Производство комплексных лигатур на основе щелочноземельных металлов
Наиболее рациональными с точки зрения получения и применения являются следующие лигатуры со ЩЗМ:
1 – Fe-Ca-Si-Mg;
2 – Fe-Si-Ca-Ba;
3 – Fe-Ca-Si-Sr;
4 – Fe-Si-Ca-Ba-Mg;
5 - Fe-Si-Ca-Mg-Sr;
6 - Fe-Si-Ca-Mg-Ba-Sr.
Получение лигатур ЩЗМ возможно как путем сплавления дорогостоящих материалов в индукционных и электродуговых печах, так и методом восстановительной плавки.
При восстановительной плавке лигатур ЩЗМ сохраняются основные закономерности восстановления элементов из соединений. Вместе с тем, одновременное наличие в шихте и расплаве таких активных элементов, как Мg, Са, Si! Оказывает определенное влияние на процесс плавки.
Например, кальций является более эффективным восстановителем магния, чем кремний. Следовательно, при получении лигатуры I физико-химические условия восстановления магния благоприятнее, чем при выплавке лигатур типа Fe – Si – Мg.
При силикотермическом восстановлении очень важную роль играет правильный выбор соотношения восстановителя и оксидов кальция и магния. В лигатуре I максимальная концентрация магния получена при Si/(СаО+МgО) = 0,5-0,6, т.е при соотношении, обеспечивающем также достаточную концентрацию кальция.
Концентрация магния и кальция в лигатуре в значительной степени определяется содержанием плавикового шпата в шихте. Максимальные ее значения достигаются при одном и том же соотношении СаF2/(СаО+ МgО) = 0,10 - 0 15, оптимальном с точки зрения использования кремния, а также извлечения магния и кальция в сплав.
Таблица 1
Химический состав рудной части шихты, %
| Материал | CaO | MgO | SiO2 | Al2O3 | BaSO4 | BaCO3 | SrSo4 | SrCo3 | Fe2O3 | CaF2 |
| Обожженный доломит | 55,54 | 37,88 | 1,79 | 2,53 | - | - | - | - | 1,07 | - |
| Известь | 94,8 | - | 0,92 | 0,95 | - | - | - | - | - | - |
| Баритовая руда | 1,73 | Сл | 19,47 | 3,79 | 68,80 | 0,40 | - | - | 4,91 | - |
| Баритовый концентрат | 3,50 | 0,12 | 4,10 | 1,21 | 85.00 | 1,5 | - | - | 1,08 | - |
| Карбонат стронция | 5,90 | 1,70 | 6,00 | - | 1,58 | 1,30 | 2,65 | 80,15 | - | - |
| Целестиновый концентрат | 4,30 | - | - | 1,10 | 3,85 | - | 80,00 | - | 0,90 | - |
| Фоюоритовый концентрат | 1,10 | - | 1,50 | - | - | - | - | - | 0,29 | 95,60 |
Таблица 2
Расход шихты при выплавке комплексних лигатур со ЩЗМ, кг/т
| Тип лигатуры | Известь | Доломит | Ферросилиций | Баритовый концентрат | Карбонат кальция | Флюоритовый концентрат |
| I | 200-300 | 400-500 | 550-750 | - | - | 50-100 |
| II | - | 580-620 | 200-400 | - | ||
| III | - | 600-650 | - | 200-400 | ||
| IV | 200-300 | 200-400 | - | |||
| V | 570-600 | - | 100-200 | |||
| VI |
В зависимости от соотношения шихтовых материалов, и других факторов, содержание основных элементов в лигатурах изменяется в следующих пределах: 2,60 - 5,9% Мg, 8,70-22,54% Са, 3,10-14,94% Ва, 2,01-9,44% Sr; 12,81-24.60% Fе и52,00- 62,00% Si.
Выплавку осуществляют периодическим процессом с поэтапным (в два-три приема) загрузкой шихты.
Сульфатную руду заваливают в начале плавки. После полного расплавления шихты металл и шлак выпускали в изложницу. Затвердевший слиток извлекается из шлаковни и рассыпавшийся после остывания шлак отделяется от слитка металла.
Концентрация магния в лигатурах с барием в значительной мере зависит от способа подачи баритового сырья в печь При загрузке баритовой руды в начале плавки лигатура содержала до 4,75% а при загрузке ее в смеси с остальными компонентами ших1ы - до 2,8% Мg Максимальная концентрация магния достигается в плавках с плавиковым шпатом при МgО/СаО ~ 0,25 - 0,35. С дапьнейшим увеличением МgО в шихте концентрация магния в лигатуре снижается, что связано с уменьшением концентрации кальция являющегося восстанови гелем магния, т.е. со степенью протекания реакции.
МgО + (Са) = [Мg] + СаО
Рассчет
Требуется получить лигатуру состава, %: Са – 14; Мg – 7,6; Fe-Si - остальное (лигатура типа I). Состав шихтовых материалов следующий: известь - СаО – 94,8%; обож.доломит - СаО – 55,54%; МgО – 37,8%.
Извлечение элементов в сплав задано следующее, %: Са - 50; Мg - 43. Дополнительные условия; отношение СаF2/(СаО+МgО) в шихте - 0,11; отношение Si/(СаО+МgО) в шихте - 0,53.
Расчет ведем на 100 кг сплава.
Расчет навески доломита
Для получателя в сплаве 7,6% Мg потребуется:
7,6(40/24)/0,43=29,46 кг MgO или доломита 29,46/0,378 = 77,9 кг.
Расчет навески извести
Всего требуется СаО для получения сплава 14(56/40)/0,50 = 39,2 кг.
Доломита вносит CaO: 77,9 0,55 = 43,23 кг
Расчет навески флюоритового концентрата
С учетом условия отношения в шихте СаF2/(СаО+MgO) = 0,11, потребуется СаF2: х/[39,2 (CaO в шихте) + 29,46 ( MgO в шихте)] = 0,11, CaF2 = 7,55 кг или флюоритового концентрата: 7,55 / 0,95 =7,95 кг.