SU1227689A1 - Способ удалени меди из расплава чугуна - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к металлургии , а именно к технологии рафинировани  черных металлов от меди, например вторичных черных металлов медистых чугунов (сталей), и может быть осуществлено на предпри ти х черной и цветной металлургии.

Цель изобретени  - повышение эффективности процесса удалени  меди из исходного чугуна и снижение содержани  серы в готовом чугуне.

Одновременно с подачей серосодержащих соединений щелочных металлов на поверхность жидкого металла присаживают 8-12% натри  тетраборноки- слого (буры) от массы сульфидного шлака.

Механизм удалени  меди из расплава черных металлов заключаетс  в следующем.

Медь имеет более высокое сродство к среде, чем железо, поэтому мед удал етс  из расплава по следующей реакции:

(Cu2S). (I)

Дл  протекани  реакции (О необходимо поступление серы из шлаковой фазы в металл, Этб достигаетс  за счет реакции диссоциации сульфида натри :

(Na2S)2(Na). (2)

Дл  эффективного протекани  процесса обезмеживани  необходимо оптимальное протекание реакции (2), так как при чрезмерном развитии этой реакции происходит насьщение металла серой, что снижает производительность процесса удалени  меди, так как после него требуетс  специальна  операци  - десульфураци  (удаление серы) дл  получени  стали. Кроме того, металлический натрий, перешедший по реакции (2) в шлак, частично испар етс ,реагиру  с кислородом атмосферы, образу  оксид натри , который, осажда сь на кладк печи, сильно снижает ее стойкость, что ведет к частым ремонтам кладки, а это удорожает процесс. К удорожанию приводит и повьшгенный расход шлака.

При слабом развитии реакции (2) снижаетс  количество меди, перешедшее в шлак по реакции (1), что веде к снижению эффективности удалени  меди, так как снижаетс  коэффициент

2276892

распределени  меди между металлом и

.шлаком

(L. ). Следовательно,

повьш аетс  конечное остаточ«ое со- держание Меди в чугуне:

Гси1, 8шл ,

(3)

где Си , Си - начальна  и конечна  концентраци  меди в расплаве металла,%J g, - количество метал- ла, кг;

ыл количество шлака,

кг}

LJ - коэффициент распределени  меди

между сульфидным

шлаком и металлом .

Согласно формуле (3) дл  достижени  одинакового остаточного со- держани  меди в расплаве Си при меньшем L потребуетс  большее количество gц,д, а это ведет к удорожанию процесса обезмеживани .

Регулирование протекани  реак- ции (2) температурой невозможно,так как оптимальна  температура дл  чистого сульфидного шлака дл  протекани  реакции (1) 1300-1380°С, а при этой температуре реакци  (2) постав- л ет в расплав серы .больше, чем требуетс  дл  удалени  меди.

Дл  регулировани  поступлени  серы по реакции (2) при оптимальных температурах обезмеживани  1300- 1380 С в предложенном способе применена бура () в количестве 8- 12% от массы образующегос  сульфидного шлака, при этрм 8% буры соответствуют услови м, когда процесс удалени  из чугуна протекает при 1300-1320 С, а 12% присаживаемой буры от массы образующегос  сульфидного шлака соответствуют температуре процесса 1360-1380 0.

Действие буры на снижение количества продиссоциировавшего сульфида натри  по реакции (2) основано на снижении концентрации Na S в шлаковой фазе, что соответственно ведет к снижению активности () :

V 2  

(WOjSl

(4)

3I

константа реакции (2), зависит только от температуры; активность натри  в распла

ве шлака; активность серы в расплаве

металла; активность сульфида натри 

шлака.

уравнение (А-) относительпримем на основе закона Гензбавленных растворов, что

следовательно

М

(5)

(На)

Анализ уравнени  (5) показьгеает, что с уменьшением активности сульфи- да натри  в шлаке, котора  пропорциональна концентрации сульфида натри  в шлаке, снижаетс  концентраци  серы в металле.

Данные теоретических выводов были полностью подтверждены экспериментами , причем в результате их были вы снены еще две положительные тенденции вли ни  буры на процесс обезмеживани .

