Шихта и электропечной алюминотермический способ получения феррониобия с ее использованием

Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения феррониобия электропечным алюминотермическим способом в наклоняющемся горне с периклазовой футеровкой. Шихта содержит, мас.%: пентаоксид ниобия 42,6-49,3, окалину железную 11,5-15,0, порошок алюминия 19,2-20,9, известь обожженную 11,2-12,3, стальной лом 3,5-6,0, флюс глиноземсодержащий 3,0-6,0. При использовании шихты заявленного состава на подину наклоняющегося горна загружают стальной лом, а затем запальную часть шихты, содержащую окалину железную, порошок алюминия и известь при их соотношении 1:0,3:0,3:(1-2) и зажигают ее запальной смесью, после наплавления расплава зажигают электрические дуги и далее по мере проплавления загружают ниобийсодержащую шихту, содержащую всю навеску пентаоксида ниобия и известь обожженную в количестве 91,6-92,6 мас.% от общей навески извести на плавку, после ее проплавления отключают электропечь, загружают и проплавляют восстановительную часть шихты, содержащую оставшиеся навески окалины железной, порошка алюминия и молотого флюса глиноземсодержащего при их соотношении 1:(1,6-2,3):(0,25-0,72), а по окончании плавки металлический и шлаковый расплав выдерживают в горне в течение 5-10 минут для полного осаждения капель сплава, а затем сливают расплав в шлаковню. Изобретение позволяет повысить извлечение ниобия в сплав, частично заменить приход тепла от экзотермических реакций на тепло от электрических дуг, снизить удельный расход порошка алюминия на плавку, снизить общую массу шихты и шлакового расплава, а также производственную себестоимость продукции и снизить экологическую опасность от техногенных образований и затрат на утилизацию шлака. 2 н.п. ф-лы, 1 табл.

 

Группа изобретений, объединенных единым изобретательским замыслом, относится к металлу, в частности к получению феррониобия электропечным алюминотермическим способом с низким содержанием кремния, серы, меди и фосфора, предназначенного для легирования стали, сплавов и чугуна.

Из уровня техники известна шихта (Рысс М.А. Производство ферросплавов. М. Металлургия, 1975 С. 294-300.) для получения феррониобия внепечным алюминотермическим способом восстановления ниобия и железа из пятиокиси ниобия и железной руды алюминием, компоненты, которой взяты в следующем соотношении, мас. %: пятиокись ниобия 47,6-53,5; железная руда 16-19; известь 5,3-9,5; алюминий 23,8-25,1, при использовании которой получают феррониобий следующего химического состава, мас. %: ниобий 65,8; кремний 0,92; алюминий 3,6; титан 0,93; углерод 0,024; сера 0,013;фосфор 0,14; остальное железо. Извлечение ниобия в сплав - 92,6%.

Известна шихта (Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф., Лаппо С.И. Алюминотермия. М. Металлургия, 1978, С. 294-299) для получения феррониобия внепечным алюминотермическим способом восстановлением ниобия и железа из пятиокиси ниобия и железной руды алюминием, содержащая мас. %: пятиокись ниобия 50,3; железная руда 17,6; известь 5,5; алюминий 24,6; магнезитовый порошок 2,0, при использовании которой получают феррониобий следующего химического состава, мас. %: ниобий 69,7; кремний 0,7; алюминий 2,5; титан 0,1; углерод 0,4; сера 0,01; фосфор 0,17. Извлечение ниобия в сплав - 94,39%.

Наиболее близкий по технической сущности и достигаемому результату является шихта (RU, 2180362 С1, 2000 г.) для получения феррониобия внепечным алюминотермическим способом восстановлением ниобия и железа из пентаоксида ниобия и железной окалины алюминием, компоненты которой взяты в следующем соотношении, мас. %: пентаоксид ниобия 39-48; железная окалина 20-27; известь 8-13; алюминий 21-24; а также шихта, дополнительно содержащая стальной лом, компоненты которой взяты в следующем соотношении, мас. %: пентаоксид ниобия 40-47; железная окалина 21-26; известь 9-12; алюминий 21-24; стальной лом 0,7-2,0.

