Шихта и электропечной алюминотермический способ получения ферробора с ее использованием
Владельцы патента RU 2719828:
Публичное акционерное общество "Ключевский завод ферросплавов" (ПАО "КЗФ") (RU)
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения ферробора электропечным алюминотермическим способом в наклоняющемся горне с периклазовой футеровкой. Предложена шихта при следующем соотношении компонентов, мас. %: кислота борная 21,4-23,0, ангидрид борный 12,8-13,2, окалина железная 18,9-19,0, окалина искусственная 11,5-12,1, порошок алюминия первичного 22,2-22,5, известь обожженная 9,8-10,8, концентрат плавиковошпатовый 0,43-0,46 и соль поваренная выварочная 0,86-0,92. Изобретение позволяет найти оптимальные соотношения по массе между компонентами шихты с обеспечением ее нормальной термичности, получить ферробор с низким содержанием фосфора, меди, кремния и углерода, а также обеспечить высокое извлечение бора в сплав. 2 н.п. ф-лы, 1 табл., 3 пр.
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано для получения качественного ферробора, предназначенного для легирования стали, сплавов и чугуна, а также для изготовления наплавочных смесей.
Из уровня техники известна шихта (Рысс М.А. Производство ферросплавов М. Металлургия, 1975, с. 313-314) для получения ферробора повышенного качества марки ФБ17 (ФБ-1) в электропечи «на блок» металлотермическим способом, компоненты которой взяты в следующем соотношении, мас. %: кислота борная 28,7; железная руда 41,3; известь 11,0; алюминий 18,9; при расходе электроэнергии 455 кВт-час. Шихта позволяет получать ферробор следующего химического состава, мас. %: бор 15-22; кремний 2-3; алюминий 3-6; углерод 0,03-0,20; фосфор 0,01-0,02; сера 0,01-0,02. Содержание в шлаке мас. %: В2О3 - 6; Al2O3 - 68; СаО - 12, SiO2 - 1; FeO - 3, MgO - 10. Извлечение бора в сплав около 61%. Недостатки шихты: для получения ферробора используется железная руда, являющаяся основным источником загрязнения сплава кремнием, серой и фосфором.
Известна шихта (RU 2521930 С1 2013 г.) для получения ферробора электропечным алюминотермическим способом, компоненты которой взяты в следующем соотношении, мас. %: ангидрид борный 27,3-28,1, окалина железная 34,4-35,3, порошок алюминия первичного 29,2-30,8, известь обожженная 4,8-6,4, концентрат плавиковошпатовый 0,8-1,0, соль поваренная выварочная 0,8-1,0.
Данная шихта позволяет получать ферробор следующего химического состава, мас. %: бор 20,0-21,9; кремний 0,10-0,31; алюминий 1,76-2,78; углерод 0,025-0,040; фосфор 0,014-0,020; сера 0,005. Содержание в шлаке мас. %: B2O3 - ,5-9,8; Al2O3 - 70-72; СаО - 9,1-12,5; SiO2 - 0,31-0,36; FeO - 0,4-0,7; MgO - 6,7-9.7. Извлечение бора в сплав 81,77%.
Для получения ферробора используется железная окалина с высоким содержанием меди, фосфора, что является основным источником загрязнения сплава медью и фосфором.
Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является шихта (SU 450835 A1 С21С 7/00 1972) для получения ферробора, компоненты которой взяты в следующем соотношении, на 100 кг кислоты борной: кислота борная 100; боратовая руда 20-100; борный ангидрид 5-150; железная руда 35-120; железо 3-30; алюминий 50-150; известь 5-50. В пересчете на мас. %: кислота борная 14,3-45,9; боратовая руда 9,2-14,3; борный ангидрид 2,3-21,4; железная руда 16,1-17,1; железо 1,4-4,3; алюминий 21,4-22,9; известь 2,3-7,1. Использование шихты позволяет получать ферробор с содержанием бора до 30,4 мас. %, извлечение бора в сплав 69,5%.
Данная шихта имеет недостатки: для получения ферробора используются боратовая руда и железная руда, являющиеся основным источником загрязнения сплава кремнием, углеродом, серой и фосфором.
