Введение к работе
Актуальность работы. Согласно решениям ХХУП съезда КПСС и последующих пленумов ЦК КПСС, главная линия развития черной металлургии в СССР - значительное увеличение производства высококачественного металла и эффективных видов металлопродукции.обеспечиваи-№в ростом выплавки ферросплавов, и том числе комплексных кремнистых сплавов со щелочноземельными металлами (ЩЗМ), которые позволяют повысить механические и эксплуатационные свойства металлоизделий и экономить металл. Однако использование этих сплавов ограничено иысокой стоимостью, сложностью технологии. Поэтому актуальна проблема разработки рациональной технологии получения эффективных комплексных ферросплавов, содержащих кальций и барий..В настоящей работе предложена технология получения алшокремнистых сплавов с кальцием (ФАСК) и с кальцием и барием (ФАСКБа) с использованием в шихте некондиционных материалов (баритов и выеокозольных каменных углей) и отходов производства (доменного шлака). Работа выполнялась по планам Химико-металлургического института АН КаэССР, в том числе по Постановлениям ГКНТ СССР У 170 от 23 апреля 1975г. и Госплана СССР » 58 от 28 апреля 1987 г., а также по координации ЫЧМ СССР в период 1976-1960 г.г.
Цель работы. Основная цель заключалась в разработке малоотходной технологии получения комплексных ферросплавов с кальцием и барием углевоссгановитрчьным способом из недефицитного сырья, включая отходы производства (доменный шлак) и некондиционные материалы (баритовые руды и высокозольные углеродистые восстановители) с расширением сырьевой базы ферросплавного производства. Для реализации цгли выполнены задачи:
- рациональный выбор исходных сырьевых материаіов с обоснованием состава целзвых комплексных ферросплавов: ферроалюмосилико-
4. кальция (SACK) и - с барием (ФАСКБа);
установление оптимальных параметров карбоэлектротермическо-го процаоса: состава шихты и удельных расходных коэффициентов шихтовых материалов и электроэнергии, а также электрического режима;
анализ и обоснование шлакового режима опытных технологий;
выявление физико-химических закономерностей формирования и особенности структуры опытных сплавов ФАСК и ФАСКБа;
- использование опытных сплавов в производстве стали.
и&тоды исследований. Кинетика углевосстановительнаго процесса
получения сплава SACK изучалась газсобъемным методом. Температура плавления опытных сплавов определялась аналитически из данных химсостава. Плотность их - гидростатическим способом. Соотношения вторичных компонентов в шлаках электротермии сплавов ФАСК и ФАСКБа, а такке диаграммы фазового состава последних установлены термодинамически-диаграммным анализом іТДй.), Микроструктура их изучалась металлографическим, рентгеноструктурныы и микрорентгеноспектраль-ным методами. іПлакоізий режим электротермии изучали методам отбора проб, их анализа и замерами температуры в ванне электропечи. Технологические испытания выплавки и использования опытных сплавов проводили на лабораторных, полупромышленных и промышленных агрегатах Химико-металлургического института АН КазССР (ХМИ), Ермаковс-кого завода ферросплавов (ЕЗФ),Каратандийского и Кузнецкого металлургических комбинатов (КарМК и КМК), Волгоградского завода "Красный Октябрь", Новокараганді' ского машиностроительного завода (НЮ).
Научная новизна. Показана роль шлаковой фазы при электротермии сплава ферроалюмосиликокальция с использованием в шихте доменного шлака. Кинетическими и петрографическими исследованиями установлено, что активные элементы (Si , Са . Al ) восстанавливаются из сложных оксидов. С учетом данных диаграммы фазового состава
5. системы CaO-AI,Oj-SiOt , а такжо результатов зондирорання и термодинамических исследований показана последовательность возможных . взаимодействий в печных шлаках. Установлено рациональное коли'гестло кварцита в штге, сээтвегствуащоэ 50-78 кремнезема в ней, что обеспечивает условия восстановления кремния и формирования опытных сплавов.
Впервые построены диаграммы фазового состава оксидных систем, базовых для шлаков плавки ЭАСК и ЇАСКБа, использованные для обоснования интенсификации производства форроалпмосилнкокальция введением в шихту баритовых руд. Посредством данных диаграмм состояния металлических систем, металлографического, рентгеноструктурного к микро-рентген спектрального методов анализа изучена структура опытных сплавов. Выявлено, что активные элементы сплавов связаны в сложные ингерметаллиды, благоприятные для внелечноЯ обработки стали.