Данная шихта позволяет получать феррониобий следующего химического состава, мас. %: ниобий 58,3-60,7; кремний 0,6-0,8; алюминий 1,9-2.6. Извлечение ниобия в сплав - 93,8-94,3%.

Опыт использования известных составов шихты выявил ряд негативных факторов технологического процесса при производстве феррониобия. Например, необходимость значительного количества экзотермического тепла от реакций алюминия с оксидами железа на ведение металлургических процессов; сложности в части обеспечения устойчивого необходимого критического уровня термичности шихты; получение феррониобия производится с относительно низким выходом высших марок феррониобия по содержанию фосфора и углерода.

Задачей изобретения является создание состава шихты, обеспечивающей стабильный безопасный технологический процесс получения высококачественного феррониобия (с низким содержанием кремния, углерода, фосфора) с использованием тепла, получаемого преимущественно за счет электроэнергии, и достижение высокого извлечения ниобия в сплав.

Поставленная задача достигается тем, что по сравнению с известным составом шихты, содержащим пентаоксид ниобия, порошок алюминия, железную окалину, известь обожженную, стальной лом, заявленный состав шихты дополнительно содержит флюс глиноземсодержащий молотый и изменен по соотношению компонентов с целью уменьшении расхода порошка алюминия и железной окалины на единицу выплавляемого феррониобия, а также с целью снижения общей массы шихты и шлакового расплава, при этом компоненты шихты взяты при следующем качественном и количественном соотношении, мас. %: пентаоксид ниобия 42,6-49,3; порошок алюминия 19,2-20,9; окалина железная 11,5-15,0; известь обожженная 11,2-12,3; флюс глиноземсодержащий молотый 3,0-6,0; стальной лом 3,5-6,0.

Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что заявленный качественный и количественный состав компонентов шихты позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов их концентрации приводит к нарушению теплового режима плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей процесса получения конечной продукции.

При содержании пентаоксида ниобия ниже 42,6% увеличивается концентрация алюминия в металле и снижается содержание ниобия в сплаве, что снижает качество феррониобия. При содержании пентаоксида ниобия выше 49,3% увеличивается остаточное содержание его в шлаке и снижается извлечение ниобия в сплав.

При содержании окалины железной ниже 11,5% снижается термичность шихты и ухудшаются процессы осаждения сплава в блок металла. В результате снижается извлечение ниобия в металл. При содержании окалины железной выше 15,0% возрастает термичность шихты, что приводит к «горячему» ходу плавки и разбросу шихты, увеличивается скорость проплавления шихты и количество пылеуноса шихтовых материалов, повышается износ периклазовой футеровки горна, а также повышается расход порошка алюминия и понижается содержание ниобия в сплаве.

При содержании порошка алюминия ниже 19,2% снижается термичность шихты, ход плавки становится «холодным», понижается содержание ниобия в сплаве и повышается остаточное содержание оксида ниобия в шлаке, в результате снижается извлечение ниобия в металл. При содержании порошка алюминия выше 20,9% увеличивается содержание алюминия в сплаве, увеличивается термичность шихты, что приводит к «горячему» ходу плавки и разбросу шихты, увеличивается скорость проплавления шихты и количество пылеуноса шихтовых материалов.

При содержании извести обожженной ниже 11,2% ухудшаются условия связывания образующегося глинозема и затрудняются условия восстановления ниобия алюминием. Возрастает температура плавления шлака и снижается извлечение ниобия в блок металла. При содержании извести обожженной более 12,3% шлак получается более легкоплавкий, жидкоподвижный и возрастает аварийность при выплавке.

Стальной лом по сравнению с железной окалиной имеет только оксидную пленку и не требует алюминия на восстановление железа, поэтому добавка стального лома снижает удельный расход порошка алюминия и железной окалины на плавке.

При содержании стального лома ниже 3,5% ухудшаются условия поддержания стабильного электрического режима при проплавлении ниобийсодержащей части шихты и затрудняются условия формирования слитка феррониобия. При содержании стального лома более 6,0% ухудшается тепловой баланс при проплавлении запальной и ниобийсодержащей частей шихты, снижается содержание ниобия в сплаве, что приводит к снижению качества феррониобия.

