Способ производства высококремнистых ферросплавов

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК ()9) (П)

З(5() С 22 С 3

Wl

1

Ф

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

{21) 3491778/22-02 (22) 23.09,82 (46) 07.12.83. Бюл. 9 45 (72) H.Â. Толстогузов, Г.И. Сальников, Г.B. Серов, H.П. Лякишев и (0.II. Канаев (71) Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе и Кузнецкий завод ферросплавов

{53) 669 ° 168(088.8) (56) 1. Рысс И.A. Производство ферросплавов. M., "Иеталлургия", 1975, с. 49-71 и 192-201.

2. Цедровицкий JI.Ñ. Производство ферросплавов в закрытых печах. М., "Металлургия", 1975, с. 237-273. (54)(57) 1, СПОСОБ ИРОИЗВОДС1ВА ВЫСОКОКРЕМНИСТИХ ФЕРРОСПЛАВОВ, включающий подготовку шихтовых матерна лов, их дозировку и .смешивание, загрузку в закрытую руднотермическую электропечь, непрерывное проплавление, выпуск металла и шлака, разливку, отличающийся тем,,что,.с целью уменьшения выноса из шнхты при ее проплавлении возгонов и конденсатов моноокиси кремния, .снижения уровня запыленности газов, предотвращения забивания подсвободного пространства, улучшения использования кремйия и снижения расхода .электроэнергии, проплавление шихты, ведут в присутствии легкоплавких соединений, обладающих высокой адгеэией к углеродистым восстановителям.

2. Способ по п.1(о т л и ч а юшийся тем, что в качестве материала, образующих в процессе проплавления шихты легкоплавкие соединения, используют марганцевую или железомарганцевую руду, поддерживая их несо- (й вое соотношение к углеродистому восстановителю в шихтеравным(0,1-2))1.

3. Способ по пп. 1 и .2, о т л ич а ю шийся тем, что марганцевую или железомарганцевую руду дробят до крупности, равной крупности углеродистоГо восстановителя, смешивают с ним, а затем вводят в сос- тав шихты.

10590-18 (sion + гс, - ыс1в + (со3 с коксом, улавливается шихтой.

Злектропроводность шихты при плавке кремнистых сплавов определяется электропроводностью восстановителякокса. Поэтому подготовка к плавке кокса являе ся важнейшей операцией при производстве кремнистых сплавов.

Кокс для обеспечения глубокой посадки электродов обычно дробится до крупности 25-0 или 20-.0 мм и затем отсеивается от мелочи -5 мм. Такой кокс наряду с высоким электросопротивлением обладает большой реакционной поверхностью и хорошей газопроницаемостью.

Наилучшие показатели при производстве сплавов с кремнием получаются при плавке сплава из кварцита крупностью 40-60 или 60-80 мм.Однако выход подобных классов невелик. Поэтому обычно для производства спла50

65

Изобретение относится к черной металлургии, в частности, к производству ферросплавов, преимущественно с содержанием не менее 40% кремния, Известен способ производства ферросплавов с высоким содержанием кремния бесылаковым процессом. Он включает дробление кварцита и восстановителя, их отсев от мелочи, дозирование и смешение и непрерывное проплавление в присутствии металлодобавок, например железной стружки, гранулированных сплавов или обрези листовой, например трансформаторной стали, и выпуск сплава 15 из печи. При плавке кремнистых сплавов особо важным является глубокая посадка электродов и равномерный по всей поверхности колошника выход реакционных газов. Это вызвано 20 тем, что восстановление кварцита углеродом даже в присутствии значительных количеств металлодобавок идет через газовую фазу с образованием промежуточных продуктов — монооки и кремния (SiO) и карбида кремния Si С. Так, например, при плавке ферросилиция с содержанием кремния

75% концентрация 0 0 в газовой фазе в горне печи превышает 50%. При плавке сплавов с более низким содержанием кремния концентрация (8 0 в газовой фазе может быть более низкой.

