RU2276198C2 - Способ безотходного производства сплава из железосодержащей шихты - Google Patents
Способ безотходного производства сплава из железосодержащей шихты Download PDFInfo
- Publication number
- RU2276198C2 RU2276198C2 RU2004123064/02A RU2004123064A RU2276198C2 RU 2276198 C2 RU2276198 C2 RU 2276198C2 RU 2004123064/02 A RU2004123064/02 A RU 2004123064/02A RU 2004123064 A RU2004123064 A RU 2004123064A RU 2276198 C2 RU2276198 C2 RU 2276198C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- iron
- slag
- alloy
- ferrosilicon
- metals
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 32
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 17
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 title abstract description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 131
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 65
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 61
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 55
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 55
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 44
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 44
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 43
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 38
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 38
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 29
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 29
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 29
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 25
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims abstract description 25
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000012071 phase Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims abstract description 21
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 15
- UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N iron oxide Inorganic materials [Fe]=O UQSXHKLRYXJYBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 11
- 235000013980 iron oxide Nutrition 0.000 claims abstract description 10
- VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N iron(2+);oxygen(2-) Chemical class [O-2].[Fe+2] VBMVTYDPPZVILR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 9
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 claims abstract description 8
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims abstract description 7
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 7
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 7
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 23
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims description 10
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 230000003190 augmentative effect Effects 0.000 claims description 6
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 claims description 6
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 6
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 6
- -1 iron ions Chemical class 0.000 claims description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 3
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 claims description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 23
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 abstract description 11
- 239000010959 steel Substances 0.000 abstract description 11
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 34
- 239000000047 product Substances 0.000 description 27
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 15
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 15
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 10
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 8
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 7
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 7
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 6
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 6
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L hydroxy(oxo)manganese;manganese Chemical compound [Mn].O[Mn]=O.O[Mn]=O AMWRITDGCCNYAT-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 4
- 229910000805 Pig iron Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 3
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 3
- 150000002505 iron Chemical class 0.000 description 3
- 229910052814 silicon oxide Inorganic materials 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 2
- YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N iron;titanium;trihydrate Chemical compound O.O.O.[Ti].[Fe] YDZQQRWRVYGNER-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 description 2
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001339 C alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 208000035699 Distal ileal obstruction syndrome Diseases 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N chromium nickel Chemical compound [Cr].[Ni] VNNRSPGTAMTISX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 235000012907 honey Nutrition 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N methylidyneiron Chemical compound [C].[Fe] QMQXDJATSGGYDR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000008188 pellet Substances 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 239000007790 solid phase Substances 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сплава с нержавеющими свойствами, в котором основным элементом является железо. В способе используют плавку с вращением и жидкофазным восстановлением (ПВЖФВ), при этом железосодержащую шихту расплавляют на металлической фазе из расчетной порции ферросилиция. В плавильной камере оставляют часть железа, которое содержалось в ферросилиции и добавлялось в расплав ферросилиция при восстановлении им оксидов железа из расплавленной шихты. Перед доводкой полученного железа до заданного химического состава в остаток железа вводят металлы, которые из вторичного шлака восстанавливают алюминием, получая третичный шлак. Из вновь полученной жидкой металлической фазы обратно в третичный шлак методом окисления переводят те металлы, у которых свободная энергия образования оксида больше, чем у кремния. При этом получают ферросилиций и дополненный третичный шлак. В остаток ферросилиция вводят металлы из дополненного третичного шлака, которые восстанавливают алюминием, при этом в конечный шлак вводят расчетное количество оксида кальция. Далее последовательно раскрывают летки и через летку слива металла сливают остаток ферросилиция с добавленными металлами, а через летку слива шлака сливают конечный шлак. После операций слива летки перекрывают и из специальной емкости в плавильную камеру возвращают ранее восстановленное железо, его приводят во вращение и в нем растворяют металлы соответственно заданному химическому составу сплава. Сплав полностью сливают из плавильной камеры плавильного агрегата и после закрытия сливной летки в плавильную камеру в жидком виде вводят ранее слитый ферросилиций, его раскручивают и подают очередную порцию железосодержащей шихты. Изобретение позволяет в остаток ферросилиция из дополненного третичного шлака, после восстановления алюминием, вводить титан и получать лигатуру, содержащую железо, кремний и титан до 50%, в возвращенном в плавильную камеру ранее восстановленном железе растворять металлы, обеспечивающие производимому сплаву в товарной металлопродукции нержавеющие свойства, не уступающие свойствам хромоникелевой нержавеющей стали, например, растворять металлический хром в таком количестве, чтобы его было в сплаве 10-20%, или растворять металлические хром, никель и титан, чтобы их в сплаве было соответственно 18%, 10% и до 1%. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству сплава с нержавеющими свойствами, в котором основным элементом является железо.