Флюс глиноземсодержащей молотый используется для регулирования теплового режима (снижает термичность восстановительной внепечной части шихты, исключая «горячий» ход плавки и уменьшает пылеунос шихтовых материалов).

При содержании флюса глиноземсодержащего молотого менее 3,0% возрастает термичность восстановительной части шихты, что приводит к выбросам шихты и расплава из горна, ухудшается рафинирующее влияние шлака на химический состав металла. При содержании флюса глиноземсодержащего молотого более 6,0% снижается термичность восстановительной части шихты и окончательная температура расплава, что приводит к снижению извлечения ниобия в металл за счет неполного осаждения корольков феррониобия в слиток металла.

Заявленный состав шихты используется для получения феррониобия электропечным алюминотермическим способом, с использованием преимущественно тепла от электрических дуг и относительно меньшего количества тепла от экзотермических реакций алюминия и оксидов железа.

Из уровня техники известен алюминотермический способ (RU, 2180362 С1, 2000 г.) внепечной выплавки феррониобия, включающий по стадийные загрузку и проплавление в наклоняющемся горне шихты, содержащей технический пентаоксид ниобия, железную окалину, порошок алюминия и известь, слив продуктов в изложницу. Первоначально проплавляют 68-79 мас. % железной окалины от общего ее количества в смеси с порошком алюминия и известью в соотношении 1:(0,22-0,28):(0,27-0,37) соответственно. Затем загружают и проплавляют смесь технического пентаоксида ниобия с 69-76 мас. % порошка алюминия от общего количества последнего в шихте, после чего загружают и проплавляют остальное количество железной окалины, порошка алюминия и извести в смеси при их соотношении 1:(0,31-0,38):(0,82-0,88) соответственно.

Как вариант первоначально в наклоняющийся горн подают стальной лом в количестве 3-11 мас. % от общего количества железной окалины в шихте, после чего 70-78 мас. % железной окалины от ее общего количества проплавляют в смеси с порошком алюминия и известью в соотношении железная окалина, стальной лом, порошок алюминия и известь 1:(0,03-0,12):(0,24-0,28):(0,30-0,36) соответственно. Затем загружают и проплавляют смесь технического пентаоксида ниобия с 70-76 мас. % порошка алюминия от общего количества последнего в шихте, после чего загружают и проплавляют остальное количество железной окалины, порошка алюминия и извести в смеси при их соотношении 1:(0,32-0,36):(0,82-0,88) соответственно.

Недостатками этого способа являются: относительно высокий расход порошка алюминия и железной окалины на базовую тонну феррониобия для обеспечения уровня термичности шихты, необходимого для расплавления шихтовых материалов и последующих процессов восстановления железа и ниобия из их оксидов, при этом все тепло в процесс вносится за счет экзотермических реакций, и вследствие этого повышается себестоимость феррониобия.

Известен способ алюминотермического получения феррониобия (RU, 2440435 С2, 2009), включающий стадийные загрузку и проплавление шихты, содержащей ниобиевый концентрат, железную окалину, известь, алюминий, и слив полученного расплава. При этом на первой внепечной стадии загружают шихту со скоростью 230-260 кг/(м²⋅мин), содержащую 10-11% ниобиевого концентрата от его массы на плавку, 16-19% железной окалины от ее массы на плавку и алюминий 0,92-0,99 от стехиометрически необходимого на восстановлении ниобия в шихте на первой стадии плавки, на второй стадии загружают и проплавляют в электропечи ниобиевый концентрат со скоростью 14-20 кг/(м²⋅мин) в количестве 26,5-40,5% от его массы на плавку, на третьей внепечной стадии загружают шихту со скоростью 250-420 кг/(м²⋅мин), содержащую 48,5-63,5% ниобиевого концентрата от его массы на плавку, 17,5-24,5% железной окалины от ее массы на плавку и алюминий в количестве 1,25-1,57 от стехиометрически необходимого на восстановление ниобия в шихте на третьей стадии плавки, на четвертой внепечной стадии загружают шихту со скоростью 105-125 кг/(м²⋅мин), содержащую 56,5-66,5% железной окалины от ее массы на плавку, известь в количестве 4,0-6,5 от массы ниобиевого концентрата на плавку и алюминий в количестве 2,03-2,25 от стехиометрически необходимого на восстановление оксидов ниобия в шлаковом расплаве. После расплавления шихты расплав прогревают под дугами электропечи перед сливом 0,15-0,25 времени проплавления шихты.

