Всероссийская н/т конференция «Литейное производство сегодня и завтра», г. Санкт Петербург- 2004 г.

ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ УСВОЕНИЯ БРИКЕТИРОВАННОГО ФЕРРОСИЛИЦИЯ В МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

В.И. Гернер, Е.П.Роот, С.А.Никифоров, А.П.Никифоров

(ЗАО «Урал ВИМ», Южно-Уральский ГУ, г. Челябинск)

В настоящее время в процессах брикетирования порошковых металлургических материалов широко применяются неорганические связующие:  цементы разных марок, огнеупорная глина, жидкое стекло, алюмохромфосфатные связки. Однако, неорганические связующие в большинстве случаев являются балластом для брикетированных материалов. Поэтому эффективность от их применения  в значительной мере снижается из-за более низкого удельного содержания в брикетах полезных для металлургических процессов элементов и снижения степени эффективного их усвоения  металлическими расплавами.

Анализ показал, что наименьшее количество балласта в брикетируемый материал вносит жидкостекольное связующее (ЖС). Кроме этого ЖС является более технологичным связующим материалом. В отличие от цементов и огнеупорной глины оно обеспечивает высокую скорость упрочнения брикетов, не вносит в брикетируемый материал нежелательные  примеси серу и фосфор и в зависимости от модуля и плотности обеспечивает сравнительно высокую степень усвоения металлическими расплавами полезных элементов хрома, марганца, углерода.

Вместе с тем при брикетировании порошкообразных ферросплавов на основе ферросилиция ЖС может оказать затруднение в усвоении ферросилиция металлическими расплавами.

 Анализ показал, что при брикетировании ферросилиций активно взаимодействует с щелочным компонентом жидкого стекла. При этом кремний из ферросилиция взаимодействует с гидроксидом натрия жидкого стекла и переходит в диоксид кремния в результате протекания реакций в коллоидной связующей системе. Рассмотрим последовательность реакций.

При изготовлении ЖС из силикатной глыбы протекает реакция коллоидизации и гидролиза согласно данным [1, 2]:

                          нагрев до 100⁰С        

Na₂O·mSiO₂ + nH₂O = Na₂O·mSiO₂·xH₂O + (n-x)H₂O                     (1) 

силикат-глыба    растворитель  коллоидная фаза       избыточный растворитель

Na₂O·mSiO₂·xH₂O + (n-x)H₂O  = mSiO₂·xH₂O + 2NaOH + yH₂O,   (2)

коллоидная фаза              изб. раст-ль       коллоидная фаза         изб. раст-ль

где y= n-x-1

                        Si + mSiO₂·xH₂O + 2NaOH + yH₂O =

                                      = Na₂O + (m+1)SiO₂•хН₂О+ (y-1)H₂O + 2H₂↑      (3)

В результате этих реакций в коллоидной системе образуется оксид натрия и кремнезем. Оксид натрия характеризуется высокой активностью к воде, поэтому он снова взаимодействует с водой, переходит в гидроксид натрия и снова взаимодействует с кремнием из ферросилиция. При этом выделяющийся кремнезем увеличивает модуль коллоидной связующей системы, повышая степень ее полимеризации. Указанная последовательность протекания реакций прекращается, как только вода в коллоидной связующей системе полностью израсходуется на разложение и образование кремнезема.

Как видно, в результате протекания указанных реакций часть  полезного элемента кремния из ферросилиция переходит в диоксид кремния и не участвует в металлургических процессах при введении в расплавленный металл.

Результаты исследования эффективности усвоения брикетированного ферросилиция и практика применения его для раскисления стали показали, что в зависимости от свойств исходного жидкого стекла доля активного кремния в ферросилиции разных марок снижается от 3-х до 7%. Причем, чем меньше модуль используемого жидкого стекла, тем больше потери активного кремния в брикетируемом ферросилиции. Также установлено, что потери активного кремния больше при брикетировании высококремнистых марок ферросилиция, например ФС90, ФС75, ФС65. Потери активного кремния в ФС45, ФС35 и ФС25 не превышают 1,5-3,0%.

Установлено, что потери активного кремния значительно уменьшаются при использовании жидкого стекла с высокими значениями силикатного модуля от 2,8 ед. и выше. При этом повышение плотности исходного жидкого стекла и введение в технологию брикетирования теплового упрочнения брикетов значительно замедляют реакции окисления кремния и уменьшают потери активного кремния до минимума, около 1% для малокремнистых марок ферросилиция.

На основании результатов исследования на Челябинском производственном предприятии ЗАО «Урал ВИМ» разработан оптимальный состав композиционной смеси на основе ферросилиция и технология высокоскоростного брикетирования порошковых материалов с высоким содержанием активного кремния в высококремнистых брикетах марок ФС75, ФС65, ФС45.