Удаление примесей цветных металлов

Внепечная обработка позволила с успехом решать многие проблемы рафинирования стали от' газов, неметаллических включений, серы и фосфора. В   сталеплавильных процессах газовая фаза имеет окислительный характер. По химическому сродству к кислороду примеси цветных металлов можно расположить в следующий ряд: Bi, Cu, Pb, Sb, Ni, Со, W, Sn, Mo, Fe, Zn, Cr, Mn, V, Si, Ti, B, Zr, Al, Mg, Ca. Все элементы, размещенные справа от железа, в процессе плавки стали окисляются. В зависимости от химического сродства к кислороду и температуры испарения элементы-примеси цветных металлов, могут быть разделены на следующие группы:

1.         Обладающие высоким химическим сродством к кислородуи окисляющиеся до следов в первые периоды плавки (кремний, алюминий, титан, цирконий, бор, ванадий).

2.         Химическое   сродство   которых   к   кислороду   близко   к таковому  для  железа,  и распределяющиеся между шлаком иметаллом в зависимости  от  активности их оксидов  в шлаке

(марганец, хром).

3.         Имеющие   химическое   сродство   к   кислороду   меньшее,чем железо и почти полностью остающиеся в стали в растворенном   состоянии   (медь,   никель,   олово,   молибден,   кобальт,

вольфрам,   мышьяк,   сурьма);   рафинирование   стали   от   этих

элементов затруднительно.

4.         Удаляющиеся   из   шлака   и   металла   вследствие   своейлегкоплавкости   и  летучести  (цинк,   свинец).   Цинк   (температура   плавления   419,5°С,   кипения   906 °С)   во   время   плавления  шихты  улетучивается,  окисляется  и  удаляется  с  отходящими  газами,   оксид  цинка

встречаясь   со   сравнительно  холодными поверхностями,  на  них  конденсируется.  В  результате, при переработке цинксодержащей шихты на  поверхности  насадок   регенераторов   и  в   боровах  мартеновских

печей,   на   трубках   котлов-утилизаторов   конвертеров   и   т.п.откладывается     оксид     цинка,     в     результате     снижаетсястойкость   и   футеровки  и   оборудования.  В   качестве  выхода

из положения можно предложить только одно решение: предварительную высокотемпературную обработку цинксодержашихотходов  с  одновременным     удалением      цинка.   Свинец (температуры   плавления   327,4 °С,   кипения   1750 °С)   или   улетучивается   из   агрегата   при   воздействии   высоких   температур!

что   вредно   для   здоровья   обслуживающего   персонала,   илибыстро   расплавляется,   сбегает   вниз   и,   обладая  при   повышенных температурах высокой жидкотекучестью, просачивается в малейшие неплотности кладки.

Образованные свинцом каналы могут способствовать уходу металла через кладку. Решение проблемы может быть в организации предварительного подогрева лома.

Наиболее трудной задачей является задача рафинирования металла от элементов, включенных в третью группу. Такие элементы, как никель, кобальт, молибден, вольфрам, медь используют для легирования некоторых марок стали и если в перечне марок, которые включены в заказ цеху, имеются стали, содержащие эти элементы, мастер, получив пробу металла с указанием о наличии этих элементов, может выбрать соответствующую марку из общего пакета заказов. Если соответствующей марки в пакете нет, то плавка или бракуется или выпускается с полученным содержанием этих элементов. Способов удаления их из стали пока не разработано. Одним из возможных способов рафинирования стали от примесей цветных металлов может быть использование явления их испарения в вакууме. Давление пара колеблется в широких пределах. Например, давление пара железа 13,3, марганца 2600, а цинка 5,3 • 10б Па. По возрастанию давления пара чистые элементы (при 1600 °С) можно расположить в следующем порядке: W, Та, Mo, Zr, В, V, Ti, Co, Fe, Ni, Si, Cr, Cu, Al, Be, Sn, Mn, Pb, Sb, Bi, Mg, Zn. Отсюда следует, что при выдержке металла под пониженным давлением можно добиться уменьшения содержания (вследствие испарения) таких трудноудаляемых примесей, как медь, олово, свинец, висмут и др. Действительно, удаление этих примесей происходит (например, при вакуумном переплаве).

Обычно концентрации примесей цветных металлов невелики, поэтому давление пара p-t имеет очень малые значения. Соответственно для испарения необходимо обеспечить глубокий вакуум и длительную выдержку, что в массовом производстве сделать нелегко. Однако и в случае обработки глубоким вакуумом больших масс металла при его внепечной обработке   некоторое   количество    примесей   цветных   металлов удаляется вследствие их испарения, особенно при дополнительном перемешивании расплава.

Во многих случаях присутствие в рядовых марках стали небольших количеств таких примесей, как никель, кобальт, молибден, вольфрам не вредно (иногда — даже полезно). Несколько иное положение с медью.медь ухудшает качество металла таких групп марок стали, как электротехнические, инструментальные, пружинные, высокопрочные, для глубокой вытяжки и т.д. Эти методы пока не разработаны. Один из возможных путей — перевод содержащейся в металле меди в сульфид. Источником серы может быть такой минерал, как пирротин (магнитный колчедан).При введении в сталеплавильную ванну пирротина при определенных условиях возможна реакция между сульфидом железа и растворенной медью с образованием сульфида меди, который переходит в шлак 2[Си] + + (FeS) = (Cu2S) + Fe. При этом возрастает содержание в металле серы, определяемое значением коэффициента распределения серы 45= (S)/[S] для данного состава шлака.

Не менее сложной задачей является организация удаления таких примесей, как мышьяк, олово, сурьма и др. Один из возможных в будущем путей — организация продувки металла порошками (например, на основе извести и плавикового шпата) в струе кислорода, при этом возможно удаление замег-ного количества этих примесей, что, по-видимому, связано с абсорбционными явлениями, так и с процессами окисления.  Высказано  предположение,   о   механизме  их  уДаления— в результате их окисления с последующей сорбцией непосредственно вдуванием порошкообразным материалом. при продувке в ковше (с целью дефосфорации) смесями, включающими такие компоненты, как CaO, CaF2, СаС12, ВаО, СаС2 обнаружено некоторое снижение содержания таких примесей, как мышьяк, олово, сурьма.

Широкое использование методами внепечной обработки таких высокоактивных элементов как кальций и таких приемов работы, которые обеспечивают получение над металлом инертной или восстановительной атмосферы изменяет ситуацию с удалением цветных примесей, бывшую до сих пор почти безнадежной.1  Термодинамически кальций может образовывать интерметаллические соединения типа Са3Р2, Ca2Sn.