15.05.2018

Технология производства ферросиликоциркония


Поскольку двуокись циркония является весьма трудновосстановимым окислом, для получения высоких технико-экономических показателей процесса выплавки ферросиликоциркония необходима особенно тщательная отработка оптимальных режимов проведения плавки.

При изучении влияния количества вводимого в шихту ферросилиция на показатели процесса и качество металла установлено, что до определенного предела повышение количества кремния благоприятно сказывается на протекании восстановительных реакций вследствие образования прочных силицидов циркония. Кроме того, введение кремния предотвращает взаимодействие металла с угольной футеровкой.

Извлечение циркония возрастает при увеличении количества ферросилиция примерно до 35% от массы концентрата (рис. 169).
Однако в связи с заметным понижением содержания циркония в металле и увеличением отношения Si : Zr количество ферросилиция в шихте, как правило, не превышает 20% от массы цирконового концентрата.

В табл. 108 приведены результаты выплавки ферросиликоциркония с различным количеством алюминиевого порошка, извести и железной руды. Изменение количества восстановителя в шихте от 42,5 до 50% от массы концентрата весьма незначительно сказывается на извлечении циркония, в то время как содержание алюминия в металле возрастает соответственно с 3,8 до 9,4%. При уменьшении количества алюминия в шихте до 40% от массы концентрата резко снижается как извлечение циркония (с 85 до 60%), так и содержание циркония в сплаве (с 54,7 до 49,6%).
Содержание кремния и железа по мере увеличения количества восстановителя в шихте и содержание алюминия в сплаве монотонно уменьшаются во всем исследованном интервале. В плавке 118 в связи с недостатком восстановителя и резко пониженным извлечением циркония содержание кремния и особенно железа значительно выше, чем в других опытах этой серии.

При увеличении количества алюминия в шихте от 40 до 50% от массы концентрата состав шлака изменяется следующим образом: ZrO2 — от 11 до 4,7%; Al2O3 — от 51,6 до 59,8%; SiO2 — от 4,5 до 1,8%. Содержание общего железа и окиси кальция остается практически неизменным (соответственно 0,2—0,4% и 31—34%).

Максимальное извлечение циркония достигается при введении в шихту 40—42% извести от массы концентрата; оптимальному количеству извести в шихте соответствует наиболее высокое содержание циркония в сплаве и минимальный переход в сплав остаточного алюминия. При введении извести в количествах больших, чем 0,42 кг/кг извлечение циркония снижается, видимо, вследствие увеличения количества шлака и ухудшения условий осаждения капель металла, что подтверждается ходом кривой, характеризующей изменение содержания двуокиси циркония в шлаке в зависимости от количества извести в шихте (рис. 170). По мере увеличения количества окиси кальция в шихте содержание глинозема в шлаке уменьшается, а содержание двуокиси кремния возрастает.

С ростом количества железной руды в шихте с 46 до 53% от массы цирконового концентрата содержание циркония в металле уменьшается с 54,0 до 44,3%, а содержание железа возрастает с 11,2 до 24,4%. Наиболее высокое извлечение циркония соответствует количеству железной руды, равному 0,5 кг/кг концентрата.

Из приведенных в табл. 45 данных следует также, что при выплавке ферросиликоциркония выход металла в значительной степени определяется температурой плавки. Так, при проведении опытов с шихтой одинакового состава (плавки 115 и 127) увеличение температуры процесса с 1850 до 1900° С приводило к повышению извлечения циркония с 86,4 до 93,1%.

В табл. 109 приведены основные показатели некоторых вариантов алюминотермической выплавки ферросиликоциркония одностадийным электропечным способом (вариант 1 — непрерывная загрузка шихты в печь сталеплавильного типа; вариант 2 — то же, в стационарной печи; вариант 3 — плавка на блок; вариант 4 — получение низкоалюминиевого сплава на блок).

Одностадийная алюминотермическая плавка ферросиликоциркония в настоящее время полностью заменена двустадийной плавкой на блок или с выпуском металла, позволяющей сочетать высокие технико-экономические показатели процесса с резким повышением требований к качеству металла.

Из приведенных в табл. 110 показателей двустадийной электропечной выплавки ферросиликоциркония следует, что эта технология повышает извлечение циркония в сплав на 15—20% и снижает расход алюминия на 15—20% и электроэнергии на 35—40% при отношении Al : Zr, равном 0,06—0,09 вместо 0,14—0,19, характерных для одностадийной плавки.
При организации двустадийной выплавки на блок в ходе первой стадии плавки проплавляется часть цирконового концентрата с флюсующими добавками. Расплав обладает низкой электропроводностью, обеспечивающей глубокую посадку электродов, что значительно уменьшает тепловые потери.

Во второй стадии загружают (при работающей печи) остальное количество концентрата, необходимый на всю плавку алюминиевый порошок, железную руду и ферросилиций марки ФС75. В результате протекания экзотермических реакций восстановления окислов расплава алюминием скорость проплавления шихты резко возрастает, что сокращает продолжительность плавки и, следовательно, уменьшает расход электроэнергии.