Производятся нержавеющие стали двух структурных классов: аустенитные и ферритные.
Марочный состав аустенитных сталей содержит дорогой хром и еще более дорогой никель. Чаще всего в этих сталях хрома 18%, никеля 10%. Если необходимо предотвращение межкристаллитной коррозии (МКК), то к указанным сталям добавляют стабилизирующие добавки, например титан или ниобий в количестве до 1%.
В марочном составе ферритных сталей преобладают хромистые, в которых содержание хрома в пределах 10-20%.
Склонность к МКК исчезает, если в указанных сталях содержание углерода не будет превышать 0,03% [1].
Для железосодержащих сплавов железо можно получить из многих рудных проявлений, например, из обычной железной руды, титаномагнетитовой руды и др. Следует заметить, что в железных и титаномагнетитовых рудах, как правило, углерода нет. Он появляется в железе, когда из руды или концентрата производят чугун, а из чугуна - сталь. При получении чугуна в доменной печи углерод в чугун поступает из кокса. В основном, из кокса в чугун поступают и нежелательные сера и фосфор.
Развиваются бескоксовые процессы производства чугуна. К ним относятся процессы "Корекс", "Ромелт", "Хайссмелт", "DIOS" и др., в которых на восстановление оксидов железа используется измельченный уголь или конвертированный природный газ.
При твердофазном восстановлении железа в окатышах также имеет место насыщение железа углеродом (до 2%).
Получить из железоуглеродосодержащего продукта сталь с низким содержанием углерода и низким содержанием серы и фосфора удается тогда, когда к обычному процессу производства стали добавляются затратные дополнительные процессы, которые могут осуществляться в агрегатах внепечной обработки стали [2]. Затраты на производство низкоуглеродистой стали увеличиваются и из-за того, что приходится применять дополнительное технологическое оборудование.
Известен принятый нами за ближайший аналог техпроцесс жидкофазного восстановления оксидов из расплавленной шихты [3], пригодный для восстановления железа из оксидов восстановителем. В ряде публикаций этот процесс назван "Плавка с вращением и жидкофазным восстановлением" (ПВЖФВ). Техпроцесс включает плавку шихты в плавильной камере плавильного агрегата на жидкой вращающейся металлической фазе и образование первичного шлака, жидкофазное восстановление железа из первичного шлака восстановителем, образование вторичной шлаковой фазы и пополнение железом вращающейся металлической фазы, доводку металлической фазы до заданного химического состава сплава, слив полученного сплава и слив конечного шлака.
В качестве металлической фазы в известном техническом решении применяется чугун, а в качестве восстановителя - углерод, который на восстановление железа из оксидов поступает из чугуна.
Недостатки технологии:
- восстановление железа из шлаковой фазы углеродом требует большой затраты тепла и происходит с большим выделением газа, уносящего с собой значительное количество физического и химического тепла;
- поскольку углерод на восстановление железа из оксидов поступает из чугуна, происходит желательное обеднение его по углероду, но оно сопровождается повышением температуры плавления металлического расплава, приводящим к тому, что нельзя будет применить плавильный агрегат [4], который рекомендуется использовать в ближайшем аналоге (в агрегате для нагрева металлической фазы используется отъемная канальная индукционная единица, футеровка которой при температуре выше 1500 градусов Цельсия работает ненадежно).
Новизна предлагаемого способа заключается в следующем.