Полученные данные - новый вклад в теорию и практику электротермии комплексных сплавов с щелочноземельными металлами ( Са,Ва).
Практическая ценность. Разработаны технологии электротермии комплексных сплавов ФАСК (а.с.СССР У 675035) и «АСКБа (а.с.СССР $ 1206329) малошлаковым способом из шихты, включающей доменный шлак, баритовые руды и высокозольныа восстановители: каменный уголь (А»Зо-4(Ш и полукокс (А«» « ЗОХ), позволяющие повысить экономику металлургической и горнодобывающей отраслей народного хозяйства и разрешить экологические вопросы. Применение опытных сплавов в производстве стали помимо снижения угара кремния и расхода чушкового алюминия улучшает структуру и пластические свойства опытного металла.
Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на У научно-технической конференции молодых специалистов КерМК по повышению эффективности производства и качества пподукции (г.Темиргау, 1976),' научно-технических конференциях: республиквне-
б.
кой по охряне природи и рациональному использованию природних ресурсов (г.Караганда, 1977); областной - по рациональному иогюльзо-ьашш промшлешіих отходив в регионе (г.Караганда, 196-1); Ш и УІ Всесоюзных конференциях по строению її свойствам металлических и шлакових расплавов (г.Свердловск, 1978, 1986); Всесоюзном научно-техническом совещании ло повышению качества и эффектавности производства ферросплавов (п.Челябинск, ІУ/у)? УП Всесоизном угольном совещании по ресурсам твердых горючих ископаемых, их увеличению и комплексному рациональномц использованию (г.Ростов-на-Дону, 1981.); У Республиканской научно-технической конференции ферросплавщиков Украины по комплексному использованию сырья и вторичных ресурсов в электротермии ферросплавов (г.Днепропетровск, 1982); П региональной научно-техничаской конференции по комплексному использовании руд Лисаковского месторождения (г.Темиртау, 1982); П Всесоюзной конференции по комплексному использованию руд и концентратов (г.Москва, 1983); Всесоюзном семинаре по комплексному использованию металлургического сь/рья л отходов в черной металлургии (г.Москва, 1984); научно-техническом семинаре по улучшению качества металла и его окономии в литейном производстве за счет применения новых модификаторов для серого и высокопрочного чугуна (г.Челябинск, 1984); региональной научно-технической конференции литейщиков по технологическим процессам, обеспечивающим увеличение производительности труда и улучшение качества отливок (г.Караганда, 1986); УП Всесоюзном совещании ферросплавщиков (г.Челябинск,1987); Всесоюзной конференции по физико-химии процессов восстановления металлов (г.Днепропетровск, 1988).
Но теме диссертации опубликовано 18 научных работ, из них 2 авторских свидетельства.
На защиту автор выносит: I. Результаты теоретических, экспериментальных и технологических исследований, направленна* на раз-
7.
работку электротермин комплексных сплавов с активными элемента:*! ( Са , Ва), включающие в качестве основных составляющих:
диаграммы фазового состава оксидных и металлических систем, базовых для шлаков опытных технологий и сплавов;
данные кинетических и термодинамических исследований восстановления ферроалюмосиликокальция из оксидны* материалов;
физико-химические характеристики опытных SACK и ФАСКБа;
использование данных фазовых соотношений в модальній оксидных системах, состапа олаков и температур в ванне электропечи для анализа шлакового режима опытных технологий.
2. Новые технические решения в области электротермии комплекс
ных сплавов с щелочноземельные элементами, включающие:
использование отходов производства (доменного шлака) и высокозольных (35-4Q& золы) каменных утлой для получения ферроалюмосиликокальция - сплава SACK (авт.свид.СССР - 675085);
введение в шосту баритовых руд с получен. -'М комплексного раснислителя-юдификатора с кальцием и барием - сплава ФАСКБа, исключающее применение дефицитной железной стружки (авт.свид.СССР » 1206329).
3. Результаты разработок технологии получения комплексных
кремнийсодержацих сплавов с кальцием и барием (ФАСК и ФАСКБа) и
применения их для раскисления и модифицирования стали, обеспечива
ющие экономический эффект.
Структура и обгем работы. Диссертация изложена на 123 страницах машинописного текста, включает ввэдемие, пять глав, заюгоченив и приложения с техкико-экономячвской оценкой предлагаемых разработок; содержит 26 рисунков, 23 таблицы, список литеватуры включает 177 наименований.