Способ и шихта для получения азотированного силикомарганца в дуговой руднотермической электропечи

Авторы патента:

Моисеев Олег Борисович (DE)

Гладков Сергей Константинович (RU)

Кашлев Иван Миронович (RU)

Ёлкин Дмитрий Константинович (RU)

Ёлкин Константин Сергеевич (RU)

C22C33/04 - плавлением

C22C33/00 - Производство сплавов черных металлов

Владельцы патента RU 2644637:

Общество с ограниченной ответственностью "Объединенная Компания РУСАЛ Инженерно-технологический центр" (RU)

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к электротермическому получению металлов и сплавов в дуговых рудно-термических электропечах и может быть использовано в производстве марганцевых и хромистых ферросплавов. Способ включает подготовку и загрузку в печь марганцевой руды и/или марганцевого концентрата и восстановительной смеси, восстановительную плавку и азотирование. В качестве восстановительной смеси используют кварцит, доломит, кокс и/или каменный уголь и отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие нитрид кремния, при этом восстановительную плавку и азотирование проводят одновременно. Используют отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие до 70% карбида кремния и до 26% нитрида кремния. Шихта содержит, мас.%: марганцевая руда и/или марганцевый концентрат 54,1-62,5; кварцит до 9,9; кокс и/или каменный уголь до 6,8; доломит 5,4-6,2; отходы карбидокремниевой футеровки 23,8-31,2. Изобретение позволяет увеличить степень восстановления марганца в сплав и снизить содержание марганца в шлаке и одновременно вести азотирование силикомарганца. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 6 пр.

Изобретение относится к области металлургии, а точнее к электротермическому получению металлов и сплавов в дуговых рудно-термических электропечах, и может быть использовано в производстве марганцевых и хромистых ферросплавов.

Силикомарганец широко применяется при раскислении многих марок сталей. Силикомарганец, содержащий азот в количестве 4-15%, используется для раскисления и легирования сталей, из которых изготавливаются трубы и другой прокат, работающий в области низких температур.

Известен способ производства силикомарганца, включающий в себя дозирование марганцевого концентрата, кварцита, углеродистых восстановителей и флюса, загрузку их в рудно-термическую электрическую печь, карботермическое восстановление и выпуск сплава и шлака из печи (Рысс М.А. Производство ферросплавов. М.: Металлургия, 1985, с. 166-173).

Известен способ производства азотированного силикомарганца, включающий в себя дробление полученного силикомарганца и насыщение твердого порошка молекулярным азотом. (Гасик М.И., Лякишев Н.П. Теория и технология электрометаллургии ферросплавов. М.: «СП ИНТЕРМЕТ ИНЖИНИРИНГ», 1999, с. 394-397). Недостатками данного способа являются потери сплава при дроблении и сложность аппаратурного оформления данного способа получения азотированного сплава, что приводит к высокой себестоимости сплава.

Известен способ производства легирующих материалов на основе нитрида кремния (патент RU №2210615, С22С 33/03, С22С 29/16, опубл. 20.08.2003), включающий азотирование исходного кремнийсодержащего материала в самоподдерживающемся режиме горения в азоте при повышенном давлении азота, при этом азотирование осуществляют порошками сплавов одного или нескольких металлов, выбранных из ряда, содержащего кальций, алюминий, титан, цирконий, ванадий, ниобий, хром, марганец, железо, с кремнием при содержании кремния 15-95 вес.%. В качестве исходного кремнийсодержащего материала используют смесь порошков двух кремнийсодержащих сплавов: силикокальция, силикохрома, силикомарганеца или ферросилиция. Азотирование кремнийсодержащего материала осуществляют под давлением 0,5-14,0 МПа, а исходный кремнийсодержащий сплав измельчают в порошок с размером частиц 0-3,15 мм. Недостатком данного способа является сложность схемы получения заявленного продукта, включая предварительное измельчение сплавов, что увеличивает стоимость конечной продукции.

