Спосіб видалення міді з залізовуглецевого розплаву

1. Спосіб видалення міді з залізовуглецевого розплаву, одержаного плавленням металевої шихти, що включає наведення сульфідного шлаку на поверхні розплаву з утворенням сульфідів в розплаві, наступне розділення розплаву і сульфідного шлаку, який відрізняється тим, що перед розділенням розплаву і сульфідного шлаку в розплав вводять дисперсний вогнетривкий матеріал, щільність якого менше ніж щільність розплаву, але більше ніж щільність сульфідів, а температура плавлення більше температури розплаву. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що як вогнетривкий матеріал використовують чисті оксиди металів або їх сполуки і суміші, які мають температуру плавлення, більшу за температуру розплаву. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що фракційність дисперсного вогнетривкого матеріалу вибирають в межах 1-10 мм. Винахід відноситься до металургії, зокрема до технології рафінування залізовуглецевих розплавів від розчиненої міді. Залежність властивостей сталі від вмісту домішок кольорових металів і ступінь їх впливу на окремі характеристики металопродукції дуже різні. З усіх домішок кольорових металів в сталі найбільш несприятливою за умовами видалення являється мідь. Постійно накопичуючись в сталі, мідь погіршує умови холодного і гарячого деформування, підвищує схильність металу до злому і розтріскуванню. Класичні способи рафінування мало придатні для видалення міді з залізовуглецевих розплавів. Для видалення розчиненої міді з залізовуглецевих розплавів в виробництві можуть бути використані: фільтрація розплаву, випар домішки при витримці розплаву в вакуумі, обробка розплаву шлаками. Метод фільтрації дозволяє досягти досить високого ступеню видалення міді з розплаву (до 70%). Однак висока вартість фільтрів, необхідність частої їх заміни, низька продуктивність обмежують застосування цього процесу. При видаленні міді із сталі шляхом випару досягається ступінь рафінування близько 30% і вище. Основною проблемою при реалізації даного процесу є необхідність тривалої витримки розплаву при високій температурі у глибокому вакуумі в ході обробки, а також значні втрати конденсату (до 1%). Рафінування розплаву шлаками відрізняється відносною простотою реалізації. Для видалення міді з залізовуглецевих розплавів може бути використана підвищена спорідненість міді до сірки в порівнянні з залізом. Сульфідизація міді може бути здійснена за допомогою елементарної сірки або сульфіду заліза з різними добавками [Самборский М., Алешников Α., Костецкий Ю., Троянский А., «Удаление меди из железоуглеродистых paсплавов», Тезисы докладов научной конференции молодых специалистов «-98», г. Мариуполь, 1998, с. 10-11]. Так, відомий спосіб рафінування залізовуглецевих розплавів від міді шляхом їх обробки шлаками на основі сульфідів металів [Зигало И.Н., Баптизманский В.И., Вяткин Ю.Ф. и др., «Медь в (19) UA (11) 90155 (13) (21) a200801291 (22) 01.02.2008 (24) 12.04.2010 (46) 12.04.2010, Бюл.№ 7, 2010 р. (72) КАРПОВ ВОЛОДИМИР ПЕТРОВИЧ, КОСТЕЦЬКИЙ ЮРІЙ ВІТАЛІЙОВИЧ, ОМЕЛЬЧЕНКО ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ, МИРОНОВ ДЕНИС ЮРІЙОВИЧ, ТРОЯНСЬКИЙ ОЛЕКСАНДР АНАТОЛІЙОВИЧ (73) ВІДКРИТЕ АКЦІОНЕРНЕ ТОВАРИСТВО "КОСТЯНТИНІВСЬКИЙ ЗАВОД "ВТОРМЕТ" (56) UA, 65346, A, 15.03.2004 RU, 2148658, C1, 10.05.2000 US, 4925488, 15.05.1990 GB, 1192510, 20.05.1970 SU, 777068, A, 07.11.1980 Зигало И. Н., Баптизманский В. И., Вяткий Ю. Ф., и др. Медь в стали и проблемы ее удаления // Сталь. -1991. - № 7. -С. 18-22 C2 1 3 90155 4 стали и проблемы ее удаления», Сталь, №7, 1991, забезпечується більш раціональне використання с. 18-22]. Відповідно до зазначеного способу мешлаку. тал плавлять, на поверхню залізовуглецевого розЗагальними ознаками рішення, що заявляєтьплаву завантажують матеріали, які утворюють ся, і прототипу є: спосіб видалення міді з залізовусульфідний шлак, витримують розплав під сульфіглецевого розплаву, що включає плавлення метадним шлаком, після чого розділяють розплав і сулу, наведення сульфідного шлаку на поверхні льфідний шлак. розплаву з утворенням сульфідів в розплаві, наПри високих температурах мідь має більш виступне розділення