Спосіб підготовки брикетованої шихти для виплавки алюмінієво-кремнієвого сплаву

Спосіб підготовки брикетованої шихти для виплавки алюмінієво-кремнієвих сплавів, що включає підготовку шихтових матеріалів і брикетування шихти з вуглецевим відновником в стехіометричній кількості, необхідній для відновлення оксидів шихти до елементів, який відрізняється тим, що вуглецевий відновник змішують з часткою кремнезем-глиноземної сировини при відношенні маси вуглецю до маси оксидів шихти 0,5-0,6 і брикетують, решту кремнезем-глиноземної сировини також брикетують, після чого брикети обох складів змішують. Винахід відноситься до металургії кольорових металів і стосується способу підготовки брикетованої шихти для виплавки в рудновідновлюючих електропечах алюмінієво-кремнієвих сплавів карботермічним відновленням оксидів алюмінію і кремнію до металів. Техніко-економічні показники процесу виплавки алюмінієво-кремнієвих сплавів залежать не тільки від виду і загального співвідношення використаної сировини в брикетованій шихті, а і від розподілу сировини в брикетах. Відомий "Спосіб виробництва алюмінієвокремнієвих сплавів" (а.с. СРСР №1524507 кл. С22В4/06), відповідно до якого підготовку брикетів здійснюють при уведенні 3-30% глиноземвміщуючого компоненту в гранульованому вигляді з відношенням діаметра гранул до діаметра брикету рівним 0,03-0,12. Відомий "Спосіб виробництва алюмінієвокремнієвих сплавів (а.с. СРСР №1649813 С22В4/06, С22С21/02) відрізняється тим, що перед змішуванням з вуглецевим відновлювачем крем незем-глиноземну сировину додатково комкують до крупності 0,1-15 мм. Відомий "Спосіб підготовки шихти для одержання алюмінієво-кремнієвих сплавів карботермічним відновленням" (а.с. СРСР №1715872 С22В4/06 С22С1/2), відповідно до якого змішуванню піддають вуглецевий відновлювач і глинозем з відношенням вуглецю вуглецевого відновлювача до глинозему 0,45-1,06, уводять кусковий кремнезем і/або окусковану кремнезем-глиноземну сировину до вмісту вуглецю в шихті 90-115% від стехіометричної кількості, необхідної для відновлення оксидів шихти до їх елементів. Суттєвий недолік відомих способів виплавки алюмінієво-кремнієвих сплавів полягає в тому, що в процесі рудовідновлюючої плавки за рахунок утворення в брикетах легкоплавких систем, що вміщують карбід кремнію, оксикарбіди алюмінію і оксиди, частка шихти переходить в шлак, з яким утрачаються корисні компоненти (алюміній і кремній) і тому збільшуються витрати шихти і електроенергії на виробництво сплаву. (19) UA (11) 75275 (13) C2 (21) 20040806946 (22) 20.08.2004 (24) 15.03.2006 (46) 15.03.2006, Бюл. № 3, 2006 р. (72) Бережний Іван Архипович, Владиченко Олександр Григорович, Гавриленко Микола Павлович (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "ЗАПОРІЗЬКИЙ ВИРОБНИЧИЙ АЛЮМІНІЄВИЙ КОМБІНАТ" (56) SU 722972 A1, 25.03.1980 DE 2133417 A, 18.05.1972 UZ 5198 B, 28.06.2002 JP 56150141 A, 20.11.1981 US 4491472 A, 01.01.1985 3 75275 4 У "Довіднику металурга по кольоровим метаодного складу, а готують брикети двох складів, які лам. "Виробництво алюмінію" м. Москва. Видавнипісля виготовлення змішують і суміш брикетів зацтво металургія, 1971, с. 509-513" описаний спосіб вантажують на колошник електропечі для виплавпідготовки брикетованої шихти для відновлюючої ки алюмінієво-кремнієвого сплаву. плавки в рудовідновлюваючій електропечі, який Для здійснення запропонованого способу підвпроваджений в промисловому виробництві і виготовки брикетованої шихти із складу відомої шихзначений в якості прототипу. Відомий спосіб вклюти вилучають всю масу вуглецевого відновлювача чає підготовку шихтових матеріалів, точне дозу(кам'яне вугілля, нафтовий кокс і інші) і беруть чавання і ретельне перемішування матеріалів, стку кремнезем-глиноземної сировини (каолін, брикетування шихти і сушку брикетів. Брикетована глинозем, дистенсиліманітовий