Спосіб отримання феронікелю

1. Спосіб отримання феронікелю, що включає підготовку шихти на основі нікелевмісної сировини, плавку шихти в електродуговій печі з отриманням ванни розплавленого металу, доведення ванни розплавленого металу до отримання розплаву феронікелю заданого складу, зливання шлаку з поверхні одержаного в печі розплаву феронікелю і U 1 3 ляти в шихтові паспортні зливки малофракційні металовідходи швидкорізальних, неіржавіючих і легованих сталей, переплавляти тягові акумулятори ТЖН, авіаційні двигуни в товарний феронікель у вигляді шихтових зливків з хімічним складом за замовленням споживача. Технологія виробництва товарного феронікелю на основі металотермічного відновлення нікелю з вторинної нікельмісткої сировини з плавкою в електродугових печах і подальшим розливанням в зливки включає наступні основні операції: - підготовка шихти заданого складу; основою шихти можуть бути будь-які нікельмісткі матеріали в будь-якій формі (брухт, стружка, браковані, некондиційні, відпрацьовані вироби, відпрацьовані каталізатори і т. д.); - підготовка електродугової печі до плавки; - завантаження шихти в електродугову піч і плавка ванни металу; - доведення металу до заданого складу; - зливання шлаку з поверхні ванни розплавленого металу; - розливання розплавленого металу в зливки. Вказана технологія прийнята як прототип рішенню, що заявляється. Загальними істотними ознаками рішення, що заявляється, і найближчого аналога є: спосіб отримання феронікелю, що включає підготовку шихти на основі нікельмісткої сировини, плавку шихти в електродуговій печі з отриманням ванни розплавленого металу, доведення ванни розплавленого металу до отримання розплаву феронікелю заданого складу, зливання шлаку з поверхні одержаного в печі розплаву феронікелю і подальше розливання розплаву феронікелю в зливки. У практиці плавки феронікелю в дугових електросталеплавильних печах має місце нерівномірне розподілення нікелю, як по об'єму окремого зливка, так і по окремим зливках однієї і тієї ж плавки. У той же час сумарна кількість нікелю в певній плавці феронікелю залишається заданою. Так, коливання в контрольних пробах по зрізу зливка і в різних зливках практичних плавок складають від 7,5 % до 17,0 % нікелю, при вмісті нікелю в шихті плавки більше 13 %. Вказані коливання за змістом нікелю як правило відбуваються в плавках з вмістом нікелю в шихті 12,5 % і більше. Це явище описане в роботі Д.А. Диомедовского і ін. «Металлургия ферроникеля», с. 74-76. Згідно з даними авторів, в печі на відстані 200-300 мм від межі розділу «феронікель - шлак» є зона розплаву, збагачена нікелем. Автори вважають, що збагачення цієї зони нікелем пов'язане з реакцією відновлення вуглецем феронікелю оксидів металу, що знаходяться в шлаку. При цьому продукт реакції - оксид вуглецю - створює умови для флотації суспензії феронікелю в межах вказаної зони. Дана обставини знижують якість товарного феронікелю із-за нерівномірного розподілу нікелю, негативно впливає на взаємини виробника і покупця даного виду продукції, може викликати не передбачувані наслідки при експорті феронікелю при відборі проб для перевірки представниками митниці. 