| RUS | UKR | ENG |

Автореферат

Введение

В современной металлургии постоянно ухудшается качество металлолома по примесям цветных металлов, что приводит к значительным колебаниям содержания меди в готовом металле. Например, содержание меди в металле, полученном путем переплава в электропечи сортированного лома различных классов, колеблется от 0,06 до 0,54%. Возрастающие требования к качеству стали делают проблему удаления меди очень актуальной.

Медь ухудшает холодную и горячую деформируемость, повышая склонность к излому и растрескиванию. [2, с.14]. Среди прочих цветных примесей медь является одной из наиболее проблемных, это обусловлено тем, что медь по сравнению с железом является более благородным элементом, что не позволяет использовать традиционные способы рафинирования [4, с.31]. Её содержание в амортизационном ломе может достигать 0,5% и более. При этом, чтобы гарантировать требуемый уровень качества металлопродукции содержание меди в стали не должно превышать 0,2%[3, с.87].

Таким образом, удаление меди и олова из отходов, нацелены на использование загрязненных, дешевых стальных скрапов, чтобы произвести более высокие марки стали [7].

В условиях электроплавки все процессы рафинирования имеют окислительный характер, а т.к. медь имеет меньшее сродство к кислороду чем железо, то удаление меди обычными методами рафинирования невозможно.

В настоящее время промышленностью используются следующие методы «борьбы» с медью:

1. Контроль за качеством лома и его переработка путём сортировки и сепарации (магнитная сепарация раздробленного лома, выплавление меди, анодное растворение лома и ряд других).

2. Метод испарения с использованием вакуума и продувкой инертными газами.

3. Рафинирование расплава железа от меди с помощью сульфидных шлаков на основе различных серосодержащих соединений натрия (Na₂S, Na₂SO₄ и др.).

4. Метод разбавления жидким или чушковым чугуном.

5. Нейтрализация меди в стали присадками отдельных элементов.

6. Удаление меди фильтрацией расплава через керамические фильтры

Цели и задачи

Целью исследования, проводимого в данной работе, является разработка эффективной методики удаления меди из железоуглеродистого расплава, путем извлечения ее в сульфидную фазу.

 Для достижения поставленной цели необходимо выполнить следующие задачи:

1)                             исследовать условия перехода меди из железоуглеродистых расплавов в сульфидную фазу;

2)                             в экспериментальных условиях исследовать особенности реализации метода сульфидирования

3)                             разработать технологические приемы эффективного рафинирования железоуглеродистого расплава, применительно к конкретным производственным условиям.

Теоретическая часть

Для организации извлечения меди из железоуглеродистых расплавов может быть использован тот факт, что сера обладает большим химическим сродством к меди, чем к железу.

Химическая реакция удаления меди из жидкого металла в сульфидную фазу может быть представлена следующим образом:

                                                                    (1)

Из уравнения константы равновесия этой реакции мы можем вывести выражение коэффициента распределения меди:

                                                                     (2)

где С – коэффициент, который учитывает пересчет концентраций от мольных долей к массовым процентам;

К – константа равновесия реакции;

 – активность i-го компонента;

 – коэффициент активности i-го компонента.

Для увеличения коэффициента распределения меди способствует высокая активность сульфида железа и высокий коэффициент активности меди в жидком металле, а также низкий  коэффициент активности сульфида меди в шлаке. По общеизвестным источникам принято, что коэффициент распределения меди при использовании шлаков на основе сульфида железа имеет значение около 9, а при добавлении сульфидов щелочных и щелочноземельных металлов (в частности NaS) позволяет повысить его в 3 раза.

При обработке сульфидными шлаками степень удаления меди составляет 67-68% в интервале температур 1673-1773К в течение 6мин [6, с.31], при этом в ходе обработки концентрация серы в расплаве возрастает в 2-3 раза.[3, с.88].

При добавлении сульфида алюминия увеличивается коэффициент распределения до 30 [9].

Экспериментальная часть

Эксперименты проводятся в лабораторных условиях проблемной лаборатории кафедры «Электрометаллургия» на печи Таммана,  и в опытно-промышленных условиях на ОАО Константиновский завод “Втормет” на индукционной 200 кг печи.

Список литературы

1.                              Перспективные способы удаления примесей цветных металлов из железоуглеродистых расплавов/ В.А.Кудрин/Ин-т «Черметинформация» М., 1992 (Обзорн. Информ. Сер. Сталеплавильное производство. Вып. 1. 26 с.).

2.                              Проблемы удаления меди из стали // «Сталь».№7.1991г.

3.                              Ю.В. Костецкий Перспективы использования сульфидов для рафинирования железоуглеродистых расплавов от растворённой меди // «Металл и литьё Украины». №3-4, 2005г.

4.                              А.И. Зайцев и др. Анализ реальности технологии удаления меди из жидкого железа, построенной на испарении // «Электрометаллургия». №10, 2003г.

5.                              Проблемы удаления меди из стали // «Сталь».№7.1991г.

6.                              В.И. Кашин и др. Физико - химические закономерности взаимодействия меди и серы в расплаве железа при обработке сульфидным шлаком // «Сталь». №3. 1991г.

7.                              “Copper and Tin in Steel Scrap Recycling” / Luben Savov, Elena Volkova, Dieter Janke // RMZ - Materials and Geoenvironment, Vol. 50, No. 3, pp. 627-640, 2003

8.                               Wang, C.; Himara, J.; Nagasaka, T., Ban-Ya, S. “Copper Distribution between FeS-Alkaline or –Alkaline Earth Metal Sulfide Fluxes and Carbon Saturated Iron Melt”, ISIJ International 1991, Vol.31, 11, 1309-1315.

9.                              Shimpo, R.; Fukaya, Y., Ishikawa, T., Ogawa, O. “Copper Removal from Carbon-Saturated Molten Iron with Al2S3-FeS Flux”, Metallurgical and Materials Transactions B 1997, 28B, 1029-1037.