концентрат, кваршихта вміщує вуглець в кількості, що необхідна цовий пісок і інші), кількість якої забезпечує віднодля відновлення оксидів рудного концентрату шення вуглецю до оксидів рівним 0,5-0,6. Інгредіє(кремнезем-глиноземної сировини)та золи вугленти змішують і брикетують. Решту кремнеземцевого відновлювача. Вміст вуглецю в брикетах глиноземної сировини відомої шихти, що залишискладає 90-110% від стехіометрії для відновлення лася після витрат на виготовлення брикетів з вугоксидів брикету до елементів. лецем, також брикетують. Одержані брикети двох В основі виплавки алюмінієво-кремнієвих складів змішують і завантажують на колосник елесплавів із брикетованої суміші кремнеземктропечі для виплавки алюмінієво-кремнієвого глиноземної сировини з вуглецевим відновлювасплаву. Таким чином одержана суміш брикетів, що чем лежить хімічна реакція відновлення оксидів завантажують на колосник електропечі, по сумаркремнію і алюмінію вуглецем до елементів при ному вмісту компонентів в брикетах обох складів нагріванні. Загальне рівняння хімічних реакцій відвідповідна складу відомої шихти. новлення кремнію і алюмінію із оксидів вуглецем Але завдяки тому, що в суміші брикетів, вигомають вигляд: товлених запропонованим способом, в брикетах з SiО2+2С=Sі+2СО (1) вуглецевим відновлювачем підтримують відноАl2O3+3С=2Аl+3СО (2) шення вуглецю і оксидів 0,5-0,6 хімізм взаємодії По мірі нагрівання брикетів на колошнику елевуглецю і оксидів при нагріванні інший порівняно з ктропечі в них проходять проміжні реакції взаємобрикетами прототипу. дії оксидів і вуглецю і утворення карбідів, оксікарВ брикетах, виготовлених за відомим способідів кремнію і алюмінію. Проміжні продукти бом, при нагріванні відновлення оксидів алюмінію і відновлення з залишками оксидів, що по стехіомекремнію до елементів проходить за хімічними реатрії оксидів і вуглецю в брикетованій суміші не кціями (1) і (2). прореагували з вуглецем, утворюють. легкоплавкі При нагріванні в брикетах, виготовлених за системи шлакової фази. запропонованим способом з вмістом вуглецю і З шлаковою фазою, що містить проміжні прооксидів у відношенні 0,5-0,6 на першій стадії при дукти відновлення оксидів алюмінію і кремнію і їх температурі до 1900°С проходять реакції відновоксиди, утрачаються ведучі елементи алюміній і лення оксидів алюмінію і кремнію до карбідів відкремній, збільшуються витрати шихти і електроеповідно до хімічних реакцій, рівняння яких має нергії на виплавку алюмінієво-кремнієвого сплаву і вигляд: зменшується продуктивність електропечей. 2Аl2O3+9С=Аl4С3+6СО (3) Недолік способу прототипу полягає в тому, що SiO2+3С=SiC+2СО (4) на виплавку алюмінієво-кремнієвих сплавів йдуть Утворені карбіди алюмінію і кремнію не мають високі питомі витрати електроенергії і шихти і звіддостатніх контактів з поверхнями оксидів окремо си невисока продуктивність електропечі. збрикетованої кремнезем-глиноземної сировини, В основу винаходу поставлено задачу зменщо зменшує долю утворення легкоплавких шлакошення питомих витрат електроенергії і шихти на вих систем і за рахунок цього стає можливим знивиплавку алюмінієво-кремнієвих сплавів і підвизити утрати алюмінію і кремнію і підняти продуктищення продуктивності електропечі. вність електропечі. Поставлена задача досягається тим, що в віНа другій стадії відновлення при досягненні домому способі прототипу підготовки брикетованої утвореними за реакціями (3 і 4) карбідами і брикешихти для виплавки алюмінієво-кремнієвих сплатами із кремнезем-глиноземної сировини при темвів, що включає підготовку шихтових матеріалів, пературі вище ніж 1900°С проходять хімічні реакції точне дозування і ретельне перемішування матевідновлення алюмінію і кремнію із карбідів і оксиріалів, брикетування шихти з вмістом вуглецю в дів до елементів. Реакції відновлення мають вистехіометричній