Известен способ получение азотированного силикомарганца (патент RU №2184170, С22В 33/00, С22В 33/04, опубл. 27.06.2002), включающий измельчение азотируемого ферросплава и засыпку в контейнер по высоте формируемого слитка шихты, состоящей из порошка азотируемого ферросплава и воспламеняющей смеси, размещение контейнера в реакторе самораспространяющегося высокотемпературного синтеза, инициирование реакции горения воспламеняющей смесью и азотирование в режиме горения при повышенном давлении азота, при этом воспламеняющую смесь засыпают по центру контейнера в количестве 3-20% от массы формируемого слитка, вокруг нее размещают азотируемый порошок ферросплава с зазором относительно стенок реактора, инициирование реакции горения воспламеняющей смесью производят при давлении азота 70-90 атм., формируя цилиндрический фронт горения, а азотирование в режиме производят в контейнере с газопроницаемыми стенками. После формирования фронта горения в реактор дополнительно подают азот и поддерживают его давление в пределах 100-150 атм. В качестве воспламеняющей смеси используют смесь окислов азотируемого металла и/или окислов железа и восстановителя. Недостатком данного способа получения азотированного силикомарганца является сложность аппаратурного оформления, необходимость дробления исходных компонентов, что увеличивает стоимость получения конечного продукта.

По технической сущности, по наличию общих признаков данное техническое решение принято в качестве ближайшего аналога.

Недостатком данного способа получения азотированного силикомарганца является сложность аппаратурного оформления, необходимость дробления исходных компонентов, что увеличивает стоимость получения конечного продукта.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение технико-экономической эффективности процесса производства азотированного силикомарганца.

Техническим результатом является получение силикомарганца, содержащего азот, в процессе восстановительной плавки силикомарганца в рудно-термической электрической печи; повышение степени извлечения марганца.

Технический результат достигается за счет того, что в способе получения азотированного силикомарганца, включающем подготовку и загрузку шихты с восстановительной смесью и азотирование, в качестве восстановительной смеси используют отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, а восстановительную плавку и азотирование ведут одновременно.

В качестве азотирующего компонента используют нитрид кремния, входящий в состав отходов карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров.

Технический результат достигается также за счет того, что шихта для получения азотированного силикомарганца содержат марганцевую руду и/или марганцевый концентрат, кварцит, доломит и/или каменный уголь и отходы карбидокремниевой футуровки при следующем соотношении компонентов, мас.%:

марганцевая руда и/или марганцевый концентрат	54-62,5
кварцит	0,0- 9,9
кокс и/или каменный уголь	0-6,8
доломит	5,4-6,2
отходы карбидокремниевой футеровки	23,8-31,2

Сущность изобретения заключается в том, что в способе производства силикомарганца, включающем дозирование, смешивание, загрузку на колошник и проплавление шихты из марганцевой руды, кварцита, кокса и доломита, выпуск металла и шлака из печи, в составе шихты в качестве восстановителя применяют отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, которые содержат до 70% карбида кремния и до 26% нитрида кремния. В процессе восстановительной плавки силикомарганца силикотермическое восстановление марганца карбидом кремния по реакции

3МnО+SiC=3Мn+SiO₂+СО,

увеличивает степень восстановления марганца и снижает содержание марганца в шлаке и дальнейшее восстановление кремния из кремнезема по реакции

SiO₂+SiC=3Si+2CO

ведет к необходимому для силикомарганца содержанию кремния в сплаве. Одновременно происходит разложение нитрида кремния на кремний и азот, который взаимодействует с восстановленным марганцем с образование нитрида марганца:

Si₃N₄=3Si+2N₂

2Mn+N₂=2MnN

Применение в шихте для получения силикомарганца в качестве восстановителя карбида кремния отходов карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров и одновременное восстановление кремния имеет признаки отличия от прототипа и обуславливает новизну технического решения. Азотирование силикомарганца в процессе восстановительной плавки в рудно-термической печи отвечает критерию «существенное отличие».

Осуществление способа проводится следующим образом.

В промышленную печь, мощностью 9 МВА, загружали шихту, состоящую их марганцевой руды, кварцита, кокса (каменного угля), дробленых отходов карбидокремниевых плит и доломита, вели восстановительную плавку и выпускали расплав из печи. Контролировали содержание марганца, кремния и азота в сплаве.

Пример 1.