57724 4 В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення способу отримання феронікелю, в якому за рахунок технологічних особливостей досягається більш рівномірний розподіл нікелю, як по об'єму окремого зливка, так і по окремих зливках однієї і тієї ж плавки. Поставлена задача вирішується тим, що в способі отримання феронікелю, що включає підготовку шихти на основі нікельмісткої сировини, плавку шихти в електродуговій печі з отриманням ванни розплавленого металу, доведення ванни розплавленого металу до отримання розплаву феронікелю заданого складу, зливання шлаку з поверхні одержаного в печі розплаву феронікелю і подальшу розливання розплаву феронікелю в зливки, відповідно до корисної моделі, після зливання шлаку з поверхні ванни розплавленого металу в печі перед розливанням в зливки розплав феронікелю зливають з печі в робочий ківш, витримують розплав феронікелю в робочому ковші, зливають шлак з поверхні розплаву феронікелю в робочому ковші, зливають розплав феронікелю з робочого ковша назад в піч, проводять присадку на поверхню розплаву феронікелю в печі у вигляді шамотного бою вогнетривів і вуглецьмістких матеріалів і розігрівають розплав феронікелю в печі до температури розливання. Перераховані ознаки складають суть корисної моделі. Доцільно розплав феронікелю в робочому ковші витримувати протягом 3-5 хвилиндля часткової дегазації металу в ковші і підйому шлаку на поверхню розплаву. Доцільно також кількість шамотного бою вогнетривів в присадці вибирати в межах 5-10 кг/т, а як вуглецьмісткі матеріали в присадці використовувати бій графітових електродів або коксовий дрібняк з розрахунку 0,3-0,5 кг/т. Така присадка сприяє збільшенню електричного опору шлаку, що значно прискорює нагрів металу, а також створює на поверхні дзеркала металу захисну відновну атмосферу, що перешкоджає проходженню реакції між вуглецем металу і шлаком. Істотні ознаки корисної моделі знаходяться в причинно-наслідковому зв'язку з технічним результатом, що досягається. Так, відмітні ознаки корисної моделі (після зливання шлаку з поверхні ванни розплавленого металу в печі перед розливанням в зливки розплав феронікелю зливають з печі в робочий ківш, витримують розплав феронікелю в робочому ковші, зливають шлак з поверхні розплаву феронікелю в робочому ковші, зливають розплав феронікелю з робочого ковша назад в піч, проводять присадку на поверхню розплаву феронікелю в печі у вигляді шамотного бою вогнетривів і вуглецьмістких матеріалів і розігрівають розплав феронікелю в печі до температури розливання) спільно з істотними ознаками, загальними з прототипом, дозволяють підвищити рівномірність розподіл нікелю, як по об'єму окремого зливка, так і по окремих зливках однієї і тієї ж плавки. Авторами проведені експериментальні дослідження по підвищенню рівномірності розподілу нікелю, як по об'єму окремого зливка, так і по 5 окремих зливках однієї і тієї ж плавки феронікелю. Були випробувані ряд способів плавки і розливу феронікелю в зливки, зокрема: перемішування металу скребками (що вкрай неефективно); присадка в піч перед зливом металу розкислюючих феросплавів; наведення перед розливом феронікелю нового шлаку. Найбільш ефективним виявився варіант технології, коли після плавки шихти, доведення розплавленого металу до отримання заданого складу феронікелю і зливання шлаку з поверхні ванни, виконують злив розплаву феронікелю з печі в робочий ківш, витримують розплав феронікелю в робочому ковші, зливають шлак з поверхні розплаву феронікелю в робочому ковші, зливають розплав феронікелю з робочого ковша назад в піч. наводять шлак з бою шамотних вогнетривів і вуглецьмістких матеріалів, розігрівають розплав феронікелю в печі до температури розливання (не нижче 1600°С), після чого виконують розливання розплаву феронікелю в зливки. Експериментально встановлено необхідний час витримки розплаву феронікелю в робочому ковші (протягом 3-5 хвилин для часткової дегазації металу в ковші і підйому шлаку на поверхню