кількості, необхідної для відновгляд: лення оксидів до їх елементів, змішують і брике2Аl4С3+3SiO2=8Аl+3Si+6СО (5) тують масу вуглецевого відновлювана відомої шиAl4С3+Al2О3=6Аl+3СО (6) хти з часткою маси кремнезем-глиноземної 2SiС+SiO2=3Si+2CO (7) сировини при відношенні маси вуглецю до маси 3SiC+Аl2O3=3Si+2Al+3СО (8) оксидів 0,5-0,6 і брикетують решту маси кремнеХімічні реакції (5-8) проходять між твердими зем-глиноземної сировини відомої шихти, брикети карбідами і газоподібними здісоційованими оксиобох складів змішують. дами, що виключає можливість тонкого перемішуЗапропонований спосіб підготовки брикетовавання їх і створення шлакових фаз, з якими утраної шихти для виплавки алюмінієво-кремнієвих чаються компоненти шихти. сплавів суттєво відрізняється від прототипу тим, За рахунок зміни концентрацій реагуючих рещо із складу відомої шихти готують брикети не човин в брикетованій шихті, виготовленій відповід 5 75275 6 но до запропонованого способу, в порівнянні з (4) зменшує електричний опір шихти, що негативпрототипом досягається збільшення швидкості но впливає на технологію плавки. реакцій відновлення і повнота завершення їх. Як Приклади складів відомих шихт, підготовлених наслідок цього зменшуються питомі витрати шихти за способом прототипом, показані в таблиці 1., а і електроенергії на виплавку сплаву і збільшується приклади складів суміші брикетів, приготовлених продуктивність електропечі. запропонованим способом з відношенням вуглецю Граничні значення відношення маси вуглецю до оксидів в межах граничних значень і поза ними, до маси оксидів алюмінію і кремнію в брикетах приведені в таблиці 2. Для прикладів 1 і 2 запровибрані із умови повного проходження хімічних понованого способу підготовки брикетованої шихреакцій (3) і (4). Стехіометрична величина відноти взяті відомі склади шихт 1 і2, що вміщені до шення вуглецю до оксиду для хімічної реакції (3) таблиці 1. становить 0,529, а для хімічної реакції (4) - 0,6, Для експериментальної перевірки впливу спотобто для суміші оксидів алюмінію і кремнію вони собів підготовки брикетованих шихт була виготовявляються стехометричними границями відношенлена брикетована шихта за відомим способом ня вуглецю і оксидів. прототипом і з шихти такого ж складу була підгоВ промислових умовах в якості вуглецевих вітовлена суміш брикетів запропонованим спосодновлювачів використовують кам'яне вугілля, що бом. містить вуглець, як відновник, і летучі речовини, Для здійснення запропонованого способу підякі при нагріванні виділяють сажистий вуглець, що готовки брикетованої шихти із складу відомої шихприймає участь в відновлюючих реакціях, але не ти (таблиця 3), яку використовували в способі провраховується технічним аналізом і в розрахунках тотипу для порівняння результатів плавок, шихти. Тому нижню границю відношення маси вугвилучали всю масу вуглецевого відновлювача лецю до маси оксидів в брикеті прийнято рівною (кам'яне вугілля і нафтовий кокс) і чистку кремне0,5. зем-глиноземної сировини (всю масу глинозему і У випадку використання в якості вуглецевого частку каоліну) з розрахунку одержання суміші з відновника нафтового коксу, добавленого до кавідношенням вуглецю до оксидів рівним 0,55. Комм'яного вугілля, зменшується в суміші вуглецевих поненти шихти змішували, зволожували водяним відновників доля летучих речовин, а з ними зменрозчином ЛСТ, брикетували і сушили брикети при шується і доля сажистого вуглецю, а також збільтемпературі 250°С. шуються утрати вуглецю за рахунок вигорання на Решту кремнезем-глиноземної сировини (заколошнику електропечі. Тому верхню границю відлишок каоліну) зволожували водяним розчином ношення вуглецю до оксидів у брикеті взято рівЛСТ, брикетували і сушили брикети також при ною 0,6. 