Используя техпроцесс ПВЖФВ, железосодержащую шихту рекомендуется расплавлять на металлической фазе из расчетной порции ферросилиция. После расхода всего кремния ферросилиция на восстановление железа и на образование вторичного шлака восстановленное железо из плавильной камеры плавильного агрегата отводят в специальную емкость, где его сохраняют в жидком виде. В плавильной камере оставляют часть железа, которое содержалось и в ферросилиции и которое добавлялось в расплав ферросилиция при восстановлении им оксидов железа из расплавленной шихты. Перед доводкой полученного железа до заданного химического состава в остаток железа вводят металлы, которые из вторичного шлака восстанавливают алюминием, получая третичный шлак. Из вновь полученной жидкой металлической фазы обратно в третичный шлак методом окисления переводят те металлы, у которых свободная энергия образования оксида больше, чем у кремния. При этом получают ферросилиций и дополненный третичный шлак. До 90% ферросилиция сливают из плавильной камеры плавильного агрегата и сохраняют для использования при переработке следующей порции шихты. В остаток ферросилиция вводят металлы из дополненного третичного шлака, которые восстанавливают алюминием, при этом в конечный шлак вводят расчетное количество оксида кальция. Далее последовательно раскрывают летки и через летку слива металла сливают остаток ферросилиция с добавленными металлами, а через летку слива шлака сливают конечный шлак. После операций слива летки перекрывают и из специальной емкости в плавильную камеру возвращают ранее восстановленное железо, его приводят во вращение и в нем растворяют металлы соответственно заданному химическому составу сплава. Сплав полностью сливают из плавильной камеры плавильного агрегата и после закрытия сливной летки в плавильную камеру в жидком виде вводят ранее слитый ферросилиций, его раскручивают и в него подают очередную порцию железосодержащей шихты.
На металлической фазе рекомендуется расплавлять шихту, в которой кроме железа имеется и оксид титана. Такой шихтой может быть или концентрат ильменита, или титаномагнетитовая руда.
Из вторичного шлака алюминием рекомендуется восстанавливать оксиды кремния и титана и эти металлы вводить в остаток железа, но далее обратно в третичный шлак, методом окисления, рекомендуется переводить только титан, который вместе с другими оксидами образует дополненный третичный шлак.
Окисление титана может быть организовано по-разному: или кислородом в газовой фазе, или кислородом в оксиде, например, в оксиде кремния, оксиде железа, в прокатной окалине.
В остаток ферросилиция из дополненного третичного шлака, после восстановления алюминием, вводят титан и получают лигатуру, содержащую железо, кремний и титан.
Оксид кальция в третичный шлак рекомендуется вводить в количестве не менее 20% от количества в этом шлаке оксида алюминия.
В возвращенном в плавильную камеру ранее восстановленном железе рекомендуется растворять металлы, обеспечивающие производимому сплаву в товарной металлопродукции нержавеющие свойства, например, растворять металлический хром в таком количестве, чтобы его было в сплаве 10-20%, или растворять металлические хром, никель и титан, чтобы их в сплаве было соответственно 18%, 10% и до 1%.
Нержавеющие свойства рекомендуется обеспечивать в товарных прутковой и листовой продукциях.
Предложение перерабатывать железосодержащую шихту на расчетной порции чистого ферросилиция позволяет из оксидного расплава восстанавливать в основном железо, причем в объеме, соответствующем вместимости специальной емкости.
Если в шихте и в ферросилиции не будет углерода, то и в получаемом железе его не будет.
Ферросилиций в предлагаемой технологии является оборотным продуктом. После перевода кремния ферросилиция во вторичный шлак он снова из шлака восстанавливается алюминием, пригодным для образования чистого от углерода ферросилиция, который можно будет применять при переработке следующей порции шихты.
При получении сливаемого из плавильной части плавильного агрегата ферросилиция в него из вторичного шлака алюминием может восстановиться, например, титан, марганец, хром.
Если из ферросилиция, при восстановлении железа из шихты, марганец и хром перейдут в железо, то это не будет вредным, т.к. марганец и хром в нержавеющих марках металла в небольших количествах присутствуют. Титан рекомендуется переводить из образованного ферросилиция в третичный шлак, названный дополненным третичным шлаком, но, когда до 90% образованного ферросилиция будут удалены из плавильной камеры агрегата, чтобы перед подачей следующей порции шихты снова вернуться в плавильную камеру агрегата, в оставшийся ферросилиций из дополненного третичного шлака алюминием можно будет из оксида восстановить титан и дополнить им остаток ферросилиция.
