Способ дефосфорации металла

 

Изобретение относится к области черной металлургии и может быть использовано при выплавке металла с пониженным содержанием фосфора. Технический результат - разработка безотходного способа дефосфорации металла, который обеспечивает высокую степень удаления фосфора из металла и получение легкорастворимого в воде шлака, утилизируемого в виде фосфор-калийного удобрения. Способ дефосфорации металла включает расплавление шихты и последующую продувку металла через погружную фурму инертным газом, содержащим порошкообразный флюс с размером фракций 1-2 мм. В качестве порошкообразного флюса используют карбонат калия в количестве 50-60 кг/т металла. 1 табл.

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано при выплавке металла с пониженным содержанием фосфора.

Известен способ дефосфорации легированных сталей, включающий обработку металлического расплава в инертной атмосфере с кислородным потенциалом не более 10^-22 атм и азотным потенциалом 10^-6 атм и флюсом, содержащим мас.%: металлический кальций 3-22; оксид кальция 19-22; фторид кальция 57-76 и последующее удаление флюса (см. А.С. СССР №1749247, С 21 С 7/064).

Недостатком известного способа является то, что при выплавке металла в результате взаимодействия флюса с находящимся в металле фосфором образуется шлак, содержащий труднорастворимый в воде трифосфат кальция (3СаО·Р₂О₅), что препятствует утилизации шлака и способствует загрязнению окружающей среды из-за складирования его в отвалы.

Наиболее близким аналогом к заявляемому объекту является способ дефосфорации металла, включающий расплавление шихты при температуре металла и последующую продувку металла через погружную фурму инертным газом, содержащим порошкообразный флюс с размером фракции 1-2 мм. При этом флюс представляет собой порошкообразную смесь, содержащую, в мас.%: известь - 65, железная руда - 25 и плавиковый шпат -10. Порошкообразную смесь вдувают в металл в количестве 2,5 - 3,0% от массы металла (см. Кудрин В.А., Парма В. Технология получения качественной стали. - М.: Металлургия, 1984, с.155-156).

Недостатком известного способа является то, что в процессе выплавки металла образуется шлак с труднорастворимым в воде трифосфатом кальция (3СаО·P₂О₅), который складируют в отвалы. Это приводит к загрязнению окружающей среды из-за невозможности утилизации шлака.

В основу изобретения поставлена задача разработать такой безотходный способ дефосфорации металла, который бы при сохранении высокой степени удаления фосфора из металла одновременно обеспечивал бы получение легкорастворимого в воде шлака, что позволит утилизировать его в виде фосфор-калийного удобрения для растений.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе дефосфорации металла, включающем расплавление шихты и последующую продувку металла через погружную фурму инертным газом, содержащим порошкообразный флюс с размером фракций 1-2 мм, согласно изобретению в качестве флюса используют карбонат калия в количестве 50-60 кг/т металла.

Известно использование карбоната калия (К₂СО₃) вместо соды (Nа₂СО₃) в качестве составного элемента при производстве тугоплавкого стекла. Обычное стекло готовят из кварцевого песка, соды и известняка, которые сплавляют вместе (см. Глинка Н.А. Общая химия: Учебник - Л.: Химия, 1974, с.438, 510).

В заявляемом способе карбонат калия при введении в расплавленный металл проявляет новое техническое свойство, заключающееся в том, что при взаимодействии с расплавом металла он вначале диссоциирует с образованием диоксида углерода (СО₂), который окисляет фосфор металла до пентаксида фосфора (Р₂O₅), способствующего образованию с оксидом калия (К₂О) легкорастворимого в воде фосфата калия 2(К₃РO₄), который в расплавленном металле проявляет при этом одновременно свойства окислителя и флюсующего. Образующиеся в шлаке ионы К⁺ могут хорошо усваиваться растениями, а анионы ОН^- безвредны для почвы, живых организмов и растений. Это позволяет одновременно с качественным удалением фосфора из расплавленного металла получить легкорастворимый шлак, используемый в качестве фосфор-калийного удобрения.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод, что для специалиста заявляемый способ дефосфорации металла не следует явным образом из известного уровня техники, а следовательно, соответствует условию патентоспособности “изобретательский уровень”.

Способ дефосфорации металла осуществляют следующим образом. Карбонат калия (К₂СО₃) измельчают до крупности фракции 1-2 мм, хорошо прокаливают в термической печи при температуре 300-400°С и засыпают в устройство для продувки металла инертным газом, размещенное на весовой площадке. Затем расплавляют шихту и продувают металл при температуре 1540-1560°С через специальную погружную фурму, размещенную в ковше под углом 30-35 градусов на глубину 200-300 мм, инертным газом, содержащим порошкообразный карбонат калия. Время продувки 60 т ковша составляет 8-12 мин. При этом на тонну металла вдувают 50-60 кг порошкообразного карбоната калия. При этом между металлом и флюсом происходят физико-химические взаимодействия, приводящие к дефосфорации металла. Образовавшийся шлак представляет собой комплексное фосфорно-калийное удобрение, которое используют для усиления роста растений.

Заявляемое количество флюса позволяет одновременно осуществлять качественную дефосфорацию металла и получать комплексное фосфор-калийное удобрение, хорошо растворимое в воде.

Введение в металл карбоната калия менее 50 кг/т приводит к недостаточной дефосфорации металла и образованию малого количества фосфор-калийного удобрения, хорошо растворимого в воде.

Введение в металл карбоната калия более 60 кг/т не обеспечивает полного взаимодействия его с фосфором металла, в результате чего в образовавшемся шлаке присутствует непрореагировавший карбонат калия, что снижает растворимость в воде полученного удобрения.

Для обоснования преимуществ заявляемого способа по сравнению с прототипом были проведены опытные продувки чугуна в 60 т ковше при температуре 1550°С. Результаты продувок приведены в таблице. Количество флюса, вводимого в металл, в составах №1-3 взято в заявляемых пределах, в составах №4-5 количество используемого флюса выходит за заявляемые пределы, количество флюса в составах №6-7 взято по прототипу.

Результаты испытаний показали, что заявляемый способ по сравнению с прототипом позволяет при сохранении качественной дефосфорации металла наравне с прототипом (составы №6-7) еще может обеспечить получение легкорастворимого в воде шлака, который может быть утилизирован путем использования его в качестве комплексного фосфор-калийного удобрения. Таким образом, заявляемый способ дефосфорации металла соответствует условию патентоспособности “промышленная применимость”, так как он работоспособен, устраняет недостатки прототипа и может быть использован в промышленных условиях.

Формула изобретения

Способ дефосфорации металла, включающий расплавление шихты и последующую продувку металла через погружную фурму инертным газом, содержащим порошкообразный флюс с размером фракций 1-2 мм, отличающийся тем, что в качестве порошкообразного флюса используют карбонат калия в количестве 50-60 кг/т металла.