Однако даже при содержании кремния

40-45% концентрация (SiO) достигает

20% и более. Лишь при плавке сплавов 35 с содержанием 20-,22% Si равновесная .концентрация(810 приближается к нулю.

При глубокой посадке электродов и хорошей газопроницаемости шихты 40 моноокиоь кремния фильтруется через шихту и, вступая в реакцию с вов с кремнием бесшлаковым процес сом используется кварцит. крупностью

20-120 мм, .

При проплавлении хорошо перемешанной шихты из кварцита крупностью

20-120 мм, кокса крупностью 5-15 мм в присутствии в шихте железной стружки обеспечивается глубокая посадка электродов, равномерный сход шихты и выход газов и хорошее улавливание из него моноокиси кремния(1), Недостатком этого способа является то, что полного улавливания моноокиси кремния при равномерном ходе колошника и глубокой посадке электродов не удается достичь при плавке сплавов как с содержанием 65-75% кремния, так и с содержанием 25% кремния.

Это обьясняется тем, что газообразная моноокись кремния, вступая в реакцию j1) с углеродом кокса, быстро насыщает его поверхность карбидом, В результате блокирования поверхности кокса карбидами для улавливания моноокиси кремния по реакции И требуется ее диффузия через пленку карбидов или, в лучшем случае, диффузия моноокиси через газовую фазу открытых пор кокса.

Диффузионные процессы протекают медленно. В результате чего значительная часть газообразной моноокиси кремния выносится на колошник.

Кроме того, известно, что моноокись кремния в газообразном состоянии может существовать только при высоких температурах, поэтому значительная часть моноокиси кремния по мере охлаждения поднимающегося вверх газа. конденсируется. Эта часть моноокиси кремния в реакцию (1) не вступает и практически не улавливается шихтой. В результате, при плавке кремнистых сплавов теряется значительное количество моноокиси кремния. Так, при плавке ферросилиция

Фс90 в виде (SiOj теряется около

15-20Ъ кремния шихты. При плавке

ФС75 потери составляют 7-10%, при плавке ФС65 м силихрома с содержанием 50-55% — 4-6%. Потери кремния в виде SiO уменьшают использование кремния и увеличивают расход электроэнергии. При плавке в закрытых печах конденсаты мозоокиси кремния отлагаются под сводом. В результате этого, плавка сплавов ФС75 — ФС90 в закрытых печах невозможно, а при плавке ФС65 уже через 2 недели работы закрытой печи приходится принимать меры к удалению конденсатов изпод свода печи.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ получения высококремнистых .Ферросплавов, включающий подготовку шихто1059018 вых материалов, их .дозированне и смешивание, загрузку в закрытую руднотермическую электропечь, непрерывное проплавление, выпуск расплава и разливку металла. Особое внимание обращается на подготовку шихты к плав- ке (дробление восстановителя до крунности -15 мм, отсев его от мелочи

-5 мм, дробление кварцита до крупности 0-20 мм, отсев от него мелочи

-0-20 мм) . Загрузка шйхты,в печь про-10 изводится с помощью течек 4ереэ загрузочную воронку. Ыихта в этой воронке одновременно уплотняет печь, отсекая подсводовое пространство.

Поэтому очень важным является непре- 15 рывная йодача шихты в печь, а следовательно, и непрерывное проплавление. Только при непрерывном равно.мерном проплавлении и сходе шихты в горн возможен равномерный выход ra- 2О зов и, следовательно, максимальное использование иэ него полезных компонентов (SiO газ). С этой же точки зрения при плавке в закрытой печи очень важным является при каж- 25 дом выпуске сплава выход шлака $2/ .