Опыт использования известных составов шихты выявил ряд негативных отклонений технологического процесса производства высококачественного ферробора. Например, сложности в части обеспечения устойчивого получения конкурентоспособного ферробора с высоким выходом высших марок ферробора, с низким содержанием меди, кремния, серы, фосфора и углерода и высокой рентабельностью.
Задачей изобретения является создание состава шихты, обеспечивающей стабильный безопасный технологический процесс получения высококачественного ферробора (с низким содержанием меди, кремния, углерода, фосфора) и снижение себестоимости продукции при поддержании высокого извлечения бора в сплав.
Поставленная задача достигается тем, что шихта, содержащая кислоту борную, ангидрид борный, алюминий и известь, дополнительно содержит окалину железную, окалину искусственную, концентрат плавиковошпатовый и соль поваренную выварочную при качественном и количественном соотношении компонентов, мас. %: кислота борная - 21,4-23,0; ангидрид борный - 12,8-13,2; окалина железная с содержанием меди не более 0,05% - 18,9-19,0; окалина искусственная - 11,5-12,1; известь обожженная с содержанием углерода не более 0,3% - 9,8-10,8; порошок первичного алюминия - 22,2-22,5; концентрат плавиковошпатовый - 0,43-0,46; соль поваренная выварочная - 0,86-0,92.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что кислота борная по чистоте от вредных примесей аналогична ангидриду борному, но более дешевый продукт, поскольку сама является сырьем для производства ангидрида борного. Железосодержащие компоненты: окалина искусственная, которая является продуктом рафинирования окалины железной, полученная при ее металлургической переработке и сама окалина железная, содержат значительно меньше примесей, чем железная руда, и при этом являются оксидными материалами в составе шихты, в отличие от металлического железа. Заявленный качественный и количественный состав компонентов шихты позволяет решать поставленную задачу, при этом отклонения от указанных пределов по их концентрации приводят к нарушению теплового режима плавки, ухудшению качества сплава и технико-экономических показателей процесса получения конечной продукции.
При содержании кислоты борной ниже 21,4% ухудшаются условия образования боратов кальция, увеличивается концентрация алюминия в металле, что ухудшает марочность. При содержании кислоты борной выше 23,0% увеличивается унос паров кислоты борной и снижается извлечение бора в сплав.
При содержании ангидрида борного ниже 12,8% увеличивается концентрация алюминия в металле, что ухудшает марочность. При содержании ангидрида борного выше 13,2% увеличивается остаточное содержание оксида бора в шлаке и снижается извлечение бора в сплав.
При содержании окалины железной ниже 18,9% снижается содержание окислов железа в расплаве. В результате снижается извлечение бора в металл. При содержании окалины железной выше 19,0% возрастает термичность шихты, что приводит к «горячему» ходу плавки и разбросу шихты, увеличивается скорость проплавления шихты и количество пылеуноса шихтовых материалов, а также понижается содержание бора в сплаве.
Окалина искусственная, изготавливается из окалины железной и содержит меньшее количество примесей меди и фосфора При содержании окалины искусственной ниже 11,5% снижается содержание окислов железа в расплаве, в результате снижается извлечение бора в металл. При содержании окалины искусственной выше 12,1% возрастает количество балластных добавок в расплаве, что увеличит расход электроэнергии, и снизит содержание бора в сплаве.
При содержании порошка первичного алюминия ниже 22,2% снижается термичность шихты, ход плавки становится «холодным», понижается извлечение бора в сплав и повышается остаточное содержание оксида бора в шлаке. При содержании порошка первичного алюминия выше 22,5% 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 9,8% ухудшаются условия образования боратов кальция, а также связывания образующегося глинозема и затрудняются условия восстановление бора алюминием. Возрастает температура плавления расплава и снижается извлечение бора в металл. При содержании извести обожженной более 10,8% шлак получается более легкоплавкий, жидкоподвижный и возрастает аварийность при выплавке.
При содержании концентрата плавиковошпатового менее 0,43% возрастает температура плавления шлака, что приводит к неполному осаждению капель металла из шлака, ухудшается рафинирующее влияние шлака на химический состав металла. При содержании концентрата плавиковошпатового более 0,46% снижается извлечение бора в металл за счет угара алюминия кислородом воздуха и шлак получается более легкоплавкий, что может увеличить аварийность при выплавке.