Недостатками известного способа являются сложность контроля и осуществление многостадийного технологического процесса алюминотермического получения феррониобия, возможность получения только стандартных низкокремнистых марок феррониобия с повышенным содержанием фосфора.

Наиболее близким, по технической сущности, является способ получения низкокремнистого феррониобия (RU 2173350 С1 2000) с использованием электродуговой печи, включающий подготовку запальной, ниобийсодержащей, восстановительной и рафинировочной частей шихты, их последовательную загрузку в плавильный агрегат и поэтапное проплавление, проведение процессов восстановления и рафинирования расплава, слив расплава в приемную изложницу, выдержку до затвердевания и разделку слитка на габаритные фракции, при этом в качестве ниобийсодержащей шихты используют отходы, содержащие гидроокись ниобия, в качестве плавильного агрегата используют электродуговую печь, при этом сначала в электродуговую печь загружают и расплавляют запальную и ниобийсодержащую части шихту, а процессы восстановления и рафинирования расплава проводят при периодической подаче охладителя. При этом используют состав шихты при следующем количественном соотношении компонентов: отходы, содержащие гидроокись ниобия - 1, порошок алюминия - 0,35-0,45; железная руда и/или окалина - 0,28-0,36; известь - 0,35-0,45.

Известные промышленные способы имеют общие недостатки: сложность технологического процесса в части гарантированного обеспечения устойчивого критического уровня термичности шихты, скорости проплавления, определяющих степень извлечения ниобия в сплав; повышенный расход алюминия для обеспечения необходимого уровня термичности на плавку 19-20 ккал/г-ат.

Задачей изобретения является создание простого мало затратного надежного способа получения высококачественного феррониобия, обеспечивающего стабильный высокий выход высшей марки феррониобия в соответствии с требованиями ГОСТ 16773-2003.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в отличии от известного алюминотермического способа получения низкокремнистого феррониобия, включая подготовку, загрузку и проплавление шихты, содержащей гидроокись ниобия, окалину железную, порошок алюминия и известь, в наклоняющемся плавильном горне, футерованном периклазовым кирпичом, в заявленном электропечном алюминотермическом способе феррониобий получают алюминотермическим восстановлением ниобия из подготовленного оксидного расплава пентаоксида ниобия с известью, и железа из оксидов окалины железной в процессе последовательного проплавления частей шихты в смеси с порошком алюминия и флюсом глиноземсодержащим в качестве охладителя для регулирования температурного режима процесса, а компоненты шихты взяты при следующем содержании, мас. %: пентаоксид ниобия 42,6-49,3, окалина железная 11,5-15,0, порошок алюминия 19,2-20,9, известь обожженная 11,2-12,3, стальной лом 3,5-6,0, флюс глиноземсодержащий молотый 3,0-6,0. Плавку феррониобия ведут с нижним запалом шихты. Причем вначале загружают в горн на подину стальной лом 3,5-6,0 мас. % от общей навески шихты, затем насыпают запальную часть шихты, содержащую окалину железную 2,9-3,3 мас. % от общей навески шихты (20,0-28,4 мас. % от общей навески окалины), порошок алюминия 0,9-1,0 мас. % и известь обожженную 0,9-1,0 мас. % от общей навески шихты (7,4-8,3 мас. % от общей навески извести). Смесь (окалина железная, порошок алюминия, известь обожженная, стальной лом) в соотношении 1:0,3:0,3:(1-2) зажигают обычно применяемой в ферросплавном производстве запальной смесью, после чего включают электропечь и зажигают дуги. Затем загружают из печного бункера в плавильный горн по мере проплавления ниобийсодержащую часть шихты, содержащую всю навеску пентаоксида ниобия и 10,5-10,9 мас. % извести обожженной (91,6-92,6 мас. % от общей навески извести). На этой стадии формируют легкоплавкий оксидный расплав, закрытый на колошнике небольшим слоем шихты. При этом токовую нагрузку поддерживают в пределах 5-7 кА без погружения графитовых электродов в расплав, чтобы исключить местный перегрев расплава и уменьшить улет оксидов ниобия. После проплавления ниобийсодержащей шихты отключают электропечь и в горне внепечным способом проплавляют восстановительную часть шихты, содержащую оставшуюся часть окалины железной, порошка алюминия и всю навеску охладителя - молотого флюса глиноземсодержащего при их соотношении 1:(1,6-2,3):(0,25-0,72), не допуская вспенивания расплава и сильного дымовыделения. По окончанию плавки расплав выдерживается в горне в течение 5-10 минут для окончания восстановительных реакций и осаждения капель металла. Затем расплав сливают в шлаковню для полной кристаллизации продуктов плавки. При этом сначала в шлаковню подливают шлак на высоту 200-250 мм и делают выдержку 3-5 минут для образования шлакового гарнисажа, после чего сливают оставшийся расплав. После кристаллизации и охлаждения, блок с продуктами плавки извлекают из шлаковни, металл отделяют от шлака, чистят и пакуют в готовую продукцию.