розплаву і сульфідного шлаку. соку спорідненість до сірки ніж залізо і тому переСпосіб-прототип забезпечує видалення міді із ходить до шлаку за реакцією: залізовуглецевого розплаву з більш раціональним використанням речовин, що утворюють сульфід2Cu+S=Cu2S. ний шлак, (рафінування у декілька стадій з передачею шлаку з наступної стадії на попередню). Сульфідний шлак, що знаходиться у контакті з Але для виділення сульфідної фази із розплаву, як залізовуглецевим розплавом, забезпечує надхоі за способом аналогом, необхідна тривала витридження сірки до розплаву і одночасно поглинає мка розплаву під сульфідним шлаком, що істотно (розчиняє) сульфід міді, який утворюється за заподовжує цикл рафінування. При цьому навіть значеною реакцією. тривала витримка розплаву не забезпечує повне Загальними ознаками рішення, що заявляєтьвиділення сульфідної фази із розплаву. Наприся, і аналога є: спосіб видалення міді з залізовугклад, під час рафінування 195 кілограмів залізовулецевого розплаву, що включає плавлення метаглецевого розплаву в тиглі індукційної печі для лу, наведення сульфідного шлаку на поверхні утворення сульфідного шлаку в металевий розпрозплаву з утворенням сульфідів в розплаві, налав було введено 6кг суміші з порошку сірки та ступне розділення розплаву і сульфідного шлаку. сульфіду заліза. Матеріали вводили протягом 10 Кількість міді, що може бути видалена з розпхвилин у струмі аргону. Після цього ще 15 хвилин лаву до шлаку залежить від хімічного складу шлавитримували метал під шаром сульфідного шлаку, ку і його кількості. При використанні шлаку оптищо утворився, і видаляли сульфідний шлак з помального складу збільшити вилучення міді з верхні металу протягом 3 хвилин. Після повного залізовуглецевого розплаву можна лише за рахуочищення дзеркала металу від сульфідного флюнок збільшення кількості шлаку, тобто за рахунок су, відбирали пробу металу на хімічний аналіз та додаткових витрат матеріалів, які утворюють здійснювали випуск розплаву у розливальний шлак. Крім того, для виділення сульфідної фази із ківш. Таким чином, повний цикл обробки тривав розплаву необхідна тривала витримка розплаву протягом приблизно 28 хвилин, з яких 15 хвилин під сульфідним шлаком, що істотно подовжує цикл це під шаром сульфідного флюсу для видалення рафінування. більш повного спливання сульфідних неметалевих Як прототип вибрано спосіб рафінування залівключень з об'єму металу. Початковий вміст міді в зовуглецевих розплавів від міді, в якому металеву розплавленому металі складав 1,46мас.%. Після шихту, що містить надлишкову кількість міді, плавобробки сульфідним флюсом концентрація міді лять в плавильному агрегаті з отриманням залізознизилась до 0,82мас.%. Тобто загальний ступінь вуглецевого розплаву. Після цього на поверхні рафінування склав (1,46-0,82)/1,46*100%=43,84%. розплаву наводять сульфідний шлак. При взаємоЯк показали результати металографічних дослідії сульфідного шлаку з розплавом створюються джень зразків металу, які були відібрані разом з необхідні фізико-хімічні умови для протікання реадругою пробою на хімічний аналіз, після 12 хвикції 2Cu+S=Cu2S. Розплав витримують певний час, линної витримки метал ще містить досить великі протягом якого включення сульфідної фази постусульфідні неметалеві включення, які насичені мідпово спливають на поверхню розплаву - великі дю. Так, на шліфі під мікроскопом на площі швидше, дрібні повільніше - з утвореннями на по0,12x0,16мм було зафіксовано 16 окремих сульфіверхні розплаву сульфідного шлаку. Після витримдних включень розміром від 6мкм до 18мкм. Невики розплаву під сульфідним шлаком (після того, як сока швидкість розділення сульфідної і металевої надлишкова мідь перейде з розплаву до шлаку, фаз може бути пояснена значною адгезією між розплав і шлак розділяють [Copper Removal from ними [Вайсбург С.Е. Физико-химические свойства Carbon-Saturated Molten Iron with Al3S2-FeS Flux / и особенности строения сульфидных расплавов. R.Shimpo, Y.Fukaya, T.Ishikawa, O.Ogawa. Москва, "Металлургия", 1996, с. 304]. Metallurgical and Materials Transactions B. - №12. В основу винаходу поставлена задача удоскоV. 