При содержании соли поваренной выварочной менее 0,86% металл получается менее плотный, с газовыми полостями, ухудшается разделение фаз на границе шлак-металл, что приводит к увеличению потерь при чистке металла и снижается извлечение бора в конечную продукцию. При содержании соли поваренной выварочной более 0,92% качественные показатели металла и шлака не улучшаются, но расход соли поваренной выварочной увеличивается неоправданно.
Состав шихты используется для получения ферробора электропечным алюминотермическим способом.
Из уровня техники (RU 2242529 С2 2002 г.) известен способ получения ферробора повышенной чистоты для производства магнитных сплавов типа Nd-Fe-B, включающий перемешивание борсодержащего материала с алюминиевым порошком и внепечное восстановление реакционной смеси в кокиле. Причем, перед перемешиванием с порошком алюминия борсодержащий материал обжигают на воздухе при температуре 300-500°С в течение 3 часов, а в качестве борсодержащего материала используют смесь кислоты борной с порошковым оксидом железа в соотношении 1:1.
Химический состав полученного металла, мас. %: В-11,7; Al<2,2; Si<l,5; С<0,1; Mn+Cr<0,5. Недостатками этого способа являются: необходимость наличия дополнительного агрегата для обжига смеси кислоты борной с порошковым оксидом железа, с поддержанием определенного интервала температур и времени нагрева смеси; низкое извлечение и содержание бора при относительно высоком содержании примесей в сплаве; малые объемы плавки, что ограничивает производительность.
Известен способ (Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1986. С. 38-46) алюминотермического получения ферробора с повышенным содержанием бора (марки ФБ20 и ФБ17) электропечной плавкой ферробора, получаемого из ангидрида борного или кислоты борной. Плавку осуществляют «на блок» в трехфазной электропечи мощностью 1000 кВА с выдвижной ванной, футерованной электродной массой и установленной на футерованном поддоне. Используют шихту из запальной, основной и осадительной частей. Процесс ведут с двумя выпусками шлака, для чего основную часть шихты и железотермитный осадитель делят на две равные части. Плавку начинают с проплавления запальной части шихты, затем на образующемся шлаке зажигают дуги и после набора нагрузки вводят в печь порциями первую половину основной части шихты и по окончании ее проплавления при включенной печи задают первую половину осадительной части шихты. Для более полного осаждения капель металла из шлака расплав выдерживают ~10 минут, затем шлак сливают, закрывают летку и проплавляют вторую половину основной и осадительной частей шихты. По окончании процесса ванну выкатывают из-под электродов и охлаждают вместе с продуктами плавки до полной кристаллизации сплава.
Получают сплав химического состава, мас. %: В - 23,0; Fe - 72,8; Si - 3,2; Al - 2,5; С - 0,037; Cu - 0,027; Р - 0,015. Извлечение бора составило 61,7%.
Недостатками способа являются: сложность технологической схемы скачивания шлака с последующей заделкой летки; при проплавлении осадителя при включенной печи высока вероятность науглероживания восстанавливающихся железа и бора; значительный расход футеровочных материалов и электроэнергии на нагрев плавильного агрегата при замене футеровки для последующих плавок.
Наиболее близким, по технической сущности и достигаемому результату, является способ (RU 2521930 С1 2013 г.) электропечного алюминотермического получения ферробора, включающий подготовку, загрузку и последовательное проплавление в плавильном агрегате запальной, основной и осадительной частей шихты, при этом в качестве плавильного агрегата используют наклоняющийся горн с периклазовой футеровкой. Начальное наплавление расплава осуществляют путем зажигания запальной части шихты, включающей окалину железную в количестве 9,6-12 мас. % от общей навески окалины, порошок первичного алюминия по стехиометрии и известь обожженную в количестве 15-26 мас. % от общей навески извести, затем зажигают электрические дуги и при токовой нагрузке 3-5 кА в течение 25-40 мин по мере проплавления проводят порционную загрузку основной части шихты, включающей ангидрид борный, концентрат плавиковошпатовый, соль поваренную выварочную - все навески, окалину железную с содержанием меди не более 0,05% в количестве 16-20 мас. % от общей навески окалины, порошок первичного алюминия по стехиометрии и известь обожженную в количестве 36-52 мас. % от общей навески извести, а после проплавления основной части шихты и отключения электрических дуг в горн загружают и проплавляют осадительную часть шихты, включающую оставшиеся навески окалины железной, порошка первичного алюминия и извести обожженной, а по окончании плавки расплав выдерживают в течение 5-10 мин в горне до полного осаждения капель металла, после чего в шлаковую чашу на высоту 200-250 мм сливают часть шлака, наводят шлаковый гарнисаж на дно и стенки шлаковни, в которую сливают оставшийся расплав для окончательной кристаллизации продуктов плавки, полученный блок ферробора извлекают из шлаковни и очищают от шлака.