Если в перерабатываемой шихте титана будет значительное количество, то в остатке ферросилиция титана может оказаться больше, чем кремния и железа. Получится титаносодержащая лигатура. Ее ценность может многократно возрасти, если на металлической фазе будут расплавлять шихту, в которой кроме железа будет оксид титана в форме или концентрата ильменита, или в форме титаномагнетитовой руды с высоким содержанием оксида титана.
Рекомендуется несколько методов возврата титана в третичный шлак. Все они учитывают большую способность титана окисляться как кислородом из газовой среды, так и кислородом из оксидов ряда металлов, например, кислородом оксидов кремния, железа, марганца. При реализации предлагаемой технологии предпочтительно окисление титана кислородом оксидов кремния или железа, т.к. в этом случае при окислении титана не будет образовываться газовой фазы. Ввод в конечный шлак не менее 20% оксида кальция от количества в этом шлаке оксида алюминия преследует цель снизить температуру плавления шлакового расплава и получить шлак, пригодный для производства высокоглиноземистого цемента, например, марки ВГЦ-1.
Удаление восстановленного железа в специальную емкость, в которой это железо сохраняется в жидком виде, и возможность возвратить это железо назад в плавильную камеру агрегата, после того как из порции шихты будут получены два ценных продукта, например, титаносодержащая лигатура и шлак для высокоглиноземистого цемента, или для получения из него глинозема, позволяет по предлагаемому способу получать самый главный продукт - железосодержащий сплав, в котором не будет углерода. При получении сплава железа с хромом, в котором хрома может быть в пределах 10-20%, прутковая или листовая продукция из такого сплава приобретает нержавеющие свойства. Этой продукции не грозит МКК, она хорошо сваривается. Кроме сплава для хромистой нержавеющей продукции в плавильной камере агрегата может быть получен и безуглеродистый сплав, в котором будут 18% хрома, 10% никеля и добавки, например, титана, ниобия, ванадия, азота и т.д., но добавки рекомендуется вводить для того, чтобы продукция из сплава имела дополнительные полезные свойства, в частности прочностные.
В примере осуществления предлагаемого способа реализуется схема, показанная на чертеже.
В качестве перерабатываемой шихты принимаем титаномагнетитовый концентрат, получаемый из руды качканарского месторождения на Качканарском ГОКе. Химический состав концентрата принимаем таким, каким он показан в книге [5].
Состав следующий, %: Fe - 62,71; FeO+Fe2О3 - 86,42; SiO2 - 3,35; MgO - 2,31; TiO2 - 2,64; V2O5 - 0,60; Al2О3 - 2,86; CaO - 1,17; Mn - 0,12; P - 0,007; S - 0,006.
В качестве металлической фазы, на которую будет подаваться перерабатываемая шихта (концентрат качканарского ГОКа), принимается две тонны ферросилиция с содержанием кремния 80% (ФС80). Кремния в 2 тоннах ФС80 будет 1600 кг.
Кремний ферросилиция из концентрата будет восстанавливать в основном оксиды железа. Из других оксидов, которые кремний может восстановить из концентрата, является оксид марганца, но оксида марганца в концентрате немного. Восстановленный марганец сначала перейдет в железо, а затем и в сплав, но его в сплаве будет в пределах, допустимых для многих марок нержавеющих сталей.
На 627,1 кг железа в одной тонне концентрата приходится 237,1 кг кислорода.
1600 кг кремния может забрать из оксидов концентрата 1828 кг кислорода. Такое количество кислорода содержат оксиды железа в 7,7 тоннах концентрата. Поскольку небольшая часть кремния будет тратиться на восстановление марганца и ванадия, то на металлическую фазу из расчетной порции ферросилиция порция концентрата должна иметь несколько меньшую массу. Из порции концентрата в 7 тонн практически можно гарантировать полное восстановление оксидов железа 2-мя тоннами ферросилиция ФС80. Если же ферросилиция окажется недостаточно, то часть оксидов железа останется во вторичном шлаке, что допустимо. В железе, которое отправляется в специальную емкость, допускается некоторое количество кремния, но его должно быть столько, сколько может быть в выплавляемой марке сплава.