Заявленный способ позволяет решать поставленную задачу, а отклонения от указанных пределов и режимов приводят к нарушению теплового режима плавки, ухудшению качества и технико-экономических показателей процесса получения конечной продукции.

При токовой нагрузке ниже 5 кА возникают трудности с поддержанием стабильного горения электрических дуг и в результате снижается извлечение ниобия в металл. При токовой нагрузке более 7 кА могут быть местные перегревы шихты и расплава, что приведет к испарению оксидов ниобия, увеличивается скорость проплавления шихты и количество пылеуноса шихтовых материалов.

При выдержке расплава в горне перед разливкой менее 5 минут не полностью проходят восстановительные процессы в шлаке и ухудшается рафинирующее влияние шлака на химической состав металла. Происходит неполное осаждение капель металла от колошника через слой шлака в слиток металла. Температура расплава, сливаемого в шлаковню, остается высокой, что может увеличивать аварийность при выплавке. При выдержке расплава в горне более 10 минут понижается температура сливаемого расплава, что приводит к неполному осаждению капель металла из шлака после разливки в шлаковню, ухудшается разделение фаз на границе шлак-металл, снижается извлечение ниобия в металл.

При подливе шлака в шлаковню на высоту менее 200 мм высота защитного гарнисажа может оказаться меньше высоты блока металла и возрастает аварийность при плавке. При подливе шлака в шлаковню на высоту более 250 мм масса подлитого шлака имеет большее теплосодержание, в результате толщина защитного гарнисажа может оказаться меньше необходимой и повышается вероятность прогара гарнисажа и шлаковни после слива металла.

При выдержке для образования шлакового гарнисажа менее 3 минут снижается толщина защитного гарнисажа и возрастает аварийность при выплавке. При выдержке для образования шлакового гарнисажа выше 5 минут на поверхности шлака образуется твердая корка, которую не сразу пробивает струя окончательно сливаемого расплава, в результате часть металла остается в шлаке и не попадает в образующийся слиток, а также может разбрызгиваться из шлаковни в камеру электропечи.

Совокупность заявленных существенных признаков предопределяет решение поставленной задачи по достижению технического результата - создания простого надежного способа получения высококачественного феррониобия электропечным алюминотермическим способом с низким расходом алюминия и железной окалины на единицу выплавляемого феррониобия, в снижении общей массы шихты и шлакового расплава, что требует меньшего количества экзотермического тепла ведение технологического процесса, снижает экологическую опасность от техногенных образований и затраты на его утилизацию.

