Способ выплавки ферроалюминия

Способ выплавки ферроалюминия

Реферат

Изобретение относится к металлургии ферросплавов, в частности к способу выплавки ферроалюминия.

Известен способ выплавки ферроалюминия, включающий загрузку в горн шихты при соотношении алюминия с массой шихты 1:2,5-4,2 и последующее ее расплавление (Патент РФ № 2034929, МПК 6 С 22 В 33/04. Способ выплавки ферроалюминия // БИ № 13. 1995).

Недостатками данного способа являются: во-первых, ограничение алюминия в соотношении с массой шихты на уровне 1:2,5-4,2; во-вторых, использование в качестве шихтового материала чистого алюминия и восстановление с его помощью железа, и, как следствие, большой расход алюминия и возможность получения ферроалюминия ограниченного состава - 15-16% алюминия, 0,5-3% кремния, 0,02-3% углерода, менее 0,1% фосфора, 0,02-0,05% серы и остальное железо.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению (прототипом) является способ выплавки ферроалюминия (Патент РФ № 2215809, МПК 7 C 22 C 35/00. Способ выплавки ферроалюминия /Костарев В.Г., Почивалов О.В., Теляшов Н.В., Шешуков О.Ю.// Изобретения. 2003. № 31 (III ч.). С.513), включающий загрузку исходной шихты в количестве 5-10% от всей шихты, необходимой на плавку и состоящей из отходов производства - стального и алюминиевого лома и шлакообразующих материалов, в открытую канальную или тигельную индукционную печь, нагрев до температуры, превышающей температуру плавления сплавов алюминия, выдержку под слоем защитного шлака и выпуск металла. При этом по расплавлении первой порции шихты на образовавшийся расплав последовательно, после расплавления очередной добавки, догружают следующие порции шихты в соотношении, определяемом составом выплавляемого сплава, с введением в состав сплава необходимых компонентов после расплавления основной шихты.

Недостатками данного способа являются: во-первых, деление загрузки шихты на порции, не превышающие 5-10% от всей шихты, необходимой на плавку, приводит к затягиванию процесса плавления и увеличению потерь ведущих компонентов шихты, что снижает выхода годного металла 2-3%; во-вторых, не указан наиболее рациональный объем плавильного агрегата, определяющий угар основных компонентов шихты и затраты электроэнергии; в-третьих, не доказана необходимость наведения шлака на поверхности расплава; в-четвертых, не описан гранулометрический состав получаемого сплава, определяющий конструкцию разливочных изложниц.

Задачей предложенного технического решения является получение сплавов системы железо - алюминий с определенным соотношением алюминия к железу, минимальным содержанием вредных примесей, обеспечением оптимальных показателей по потерям основных компонентов шихты при минимальных затратах электроэнергии.

Технический результат настоящего изобретения выражается в уменьшении потерь ведущих элементов получаемого ферросплава за счет одновременного проплавления основных составляющих шихты при оптимальном электрическом режиме.

Поставленная задача достигается тем, что в способе выплавки ферроалюминия, включающем загрузку исходной шихты в канальную или тигельную индукционную печь, нагрев до температуры выше температуры плавления алюминия, выдержку и выпуск металла, согласно изобретению в плавильный агрегат до полного его заполнения загружают основную часть шихты, состоящей из стального и алюминиевого лома, а после оседания материалов догружают остальную ее часть в соотношении, определяемом составом выплавляемого сплава, нагревают до температуры 1330-1350°С, и после выдержки металл выпускают в формы, обеспечивающие получение слитков массой не более 1,2 кг, с оставлением в печи не менее 20% от массы выпускаемого расплава. При этом для выплавки ферроалюминия используют печи емкостью от 1 до 2,5 тонн.

Сущность заявляемого способа состоит в следующем.

В открытую тигельную или канальную индукционную печь емкостью от 1 т до 2,5 т (по завалке сталью или чугуном) загружают шихту, состоящую из стального и алюминиевого ломов с габаритами, обеспечивающими максимально возможную загрузку печи в соотношении, необходимом для получения заданного состава сплава, до полного заполнения печи. По мере осаждения шихты производится порционная дозагрузка остальной шихты. После расплавления всего металла и нагрева его до уровня 1330-1350°С металл выдерживают в печи не более 10 минут и выпускают в предварительно подогретый ковш емкостью, обеспечивающей прием всей массы плавки. На печах емкостью свыше 1 т выпуск ферроалюминия производится с оставлением в печи расплава в количестве не менее 20% от массы всего металла. Разливка производится в специальные изложницы с ячейками, обеспечивающими получение слитков массой, не превышающих 1,2 кг и размерами 40-70 мм.

Далее процесс получения сплава повторяется.

Индукционные печи емкостью до 2,5 т работают на высоких частотах тока, что позволяет провести процесс плавления с высокой скоростью и в результате уменьшить энергозатраты и потери ведущих элементов шихты. На печах свыше 2,5 т потери электроэнергии значительно не уменьшаются, но значительно возрастают потери основных элементов шихты.

Проведение плавок ферроалюминия в индукционных печах емкостью менее 1 т приводит либо к значительным потерям металла при выпуске сначала в ковш, а затем при разливке по изложницам либо к большой длительности процесса плавления.

Плавка в печах емкостью до 2,5 т позволяет выпускать металл в ковш за один прием и достаточно быстро разливать его по изложницам с минимальными потерями.

Загрузка основной части шихты до полного заполнения печи и в соотношении, обеспечивающем получение сплава заданного состава, позволяет быстро разогреть печь и вывести ее на оптимальный электрический режим плавки. Это позволяет увеличить производительность печи и сократить затраты электроэнергии, а также обеспечить наиболее плотную упаковку шихты для ускорения процесса нагрева и плавления, что достигается размером, который должен выбираться в соответствии с емкостью плавильного агрегата.