В результате плавки получают ферробор следующего химического состава, мас. %: бор 20-21,9; кремний 0,10-0,31; алюминий 1,76-2,78; медь 0,045-0,050; углерод 0,025-0,040; фосфор 0,014-0,020 и сера 0,005. Содержание в шлаке, мас. %: B2O3 6,5-9,8; Al2O3 70-72; СаО 9,1-12,5; FeO 0,4-0,7; MgO 6,7-9,7; SiO2 0,31-0,36. Извлечение бора около 81,77%.
Недостатками способа являются: высокая себестоимость сплава, производимого с применением большого количества дорогостоящих порошка алюминия и ангидрида борного.
Задачей предлагаемого изобретения является создание простого и надежного, низкой производственной себестоимости способа получения высококачественного ферробора, обеспечивающего высокий выход высших марок в соответствии с требованиями ГОСТ 14848-69.
Сущность предлагаемого способа заключается в том, что в отличие от известного способа получения ферробора, включающего подготовку, загрузку и последовательное проплавление в электропечи в наклоняющем горне с периклазовой футеровкой запальной, основной и осадительной частей шихты, в заявленном электропечном алюминотермическом способе ферробор получают в процессе последовательного проплавления четырех частей шихты: запальной, оксидной, восстановительной и осадительной. Причем оксидная часть шихты состоит из смеси кислоты борной с известью и предназначена для образования боратов кальция с последующим растворением в расплаве, восстановительная часть шихты состоит из смеси ангидрида борного, окалины искусственной, порошка первичного алюминия и флюсов (концентрата плавиковошпатового и соли поваренной выварочной) и предназначена для алюминотермического восстановления бора и железа из оксидов расплава, из ангидрида борного, из оксидов окалины железной и окалины искусственной, а осадительная часть шихты состоит из смеси окалины железной с порошком первичного алюминия и известью обожженной и предназначена для осаждения мелких корольков бора и ферробора каплями тяжелого железа, а компоненты шихты взяты при следующем содержании, мас. %: кислота борная 21,4-23,0; ангидрид борный - 12,8-13,2; окалина железная с содержанием меди не более 0,05% - 18,9-19,0; окалина искусственная - 11,5-12,1; порошок первичного алюминия - 22,2-22,5; известь обожженная с содержанием углерода не более 0,3% - 9,8-10,8; концентрат плавиковошпатовый - 0,43-0,46; соль поваренная выварочная - 0,86-0,92. Плавку ферробора ведут с запалом шихты термитной смесью. Вначале в горн насыпают на подину запальную часть шихты, содержащую окалину железную (15,0-16,3 мас. % от общей навески окалины), порошок первичного алюминия по стехиометрии и известь обожженную (7,9-9,4 мас. % от общей навески извести) для связывания образующегося глинозема в однокальциевый алюминат и зажигают ее термитной смесью, после чего включают электропечь и зажигают дуги, а затем загружают из печного бункера в плавильный горн по мере проплавления оксидную часть шихты, содержащую всю навеску кислоты борной и известь обожженную (85,5-85,9 мас. % от общей навески извести) для образования боратов кальция, стараясь держать колошник закрытым слоем шихты и далее загружают восстановительную часть шихты, содержащую все навески ангидрида борного, окалины искусственной, концентрата плавиковошпатового и соли поваренной выварочной, порошок первичного алюминия по стехиометрии. При этом при плавлении оксидной части шихты токовую нагрузку поддерживают в пределах 3-5 кА в течение 30-45 мин., чтобы не допускать местных перегревов расплава и уменьшить улет оксидов бора.