Выплавку производят в электропечи в наклоняющемся плавильном горне, футерованном периклазовым кирпичом. При подготовке шихты в смесительный барабан загружают компоненты шихты и тщательно перемешивают между собой. Запальная, ниобийсодержащая и восстановительная части шихты, набираются и загружаются в печные бункера плавильного агрегата. В начале в горн на подину загружают навеску стального лома, а затем запальную часть шихты, и зажигают ее запальной смесью, после наплавления расплава зажигают электрические дуги и затем загружают из печного бункера в плавильный горн по мере проплавления ниобийсодержащую шихту, стараясь держать колошник закрытым слоем шихты. При этом токовую нагрузку поддерживают в пределах 5-7 кА, чтобы не допускать местных перегревов расплава и уменьшить улет оксидов ниобия. После проплавления ниобийсодержащей шихты и отключения электрических дуг, в горне проплавляют восстановительную часть шихты, не допуская вспенивания расплава и сильного дымовыделения. По окончанию плавки расплав выдерживается в горне в течение 5-10 минут для окончания восстановительных реакций и осаждения капель металла, а затем сливается в шлаковню для полной кристаллизации продуктов плавки. При этом сначала в шлаковню подливается шлак на высоту 200-250 мм и делается выдержка 3-5 минут для образования шлакового гарнисажа, после чего сливается оставшийся расплав. После кристаллизации и охлаждения продуктов плавки металл отделяют от шлака и пакуют в готовую продукцию.

Для реализации заявленного способа применяют следующие компоненты: пентаоксид ниобия по ТУ 1763-019-00545484-2000, порошок алюминия по СТО 03-74-11, производимый из алюминия первичного по ГОСТ 11069-2001, известь обожженная по СТО 03-75-11, окалина железная по ГОСТ 2787-75 или окалина железная обожженная по СТО-03-125-15, флюс глиноземсодержащий по ТУ 38.32.22-068-00186482-2017, лом стальной по ГОСТ 2787-75.

Сущность изобретения, достижение технического результата подтверждаются примерами конкретного выполнения.

Пример 1 (прототип по шихте). Масса подготовленной на плавку шихты составила 2785 кг. Загружали и проплавляли в три стадии (запальную, восстановительную и рафинировочную) шихту следующего состава, мас. %:

технический пентаоксид ниобия;	43,1
железная окалина	22,3
стальной лом	1,3
порошок алюминия	22,6
известь	10,7

Первоначально на подину наклоняющегося горна подали 1,3 мас. % стального лома (5,6 мас. % от общего количества железной окалины в шихте), после чего загружали и проплавляли смесь 16,0 мас. % железной окалины (71,8 мас. % от общего ее количества), 4,1 мас. % алюминия и 5,4 мас. % извести, при соотношении железная окалина, стальной лом, алюминий и известь 1:0,08:0,26:0,34 соответственно. На второй стадии загружали и проплавляли смесь 43,1 мас. % технического пентаоксида ниобия с 16,3 мас. % алюминия (72,2 мас. % от общего количества алюминия в шихте). На третьей стадии загружали и проплавляли 6,3 мас. % железной окалины,2,1 мас. % алюминия и 5,4 мас. % извести в смеси, при их соотношении 1:0,34:0,86 соответственно. В результате выплавки получили феррониобий марки ФН660 по ГОСТ 16773-85.

Пример 2 (прототип по способу). Проведена в электродуговой печи кампания из 7 плавок по получению феррониобия. Масса подготовленной на плавку шихты составила 6470 кг. Загружали и проплавляли в четыре стадии (запальную, ниобийсодержащую, восстановительную и рафинировочную) шихту следующего состава, мас. %:

гидроокись ниобия	46,4
железная окалина	11,1
отсев железорудных окатышей	2,3
порошок алюминия	16,9
известь	9,1
шлак феррониобия молотого	10,3
селитра натриевая	3,9

Первоначально на подину наклоняющегося горна подавали и проплавляли смесь 3,1 мас. % извести, 1,9 мас. % алюминия, 2,7 мас. % шлака феррониобия молотого и 3,9 мас. % селитры натриевой при соотношении известь, алюминий, шлак феррониобия молотый и селитра натриевая 1:0,625:1,25:0,875 соответственно. На полученном расплаве при включенной электропечи зажигали электрические дуги.

На второй стадии при включенных электрических дугах загружали и проплавляли всю гидроокись ниобия (46,4% от массы шихты на плавку), после чего электропечь включали.

