ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

1

Результат выполнения технологической разработки.

Сущность изобретения заключается в том, что в индукци­онную печь загружают и расплавляют металлические отходы (лом, обрезь, скрап, стружку и др. ) стали и титановых отходов в соотношении, необходимом для получения ферротитана заданного состава (40-75% титана, остальное железо). Затем на поверхности расплава наводят шлак, содержащий двухкальциевый силикат и фторид кальция при их соотношении (5-7): 1, а затем металлический расплав обрабатывают кальцием, взятым в количестве 1,2-2 раза, большем, чем масса примесей олова, серы, фосфора и углерода в расплаве (определяется как их сумма в заданных на плавку металлических компонентах шихты).

Шлак, содержащий двухкальциевый силикат и фторид кальция, выплавляется отдельно из извести, кварцевого песка и плавикового шпата в электропечи или наводится в индукционной печи из этих же компонентов. Для получения двухкальциевого силиката отношение количества извести и кремнезема составляет 1,87.

Удаление вредных примесей - олова, серы, фосфора и углерода - из металлического расплава титана и железа происходит в связанном виде с кальцием, которым обрабатывают металлический расплав. Кальций связывает эти элементы в прочные химические соединения -ca₂sn,cas, Са ₃Р ₂, СаС ₂ - нерастворимые в расплаве ферротитана.

Образующийся станнид кальция -ca₂sn- хорошо растворяется в металлическом кальции и всплывает в виде капель расплава на границу раздела металл-шлак. При контакте со шлаком часть кальция взаимодействует со шлаком с образованием полуторного силиката кальция и монофторида кальция

2СаО •sio₂+ Са = Са ₃О ₂ •sio₂(1)

caf₂+ Са = 2caf(2) которые находятся в равновесии с метал­лическим кальцием и, прекрасно смачивая его (или расплав кальция сca₂sn), обволакивают капли такого металла, что обеспечивает полное отделение его от ферротитана.

Частицы cas, Са ₃Р ₂ и СаС _2, контактируя в процессе магнитного перемешивания металла, коалесцируют, укрупняются и выводятся в шлаковую фазу, с которой хорошо усваиваются. При контакте с кислородом воздуха образовавшихся полуторных силикатов и фторидов, растворенный в них кальций окисляется

2Са ₃О ₂ •sio₂+ o ₂ = 2СаО •sio₂+ 2СаО (3)

4caf+ o ₂ = 2caf₂+ 2СаО (4), что может вызвать в конечном итоге при длительной выдержке полное окисление свободного каль­ция. При этом оставшийсяca₂snсмачивается шлаком значительно хуже и при разделении может остаться в металлической фазе (на его поверхности), ухудшая качество ферротитана. Поэтому продолжи­тельность выдержки должна быть минимальной, но обеспечивающей удаление примесей из металлического расплава в шлаковую фазу (для промышленной печи при задаваемом количестве кальция не превы­шает 10 мин).

Способность шлака усваивать примеси и удерживать их в своем составе усиливается и продолжительность воздействия шлака увели­чивается при защите поверхности расплава инертным газом. Метал­лический кальций вводят в расплав на штанге, что позволяет распла­вить кальций в объеме обрабатываемого металлического расплава. Если плавку проводить без наведения шлака, содержащего двухкальциевый силикат и фторид кальция, равно как и при наведении шлака, не отвечающего этому составу, удаление вредных примесей, особен­но олова, затруднительно, что приводит к ухудшению качества получаемого ферротитана.

При соотношении в шлаке двухкальциевого силиката и фторида кальция большем, чем 7:1, вязкость шлака значительно возрастает, особенно при взаимодействии его с кальцием, что приводит к ухудшению разделенияca₂snи металла и к потере части ферротитана, который частично запутывается в вязком шла­ке. Использовать шлак с соотношением двухкальциевого силиката и фторида кальция менее, чем 5:1, нецелесообразно, так как это приводит к излишнему перерасходу дефицитного фторида каль­ция. Кроме того, шлак обладает очень высокой жидкоподвижностью, диффузионные процессы в нем проходят очень быстро, что приводит к интенсивному окислению растворенного в шлаке кальция кислородом контактирующего с ним воздуха и, в конечном итоге, к ухудшению удаления олова из ферротитана.

Если количество вводимого для удаления вредных примесей кальция больше их массы более, чем в два раза, то имеет ме­сто излишний перерасход кальция, а менее, чем в 1,2 раза, то кальция недостаточно для полноты выведения примесей из ферротитана, так как образующиеся частицы соединений кальция с вредными примесями мелкие, укрупнение из-за малых их коли­честв осложнено и они в значительном количестве остаются в ферротитане.

Способ позволяет получать ферротитан с содержанием оло­ва, не превышающим 0,05%, фосфора, не превышающим 0,01%, углерода, не превышающим 0,01%, и с содержанием серы до сле­дов.

Испытание способа осуществляли на промышленной ин­дукционной тигельной печи типа ИЧТ-2,5 с вместимостью тигля 2,5т и мощностью печного трансформатора 100кВт.

Для испытания использовали следующие материалы: сталь­ной лом марки ЗА (ГОСТ 2787-86) с содержанием 0,05%s, 0,08% С, 0,05% p, титановые отходы и стружка в дробленом виде с дли­ной витка от 5 до 150мм, масса отдельных кусков, пакетов, лис­тов, рулонов не более 15кг и шириной не более 300мм содержит 98,2%ti, 0,5%sn, 0,05% s, 0,1% С, 0,1% Р.

После разогрева печи и спекания тигля в него загрузили 1,00т отходов титана и 1,00т стального лома. После расплавления загруженных металлических компонентов на поверхности распла­ва навели шлак путем загрузки шлакообразующей смеси, состоя­щей из извести, кварцевого песка и концентрата плавикового шпата.

После наведения шлака металлический расплав при темпе­ратуре 1420°С обработали металлическим кальцием с содержани­ем кальция 99,9%, введенным в металлический расплав на сталь­ном пруте. Для обработки использовали кальций, полученный с машиностроительного завода г.Электросталь. При полном растворении кальция в металлическом расплаве через 2-3 мин сначала сливали шлак в отдельную изложницу и затем проводили слив ферротитана в плоские изложницы, установленные на тележки. Перед разливкой изложницы в течение часа прогревали горелкой и тщательно обмазывали известковым раствором, а на дно из­ложниц засыпали по одной лопате ферротитановой крошки для предотвращения пригара слитка к днищу изложниц.

Плавки по предлагаемой технологии проводили по трем вариантам (по одной плавке в каждом варианте): при соотношении двухкальциевого силиката и фторида кальция в наводимом шлаке, равном 5:1, и отношении массы вводимого кальция в расплав к массе суммы примесейsn,s, p и c в стали и титане, заданных на плавку, равном 1,2: 1, в варианте 1, при соотношениях 6: 1 и 1,6: 1 - в варианте 2 и 7:1 и 2:1-в варианте 3. Промышленное использо­вание способа характеризуется его эффективностью в части ис­пользования отходов титана и стали, загрязненных примесями, с получением ферротитана с низким содержанием примесей.