розплаву). При зменшенні вказаної витримки нерівномірність розподілу нікелю збільшується. Збільшення витримки - енергетично не вигідно в результаті охолодження розплаву феронікелю в ковші. Досягнення технічного результату (рівномірність розподілю нікелю, як по об'єму окремого зливка, так і по окремих зливках) авторами доведене експериментально. На думку авторів при реалізації технології, що заявляється, відбувається наступне. Злив металу з робочого ковша назад в піч сприяє інтенсивному перемішуванню феронікелю. Присадка бою шамотних вогнетривів і вуглецьмістких матеріалів (графітових електродів, коксового дрібняка або інших вуглецьмістких матеріалів) дозволяє прискорити процес нагріву ванни металу із-за збільшеного електричного опору шлаку. Крім того, бій шамотних вогнетривів створює інертний шлаковий пояс, що перешкоджає проходженню рафінуючих процесів, а вуглецьмісткі матеріали утворюють відновну атмосферу на поверхні шлакового поясу. В результаті сумарної дії вищезгаданих чинників сповільнюється утворення зони розплаву, збагаченої нікелем. Нижче приводиться докладний опис способу отримання феронікелю, що заявляється, з прикладами практичних плавок. Готують шихту заданого складу. Основою шихти можуть бути будь-які нікельмісткі матеріали в будь-якій формі (брухт, стружка, браковані, некондиційні, відпрацьовані вироби, відпрацьовані позитивні пластини ТЖН, відпрацьовані каталізатори і т. д.). До таких матеріалів відносяться вторинні метали згідно ДСТУ 4121-2002. Метали чорні вторинні. Загальні технічні умови (таблиця № 3), ДСТУ 3211-95 (ГОСТ 1639-93). Брухт і відходи кольорових металів і сплавів. Загальні технічні умови (таблиці № 36, № 37, № 38, № 39, № 41, № 42). Електродугову піч готують до плавки. До включення печі під напругу проводять огляд печі 57724 6 на предмет стану і справності її вузлів, виконують підготовку поду печі для запобігання роз'їданню, поглиблення в поді заповнюються вогнетривкою заправною масою. Підготовлену шихту завантажують в електродугову піч і виконують плавку ванни металу. Шихту завантажують корзиною, що подасться мостовим краном в електродугову піч після її викочування, шихта повинна завантажуватися рівним шаром. Після завантаження шихти в піч (не менше половини садки печі) проводять нарощування і перепуск електродів, піч включають на плавку. У міру усадки і підплавлення шихти проводять довантаження шихти до повної садки печі. Після останнього довантаження шихти виконують повне плавлення ванни металу до температури 1650-1700 С. Далі, за наслідками експрес-аналізу феронікелю виконують, при необхідності, його доведення до заданого складу. Для цього в піч завантажують нікель і хроммісткі матеріали, або оксиди заліза і нікелю. Про відповідність металу заданому складу судять за наслідками експрес-аналізу проб металу, що відбираються з-під шару шлаку в процесі і після доведення металу. Вироблюваний феронікель повинен відповідати вимогам ТУ У27. 3-0019 1477001-2001. Феронікель. Технічні умови, або галузевим стандартам СОУ МПП 77.100-108 : 2006. Феронікель. Загальні технічні умови, СОУ МПП 77.100-160 : 2007. Феронікельхром. Загальні технічні умови. Далі, виконують зливання шлаку з поверхні ванни розплавленого металу. Температура ванни розплавленого металу повинна знаходитися в межах 1650-1700°С. Шлак з поверхні ванни металу зливають через робоче вікно печі (при нахилі печі) в шлаковий ківш. Шлак, що залишився на поверхні металевої ванни, згортають кварцовим піском, який задають рівномірним шаром на поверхню ванни розплавленого металу. Після зливання шлаку