны. Ускорение плавления частиц лигатуры достигается выделением тепла при взаимодействии содержащихся в них легкоокисляемых элементов и окислами железа шлака или кислородом воздуха. Это явление широко используется, например, при алюмотермических процессах. Тепло, необходимое для расплавления подаваемой в шлак лигатуры, определяется выражением:
P ≥ Gлиг [С (tпл to) + q (3)
где Р тепло, ккал/мм, необходимое для плавления подаваемой лигатуры;
Gлиг весовая скорость подачи лигатуры кт/мм;
C теплоемкость лигатуры;
q скрытая теплота плавления;
tпл температура плавления лигатуры;
to начальная температура лигатуры при ее попадании в шлак.
P ≥ Gлиг [С (tпл to) + q (3)
где Р тепло, ккал/мм, необходимое для плавления подаваемой лигатуры;
Gлиг весовая скорость подачи лигатуры кт/мм;
C теплоемкость лигатуры;
q скрытая теплота плавления;
tпл температура плавления лигатуры;
to начальная температура лигатуры при ее попадании в шлак.
Количество выделяющегося тепла при окислении таких элементов, как Al, Si, Ti, рассчитывается по термодинамическим параметрам соответствующих реакций. Например, для Al
2Al+3FeO = Al2O3+3Fe+ΔH
По справочникам определяем ΔH 230800 кал/моль Al2O3. Таким образом, при внесении в шлак 1 кг Аl выделение тепла составит Руд
4274,1 ккал. Если Al находится в составе лигатуры вносимое тепло Р Руд • GAl, где GAl количество Al в лигатуре.
2Al+3FeO = Al2O3+3Fe+ΔH
По справочникам определяем ΔH 230800 кал/моль Al2O3. Таким образом, при внесении в шлак 1 кг Аl выделение тепла составит Руд
Для расплавления лигатуры необходимо выполнение условия
Pуд • GAl ≥ Gлиг [С (tпл to) + q]
Поскольку
• 100-ное содержание Al в лигатуре (% Аl)
Решением управления (4) получаем минимальное содержание Аl в лигатуре, необходимое для ее плавления за счет тепла экзотермических реакций, таким же образом по справочным данным рассчитываются необходимое содержание в лигатуре других активных элементов, либо комбинаций этих элементов. Кроме высокоактивных элементов-раскислителей в лигатуре может содержаться железо, а также легирующие компоненты, которые обеспечивают попадание получаемого металла в заданный химический состав, например, если в абразивной пыли в результате ее смешивания с отходами менее легированной стали содержание компонентов ниже уровня марочного состава.
Pуд • GAl ≥ Gлиг [С (tпл to) + q]
Поскольку
Решением управления (4) получаем минимальное содержание Аl в лигатуре, необходимое для ее плавления за счет тепла экзотермических реакций, таким же образом по справочным данным рассчитываются необходимое содержание в лигатуре других активных элементов, либо комбинаций этих элементов. Кроме высокоактивных элементов-раскислителей в лигатуре может содержаться железо, а также легирующие компоненты, которые обеспечивают попадание получаемого металла в заданный химический состав, например, если в абразивной пыли в результате ее смешивания с отходами менее легированной стали содержание компонентов ниже уровня марочного состава.
Оптимальность предлагаемых параметров подтверждена в ходе проведения серии опытных плавок.
Пример конкретного осуществления. Плавки проводили на стандартной электрошлаковой установке ЭШП 0,25 ВГЛ, дополнительно оснащенный системой дозирования и ввода в кристаллизатор сыпучих компонентов, кристаллизатор ⌀ 300 мм. Для расплавления и нагрева шлака использовали неплавящийся графитовый электрод o 150 мм. Плавки начинали на твердом старте на шлаке АНФ-6 (30 Al2O3; 70 CaF2). После расплавления и нагрева шлака до температуры 1650 1700oC начинали ввод сыпучих компонентов. В качестве основного шихтового материала использовали отходы абразивного шлифования стали Р6М5. Одновременно вводили дробленную лигатуру с различным содержанием алюминия. Дробленная лигатура предварительно рассеивалась на различные фракции. Переплав абразивной пыли вели при токе 3,0 40 кА и напряжении U 70 В. После плавки производили взвешивание и анализ шлаковой ванны на наличие в ней металлической составляющей, а также взвешивание полученного слитка. По соотношению расхода абразивной пыли и массы слитка определяли выход годного. Результаты опытных плавок приведены в таблице.
Анализ представленных в таблице результатов плавок показал следующее:
без подачи лигатуры или при содержании Al в лигатуре менее 10 даже при низкой скорости подачи абразивного порошка не удалось получить полного слитка, выход годного составлял 60 65 (плавки 1 и 2);
подачи лигатуры с 10 Al со скоростью около 1 от скорости подачи абразивного порошка и лигатуры мелкой фракции также не привела к положительным результатам (плавки 3 4);
использование крупной лигатуры фракцией более 5 мм не обеспечивает требуемую равномерность ее подачи в результате чего возникает выливание шлака и появление дуговых разрядов (плавка 7);
присадка лигатуры в количестве более 5 от массы абразивной пыли не приводит к дальнейшему повышению выхода годного (плавки 8 и 9);
использование лигатуры с содержанием Al 10 60 а также лигатуры, содержащей кроме алюминия кремний и марганец, в количестве 2 5,0 от массы абразивной пыли позволило увеличить скорость плавки в 2,0 раза, а выход годного до 90 Таким образом, по сравнению с известным способом электрошлакового переплава порошкообразных материалов, предложенное техническое решение обеспечивает повышение выхода годного с 60 70 до 90 и производительности процесса в 2 раза. При этом экономический эффект только за счет повышения выхода годного при переплаве абразивной пыли стали Р6М5 составляет не менее Э 200 • 0,9 2000 • 0,7 300 р на 1 т слитков (2000 стоимость 1 т слитков стали типа Р6М5).