Состав навески шихты (прототип), мас.%:

- марганцевая руда - 62,5;

- кварцит - 15,8;

- кокс - 17,4;

- доломит - 4,3.

Содержание в сплаве составило: марганца - 65,1%, кремния - 17,3%, азота - 0,0%; извлечение марганца - 67,8%.

Пример 2.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевая руда и марганцевый концентрат - 56,3;

- кварцит - 7,5;

- кокс - 14,6;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 14,1;

- доломит - 7,5.

Содержание в сплаве составило: марганца - 65,5%, кремния - 16,9%, азота - 0,12%; извлечение марганца - 72,4%.

Пример 3.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевая руда -54,1;

- кварцит - 9,9;

- кокс - 6,8;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 23,8;

- доломит - 5,4.

Содержание в сплаве составило: марганца - 66,1%, кремния - 17,4%, азота - 4,18%; извлечение марганца - 73,5%.

Пример 4.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевый концетрат - 58,8;

- каменный уголь - 5,9;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 29,4;

- доломит - 5,9.

Содержание в сплаве составило: марганца - 66,9%, кремния - 17,7%, азота - 4,42%.

Пример 5.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевая руда - 62,5;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 31,3;

- доломит - 6,2.

Содержание в сплаве составило: марганца - 66,2%, кремния - 18,1%, азота - 4,23%; извлечение марганца - 76,62%.

Пример 6.

Состав навески шихты, мас.%:

- марганцевая руда - 64,3;

- отходы карбидокремниевой футеровки - 35,0;

- доломит - 6,2.

Содержание в сплаве составило: марганца - 66,4%, кремния - 19,6%, азота - 3,23%; извлечение марганца - 68,3%.

В процессе испытаний, при проведении восстановительной плавки, был получен азотированный силикомарганец с содержанием азота 4.18-4,42%, который относится к низкоазотистым сортам ферросплавов (примеры 3, 4, 5) при следующем соотношении компонентов шихты, мас.%:

марганцевая руда и/или марганцевый концетрат	54,1-62,5
кварцит	0,0-9,9
кокс и/или каменный уголь	0-6,8
доломит	5,4-6,2
отходы карбидокремниевой футеровки	23,8-31,2

1. Способ получения азотированного силикомарганца в дуговой рудно-термической электропечи, включающий подготовку и загрузку в печь марганцевой руды и/или марганцевого концентрата и восстановительной смеси, восстановительную плавку и азотирование, отличающийся тем, что в качестве восстановительной смеси используют кварцит, доломит, кокс и/или каменный уголь и отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие нитрид кремния, при этом восстановительную плавку и азотирование проводят одновременно.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используют отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие до 70% карбида кремния и до 26% нитрида кремния.

3. Шихта для получения азотированного силикомарганца в дуговой рудно-термической электропечи, содержащая марганцевую руду и/или марганцевый концентрат и восстановительную смесь, отличающаяся тем, что восстановительная смесь содержит кварцит, доломит, кокс и/или каменный уголь и отходы карбидокремниевой футеровки алюминиевых электролизеров, содержащие нитрид кремния, при этом компоненты шихты взяты в соотношении, мас.%:

марганцевая руда и/или марганцевый концентрат	54,1-62,5
кварцит	до 9,9
кокс и/или каменный уголь	до 6,8
доломит	5,4-6,2
отходы карбидокремниевой футеровки	23,8-31,2

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения продукта на основе расплавленного хрома с высоким содержанием углерода из содержащего хром и углерод материала.

Способ пирометаллургической переработки окисленной никелевой руды // 2639396

Изобретение относится к металлургии, в частности к процессу пирометаллургической переработки окисленных никелевых руд с получением ферроникеля и чугуна. Способ включает загрузку окисленной никелевой руды совместно с флюсующими добавками и углеродсодержащим материалом, взятым в количестве 1,0-1,1 от стехиометрически необходимого для частичной металлизации никеля и восстановления железа до двухвалентного состояния, в печь металлизации, нагрев шихты до температуры на 50°C ниже температуры начала ее размягчения за счет тепла газов, получаемых в котле-утилизаторе, подачу нагретой шихты в трехзонную печь, в которой происходит расплавление металлизованной шихты в зоне плавления за счет тепла, поступающего от сжигания природного газа в кислороде с коэффициентом расхода окислителя α=0,8-0,9.