виконують злив розплаву феронікелю з печі в робочий ківш. Витримують розплав феронікелю в робочому ковші протягом 3-5 хвилин для часткової дегазації металу в ковші і підйому шлаку на поверхню розплаву. Потім зливають шлак, що залишився, з поверхні розплаву феронікелю в робочому ковші і зливають розплав феронікелю з робочого ковша назад в піч. Після зливу розплав феронікелю з робочого ковша назад в піч на поверхню розплаву феронікелю в печі подають присадку у вигляді шамотного бою вогнетривів і вуглецьмістких матеріалів. Кількість шамотного бою вогнетривів в присадці вибирають в межах 5-10 кг/т. а як вуглецьмісткі матеріали в присадці використовують бій графітових електродів або коксовий дрібняк з розрахунку 0,3 0,5 кг/т. Присадка шамотного бою сприяє збільшенню електричного опору шлаку, що значно прискорює нагрів металу. Шамотний бій неминуче утворюється в електросталеплавильних цехах і є дешевим шлакоутворюючим матеріабрухт. Шамотні шлаки 7 57724 добре захищають поверхню металу, дозволяють швидко нагрівати ванну до заданої температури. Присадка вуглецьмісткого матеріалу (бій графітових електродів або коксовий дрібняк) створює на поверхні дзеркала металу захисну відновну атмосферу і перешкоджає проходженню реакції між вуглецем металу і шлаком. Розігрівають розплав феронікелю в печі до температури 1650-1700°С, після чого виконують розливання розплаву феронікелю в зливки за відомими технологіями, зливаючи розплав феронікелю в робочий ківш і далі по виливницях. Перед розливанням температура розплаву металу повинна бути не менше 1600°С. Нижче наводяться практичні приклади плавок, що підтверджують досягнення технічного результату. Плавка № 31 (19.02.2010). Склад шихти: 1. Стружка легована низьконікелева (1,5 % - 5 % Ni) - 6,0 т 2. Зливки високонікелева (20 % - 50 % Ni) 2.215 т 3. Окалина (50 % - 85 % Ni) - 0,5 т Разом: 8,715 т Присадка: 1. Бій графітових електродів - 5 кг/т. 2. Шамотний бій - 60 кг/т. Одержано зливків - 11 шт., загальна вага - 7,5 т. Розподіл нікелю по об'єму окремих зливків: 15,14 % - 17,3 %. Розподіл нікелю по окремих зливках плавки: 16,2 % - 17,16 %. Плавка № 38 (02.03.2010). Склад шихти: 1. Стружка легована низьконікелева (1,5 % - 5 % Ni) - 4,0 т 2. Брухт неіржавіючих сталей (8 % - 13 % Ni) 0,62 т Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 8 3. Зливки високонікелеві (20 % - 50 % Ni) 0,885 т 4. Позитивні пластини ТЖН (20 % - 29 % Ni) 2,42 т 5. Графіт -0,15 т 6. Брухт алюмінію - 0,06 т Разом: 8,135 т Присадка: 1. Бій графітових електродів - 2 кг/т. 2. Шамотний бій - 65 кг/т. Одержано зливків - 8 шт., загальна вага - 6,0 т. Розподіл нікелю по об'єму окремих зливків: 15,8 % - 17,01 %. Розподіл нікелю по окремих зливках плавки: 15,84 % - 16,73 %. Плавка № 51 (14.03.2010). Склад шихти: 1. Стружка легована низьконікелева (1,5 % - 5 % Ni) - 6,0 т 2. Стружка Б26 (8 % - 11 % Ni) - 1,3 т 3. Зливки високонікелеві (20 % - 50 % Ni) - 0,8 т 4. Графіт - 0,15 т 5. Брухт алюмінію - 0,06 т Разом: 8,31 т Присадка: 1. Бій графітових електродів - 2,0 кг/т. 2. Коксова дрібниця - 60.0 кг/т. Одержано зливків - 9 шт., загальна вага - 6,5 т. Розподіл нікелю по об'єму окремих зливків: 14,81 % - 15,78 %. Розподіл нікелю по окремих зливках плавки: 15,2 % - 18,69 %. Таким чином, розкид змісту нікелю, як по об'єму окремих зливків, так і по окремих зливках в прикладах плавок за способом, що заявляється, знаходиться в межах 14,51 % - 17,3 %, що істотно нижче порівняно із способом-прототипом (від 7,5 % до 17 %). Підписне Тираж 23 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601