При токовой нагрузке ниже 3 кА во время плавления оксидной части шихты возникают трудности с поддержанием стабильного горения электрических дуг и ход плавки становится «холодным», ухудшаются условия образования боратов кальция из борной кислоты с известью и повышается остаточное содержание оксида бора в шлаке, в результате снижается извлечение бора в металл. При токовой нагрузке более 5 кА во время плавления оксидной части шихты возможны местные перегревы шихты и расплава с испарением оксидов бора, что приводит к «горячему» ходу плавки и разбросу шихты, увеличивается количество пылеуноса кислоты борной и оксида бора.
При плавлении восстановительной части шихты токовую нагрузку поддерживают в пределах 5-7 кА в течение 35-45 мин., чтобы не допустить погружения графитированных электродов в расплав и науглероживания металла.
При токовой нагрузке ниже 5 кА во время плавления восстановительной части шихты ухудшается тепловой режим процесса, ход плавки становится «холодным», повышается остаточное содержание оксида бора в шлаке, в результате снижается извлечение бора в металл. При токовой нагрузке более 7 кА во время плавления восстановительной части шихты могут быть местные перегревы шихты и расплава, что приведет к испарению оксидов бора, нарушается тепловой режим процесса, что приводит к «горячему» ходу плавки и разбросу шихты.
После проплавления восстановительной части шихты, при выключенных дугах в горне проплавляют осадительную часть шихты, содержащую оставшуюся часть окалины железной, порошка первичного алюминия и извести обожженной, не допуская вспенивания расплава и сильного дымовыделения. По окончанию плавки по известным режимам расплав выдерживается в горне в течение 5-10 минут для окончания восстановительных реакций и осаждения капель металла, а затем сливают в шлаковню для полной кристаллизации продуктов плавки. При этом сначала в шлаковню подливают шлак на высоту 200-250 мм и делают выдержку 3-6 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.
Совокупность заявленных существенных признаков предопределяет решение поставленной задачи по достижению технического результата - создания простого надежного способа получения высококачественного ферробора электропечным алюминотермическим способом с использованием кислоты борной и снижением производственной себестоимости продукции. Использование окалины искусственной позволяет снизить содержание примесей меди и фосфора. Реализация способа осуществляется на существующем металлургическом оборудовании с использованием известных доступных сырьевых компонентов.
Для реализации заявленного способа применяют следующие компоненты: кислота борная по ГОСТ18704-78, ангидрид борный по ТУ 6-08-506-82, порошок алюминия первичного 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 СТО 05798700-004-2016, окалина искусственная по СТО-03-124-15, концентрат плавиковошпатовый по ГОСТ 29219-91, соль поваренная выварочная без добавок по ТУ 2152-027-00204872-2011 или концентрат минеральный «Галит» по ТУ 2111-044-00203944-2011.
Шихту рассчитывают на 1500 кг кислоты борной. При подготовке каждой части шихты в смесительный барабан загружают компоненты шихты и тщательно перемешивают между собой, затем выгружают в саморазгружающиеся бадьи, а из них загружают в печной бункер плавильного агрегата. Электропечную алюминотермическую плавку на подготовленной шихте проводят в наклоняющемся плавильном горне с футеровкой подины и стен периклазовым кирпичом.
Сущность изобретения подтверждается примерами конкретного выполнения.
Пример 1 (прототип по шихте). Проведена промышленная плавка ферробора. Масса подготовленной на плавку шихты составила 460 кг. Загружали и проплавляли в три стадии (запальную, основную, осадительную) шихту следующего состава, кг (мас. %):
| ангидрид борный | 60 (13,0) |
| кислота борная | 100 (21,7) |
| порошок первичного алюминия | 100 (21,7) |
| известь обожженная с содержанием углерода | |
| не более 0,3% | 27 (5,9) |
| порошок железный | 17 (3,7) |
| окалина железная с содержанием меди | |
| не более 0,05% | 78 (16,9) |
Выплавку производили в плавильном тигле, футерованном периклазовым кирпичом. После завершения горения плавки расплав выдержали в тигле в течение 16 часов. После полной кристаллизации продуктов блок извлекли из тигля, металл отделили от шлака и замочили в воде для чистки и упаковки.
Химический состав ферробора мас. %: В - 30,4; Si - 0,4; Al - 4,8; S-0,005; С - 0,05; Cu - 0,05; Р - 0,02; остальное железо. В шлаке остаточное содержание мас. %: B2O3 - 9,6; SiO2 - 0,4; Al2O3 - 65,0; FeO - 2,3; СаО - 16,1; MgO - 4,9.