28B. - 1997. - P. 1029-1037]. Розділення сульфіналення способу видалення міді з залізовуглецедного шлаку та розплаву після вилучення надлишвого розплаву, в якому за рахунок технологічних кової міді з розплаву запобігає зворотному переособливостей, забезпечується скорочення загальходу міді у розплав під час здійснення подальших ної тривалості циклу рафінування за рахунок скотехнологічних заходів по доведенню металу до рочення витримки розплаву під сульфідним шлазаданого хімічного складу. При необхідності збіком, а також більш повне розділення фаз льшення ступеню рафінування від міді в способірозплаву. Поставлена задача вирішується тим, що прототипі пропонується проводити рафінування в способі видалення міді з залізовуглецевого розсульфідним шлаком у декілька стадій з розділенплаву, що включає плавлення металу, наведення ням розплаву і шлаку на кожній стадії і передачею сульфідного шлаку на поверхні розплаву з утвошлаку з наступної стадії на попередню. При цьому ренням сульфідів в розплаві, наступне розділення розплаву і сульфідного шлаку, відповідно до вина 5 90155 6 ходу, перед розділенням розплаву і сульфідного шлак, що полегшує наступне видалення сульфідшлаку в розплав вводять дисперсний вогнетривного шлаку з поверхні металевої ванни. кий матеріал, щільність якого менше ніж щільність Тобто, зазначені технологічні особливості зарозплаву, але більше ніж щільність сульфідів, а безпечують скорочення витримки розплаву під температура плавлення більше температури рідсульфідним шлаком, скорочення загальної тривакого металу, який рафінують. лості циклу рафінування, а також більш повне роЗазначені ознаки складають сутність винахозділення фаз розплаву (більш повне видалення ду. сульфідних включень, що утримують мідь). Доцільно в якості дисперсного вогнетривкого Нижче приведений докладний опис способу, матеріалу використовувати чисті оксиди металів що заявляється, і приклади його реалізації. або їх з'єднання і суміші, які мають температуру Металеву шихту, що містить надлишкову кільплавлення більшу за температуру рідкого металу, кість міді, плавлять в плавильному агрегаті (нащо обробляють, причому фракційність дисперсноприклад, в індукційній печі), щоб отримати залізого вогнетривкого матеріалу доцільно вибирати в вуглецевий розплав. Після цього на поверхні межах 1-10мм. розплаву наводять сульфідний шлак. Під час взаІстотні ознаки винаходу знаходяться в причинємодії сульфідного шлаку з розплавом останній но-наслідковому зв'язку з технічним результатом, насичується сіркою і створюються необхідні фізищо досягається. ко-хімічні умови для протікання реакції Так, спосіб видалення міді з залізовуглецевого 2Cu+S=Cu2S (у відсутності сульфідного шлаку рерозплаву, що включає плавлення металу, навеакція не протікає). дення сульфідного шлаку на поверхні розплаву з Далі, перед розділенням розплаву і сульфідутворенням сульфідів в розплаві, наступне роздіного шлаку в розплав вводять дисперсний вогнетлення розплаву і сульфідного шлаку, введення в ривкий матеріал, щільність якого менше ніж щільрозплав перед розділенням розплаву і сульфідноність розплаву, але більше ніж щільність го шлаку дисперсного вогнетривкого матеріалу, сульфідів, а температура плавлення більше темщільність якого менше ніж щільність розплаву, але ператури рідкого металу, який рафінують. В якості більше ніж щільність сульфідної фази, а темперавогнетривкого матеріалу можливе використання тура плавлення більше температури металу, який Аl2О3 з добавкою оксиду цирконію ZrO2, щільність рафінують, забезпечує скорочення загальної триякого 5010кг/м3, а температура плавлення 2054°С. валості циклу рафінування за рахунок скорочення Фракційність дисперсного вогнетривкого матеріалу витримки розплаву під сульфідним шлаком, а тавибирають в межах 1-10мм. кож більш повне розділення металевої та сульфіПісля витримки розплаву під сульфідним шладної фаз. ком їх розділяють. Операція скачування шлаку з Пояснюється це тим, що відмітні ознаки споповерхні металу добре відома металургам і зазвисобу (перед розділенням розплаву і сульфідного чай здійснюється шляхом механічного згрібання шлаку в розплав вводять дисперсний вогнетрившлаку з поверхні розплаву. З метою підвищення кий матеріал, щільність якого