Если массу порции подаваемого на плавку обезвоженного концентрата примем 7 тонн, то железа в этой порции будет порядка 4,4 тонны.
В случае производства из железосодержащей шихты сплава с 12% хрома, после возвращения железа из специальной емкости в плавильную камеру плавильного агрегата, в приведенный во вращение расплав железа следует ввести 0,6 тонны металлического хрома. Масса сплава составит 5 тонн. Это количество сплава далее может быть израсходовано на производство листовой или прутковой металлопродукции с нержавеющими свойствами.
В предлагаемом способе железо в оксидах восстанавливается кремнием, который при этом окисляется и уходит во вторичный шлак. Далее кремний из вторичного шлака восстанавливается алюминием и снова возвращается в процесс для переработки очередной порции концентрата - он является оборотным. Алюминий из вторичного шлака восстанавливает находящиеся в концентрате кремний, титан, ванадий и марганец. Всего алюминий из оксидов каждой тонны концентрата должен отобрать 268,5 кг кислорода. На это потребуется израсходовать порядка 300 кг алюминия и в конечном шлаке тогда будут порядка 570 кг оксида алюминия.
Если каждая порция концентрата будут иметь массу 7 тонн, то расход алюминия на каждую порцию составит 2100 кг и тогда в конечном шлаке будет порядка 4000 кг оксида алюминия.
Из 7 тонн концентрата дополнительно можно получить порядка 110 кг кремния, 111 кг титана, 18,5 кг ванадия и 8 кг марганца.
Процесс плавки позволяет дополнительные металлы перевести в лигатуру с содержанием титана до 50%.
Положительный или отрицательный эффект от реализации способа сразу может определиться, если подсчитать, сколько потребуется израсходовать на главную затратную продукцию - алюминий, металлический хром, качканарский концентрат, и подсчитать, сколько будет стоить полученная продукция.
За алюминий надо заплатить порядка 3050 долл., т.к. одна тонна алюминия стоит 1400-1500 долл. за тонну. Тонна концентрата стоит не более 70 долл. за тонну. За 7 тонн концентрата надо заплатить 490 долл. Один кг хрома стоит 4,2 долл. За 600 кг хрома надо заплатить 2520 долл. Общие затраты на алюминий, хром и концентрат составят 6060 долл.
Затраты энергии будут сравнительно незначительными, т.к. реакции восстановления оксидов кремнием и алюминием экзотермические, т.е. с выделением тепла. Его выделяется больше, чем необходимо на ведение процесса. Часть тепла можно отвести от плавильного агрегата и далее израсходовать на производство части электроэнергии, которая подводится к плавильному агрегату.
Из 5 тонн полученного сплава можно произвести не менее 4,5 нержавеющей прутковой или листовой металлопродукии, например, шестигранника 22-27 мм или листовой прокат толщиной 6-8 мм. Тонна такой продукции стоит не менее 46200 руб. или порядка 1600 долл. [Цена тонны Al, Cr и нержавеющей продукции взяты из журнала "Спрос и предложение" №3, 2004 (Приложение к журналу "Уральский рынок металлов")]. 4,5 тонны такой продукции будут стоить 7200 долл.
Следует заметить, что указанная цена 1600 долл. за тонну металлопродукции относится к нержавеющей стали, которая содержит небольшое количество углерода. Предлагаемый к производству сплав углерода практически не имеет, что значительно повышает его качество. Можно предвидеть за такую продукцию и повышение цены.
Если в лигатуре учтем только стоимость титана, то за титан можно получить порядка 400 долл. Что-то будет стоить и ванадий или в лигатуре или в сплаве. Его стоимость составит порядка 100-150 долл. Всего за металлопродукцию можно получить порядка 7725 долл. Разница меду расходом на алюминий, хром, концентрат и ценой за получаемую металлопродукцию составит 1665 долл. На каждую тонну концентрата - 237,8 долл. Можно полагать, что если учесть все другие расходы на производство продукции, то прибыль от каждой тонны переработанного концентрата составит до 100 долл.