Способ получения лигатуры ванадий-марганец-кремний // 2633678

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству ферросплавов. Восстановительную плавку проводят поэтапно, при этом вначале 10-60% от общего количества обогащенного ванадиевого шлака, необходимого на восстановительную плавку, проплавляют совместно с углеродистым восстановителем в соотношении 1:(0,1-0,3), затем, после образования металлической ванны, 85-98% от оставшейся части ванадиевого шлака проплавляют совместно с углеродистым восстановителем, алюминием и известью в соотношении 1:(0,02-0,09):(0,3-0,7):(0,3-0,5) и завершают процесс проплавлением шихтовой смеси, содержащей ванадиевый шлак, алюминий и известь в соотношении 1:(0,7-3,5):(0,7-3,5).

Шихта для выплавки ферросиликоалюминия // 2621537

Изобретение относится к области черной металлургии, в частности к составу шихты для выплавки ферросиликоалюминия, полученного из некондиционного сырья - глиноземных бокситов и применяемого для комплексного раскисления стали.

Шихта и способ алюминотермического получения ферротитана с ее использованием // 2608936

Изобретение относится к алюминотермическому получению ферротитана, содержащего 28-40 мас.% титана. Шихта содержит концентрат ильменитовый, содержащий 59-65 мас.% TiO2, дробленый электропечной титаносодержащий шлак, содержащий 54-59 мас.% TiO2, дробленый шлак производства ферротитана, содержащий 17-21 мас.% TiO2, алюминий вторичный, известь с содержанием углерода не более 0,3%, окалину железную, ферросилиций 65%-ный и стальной лом.

Способ получения литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали // 2605017

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению литой дисперсионно-твердеющей ферритокарбидной стали для изготовления литых штампов горячего деформирования, пресс-форм для литья под давлением, ковочных штампов для твердожидкой штамповки.

Способ повышения степени восстановления при выплавке ферросплава // 2600788

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при выплавке ферросплава, используемого для изготовления нержавеющей стали. Хромитовый концентрат подают совместно с никельсодержащим сырьевым материалом, так что посредством подаваемого количества никельсодержащего сырьевого материала достигают требуемой степени восстановления металлических компонентов ферросплава, при этом по меньшей мере одну часть никельсодержащего сырьевого материала подают в плавильную печь в составе гранул, получаемых из хромитового концентрата, и по меньшей мере одну часть никельсодержащего сырьевого материала предварительно обрабатывают отдельно от гранул хромитового концентрата перед подачей в плавильную печь.

Способ производства низкоуглеродистого феррохрома // 2590742

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве низкоуглеродистых сортов феррохрома. В способе используют шихту в виде гомогенезированной смеси измельченных материалов при соотношении (%): хромового концентрата, извести и ферросилиция 75% (45-44):(40-44):(15-12) соответственно, производят выпуск феррохрома из электропечи при содержании углерода 0,08-0,20% и его вакуум-кислородное обезуглероживание в ковше до содержания углерода 0,03-0,01%.

Способ производства ванадийсодержащего шлака, пригодного для получения из него напрямую товарного феррованадия // 2588926

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в производстве богатых ванадийсодержащих шлаков и товарного феррованадия. В способе осуществляют заливку ванадиевого низкокремнистого чугуна в дуговую сталеплавильную печь, нагревают чугун до температуры деванадации 1421-1470°C, по результатам анализа шлака производят постепенную порционную присадку окалины в количестве 4-8% от массы чугуна и соды (Na2 CO3) в количестве 7-10% от массы шлака, дополнительно вводят углерод с поддержанием в шлаке содержания FeO 10-15% и соотношения (Na2O)/(V2O5) в пределах 0,3-0,5 и при достижении в шлаке отношения V/Fe=1,3-2,3 процесс деванадации чугуна заканчивают, выпускают шлак, содержащий 27-32% V2O5, при этом в процессе деванадации до самого выпуска осуществляют непрерывное глубинное перемешивание металла аргоном или азотом через дно или через погружные фурмы с удельной интенсивностью 0,01-0,03 м3/(т·мин).