На третьей стадии загружали и проплавляли внепечным процессом 10,5 мас. % железной окалины (94,4 мас. % от общего ее количества), 13,9 мас. % алюминия, 6,0 мас. % извести, и 5,1 мас. % шлака феррониобия молотого в смеси при их соотношении 1:1,32:0,57:0,49 соответственно.

На четвертой стадии загружали и проплавляли внепечным процессом 2,3 мас. % отсевов железорудных окатышей, 1,1 мас. % алюминия, 2,5 мас. % шлака феррониобия молотого и 0,6 мас. % железной окалины (5,6 мас. % от общего ее количества) и в смеси при соотношении 1:0,47:1,07:0,27 соответственно.

В результате выплавки получили феррониобий марки ФН655(ф) по ГОСТ 16773-85.

Пример 3(заявляемый способ). Шихта состоит из, мас. %:

пентаоксид ниобия	45,2
железная окалина	11,5
стальной лом	6,0
порошок алюминия	19,8
известь	11,5
флюс глиноземсодержащий	6,0

Первоначально на подину наклоняющегося горна подают 6,0 мас. % стального лома (52,6 мас. % от общего количества железной окалины в шихте), после чего загружают и проплавляют смесь 3,0 мас. % железной окалины (26,3 мас. % от общего ее количества), 0,9 мас. % алюминия и 0,9 мас. % извести при соотношении железная окалина, стальной лом, алюминий и известь 1:2:0,3:0,3 соответственно. На полученном расплаве при включенной электропечи зажигают электрические дуги.

На второй стадии при включенных электрических дугах загружают и проплавляют смесь 45,2 мас. % пентаоксида ниобия с 10,6 мас. % извести (92,1 мас. % от общего количества извести в шихте), после чего электропечь выключают. Расход электроэнергии составил 0,514 кВт⋅час на 1 кг ниобийсодержащей шихты.

На третьей внепечной стадии загружают и проплавляют 8,4 мас. % железной окалины (73,7 мас. % от общего ее количества), 18,9 мас. % порошка алюминия и 6,0 мас. %) флюса глиноземсодержащего в смеси при их соотношении 1:2,23:0,71 соответственно.

В результате выплавки получают качественный феррониобий марки ФН660 по ГОСТ 16773-85.

Пример 4 (заявляемый способ). Шихта состоит из, мас. %

пентаоксид ниобия	45,0
железная окалина	15,0
стальной лом	4,8
порошок алюминия	20,8
известь	11,4
флюс глиноземсодержащий	3,0

Первоначально на подину наклоняющегося горна подают 4,8 мас. % стального лома (32,0 мас. %) от общего количества железной окалины в шихте), после чего загружают и проплавляют смесь 3,0 мас. % железной окалины (20,0 мас. % от общего ее количества), 0,9 мас. % порошка алюминия и 0,9 мас. % извести при соотношении железная окалина, стальной лом, порошок алюминия и известь 1:1,6:0,3:0,3 соответственно. На полученном расплаве при включенной электропечи зажигают электрические дуги.

На второй стадии при включенных электрических дугах загружают и проплавляют смесь 45,0 мас. % технического пентаоксида ниобия с 10,5 мас. % извести (92,1 мас. % от общего количества извести в шихте), после чего электропечь выключают. Расход электроэнергии составил 0,514 кВт⋅час на 1 кг ниобийсодержащей шихты.

На третьей внепечной стадии загружают и проплавляют 12,0 мас. % железной окалины, 19,9 мас. % порошка алюминия и 3,0 мас. % флюса глиноземсодержащего в смеси при их соотношении 1:1,66:0,25 соответственно.

В результате выплавки получают качественный феррониобий марки ФН660 по ГОСТ 16773-85.

Сравнительные результаты выплавки по известным способам (прототипам) и заявляемому техническому решению приведены в таблице 1.

Как видно из приведенной таблицы, предлагаемый способ, в отличие известного, позволяет получать феррониобий повышенного качества с большим содержанием ведущего элемента - ниобия, в частности высшей марки ФН660, с использованием в качестве флюсующих добавок извести обожженной и флюса глиноземсодержащего.