Но в подсчете прибыли не учтен получаемый неметаллический продукт - плавленый клинкер (ПК), которого будет до 5 тонн (4 тонны оксида алюминия и одна тонна оксида кальция). Из ПК можно получить не менее 4-х тонн цемента ВГЦ-1, который стоит до 800 долл. за тонну. 4 тонны цемента стоят 3200 долл [6]. Доход на каждую тонну концентрата от производства ПК составит до 450 долл. Цемент марки ВГЦ-1 дорогой и его реализация в полном объеме может оказаться затрудненной. В этом случае ПК следует направить на извлечение из него чистого глинозема по хорошо отработанной в России технологии. От производства ПК прибыть также может быть не менее 100 долл.
В целом от всех продуктов, получаемых от реализации предлагаемого способа, прибыль составит не менее 200 долл. на каждой тонне перерабатываемого концентрата.
Для реализации способа рекомендуется применить плавильный агрегат [7], включающий два энергетических узла (тигельный узел для поддержания температуры шлакового расплава до температуры 1800°С и узел МГД-техники для обеспечения вращения расплава в плавильной камере агрегата), и дополнительное устройство к агрегату. В плавильном агрегате и дополнительном устройстве можно осуществить все необходимые операции по заявляемому способу.
К плавильному агрегату может быть подведена мощность, которой будет достаточно, чтобы порцию концентрата в 7 тонн переработать в течение часа. Если рабочее время агрегата будет порядка 7000 часов в год, то в год на агрегате можно будет переработать до 50000 концентрата и получить прибыль до 10 млн. долл. Такая прибыль сможет окупить затраты на сооружение агрегата в течение года.
Технический результат от применения предлагаемого способа заключается в следующем.
Концентрат безотходно перерабатывается на полезную продукцию, при этом в извлекаемое железо совершенно не допускается проникновение углерода, что делает это железо пригодным для производства безникелевой хромосодержащей металлопродукции с нержавеющими свойствами, не уступающим свойствам хромоникелевой нержавеющей стали.
Безуглеродистое железо получается в результате того, что при его получении применяются металлические восстановители, в которых также не допускается присутствие углерода. Повышенная цена металлических восстановителей (кремния и алюминия) с лихвой компенсируется тем, что из безуглеродистого железа при сравнительно небольшой добавке хрома получается нержавеющий металлопродукт повышенной стоимости.
В товарный продукт из концентрата извлекается не только ванадий, но и титан, причем при сравнительно небольшом количестве оксида титана в концентрате в производимой лигатуре содержание титана может быть сравнительно высоким, например до 50%.
Источники информации
1. Шлямнев А. Нержавеющие стали с низким содержанием углерода. Ж. "Национальная металлургия", №6, 2003, с.73-75.
2. Поволоцкий Д.Я., Куприн В.А., Вишкарев А.Ф. Внепечная обработка стали. М.: МИСИС, 1995, с.256.
3. Патент Российской Федерации №2165461. «Способ производства чугуна и шлака». /Коршунов Е.А., Смирнов Л.А., Буркин С.П., Тарасов А.Г., Логинов Ю.Н., Сарапулов Ф.Н./. МКИ С 21 В 11/00, приоритет 27.05.99, опубл. 20.04.2001, Бюллетень №11.
4. Патент Российской Федерации №2172456. «Агрегат для внепечной обработки металлических и шлаковых расплавов». /Коршунов Е.А., Лисиенко В.Г., Сарапулов Ф.Н., Буркин С.П., Кащеев И.Д., Арагилян О.А., Логинов Ю.Н./ МКИ С 21 В 11/00.
5. Леонтьев Л.И., Ватолин Н.А., Шаврин С.В., Шуманов Н.С. Пирометаллургическая переработка комплексных руд. М.: Металлургия, 1997.
6. Прайс-лист Подольского цементного завода «Цементы глиноземистые», 2002.
7. Патент Российской Федерации №2207476 «Плавильный агрегат» /Коршунов Е.А., Сарапулов Ф.Н., Буркин С.П. Тарасов А.Г., Арагилян О.А., Третьяков B.C./ МКИ С 21 В 11/00.