Конструкционная криогенная аустенитная высокопрочная свариваемая сталь и способ ее получения // 2585899

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению конструкционных аустенитных сталей для изготовления хладостойких высокопрочных сварных конструкций, используемых при транспортировке сжиженных газов.

Способ получения "суперсплава" на основе титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния из водяной суспензии частиц, содержащей соединения этих элементов руды, и устройство для его осуществления // 2634562

Группа изобретений относится к получению суперсплава, состоящего из титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, алюминия, железа, хрома, меди и кремния.

Способ ведения восстановительной плавки в руднотермической электрической печи // 2629415

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения технического кремния и кремнистых сортов ферросплавов в руднотермических электропечах.

Способ переработки окисленных никелевых руд // 2624880

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано для получения ферроникеля в печи Ванюкова непрерывным процессом. Способ включает предварительную сушку никелевой руды, обжиг никелевой руды в трубчатой вращающейся печи, непрерывную загрузку полученного огарка на подину печи Ванюкова, включающей плавильную и восстановительную зоны и сифон, расплавление огарка в плавильной зоне печи, перетекание полученного расплава в восстановительную зону печи и сифон, выпуск полученного шлака и выпуск расплава ферроникеля из печи в ковш.

Способ дефосфорации железных руд и концентратов // 2613833

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано в процессах получения чугуна из окисленного железосодержащего сырья. В способе осуществляют расплавление в печи железорудного концентрата и дефосфорацию оксидного железосодержащего расплава.

Способ приготовления шихты для выплавки титановых шлаков в рудно-термической печи // 2612332

Изобретение относится к металлургии, а именно к получению металлического титана из титановых шлаков, в частности к подготовке шихты для выплавки титановых шлаков в рудно-термической печи.

Способ получения сплава, состоящего из титана, железа, хрома и циркония, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, железа, хрома и циркония, и устройство для его осуществления // 2606669

Изобретение относится к способу получения сплавов, состоящих из титана, железа, хрома и циркония, из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения этих элементов, и устройству для его осуществления.

Металлические волокна из жаростойкого сплава (варианты) и изделие, выполненное из металлических волокон // 2573542

Группа изобретений относится к металлическим волокнам жаростойкого сплава, которые могут быть использованы для получения истираемых уплотнений проточной части турбины авиационного газотурбинного двигателя.

Способ выплавки технического кремния // 2570153

Изобретение относится к области металлургии, а именно к получению металлов и сплавов в руднотермических электропечах, и может быть использовано в производстве технического кремния и кремнистых ферросплавов.

Способ получения сплава на основе титана из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана, и устройство для его осуществления // 2567768

Группа изобретений относится к получению сплава на основе титана из водной суспензии частиц руд, содержащих соединения титана. Способ включает генерацию магнитных полей, накладываемых на порции перерабатываемой сырьевой массы, восстановление металлов из руд при непрерывном перемешивании сырьевой массы с последующим накоплением и формированием продукта в виде кольцевого столбчатого монокристалла, состоящего из интерметаллида, выбранного из ТiАl3, TiFeAl2, TiAl2Fe, TiFe3, и его выгрузку.

Способ производства ферросплавов на механизированном комплексе // 2497969

Изобретение относится к области металлургии и может быть использовано при производстве ферросплавов, в частности ферромарганца или ферросиликомарганца. Способ включает разливку ферросплава из ковша в перемещаемые изложницы, кантование изложниц для извлечения слитков ферросплава, дробление слитков ферросплава и загрузку дробленого ферросплава в переносной короб.

Фрикционный материал на основе железа // 2647060

Изобретение относится к составам фрикционных материалов, предназначенных для работы в тормозных устройствах. Фрикционный материал на основе железа содержит, мас. %: хром 8,0-12,0; никель 23,0-27,0; вольфрам 7,0-8,5; углерод 5,0-7,0; сульфид меди 2,0-3,0; молибден 4,0-6,0; нитрид ванадия 3,0-5,0; железо - остальное. Повышается износостойкость фрикционного материала. 1 табл.