Разливка расплава в изложницы, обеспечивающие получение слитков массой не более 1,2 кг, позволяет получить размер слитка ферроалюминия в пределах 40-70 мм, что обеспечивает удобство его ввода в расплав стали вместе со всеми ферросплавами через бункер, ячейки которого не превышают размер 80 мм. Проведение разливки ферроалюминия в изложницы, превышающие размер 70 мм, приводит к дополнительным затратам на дробление и потерям около 10% ферроалюминия в виде мелочи.

Совместная загрузка стального и алюминиевого лома, а также оставление в печи не менее 20% от массы выпускаемого расплава позволяет ускорить процесс плавления за счет растворения стального лома в ранее образующемся расплаве алюминия, не приводя к перегреву, который требуется для расплавления стального лома. Кроме того, отсутствие перегрева расплава позволяет снизить угар алюминия.

Перегрев расплава ферроалюминия в печи выше 1350°С приводит к повышенному угару алюминия и газонасыщенности, которая проявляется при разливке, приводя к появлению пузырей на поверхности слитков. Снижение температуры нагрева расплава ферроалюминия ниже 1330°С приводит к понижению жидкотекучести и затруднениям при разливке.

Совместное плавление стального и алюминиевого лома приводит к незначительному окислению и образованию шлакового покрова, который, с одной стороны, предохраняет расплав от окисления и потерь основных компонентов шихты и, с другой стороны, образует на футеровке гарнисаж, предохраняющий ее от разрушения. Это позволяет использовать индукционные печи с футеровкой на основе кварцита как наиболее применяемой для печей типа ИЧТ и ИСТ.

Таким образом, нет необходимости использования специальной футеровки и специального формирования шлака, который только приведет к дополнительным затратам энергии на его расплавление и нагрев, взаимодействию его с футеровкой и ее разрушению.

Пример осуществления способа.

Ферроалюминий марки ФА30 (среднее содержание алюминия 30%) выплавляли в открытых индукционных тигельных печах: ИЧТ-6 (т.е. емкостью 6 т по чугуну) с нейтральной по отношению к получаемому сплаву футеровкой на ОАО «НСМЗ» (г.Нижняя Салда), ИЧТ-0,05 с кварцитовой футеровкой на ОАО «Искра» (п.Новоуткинск), ИЧТ-0,4 с кварцитовой футеровкой на ОАО «Курганмашзавод» (г.Курган), ИСТ-1,0 (т.е. емкостью 1 т. по стали) с кварцитовой футеровкой на ОАО «ЧМЗ» (г.Чусовой) и ИЧТ-2,5 на ОАО «КПЦ ПОЛИГРАФМАШ» (г.Рыбинск).

В качестве шихтовых материалов были взяты стальной лом (сталь типа Ст3), алюминиевый лом различных марок.

Процесс выплавки 1 т ферроалюминия составил: на ИЧТ-0,05 10 часов, ИЧТ-0,4 - 5 часов, ИСТ-1,0 - 1,5 часа, ИЧТ-2,5 - 1 час и ИЧТ-6 - 2 часа.

Разработанная технология выплавки позволила получить в печи расплав, содержащий в среднем 30% алюминия.

На основании полученных данных определены основные расходные коэффициенты алюминиевого и стального лома и показана возможность получения, в случае необходимости, ферроалюминия практически с любым содержанием алюминия и других компонентов (табл.).

Показано, что использование индукционных печей емкостью меньше 1 т и емкостью больше 2,5 т приводит либо, в первом случае, к большим затратам электроэнергии и значительному времени плавки, либо, во втором случае к уменьшению выхода годного металла. Деление шихты при загрузке на порции менее 10% приводит к затягиванию процесса плавления. Использование печей емкостью от 1 до 2,5 т, а также полное заполнение печи шихтой позволяет получать кондиционный ферроалюминий при достаточно высоких показателях по выходу годного металла и извлечению алюминия при рациональных затратах времени и электроэнергии.

На основании полученных экспериментальных данных определены элементы технологии плавки и основные расходные коэффициенты алюминиевого и стального лома.

Таблица
№ п/п	Марка печи	Массовое соотношение алюминиевого лома к стальному	Величина первой порции шихты, % от всей массы шихты	Извлечение алюминия, %	Выход годного продукта, %	Затраты эл. энергии на выплавку 1 т сплава, кВтч	Длительность выплавки 1 т сплава, час.
Прототип	ИЧТ-6	0,54	10	90,0	83	800	2,0
1	ИЧТ-0,05	0,49	70	95,1	85	1000	10,0
2	ИЧТ-0,4	0,45	72	94,0	91	900	5,0
3	ИСТ-1,0	0,47	74	93,7	90	800	1,5
4	ИЧТ-2,5	0,47	74	93,6	90	800	1,0
5	ИСТ-1,0	0,47	10	88,0	82	900	2,5

Способ выплавки ферроалюминия, включающий загрузку исходной шихты, нагрев до температуры выше температуры плавления алюминия, расплавление и выдержку в канальной или тигельной индукционной плавильной печи и выпуск металла, отличающийся тем, что в плавильную печь емкостью от 1 до 2,5 т загружают до полного заполнения основную часть шихты, состоящую из стального и алюминиевого лома, в соотношении, определяемом составом выплавляемого сплава, по мере осаждения шихты производят порционную дозагрузку остальной ее части, нагрев осуществляют до температуры 1330-1350°С, а после выдержки металл выпускают в формы, обеспечивающие получение слитков массой не более 1,2 кг с размерами 40-70 мм, и оставляют в печи не менее 20% от массы выпускаемого сплава.