Claims (5)
1. Способ безотходного производства сплава из железосодержащей шихты, включающий плавку шихты в плавильной камере плавильного агрегата на жидкой вращающейся металлической фазе и образование первичного шлака, жидкофазное восстановление железа из первичного шлака восстановителем, образование вторичной шлаковой фазы и пополнение железом вращающейся металлической фазы, доводку металлической фазы до заданного химического состава сплава, слив полученного сплава и слив конечного шлака, отличающийся тем, что железосодержащую шихту расплавляют на металлической фазе из расчетной порции ферросилиция, после расхода всего кремния ферросилиция на восстановление железа и на образование вторичного шлака восстановленное железо из плавильной части плавильного агрегата отводят в специальную емкость, где его сохраняют в жидком виде, в плавильной камере оставляют часть железа, которое содержалось в ферросилиции и добавлялось в расплав ферросилиция при восстановлении им оксидов железа из расплавленной шихты, перед доводкой полученного железа до заданного химического состава в остаток железа вводят металлы, которые из вторичного шлака восстанавливают алюминием, получая третичный шлак, после чего из вновь полученной жидкой металлической фазы обратно в третичный шлак методом окисления переводят те металлы, у которых свободная энергия образования оксида больше чем у кремния, при этом получают ферросилиций и дополненный третичный шлак, до 90% ферросилиция сливают из плавильной части плавильного агрегата и сохраняют для использования при переработке следующей порции шихты, в остаток ферросилиция вводят металлы из дополненного третичного шлака, которые восстанавливают алюминием, при этом в конечный шлак вводят расчетное количество оксида кальция, затем последовательно раскрывают летки и через летку слива металла сливают ферросилиций с добавленными металлами, а через летку слива шлака сливают конечный шлак, летки после операций слива перекрывают и из специальной емкости в плавильную часть возвращают ранее восстановленное железо, его приводят во вращение и в нем растворяют металлы соответственно заданному химическому составу сплава, сплав полностью сливают из плавильной камеры плавильного агрегата и после закрытия сливной летки в плавильную камеру в жидком виде вводят ранее слитый ферросилиций, его раскручивают и в него подают очередную порцию железосодержащей шихты.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что оксид кальция вводят в конечный шлак в количестве, соответствующем не менее 20% от количества в этом шлаке оксида алюминия.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в возвращенном в плавильную камеру ранее восстановленном железе растворяют металлы, обеспечивающие производимому сплаву в товарной продукции нержавеющие свойства.
4. Способ по п.3, отличающийся тем, что в железе растворяют металлический хром в таком количестве, чтобы его в сплаве было 10-20%.
5. Способ по п.3, отличающийся тем, что в железе растворяют металлические хром, никель и титан в таких количествах, чтобы их в сплаве было соответственно 18%, 10% и до 1%.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004123064/02A RU2276198C2 (ru) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Способ безотходного производства сплава из железосодержащей шихты |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004123064/02A RU2276198C2 (ru) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Способ безотходного производства сплава из железосодержащей шихты |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004123064A RU2004123064A (ru) | 2006-02-27 |
| RU2276198C2 true RU2276198C2 (ru) | 2006-05-10 |
Family
ID=36114002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004123064/02A RU2276198C2 (ru) | 2004-07-27 | 2004-07-27 | Способ безотходного производства сплава из железосодержащей шихты |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2276198C2 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008069696A3 (fr) * | 2006-11-20 | 2008-08-07 | Obshhestvo S Ogranichennoi Otv | Procédé de transformation de concentrés de minerais contenant de l'oxyde de fer, de titane et de vanadium et dispositif de sa mise en oeuvre |
