Способ выплавки ферросплавов

Способ выплавки ферросплавов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СПОСОБ ВЬтЛАВКИ ФЕРРОСПЛАВОВ , включающий дозирование и смешивание шихтовых материалов с введением в них сульфатов щелочноземельных металлов, подачу шихты в электропечь , непрерывное проплавление и углетермическое восстановление, выпуск расплава и разливку металла, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения ведущего элемента, снижения удельного расхода электроэнергии, сульфаты щелочноземельных металлов предварительно смешивают с углеродистым восстановителем в количестве 1-20% от массы последнего. S (Л

COOS СОВЕТСНИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (39) (П) 3(Я) С 22 С 33 04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ (21) 3513593/22-02 (22) 18.11 ° 82 (46) 28 02,84 ° Бюл, 9 8 (72) И.В. Рябчиков, В.И. Жучков, Н.A. Зорина, М,A. Рысс, В.П. Зайко, Д.Ф. Железнов, A.A. Парфенов,,В.Ф. Шевченко, О.Ф. Шестаковский, С.В. Лукин и Э.Б. Попова (71) Научно-исследовательский институт металлургии, Государственный ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт металлургической промышленности Гипросталь и Институт металлургии Уральского научного центра

AH СССР (53) 669 ° 168(088.8) (56) 1. Рысс М.A. Производство фер- росплавов. М., Металлургия,1975, .с 47-72, 83-86, 97-108, 127-141, 144-157, 180-202, 2, Саблин Н.И., Мизин В.Г. и др.

Совершенствование производства ферросплавов на Кузнецком заводе Ферросплавов. Сб., вып. 2. Кемерово, 1969, с. 254-260.

3 ° Матюшенко В.И., Кучер A.Ã. и др. Физико-химические процессы в электротермии ферросплавов. М., Наука, 1981, с. 59-63.

4 ° Авторское свидетельство СССР В 255958, кл. С 21 С 7/00, 1968. (54) (57) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСПЛАВОВ, включающий дозирование н смешивание шихтовых материалов с введением в них сульфатов щелочноземельных металлов, подачу шнхты в электропечь, непрерывное проплавление и углетермическое восстановление, выпуск расплава и разливку металла, отличающийся тем, что, с целью повышения извлечения ведущего элемента, снижения удельного расхода электроэнергии, сульфаты щелочноземельных металлов предварительно смешивают с углеродистым восстановителем в количестве 1-20% от массы последнего.

1076478

Изобретение относится к черной и цветной металлургии, конкретно к способам выплавки кремния и ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, силикомарганца, силикохрома, силикокальция и др.), а также алюминиево-кремниевого сплава углетермическим процессом.

Известен углетермический способ выплавки ферросплавов и сплавов, включающий одновременную загрузку 1Î в печь основных компонентов шихты, непрерывное восстановление элемен,тов, выпуск расплава и разливку сплава С13 .

Производство кремния и его спла- 15 вов относят к бесшлаковым процессам, но тем не менее получение сплава обычно сопровождается образованием некоторого количества шлака (до 10% от массы сплава) . Шлаки имеют очень высокую температуру плавления и большую вязкость, вследствие чего частично остаются в печи, вызывают зарастание ванны и уменьшение глубины погружения электродов в шихту. Приближение электрических дуг к колошнику печи вызывает перегрев верхних слоев шихты, уменьшение их электросопротивления и увеличение токов шихтовой проводимости, что дополнительно вызывает рост температуры ЗО колошника и снижение электросопротивления шихты, вследствие чего увеличиваются потери тепла и шихтовых материалов через колошник, умень. шаются мощности электрических дуг . 35 и повышается расход электроэнергии.

Известен способ выплавки ферросилиция, в котором повышение жидкотекучести шлака и интенсификация процесса плавки достигается путем 40 введения в шихту плавикового шпата

С23

50 малая доля низкотемпературных жидкофазных реакций восстановления вследствие больших величин вязкости и поверхностного натяжения силикатов бария, так как сера по реакции (1} удаляется в газовую фазу. указанные недостатки приводят к повышению расхода электроэнергии и необходимости установки сероочистки при. выплавке ферросплавов.

Недостатком укаэанного способа является интенсивное взаимодействие плавикового шпата с рудной частью шихЮы на колошнике, что ведет к опережающему плавлению шихты и торможению восстановления. Кроме того, использование плавикового шпата связано с выделением в атмосферу высокотоксичных фторсодержащих газов (1, HF и др.) .

Восстановление элементов осуществляется через газовую и жидкую фазы.