Недостатки известного способа также связаны с потерями Я О и отложениями пылеобразных продуктов процесса под сводом. Даже при использовании наиболее качественных восстановителей (исскуственно приготовленного силикокса или полукокса) дли тельное время плавить сплавы,особенйо с содержанием более 65% кремния, не удается. 35

Цель изобретения - уменьшение выноса иэ шихты при ее проплавлении возгонов и конденсатов моиоокиси кремния, снижение уровня запыленности rasos, предотвращение забивания подсво40 дового пространства, улучшение ис- . пользования кремния и снижение расхода электроэнергии.

Цель достигается-тем, что согласно, способу производства высококремнистых >$5 сплавов, включающему подготовку шихтовых материалов, их дозировку и смешивание, загрузку в„закрытую .Руднотермическую электройечь, непрерывное проплавление, выпуск металла и ытака,50 разливку, проплавление шихты ведут в присутствии легкоплавких соединений, обладающих высокой адгезией к углеродистым восстановителям.

При этом в качестве материалов, образующих в процессе проплавления шихты легкоплавкие соединения, используют марганцевую или железомарганцевую руду, поддерживая ихвесовое соотношение к углеродистому восстановителю в шихте равным (0,1-2):1.60

При этом марганцевую или железомарганцевую руду, дробят до крупности, равной крупности углеродистого восстановителя, смешивают с ним, а затем вводят в состав шихты.

При нагревании шихты уже при

900-1000эС начинается образование силикатов, а при 1100-1200 С начинается их интенсивное оплавление.

Так снликаты натрия образуются при

800-8500С марганца и железа-.- при

1000-1100 С, а их плавление начина5 ется при 900-1100еС. Большинство силикатов отличаются высокой адгезией к восстановителю. Поэтому а переходом силикатов в жидкое состояние они растекаются по поверхности кусочков кокса. В результате этого уже близко к поверхности колошника, а при плавке высококремнистых сплавов в закрытых печах — в нижней части загрузочных воронок поверхность восстановителя покрывается пленкой жидких расплавов, содержащих, например, окислы марганца, железа, кремнезем и другие соединения.

Применение добавок, образующих легкоплавкие соединения, крупностью, близкой к крупности восстановителя, а также перемешивание с восстановителем позволяет ускорить взаимодействие иа его поверхность.

Кокс в шихту для плавки ферросплавов целесообразно вводить крупностью

5-15 мм. Поэтому он обладает большой поверхностью и имеет возможность активно взаимодействовать с газовой фазой.

Частицы ыли, конденсаты моноокиси кремния и газообразования моноокись

1 кремния, поднимаясь из горна печи к колошнику, фильтруются через кокс и активно взаимодействуют с пленкой жидких оксидов и соединений на его поверхности. Активнрму взаимодействию твердых частиц и газообразной моноокиси кремния способствует то, что в шихте систематически . изменяются и скорость и направление движения газов.

В результате активного взаимодей1ствия газов и выносимых ими частичен пыли..н возгонов моноокнси кремния с пленкой жидких окислов на кусоч- ках кокса происходит не только коалесцеиция твердых частиц, но и химическое их взаимодействие с оксидами жидкой пленки, например, по реакции

I (ЫО) +(МюО)» = (Ипt + (SiO)+ (2)

gSiO$ . +(МпО),„= оп),, + (Si+)< (3)

Реакция (2) и особенно реакцпя (3) идут с выделением теплоты. Так, для реакции (3) энергия Гиббса составляет I = -90900+37,37 ккал/моль. Это прйводит не только к улавливанию возгонов, но и уменьшению расхода электроэнергиИ 1:роме этого, развитие взаимодействия моноокиси кремния с

1059018

Составитель О, Веретенников

Редактор .Г. Безвершенко Техред Л.Пилипенко Корректор K.Шароши

Заказ 9720/25 Тираж 627

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Носква, Н-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", и. Ужгород, ул. Проектная, 4 понерхностью марганцевой руды по реакциям (2) и (3) и реакции

2(MnO) + t SiO) = Mn+(MnO Gi0 ) (4 ) т " га- 2 также сопровождающейся выделением теплоты, ускоряет расплавление добавок и образонание пленок расплавленных силикатов на поверхности восстановителя.