При выплавке в печи мощностью 1000 кВт на блок общая навеска цирконового концентрата составляет 1200—1300 кг. Через 1—1,5 мин после начала реакций в запальной части шихты начинается проплавление рудной части шихты; в начале процесса с целью прогрева футеровки шихту загружают небольшими порциями, по мере проплавления загрузку шихты увеличивают. Общее время проплавления рудной части шихты составляет 1,5 ч, затем под дуги загружают восстановительную часть шихты в течение 10—15 мин.

По окончании восстановительного периода расплав выдерживают под током в течение 10 мин и печь отключают.

Технологическая схема двустадийной выплавки ферросиликоциркония с выпуском расплава показана на рис. 171. Плавку ведут в электропечи сталеплавильного типа. При футеровке печи на дно кожуха насыпают теплоизоляционный слой толщиной 30 мм, на который укладывают последовательно один ряд шамотного кирпича (на ребро) и два ряда магнезитового кирпича (нижний на плашку, верхний на ребро). Стены печи изолируют шамотным кирпичом толщиной 65 мм и магнезитовым кирпичом толщиной 115 мм. Между кожухом печи и шамотным кирпичом засыпают теплоизоляционный порошок толщиной около 20 мм. Ванну печи выкладывают из угольных блоков размером 500x400x200. Угольная футеровка стен и подин печи имеет толщину 200 мм. Сначала из блоков, устанавливаемых на торец, собирают нижний ряд стенки печи, затем выкладывают подину. В центральной части блока стенки печи делают выпускное отверстие диаметром около 60 мм. Блоки устанавливают с таким расчетом, чтобы швы между ними имели ширину не менее 40 мм. Швы на подине и стенках печи затрамбовывают с помощью пневматической трамбовки подовой угольной массой, разогретой до пластического состояния, или смесью электродной массы с мелким коксом.
Верхнюю часть подины над угольными блоками толщиной в центре ванны около 50 мм изготовляют также из подовой массы с небольшим уклоном в сторону выпускного отверстия. С целью удаления влаги и летучих и придания прочности угольной футеровке проводят ее коксование в течение 8—10 ч с периодическим отключением печи. Выше уровня блоков кладку печи и арку

выпускного отверстия выкладывают из хромомагнезитового кирпича. При выкладке свода через каждые три-четыре ряда кирпича ставят асбестовую прокладку, которая уменьшает напряжение в кладке при ее нагревании. После сборки свода швы между кирпичами засыпают мелким магнезитовым порошком. Сварной каркас свода имеет водяное охлаждение, которое предохраняет его от коробления и увеличивает стойкость свода.

Технология плавки аналогична технологии выплавки на что богатый цирконием сплав (55—58% Zr) из-за высокой температуры плавления разливать не представляется возможным, шихту рассчитывают на получение металла с содержанием циркония не выше 50—54%.

Плавка ведется на 1000—2000 кг цирконового концентрата при напряжении 140 В.

Для более быстрого набора нагрузки на каждой плавке в печь загружается запал, в состав которого входят 100 кг цирконового концентрата, 15 кг железной руды, 30 кг извести, 60 кг алюминиевого порошка.

Рудная часть шихты состоит из 80—90% флюсующих материалов и 50—60% цирконового концентрата от общего количества, идущего на всю плавку, в восстановительной части — остальные компоненты шихты. Восстановительная часть шихты проплавляется при работающей печи.

Примерный состав шихты на 100 кг концентрата следующий, кг:
При одновременном выпуске из печи металл и шлак интенсивно перемешиваются, что приводит к дополнительному восстановлению окислов шлакового расплава алюминием, растворенным в металле, и, как следствие этого, к повышению в сплаве содержания циркония и снижению алюминия (табл. 111).
Ниже приведен расход шихтовых материалов и электроэнергии на 1 т ферросиликоциркония на промышленной двустадийной плавке с выпуском расплава на вторичном (вариант А) и первичном (вариант Б) алюминиевом порошке:
При разработке технологии силикотермической плавки ферросиликоциркония в дуговой печи мощностью 75 кВА лучшие результаты получены на шихте, состоящей из 10 кг концентрата, 7 кг 75%-ного ферросилиция и 4 кг извести, в том числе 1 кг извести задавали в печь перед выпуском. Продолжительность плавки составляла 1 ч 20 мин. Получен ферросиликоцирконий, содержащий 35—38% Zr, 42—44% Si, 0,10—0,13% С, остальное — железо. Извлечение циркония в сплав составило 73%.

Следует отметить положительное влияние добавки 8—10% Al от массы концентрата в конце плавки на показатели процесса. Участвуя в восстановительных реакциях, алюминий практически не переходит в сплав; извлечение циркония в сплав возросло до 82,8%.





Яндекс.Метрика