При этом наиболее энергетически выгодными являются жидкофазные реакции, так как испарение веществ связано с большими энергозатратами, потерями тепла и материалов. Однако приемлемая скорость восстановления через жидкую фазу достигается при условии низкого поверхностного натяжения оксидного расплава, что обеспечйвает развитую поверхность кон- такта реагентов.

При выплавке марганцевых ферросплавов шлаковым процессом относительно низкая температура плавления рудной части шихты приводит к разделению оксидного расплава и углеродистого восстановителя и резкому уменьшению поверхности контакта реагентов. Это обстоятельство, а также высокое поверхностное натяжение оксидного расплава и его большая вязкость тормозят восстановление, что приводит к низкому извлечению элементов из сырья. В результате увеличивается расход электроэнергии.

Известен способ выплавки углеродистого ферромарганца, в котором ,снижение поверхностного натяжения оксидного расплава достигается путем введения в шихту отходов обогащения сернистых углей — углистого колчедана, содержащего 46,1Ъ Fe 42,3% S и 9,8% С (3).

Недостатками этого способа являются опережающее по сравнению с восстановлением плавление рудное части шихты, расслоение компонентов и уменьшение реакционной поверхности, что приводит к повышению расхода электроэнергии и снижению производительности печи вследствие низкой скорости восстановления и больших потерь марганца испарением.

Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому эффекту является способ выплавки ферросплава с барием, включающий дозирование и смешивание шихтовых материалов с введением в них сульфатов щелочноземельных металлов, подачу шихты в электропечь, непрерывное проплавление и углетермическое восстановление, выпуск расплава и разливку металла (4) .

Недостатками известного способа являются незначительное влияние бария, как элемента с низким потенциалом ионизации, на повышение мощности электрических дуг вследствие интенсивного восстановления бария, которое облегчается благодаря протеканию реакции сульфата бария с кремнеземом при температуре выше 1200 >C:

ВаЯО4+ЯЮ2=BaSi03+SO2+1/2 02, (1) Цель изобретения — повышение извлечения ведущего элемента, снижение удельного расхода электроэнергии.

1076478

Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу выплавки ферросплавов, включающему дозирование и смешивание шихтовых материалов с введением в них сульфатов щелочноземельных металлов, подачу шихты в электропечь, непрерывное проплавление и углетермическое восстановление, выпуск расплава и разливку металла, сульфаты щелочноземельных металлов предварительно смешивают с углеродис- 10 тым восстановителем в количестве 120% от массы последнего.

Предварительное смешивание сульфатов с уГлеродистым восстановителем увеличивает поверхность контакта ре- 15 агентов, при этом интенсивно протекает реакция (2 ) Me$O< + 4С = MeS + 4CQ

В этом случае сера не удаляется в

Газовую фазу, как в известном способе, а переходит в виде термодинамически арочных и тугоплавких (т.пл. MeS>

2400 К) сульфидов в оксидносульфидиый расплав. Устойчивость сульфидов щелочноземельных металлов обеспечивает переход их в высокотемпературйые зоны ванны печи, в которых протекают основные реакции восстановления.- 30

Для улучшения кинетических условий протекания реакции (2) и использования мелких клаСсов (фракции до

3 мм) смесь сульфатов с углеродистым восстановителем перед введением 35 в шихту целесообразно окусковывать (брикетировать или окатывать) .

Переход серы в оксидносульфидный расплав снижает его поверхностное натяжение, увеличивает долю жидко- 40 фазных энергетически выгодных реакций восстановления. Например, восста. новление кремния может осуществляться из расплава без перехода кремнезема в газовую фазу

$102ж+ 2$iCq = 3$i + 2COP. (3) Это приводит к снижению расхода электроэнергии при выплавке кремния и ферросплавов. 50

В этом случае комплексное воздействие щелочноземельных металлов и серы повышает жидкоподвижность шлака, способствуя регулярному его выходу из печи при выпуске металла, что 55 обеспечивает устойчивую и достаточно большую глубину погружения электродов в шихту и снижение температуры колошника. Поскольку потенциалы ионизации щелочноземельных металлов 60 ниже потенциалов ионизации компонентов углетермических ферросплавов

- (потенциалы ионизации Са, Sr; Ba равны соответственно 6,1; 5,7; 5,2 эВ;

Ге, Сг, Mn, Si — соответственно 17,4 65

6, 8; 7, 4; 8, 1 эВ), улучшаются условия горения электрической дуги. Все это способствует перераспределению мощности: увеличению ее доли в электрических дугах и уменьшению мощности, выделяемой на колошнике за счет токов шихтовой проводимости.