Пример 2 (прототип по шихте и по способу). Проведена промышленная плавка ферробора. Масса подготовленной на плавку шихты составила 5405 кг. Загружали и проплавляли в три стадии (запальную, основную, осадительную) шихту следующего состава, кг (мас. %):
| ангидрид борный | 1500,00 (27,8) |
| порошок первичного алюминия | 1615,00 (29,9) |
| известь обожженная с содержанием углерода | |
| не более 0,3% | 310,00 (5,7) |
| окалина железная с содержанием меди | |
| не более 0,05% | 1880,00 (34,8) |
| плавиковошпатовый концентрат | 50,00 (0,9) |
| соль поваренная выварочная | 50,00 (0,9) |
Выплавку производили в электропечи в наклоняющемся плавильном горне, футерованном периклазовым кирпичом. Расход электроэнергии на плавку 1152 кВт⋅час. После завершения горения плавки расплав выдерживали в горне в течение 10 минут для осаждения капель металла и затем после слива части шлака в изложницу на гарнисаж делали выдержку 5 мин, после чего производили слив шлака и металла. После полной кристаллизации продуктов блок извлекали из шлаковни, металл отделяли от шлака и замачивали в воде для чистки и упаковки.
Химический состав выплавленного ферробора мас. %: В - 20,0; Si - 0,10; Al - 1,95; S - 0,005; С - 0,040; Cu - 0,045; Р - 0,020; остальное железо. В шлаке остаточное содержание мас. %: B2O3 -7,8; SiO2 - 0,35; Al2O3 - 70,0; FeO - 0,7; СаО - 12,0; MgO - 7,7.
Пример 3 (заявляемый по шихте и по способу). Проведена промышленная плавка ферробора. Масса подготовленной на плавку шихты составила 6760 кг. Загружали и проплавляли в четыре стадии (запальную, оксидную, восстановительную и осадительную) шихту следующего состава, кг (мас. %):
| кислота борная | 1500,00 (22,2) |
| ангидрид борный | 880,00 (13,0) |
| порошок первичного алюминия | 1510,00 (22,3) |
| известь обожженная | 700,00 (10,4) |
| окалина искусственная | 800,00 (11,8) |
| окалина железная | 1280,00 (18,9) |
| плавиковошпатовый концентрат | 30,00 (0,44) |
| соль поваренная выварочная | 60,00 (0,89) |
Выплавку производили в электропечи в наклоняющемся плавильном горне, футерованном периклазовым кирпичом. Расход электроэнергии на плавку 2304 кВт⋅час. После завершения плавления шихты расплав выдержали в горне в течение 5 минут для осаждения капель металла и затем после подлива части шлака в изложницу на гарнисаж сделали выдержку 3 минуты, после чего произвели слив шлака и металла. После полной кристаллизации продуктов блок извлекли из шлаковни, металл отделили от шлака и замочили в воде для чистки и упаковки.
Химический состав ферробора: мас. доля, %: B - 21,7,Si - 0,33, Al - 1,88, С - 0,015, S - 0,005, P - 0,01, Cu - 0,045, что соответствует марке ФБ20(ГОСТ 14848-69)
Сравнительные результаты выплавки по известному способу (прототипу) и заявляемому техническому решению приведены в таблице. 
Как видно из приведенной таблицы, предлагаемый способ, в отличие от известного, позволяет получать ферробор высокого качества марки ФБ20 с использованием кислоты борной и ангидрида борного в качестве основного сырья и окалины искусственной в качестве дополнительного железосодержащего компонента с низким содержанием примесей меди и фосфора. В предлагаемом изобретении найдены оптимальные соотношения массы кислоты борной и ангидрида борного, окалины железной с содержанием меди не более 0,05% и окалины искусственной, порошка первичного алюминия, извести обожженной с содержанием углерода не более 0,3%, концентрата плавиковошпатового и соли поваренной выварочной.