без подачи лигатуры или при содержании Al в лигатуре менее 10 даже при низкой скорости подачи абразивного порошка не удалось получить полного слитка, выход годного составлял 60 65 (плавки 1 и 2);
подачи лигатуры с 10 Al со скоростью около 1 от скорости подачи абразивного порошка и лигатуры мелкой фракции также не привела к положительным результатам (плавки 3 4);
использование крупной лигатуры фракцией более 5 мм не обеспечивает требуемую равномерность ее подачи в результате чего возникает выливание шлака и появление дуговых разрядов (плавка 7);
присадка лигатуры в количестве более 5 от массы абразивной пыли не приводит к дальнейшему повышению выхода годного (плавки 8 и 9);
использование лигатуры с содержанием Al 10 60 а также лигатуры, содержащей кроме алюминия кремний и марганец, в количестве 2 5,0 от массы абразивной пыли позволило увеличить скорость плавки в 2,0 раза, а выход годного до 90 Таким образом, по сравнению с известным способом электрошлакового переплава порошкообразных материалов, предложенное техническое решение обеспечивает повышение выхода годного с 60 70 до 90 и производительности процесса в 2 раза. При этом экономический эффект только за счет повышения выхода годного при переплаве абразивной пыли стали Р6М5 составляет не менее Э 200 • 0,9 2000 • 0,7 300 р на 1 т слитков (2000 стоимость 1 т слитков стали типа Р6М5).
Claims (2)
1. Способ электрошлакового переплава порошкообразных материалов, включающий подачу порошкообразных материалов в шлаковую ванну и их переплав, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности процесса и выхода годного металла, одновременно с порошкообразными материалами в шлаковую ванну подают металлические материалы, содержащие восстановительные элементы Al, Si, Ti, со скоростью подачи 1 5% от скорости подачи порошкообразных материалов и фракционным составом 1 5 мм.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что содержание восстановительных элементов в металлических материалах составляет 10 50%
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4944942 RU2068453C1 (ru) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | Способ электрошлакового переплава порошкообразных материалов |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU4944942 RU2068453C1 (ru) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | Способ электрошлакового переплава порошкообразных материалов |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2068453C1 true RU2068453C1 (ru) | 1996-10-27 |
Family
ID=21579005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU4944942 RU2068453C1 (ru) | 1991-06-13 | 1991-06-13 | Способ электрошлакового переплава порошкообразных материалов |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2068453C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011093740A1 (ru) * | 2010-01-28 | 2011-08-04 | Loboda Yury Gennadievich | Способ плавления мелкофракционных ферросплавов |
-
1991
- 1991-06-13 RU SU4944942 patent/RU2068453C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Заявка ФРГ N 2834436, кл. C 21 C 5/52, 1980. Журнал "Сталь", N 12, 1990, с. 22 - 25. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2011093740A1 (ru) * | 2010-01-28 | 2011-08-04 | Loboda Yury Gennadievich | Способ плавления мелкофракционных ферросплавов |
| RU2428500C1 (ru) * | 2010-01-28 | 2011-09-10 | Юрий Геннадьевич Лобода | Способ получения слитка из мелкофракционных ферросплавов в электродуговой печи |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3627293A (en) | Apparatus for purifying metals by pouring through slag | |
| US4832911A (en) | Method of alloying aluminium | |
| US4047942A (en) | Thermite smelting of ferromolybdenum | |
| Rajagopalan et al. | Production of Al–Zr master alloy starting from ZrO2 | |
| US5135565A (en) | Recovery of aluminum from dross using the plasma torch | |
| US3768996A (en) | Granular additive for electrorefining of steel | |
| RU2068453C1 (ru) | Способ электрошлакового переплава порошкообразных материалов | |
| US4419127A (en) | Metallothermal process for reducing metal oxides | |
| US3953579A (en) | Methods of making reactive metal silicide | |
| GB2087056A (en) | Multiple pass smelting apparatus | |
| GB2090616A (en) | Recovery of precious metals | |
| US3669178A (en) | Direct reduction process and simultaneous continuous casting of metallic materials in a crucible to form rods | |
| Sokolov et al. | Aluminothermic studies of a liquid partial reduced ilmenite | |
| US8002872B2 (en) | Methods of recovering and purifying secondary aluminum | |
| RU2701698C1 (ru) | Способ легирования заготовки при помощи плавящегося электрода с покрытием в процессе электрошлакового переплава | |
| RU2002134993A (ru) | Способ переработки гальваношламов | |
| US4177059A (en) | Production of yttrium | |
| RU2196843C2 (ru) | Способ печной выплавки ферротитана из окислов титана | |
| RU2335564C2 (ru) | Высокотитановый ферросплав, получаемый двухстадийным восстановлением из ильменита | |
| US4604135A (en) | Apparatus and process for the metallurgical aftertreatment of premelted metals | |
| RU2715822C1 (ru) | Способ электрошлакового переплава металлосодержащих отходов | |
| US5462578A (en) | Method for the extraction of the metallic phase from dispersed mixtures of light metals and nonmetallic components | |
| US3997332A (en) | Steelmaking by the electroslag process using prereduced iron or pellets | |
| RU2150523C1 (ru) | Способ алюминотермического переплава пылевидной фракции изгари цинка | |
| RU2080405C1 (ru) | Способ получения фосфорсодержащего сплава |