| RU2432332C1 (ru) * | 2010-05-24 | 2011-10-27 | Закрытое акционерное общество "КонсОМ СКС" | Способ получения глиноземистого цемента и марганцево-алюминиевой лигатуры (варианты) |
| RU2525394C1 (ru) * | 2013-06-26 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) | Способ переработки оксидных железосодержащих материалов |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994017214A1 (de) * | 1993-01-26 | 1994-08-04 | 'holderbank' Financière Glarus Ag | Verfahren zur herstellung von roheisen und zementklinkern |
| RU2165461C2 (ru) * | 1999-05-27 | 2001-04-20 | ОАО "Уральский институт металлов" | Способ производства чугуна и шлака |
| RU2172456C1 (ru) * | 1999-12-23 | 2001-08-20 | Коршунов Евгений Алексеевич | Агрегат для внепечной обработки металлического и шлакового расплавов |
-
2004
- 2004-07-27 RU RU2004123064/02A patent/RU2276198C2/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1994017214A1 (de) * | 1993-01-26 | 1994-08-04 | 'holderbank' Financière Glarus Ag | Verfahren zur herstellung von roheisen und zementklinkern |
| RU2165461C2 (ru) * | 1999-05-27 | 2001-04-20 | ОАО "Уральский институт металлов" | Способ производства чугуна и шлака |
| RU2172456C1 (ru) * | 1999-12-23 | 2001-08-20 | Коршунов Евгений Алексеевич | Агрегат для внепечной обработки металлического и шлакового расплавов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ШЛЯМНЕВ А. Нержавеющие стали с низким содержанием углерода. Ж. «Национальная металлургия». №6, 2003, с.73-75. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008069696A3 (fr) * | 2006-11-20 | 2008-08-07 | Obshhestvo S Ogranichennoi Otv | Procédé de transformation de concentrés de minerais contenant de l'oxyde de fer, de titane et de vanadium et dispositif de sa mise en oeuvre |
| RU2350670C2 (ru) * | 2006-11-20 | 2009-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью Фирма "ДАТА-ЦЕНТР" (ООО Фирма "ДАТА-ЦЕНТР") | Способ переработки концентратов из руды, содержащей оксиды железа, титана и ванадия, и устройство для его осуществления |
| RU2432332C1 (ru) * | 2010-05-24 | 2011-10-27 | Закрытое акционерное общество "КонсОМ СКС" | Способ получения глиноземистого цемента и марганцево-алюминиевой лигатуры (варианты) |
| RU2525394C1 (ru) * | 2013-06-26 | 2014-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт металлургии Уральского отделения Российской академии наук (ИМЕТ УрО РАН) | Способ переработки оксидных железосодержащих материалов |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004123064A (ru) | 2006-02-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110592494B (zh) | 一种红土镍矿冶炼的含镍铁素体不锈钢及其制备方法 | |
| CN109402510A (zh) | 一种耐极寒抗h2s腐蚀焊管用热轧钢带及其制造方法 | |
| CN1302338A (zh) | 钢渣的处理方法 | |
| CN109023041A (zh) | 400MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋及其制造方法 | |
| CN109023042A (zh) | 500MPa级抗震耐氯离子腐蚀钢筋及其制造方法 | |
| RU2250271C1 (ru) | Способ производства высокотитаносодержащей лигатуры | |
| CN109881121A (zh) | 一种耐氯离子腐蚀的高强度抗震钢筋及其生产方法和用途 | |
| CN109628829A (zh) | 一种螺纹钢筋及其制备方法 | |
| CN109234622A (zh) | X80m深海抗应变管线钢及冶炼工艺 | |
| RU2276198C2 (ru) | Способ безотходного производства сплава из железосодержащей шихты | |
| CN107354262A (zh) | 一种提钒半钢冶炼高磷耐候钢的方法 | |
| Nokhrina et al. | Alloying and modification of iron-carbon melts with natural and man-made materials | |
| CN111074037A (zh) | 一种升级富锰渣冶炼产品结构的新工艺 | |
| CN102978307A (zh) | 一种减量化生产管线钢的工艺 | |
| Gasik | Technology of vanadium ferroalloys | |
| RU2295582C1 (ru) | Способ переработки шлаков, содержащих оксид титана | |
| RU2641436C1 (ru) | Способ извлечения ванадия из природнолегированного ванадиевого чугуна | |
| Şener et al. | Desulphurization strategies in oxygen steelmaking | |
| CN103146981A (zh) | 一种用脱磷铁水冶炼铁素体不锈钢的方法 | |
| CN109097521A (zh) | 一种转炉冶炼高锰低硅高磷铁水提碳保锰的制备方法 | |
| Steenkamp et al. | Introduction to the production of clean steel | |
| RU2145356C1 (ru) | Способ конвертерной плавки с использованием металлизованных материалов | |
| CN1071708A (zh) | 钒渣炉内直接合金化工艺 | |
| RU2299921C2 (ru) | Способ производства комплексных лигатур из конвертерного ванадиевого шлака | |
| Keskinkilic | New trends in basic oxygen furnace dephosphorization |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20060728 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20090828 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170728 |