Высокие технико-экономические показатели в заявляемом варианте связаны с тем, что стоимость кислоты борной на 49% ниже, чем стоимость борного ангидрида, вследствие этого при ее использовании получается экономия 173 руб на 1 базовую тонну. Также стоимость тепла, необходимого для поддержания теплового режима плавки, получаемого за счет электроэнергии значительно меньше, чем получаемого за счет экзотермических реакций порошка алюминия с оксидами железа и бора. В целом, в расчете себестоимости, экономия дорогостоящих порошка алюминия, ангидрида борного, концентрата плавиковошпатового, окалины железной с содержанием меди не более 0,05%, в денежном выражении перекрывает убыток от введения в шихту кислоты борной, окалины искусственной и увеличения расхода извести обожженной с содержанием углерода не более 0,3%, электроэнергии и соли поваренной выварочной, и составляет 7187 рублей за 1 базовую тонну ферробора.
Оптимизация термодинамических условий протекания восстановительного процесса обеспечивает массовый выход ферробора высшей марки ФБ20.
По окончательной рецептуре при реализации заявленного способа выход высшей марки ферробора по ГОСТ14848 составляет 100% от общего выпуска, в ферроборе марки ФБ20 100% металла имеет содержание бора 21,5 мас. %. Причем металл имеет содержание углерода не более 0,030 мас. %, содержание серы 0,005 мас. %.
Использованные источники:
1. Рысс М.А. Производство ферросплавов. М. Металлургия, 1975 С. 312-314.
2. RU 2521930 С1 2013 г.
3. SU 450835 Al С21С 7/00 1972.
4. RU 2242529 С2 2002 г.
5. Лякишев Н.П., Плинер Ю.Л., Лаппо С.И. Борсодержащие стали и сплавы. М.: Металлургия, 1986. С. 38-46.
1. Шихта для электропечного алюминотермического получения ферробора, содержащая кислоту борную, ангидрид борный, алюминий и известь обожженную, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит окалину железную с содержанием меди не более 0,05%, окалину искусственную, концентрат плавиковошпатовый и соль поваренную выварочную при следующем соотношении, мас. %:
| кислота борная | 21,4-23,0 |
| ангидрид борный | 12,8-13,2 |
| окалина железная с | |
| содержанием меди не более 0,05% | 18,9-19,0 |
| окалина искусственная | 11,5-12,1 |
| известь обожженная с | |
| содержанием углерода не более 0,3% | 9,8-10,8 |
| порошок первичного алюминия | 22,2-22,5 |
| плавиковошпатовый концентрат | 0,43-0,46 |
| соль поваренная выварочная | 0,86-0,92 |
2. Способ электропечного алюминотермического получения ферробора, включающий использование шихты по п.1, которую в виде запальной, основной и осадительной частей последовательно загружают и проплавляют в электропечи с наклоняющимся плавильным горном с периклазовой футеровкой, при этом основную часть шихты разделяют на оксидную и восстановительные части, причем начальное наплавление расплава осуществляют путем зажигания запальной части шихты, содержащей окалину железную с содержанием меди не более 0,05% в количестве 15,0-16,3 мас. % от общей навески окалины, порошок первичного алюминия по стехиометрии и известь обожженную с содержанием углерода не более 0,3 в количестве 7,7-9,4 мас. % от общей навески извести, затем зажигают электрические дуги и при токовой нагрузке 3-5 кА в течение 30-45 мин по мере проплавления проводят порционную загрузку оксидной части шихты, содержащей всю навеску кислоты борной, известь обожженную в количестве 85-85,9 мас. % от общей навески извести, а после проплавления оксидной части шихты при токовой нагрузке 5-7 кА в течение 35-45 мин по мере проплавления проводят порционную загрузку восстановительной части шихты, содержащей все навески ангидрида борного, окалины искусственной, концентрата плавикошпатового и соли поваренной выварочной, порошок первичного алюминия по стехиометрии, а после проплавления восстановительной части шихты при выключенных электрических дугах в плавильный горн загружают и проплавляют осадительную часть шихты, содержащую оставшиеся навески окалины железной с содержанием меди не более 0,05%, порошка первичного алюминия и извести обожженной с содержанием углерода не более 0,3, а по окончании плавки расплав выдерживают в плавильном горне до полного осаждения капель металла, после чего в шлаковую чашу сливают часть шлака, наводят шлаковый гарнисаж на стенки и днище шлаковни, в которую сливают оставшийся расплав для окончательной кристаллизации продуктов плавки, полученный блок ферробора извлекают из шлаковни и очищают от шлака.