Оптимальное содержание сульфатов щелочноземельных металлов составляет

-1-20% от массы углеродистого восстановителя. Добавка сульфатов в. количестве менее 1% недостаточна для за метного повышения мощности электриI ческих дуг, при добавке более 20% образуются вязкие шлаки.

Пример 1. Выплавку 75%-ного ферросилиция (ФС 75) производят в полупромышленной печи мощностью .1200 кВ-A при напряжении 68,2 В.и силе тока 6-8 кА. Баритовую руду, содержащую 45,0% Ba$04 в количестве

5% от массы восстановителя вводят в шихту (прототип) и предварительно смешивают с коксом (предлагаемый способ) . Состав колоши шихты, кг: кварцит 200; стружка 15; кокс. 100; баритовая руда (в пересчете на Ва$04)

10,5%.

Результаты представлены в табл.1.

По сравнению с прототипом извлечение кремния повышается на 8,5%, а расход электроэнергии снижается на

8,6%. Снижение концентрации бария в сплаве от 1,2 до 0,6% не приводит к существенному снижению его модифицирующих свойств °

В опытных плавках ферросилиция

ФС 75 в той же печи при определении оптимального количества сульфата бария, вводимого в шихту в виде баритовой руды, содержащей 45% BaS04, после предварительного смешивания с коксом получают следующий расход электроэнергии, кВт.ч/т:

Добавка 0,5% Ва$04 13800

Добавка 1,0% Ва$0 . 13100

Добавка 10% BaSO 12900

Добавка 20% Ba$04 13200

Добавка 30% BaS04 14600

Опытные плавки показывают, что добавка сульфата бария в количестве

1-20% от массы восстановителя соответствует минимальному расходу электроэнергии.

Пример 2. Выплавку Ферросилиция ФС 75 производят в той же печи. Сульфат кальция (гипс) в количестве 10% от массы восстановителя вводят в шихту и предварительно смешивают с коксом. Состав колоши шихты, кг: кварцит 200; стружка 15; кокс

100у гипс (в пересчете íà CaS04) 10.

Результаты представлены в табл.. 2.

По сравнению с прототипом добавка сульфата кальция после предварительного смешивания с коксом позволяет повысить извлечение кремния на 8,4%, 1076478 аблица 1

Содержание элементов в полученном металле, Ъ по массе

Извлечение кремния, %

Способ введения добавки баритовой руды в шихту

Расход электроэнергии, кВЙ ч/т

Ва

Добавка баритовой руды в шихту (прототип) 71,5

76,9 1,2

13900

19,0

Добавка баритовой руды в шихту после предварительного смешивания с коксом

77,2 0,6

12700

80,0

20,2

Таблица 2

Содержание эл Ентов, Ъ по массе

Расход электроэнер гии, кВт ч/т

Извлечение кремния, %

Способ введения добавки

Добавка сульфата кальция в шихту (прототип) 14500

60,5

18,0

2,5

76,2

Добавка сульфата кальция в шихту после предварительного смешивания с коксом

1,0" 19, 3

13400

68,9

77,4

Составитель О, Веретенников

Редактор С, Квятковская Техред С.Легеза

Корректор A. Ференц

Эаказ 661/24

Тираж 603

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП Патент, г.,ужгород, ул. Проектная, 4 а расход электроэнергии снизить на

7,6% °

Ожидаемый годовой экономический эффект от использования предлагаемого способа на примере производства

420 тыс.т высокопроцентного ферросилиция составит 2,46 млн.руб.

Таким образом, использование предлагаемого способа за счет повышения мощности электрических дуг и доли жидкофазных низкотемпературных 10 реакций восстановления сокращает расход электроэнергии, способствует повышению извлечения кремния в сплав.

Частичный переход щелочйоземельных металлов в сплав улучшает его 15 качество, так как наличие s нем химически активных металлов повышает усвоение ведущих элементов при использовании сплава в качестве восстановителя, раскислителя и модификатора.

Предлагаемый способ выплавки кремния,и ферросплавов по сравнению с известным позволяет снизить выделение сернистых соединений в газовую фазу, улучшить санитарно-гигиенические условия труда, ликвидировать сероочистку Й предотвратить загрязнение окружающей среды. !

3а счет снижения расхода электроэнергии и повышения извлечения ведущего элемента экономическая эффективность при использовании предлагаемого способа составит 6 руб. на тонну ферросилиция марки ФС 75.