В результате, уменьшаются улеты пыли И возгонов моноокиси кремния.

Уменьшается и расход электроэнергии, так как в процессе полезно использует-. ся вся энергия (физическое тепло и химическая энергия), запасенная моно-15 окисью кремния.

П р е р. В закрытой печи

23 MBA выпланляли ферросилиций ФС25, ФВ45 и ФС65. В шихту, состоящую из кварцита, кокса,полукокса ижелезной стружки, вводили безводную железномарганцевую руду с содержанием 16,5% марганца или марганцевую руду с содержанием 30-403 марганца. Руду дробили до крупности 5-25 мм и перемеши-25 вали с восстановителем. Расход руды колеблется в пределах 0,1-2,0 от расхода углеродистого восстановителя.

Печь работала на выплавке указанных сплавов в закрытом. режиме 1,5 месяца, Через 1,5 месяца печь остановили .И осмотрели подсводовое пространство. При этом выяснилось, что под сводом при плавке сплава ФС65 (65% Si) никаких отложений пыли не было,тогда как при плавке сплава ФС 65 по изве- З5 стной технологии уже через 2 недели работы под сводом накапливается боль шое количество пыли и принимаются меры к ее удалению.

По коду плавки отбирали пробы га- 49 эов, выходивших из загрузочных воронок вокруг электродов. При этом запыленность отводящих газов оказалась ниже на 30-50%, чем при плавке ферросилиция ФС65 по известной техноло- 45 гии.

Вводимая в Шихту бедная марганцевая руда при попадании в горн печи легко восстанавливается как углеродом и кремнием, как и карбидом крем- (» ния. В зоне высоких температур легко восстанавливаются углеродом, кар-! бидом и кремнием с образованием силицидов и другие добавки. Например, оксиды бора восстанавливаются по реакциям

В 0 + — 81 — В Hi + — ВiO 2

2, 1 f6,Я

+ Si0 = —  Hi + — 00+—

1 3 19 =-9 " q 9

Поэтому введение и шихту легкоплавких силикатон или других добавок, образующих легкоплавкие силикаты и расплавы, не приводит к увеличению количества шлака. Введение добавок изменяет состав сплава. Так, содержагие марганца в сплаве может повышаться до 3-203 ° Однако подобное его содержание не препятствует использованию ферросилиция при производстве абсолютного большинства марок стали, так как содержание марганца в последних обычно не снижается ниже .0,53, Полезными при раскислении большинства марок стали являются и другие примеси (А1, Са, Ва, и В и др., .

Они повышают раскислительную способность кремния. При этом их наличие приводит к получению стали, более чистой по неметаллическим включениям.

Использование предлагаемого способа по сравнению с изнестным для сплавов ФС25, ФС45 и ФС65, производство которых освоено н закрытых печах, обеспечивает полезное использование физической и химической энергий моноокиси кремния колошниковых газов, что уменьшает расход электроэнергии на базовое содержание полезных компонентов на 400-400 квт ч/т сплава, а также уменьшение запыленности отходящих газов„ что упрощает их очистку.

Для сплавов с содержанием 70-80% кремния изобретение обеспечивает воэможность длительной непрерывной выплавки в электропечах закрытой конструкции, уменьшение количества очищаемых газон, так при плавке сплава ФС75 н открытой печи мощностью

16,5 ИВА требуется очищать 200000 м /ч тогда как в закрытой печи количество ! очицаемых газов уменьшается до 2

4 тыс. м /ч, что дает экономию капиталонложений и энергозатрат, При этом физическое и химическое тепло SiO и возгонон используется полезно на восстановление добавок, в результате этот суммарный расход электроэнергии на восстановление кремния и добавок понижается на 500-900 квт.ч/т сплава.