250°С. Сухі брикети обох складів змішували і плаПри відношенні вуглецю до оксидів в брикетах вили на рудовідновлюючій одноелектродній елекменшому 0,5 в них буде нестача вуглецю для протропечі. ходження до кінця хімічних реакцій (3) і (4). Тому Результати випробувань виплавки алюмінієвозайві оксиди оплавляються і створюють шлакову кремнієвого сплаву із суміші брикетів, підготовлефазу, з якою утрачаються корисні компоненти. них за запропонованим способом, а також із бриВ випадку, коли в брикетах відношення вуглекетованої шихти відомого способу вміщені до табцю до оксидів більше 0,6, тоді зайвий вуглець від лиці 3. необхідного для проходження хімічних реакцій (3) і Таблиця 1 Приклади складів відомих шихт, приготовлених за способом прототипом Kpeмнизем-глиноземна сировина, кг № приклаКварцовий да Каолін Глинозем ДСК* пісок 1 2 3 4 5 40,6 32,1 36,8 36,4 36,7 13,0 13,5 24,7 24,7 13,3 10,7 15,7ѐ ДСК - дистенсіліманітовий концентрат 6,5 6,5 Вуглецевий відновник Кам’яне вугілля Нафтовий кокс 29,7 21,7 21,5 17,4 17,0 6,0 7,1 11,2 10,4 % С від стехіомеСполучна трії на відновречовина, лення оксидів до % елементів 6,6 93 6,5 95 6,5 95 6,5 98 6,5 98 7 75275 8 Таблиця 2 Приклади складів сумішів брикетів, приготовлених запропонованим способом Склад брикетоваВідношення ної решти кремСклад брикетованої суміші вуглецевого відновника з част% від стехівуглецю до неземСполучна кою кремнезем-глиноземної сировини ометрії на оксидів глиноземної си- речовина № приквідновлення ровини шихти, кг в суміші лада оксидів шихКремнезем-глиноземна Вуглецевий відно- % С від стебрикетів, ти до елесировина, кг вник, кг % хіометрії на ментів Каолін ДСК Кам'яне Нафтовий утворення Каолін Глинозем дек карбідів вугілля кокс 1 0,45 29,32 13,0 29,7 81,2 11,28 6,5 93 0,50 24,89 13,0 29,7 90,5 15,71 6,5 93 0,55 21,26 13,0 29,7 100 19,34 6,5 93 = 0,6 18,24 13,0 29,7 109,1 22,36 6,5 93 0,62 17,16 13,0 29,7 112,9 23,44 6,5 93 2 0,45 24,25 13,5 5,35 21,7 6,0 81,76 7,85 535 6,5 98 0,50 25,93 13,5 21,7 6,0 90,43 6,17 10,7 6,5 98 0,55 22,0 13,5 21,7 6,0 100 10,1 10,7 6,5 98 0,60 18,89 13,5 21,7 6,0 109,4 13,21 10,7 6,5 98 0,62 17,77 13,5 21,7 6,0 113,2 17,77 10,7 6,5 98 Таблиця 3 Відомий спосіб - прототип Показники Запропонований спосіб Величина показника 1. Склад брикетів, (мас. кг): каолін глинозем газове вугілля нафтовий кокс сполучна речовина, ЛСТ 2. % вуглецю від стехіометрії на відновлення оксидів до елементів 3. Питомі витрати на плавку: електроенергії, кВт-г(кг) брикетів, кг/кг продуктивність електропечі, кг/год 49,7 17,4 25,9 7,0 6,5 95 27,505 5,475 3,841 1. Склад брикетованої суміші вуглецевого відновлювача і частки кремнезем-глиноземної сировини, (мас.кг): каолін глинозем газове вугілля нафтовий кокс сполучна речовина, ЛСТ 1.1. Відношення вуглецю до оксидів 1.2. % вуглецю від стехіометрії утворення карбідів із оксидів 2. Склад брикетованої решти кремнеземглиноземної сировини: каолін (мас.кг) сполучена речовина ЛСТ, % 2.1. % вуглецю від стехіометрії на відновлення оксидів шихти до елементів, % 3. Питомі витрати на плавку: електроенергії, кВт-г/кг брикетів, кг/кг продуктивність електропечі, кг/год Одержані результати випробувань показали, що при виплавці алюмінієво-кремнієвого сплаву із брикетованої шихти, підготовленої за запропонованим способом, в порівнянні з способом прототипом зменшуються витрати на виробництво сплаву електроенергії з 27,595кВт-г/кг до 18,759кВт-г/кг або 31,8%, брикетованої шихти з 5,475кг/кг до Комп’ютерна верстка M. Клюкін Величина показника Показники 24,5 17,4 25,9 7,0 6,5 0,55 100,9 25,2 6,5 95 18,759 4,607 4,870 4,607кг/кг або на 15,85% і зростає продуктивність електропечі з 3,841 кг/г до 4,870кг/г або на 26,8%. Таким чином, завдяки використання для виплавки алюмінієво-кремнієвого сплаву брикетованої шихти підготовленої запропонованим способом стало можливим покращити основні показники процесу. Підписне Тираж 26 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