Технологическое отличие предлагаемого способа от известного заключается в том, что расплавление всей навески пентаоксида ниобия и извести в количестве 91,6-92,6% от общей ее навески на плавку в электропечи на второй стадии вводит дополнительное тепло в процессе плавки, позволяя экономить дорогостоящий порошок алюминия, и обеспечивает проведение на третьей стадии плавки внепечного алюминотермического восстановления ниобия и железа в сплав с оптимальной удельной теплотой процесса (19-20 ккал/гр.-ат), высокой скоростью проплавления шихты и минимальными тепловыми потерями, что является решающим для поддержания оптимальной температуры процесса плавки и условий восстановления ниобия.

Анализ проведенных плавок подтвердил преимущества предлагаемого состава шихты и способа получения низкокремнистого феррониобия по сравнению с известными (по удельным показателям): снижение расхода порошка алюминия на 13,6-18,1%, расхода железной окалины на 36,9-51,7%, и повышение коэффициента извлечения на 0,42-1,09%.

Оптимизация термодинамических условий протекания восстановительного процесса обеспечивает массовый выход феррониобия высшей марки ФН660.

ПО окончательной рецептуре при реализации заявленного способа выход высшей марки феррониобия по ГОСТ 16773-2003 составляет 100% от общего выпуска, в феррониобий марки ФН660 100% металла имеет содержание ниобия 63,3-64,9 мас. %. Причем весь металл имеет содержание кремния не более 0,10 мас. %, содержание углерода не более 0,06 мас. %, содержание серы 0,022 мас. %, содержание алюминия не более 3,0 мас. %, содержание фосфора не более 0,02 мас. %.

Использованные источники:

1. Рысс М.А. Производство ферросплава. М. Металлургия, 1975 С. 294-300.

2. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф., Лаппо С.И. Алюминотермия. М. Металлургия, 1978, С. 288-307.

3. RU, 2180362 С1, 2000 г.

4. RU, 2440435 С2, 2009 г.

5. RU, 2173350 С1, 2000 г.

1. Шихта для электропечного алюминотермического получения феррониобия, содержащая пентаоксид ниобия, железную окалину, порошок алюминия, известь обожженную и стальной лом, отличающаяся тем, что она дополнительно в качестве охладителя содержит флюс глиноземсодержащий молотый, а компоненты шихты взяты при следующем соотношении, мас.%:

пентаоксид ниобия	42,6-49,3
окалина железная	11,5-15,0
известь обожженная	11,2-12,3
порошок алюминия	19,2-20,9
флюс глиноземсодержащий
молотый	3,0-6,0
стальной лом	3,5-6,0

2. Способ электропечного алюминотермического получения феррониобия, включающий использование шихты по п.1, которую в виде запальной, ниобийсодержащей и восстановительной частей последовательно загружают в плавильный агрегат и осуществляют ее поэтапное проплавление, проведение процесса восстановления, слив расплава в приемную шлаковню, выдержку до затвердевания и разделку слитка, причем начальное проплавление расплава формируют зажиганием запальной части шихты, содержащей 2,9-3,3 мас.% окалины железной, 0,9-1,0 мас.% порошка алюминия, 0,9-1,0 мас.% извести обожженной и 3,5-6,0 мас.% стального лома, при их соотношении 1:0,3:0,3:(1-2), затем зажигают электрические дуги и при токовой нагрузке 5-7 кА по мере проплавления проводят порционную загрузку ниобийсодержащей части шихты, содержащей 42,6-49,3 мас.% пентаоксида ниобия и 10,5-10,9 мас.% извести обожженной, после проплавления ниобийсодержащей части шихты и отключения электрических дуг в горн загружают и проплавляют восстановительную часть, содержащую оставшиеся навески окалины железной, порошка алюминия и всю навеску молотого флюса глиноземсодержащего при их соотношении 1:(1,6-2,3):(0,25-0,72), а по окончании плавки расплав выдерживают в течение 5-10 мин в горне до полного осаждения капель металла, после чего в шлаковню на высоту 200-250 мм сливают часть шлака, наводят шлаковый гарнисаж на стенки и днище шлаковни, в которую сливают оставшийся расплав для окончательной кристаллизации продукта плавки, который извлекают из шлаковни, и полученный феррониобий отделяют от шлака.