Во-первых, под действием высоких температур бура распадаетс  выделением триоксида бора:

Na,,B40 2NaB02+B3,0, . (6)

е

Образующийс  борный ангидрид реагирует с металлическим натрием, выдел ющимс  по реакции (2), и с кислородом атмосферы, который поглощает шлак, по следующей реакции:

4(Na)+Oj,+2B20,4NaB02. (7)

Таким образом снижаетс  количество натри , испарившегос  в газовую фазу, что ведет к удешевлению процесса обезмеживани , так как снижаетс  количество паров натри . Следовательно , меньше будет в газовой фазе оксида натри , а это увеличивает срок службы футеровки печи, уменьшает расход огнеупоров, а также спсн собствует сохранению начальной (высокой ) концентрации натри  в расплав шлака, что согласно уравнению (5) ведет к снижению концентрации серы в металле.

Во-вторых, присадки буры снижают активность сульфида меди в шлаке не только за счет разбавлени  шлака, но и за счет образовани  комплексных

27689

соединений типа NaBOj-Cu S н NaBU, .

Предложенный способ удалени  (.меди из расплава чугуна был осущест- , влен в лабораторной печи емкостью 25 кг. Опыты с чугуном проводились в графитовых тигл х. Чугун с содержанием меди 1,1% и серы 0,04% плавилс  в печи и его температура поддерJO живалась 1300- 32СРс. По установлении указанной температуры в печь подавалась смесь сульфата натри  со стехиометрически необходимым дл  его восстановлени  до графитом и

J5 бура. Металл под шлаком выдерживалс  в течение 10 мин, после чего металл отдел лс  от пшака. Садка по металлу составл ла 4 кг. Количество шлако- образующих было подано с расчетом,

2Q что по образованию на поверхности металла сульфидного шлака его масса равн лась 0,4 кг или 10% от массы металла , а масса буры в нем 8% от массы сульфидного шлака.

25 Готовый чугун содержал 0,46% меди , 0,04% серы. Коэффициент распределени  меди между сульфидным шлаком и металлом составил 12. В известном способе в аналогичных услови х, но без буры, был получен коэффициент распределени  10, медь удалилась с 1,05 до 0,44% при присаживании 190 г- Na 504 со стехиометрически необходимым дл  восстановлени  до Na.S графитом . Масса обрабатьюаемого металла

5 была 1 кг, поэтому при пересчете массы шлакообразующих на сульфидный шлак по реакции

,.,S-f4CO

получим, что из 190 г Na,jSO получаетс  110 г NajS, а это составл ет II % сульфидного шлака от массы металла . Концентраци  серы в металле в опытах по известному способу увели чилась с 0,03 до 0,05%.

Аналогично были проведены опыты при 1360-1380 С с присадкой буры в количестве 12% от массы сульфидного шлака. Масса сульфидного шлака

0 с бурой была 10% от массы металла. Содержание меди в металле в этих опытах снизилось с 1,12 до 0,46%. содержание серы в металле осталось прежним, т.е. 0,04%. Таким образом,

5 дл  достижени  такого же остаточного содержани  меди как в известном способе требуетс  меньшее количество шлака.

30

5 12276896

Чугун за врем  обработки не на-вавшего сульфида натри . Поэтому сыщалс  серой. Такой чугун не тре-дл  осуществлени  предлагаемого пробует в дальнейшем операции десуль-цесса шлака потребуетс  в 1,1 раз фурации, а это существенно повыша-меньше по сравнению с прототипом, ет производительность процесса иj что удешевит процесс получени  очи- иеключает применение дорогих десуль-щенного от меди металла. фураторов, например, магни  или из-Снижение количества продиссоции- вестково-глиноземистых смесей прировавшего сульфида натри  уменьша- последующен переделе чугуна в сталь.ет поступление в газовую фазу Na,

За счет разбавлени  сульфидногою что позвол ет повысить стойкость фушпака бурой снижаетс  активностьтеровки. Предложенный способ при его

сульфида натри  в расплаве, чтоосуществлении не требует специальноуменьшает количество продиссоцииро-го оборудовани .

Claims (1)

1. СПОСОБ УДАЛЕНИЯ МЕДИ ИЗ РАСПЛАВА ЧУГУНА, включающий расплавление металла в плавильном агрегате и загрузку на поверхность расплава серосодержащих соединений щелочных металлов и графита, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса удаления меди из исходного чугуна и снижения содержания серы в готовом чугуне, одновременно с загрузкой серосодержащих соединений щелочных металлов присаживают 8-12% буры от массы образующегося сульфидного шлака.

   С <g ω