менше ніж щільність ступені вилучення міді з розплаву можуть мати розплаву, але більше ніж щільність сульфідів, а місце проміжні операції оновлення шлаку (роздітемпература плавлення більше температури рідлення металу і шлаку), тобто кількаразове повне кого металу, який рафінують) в сукупності з істотабо часткове скачування шлаку і наведення свіжоними ознаками, спільними з прототипом, забезпего шлаку. Таким способом досягається підвищення чують наступні технологічні особливості: кратності шлаку при рафінуванні. - видалення сульфідних включень, що утриНа цьому процес видалення міді з залізовугмують мідь, здійснюють примусово дисперсними лецевого розплаву (процес рафінування) закінчучастинками вогнетривкого матеріалу, які, спливається. ючи в розплаві з більшою швидкістю ніж дрібні Приклади реалізації способу видалення міді з сульфідні включення, захоплюють і виносять їх на залізовуглецевого розплаву, що заявляється. поверхню розплаву; Чавун розплавляли у індукційний плавильній - дисперсні частинки вогнетривкого матеріалу печі ємністю 200кг. Після розплавлення шихти і являються основою (підкладкою) для утворення утворення залізовуглецевого розплаву відбирали нових сульфідів, які легше утворюються на границі пробу сплаву на хімічний аналіз. розділу фаз - «тверда фаза-рідка фаза» ніж безПісля цього на поверхні розплаву наводили посередньо в об'ємі металевого розплаву; сульфідний шлак шляхом введення в металеву - видалення сульфідних включень із розплаву ванну 6,5кг суміші з порошку сірки та сульфіду зазначеним шляхом не вимагає тривалої витримки заліза. Матеріали вводили протягом 10 хвилин у розплаву під шлаком, бо зазначені включення струмі аргону. пришвидшено виносяться дисперсними частинкаДалі, перед розділенням розплаву і сульфідми вогнетривкого матеріалу на поверхню металеного шлаку в розплав вводили дисперсний вогнетвої ванни, а деяка частина сульфідів утворюється ривкий матеріал , який уявляв собою Аl2О3 з добабезпосередньо на поверхні вогнетривких часток, вкою оксиду цирконію ZrO2, щільність якого тим самим зменшуючи кількість сульфідів, що мо5010кг/м3, а температура плавлення 2054°С. Фражуть виникнути в об'ємі металу; кційність дисперсного вогнетривкого матеріалу - після спливання дисперсні частинки вогнетвибирали в межах 1-10мм. Введення вогнетривкоривкого матеріалу накопичуються на поверхні мего матеріалу до об'єму металу здійснювали у талевого розплаву під шаром сульфідного шлаку, струмі аргону за допомогою погрудної фурми пророзділяють розплавлений метал і сульфідний тягом 4 хвилин. 7 90155 8 Розплав витримували протягом 5 хвилин для Далі розділяли розплав металу і шлак протявзаємодії шлаку та дисперсного вогнетривкого гом 2 хвилин. Брали пробу на хімічний аналіз і матеріалу з розплавом металу. випускали плавку. В Таблиці 1 приведені результати використання способу, що заявляється. Таблиця 1 № 1 2 3 4 Концентрація сірки і міді в розплаві у контрольні моменти плавки Після розплавлення, Після введення дисперсного вогнетривкого матеріалу і мас.% розтління сульфідного шлаку і розплаву, мас.% [S] [Cu] [S] [Cu] 0,26 1,46 0,65 0,70 0,10 1,40 0,60 0,73 0,19 1,00 0,74 0,53 0,10 0,53 0,75 0,29 Загальна тривалість циклу рафінування, хвилини 10+4+5+2=21 В Таблиці 2 приведені результати використання способу прототипу. Таблиця 2 Концентрація сірки і міді в розплаві у контрольні моменти плавки № 1 2 3 4 Після розплавлений, % [S] 0,26 0,10 0,19 0,10 Після розділення сульфідного шлаку і розплаву, % [Cu] 1,46 1,40 1,00 0,53 [S] 0,75 0,67 0,82 0,84 Порівняння приведених результатів свідчить, що при використанні способу, що заявляється: - загальна тривалість циклу рафінування скорочується на 25%; - ступінь видалення міді збільшується в середньому в 1,3 рази. Комп’ютерна верстка О. Гапоненко [Cu] 0,82 0,89 0,63 0,37 Загальна тривалість циклу рафінування, хвилини 10+15+3=28 Тобто, способом видалення міді з залізовуглецевого розплаву, що заявляється, вирішується задача винаходу - скорочення загальної тривалості циклу рафінування за рахунок скорочення витримки розплаву під сульфідним шлаком, а також більш повне розділення фаз розплаву. 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