Способ выплавки металла из железорудных материалов в электродуговой печи

 

Изобретение относится к электротермии получения металла. Цель - повышение степени удаления серы и фосфора, а также стойкости электрода и футеровки печи. S и P удаляются в процессе выплавки как в газовую фазу в виде своих летучих соединений (в ходе твердофазного восстановления), так и в шлак при расплавлении. Регулирование подачи восстановителя в кольцевой зазор и состав смеси позволяет контролировать скорости твердои жидкофазного восстановления электродной массы. В зависимости от исходного содержания S и P в железорудном материале можно организовать как окислительные условия для удаления P, так и восстановительные с высокой степенью удаления S. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)ю С 21 С 5/52

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4693467/02 (22) 19.05.89 (46) 07.08.91. Бюл. М 29 (71) Московский институт стали и сплавов (72) В.M.Áîðèñîâ, Т.Н.Кисурина, В,Н.Комов, В,Ф.Жаров и А.А.Харитонов (53) 66о 187 25 (088 8) (56) Ав: орское. свидетельство СССР

М 1.104166, кл. С 21 С 7/00, 1983, (54) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ МЕТАЛЛА И3

ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ЭЛЕКТРОДУГОВОЙ ПЕЧИ (57). Изобретение относится к электротермии получения металла. Цель — повышение

Изобретение относится к черной металлургии, преимущественно электротермии получения металла из железорудных материалов, и может быть использовано на предприятиях черной металлургии и машиностроения. т

Цель изобретения — повышение степе ни удаления серы и фосфора, а также стойкости электрода и футеровки печи, Регулирование подачи восстановителя в кольцевой зазор и в состав смеси позволя-, ет контролировать скорости твердофазного и жидкофазного восстановления электродной массы в зависимости от исходного содержания серы и фосфора в железорудных материалах. Регулирование степени предварительного восстановления позволяет организовать как окислительные условия для удаления фосфора в шлак, так и восстановительные с высокой степенью удаления серы.... Я2„, 1668408 А1 степени удаления серы и фосфора. а также стойкости электрода и футеровки печи, S u

P удаляются в процессе выплавки как в газовую фазу в виде своих летучих соединений (e ходе твердофазного восстановления), так и в шлак при расплавлении. Регулирование подачи восстановителя в кольцевой зазор и состав смеси позволяет контролировать скорости твердо- и жидкофазного восстановления электродной массы. В зависимости от исходного содержания

S и Р железорудном материале можно организовать как окислительные условия для удаления Р, так и восстановительные с высокой степенью удаления S. 1 табл.

Для подачи электродной массы используют полый графитовый электрод, который а в предлагаемом способе помимо устройства О, для транспортировки материалов является 0 реактором, обеспечивающим взаимодействие между оксидами железа и восстановителем, входящим в состав электродной массы.

В результате этого взаимодействия степень твердофазного восстановления электрод- Ю ной массы до расплавления достигает 80—

100 . При твердофаанои восстановлении ЛЬ возможно образование и удаление в газовую фазу летучих соединений S u P.

Подача восстановителя в кольцевой зазор графитового электрода позволяет значительно увеличить срок службы полых электродов, так как он экранирует внутреннюю поверхность электрода и препятствует взаимодействию между углеродом электрода и оксидами железа. Непрореагировавшая (избыточная) часть восстановителя

1668408

15

25

55 попадает на поверхность шлакового расплава, защищая футеровку печи от агрес сивного воздействия оксидного железистого расплава.

Повышение степени удаления серы и фосфора можно достигнуть путем перевода их в газовую или шлаковую фазы. Наиболее благоприятные условия для удаления фосфора и серы в газовую среду создаются в верхней и средней частях столба электродной массы, т.е. в менее прогретых и менее восстановленных участках электродной массы. В верхних слоях электродной массы, температура которых не превышает ÇQQ Ñ, возможна реакция

2(Р)+ ЗН2 - 2РНз, для протекания которой необходимо использование восстановителя с высоким содержанием летучи . В предлагаемом способе для этой цели используется каменноугольный пек, который содержит 59 — 63 летучих, состоящих в основном из водорода.

Сера в восстановительных условиях удаляется в газовую фазу в виде соединений

НгЯ. COS, S0 и 30г. Подача восстановителя в состав электродной массы в предлагаемом способе способствует созданию восстановительной атмосферы, так как продуктами твердофазного восстановления оксидов железа восстановителем (протекающей в нижней и средней частях столба электродной массы) являются СО (80 — 90 ) и COz (10 — 20 )..При наличии в атмосфере

Hz (за счет деструкции пека и восстановителя), СО и COz в верхней и средней частях столба электродной массы возможно протекание реакций:

FeS+ЗСОг= FeO,+ÇCO+ SGzt, FeS+ 2СОг = FeO+ 2CO+ SOzg, FeS+ СО = Fe+COS),FeS+ Hz = Fe+ H2Sf.

Удаление серы из нижней части электродной массы в газовую фазу не происходит в результате поглощения восстановленным железом серосодержащих газов. В зависимости от расхода восстановителя в смеси степень удаления S u P в газовую фазу мо.жет изменяться в пределах 60 — 80 и 20—

40 соответственно.

Неполное восстановление оксидов железа способствует обесфссфорированию металла, так как фосфор концентрируется в недовосстановленном продукте. Установлено, что восстановленное на 90 — 95 металлическое железо практически не содержит фосфор. Скачивание фосфористого шлака в ходе плавки позволяет перерабатывать в предлагаемом способе фосфористые материалы.

Содержание восстановителя в электродной массе и кольцевом зазоре получено экспериментальным путем и обусловлено повышением степени удаления серы и фосфора, эффективной защитой графитовых электродов и футеровки печи от эрозии и поддержанием заданной концентрации углерода в ванне печи.

При подаче в кольцевой зазор меньше

10 (, восстановителя не обеспечивается защита как электрода, так и футеровки печи от взаимодействия с расплавом. Подача восстановителя в кольцевой зазор свыше 25;ь приводит к образованию вязких карбидных шлаков.

Выбор соотношения расхода восстановителя в кольцевом зазоре и в электродной массе зависит от степени загрязненности исходных материалов серой и фосфором.

Пример, Исследования проводят в электродуговой печи емкостью 50 кг. Во внутреннюю полость электоода помещают керамическую трубку со специальным фиксирующим и подъемным устройством, зазор между электродом и трубкой составляет 4—

6 мм. В зависимости от высоты подъема керамической трубки изменяют расход восстановителя в кольцевом зазоре электрода с электродной массой в пределах 0 — 407, от его общего расхода. Восстановитель подают в специальную воронку, связанную с кольцевым зазором керамической трубки.

Во внутреннюю полость керамической трубки, снабженной другой воронкой, непрерывно загружают предварительно приготовленную смесь железорудного материала и восстановителя.

В качестве железорудного материала используют концентрат, в качестве восстановителя — смесь нефтекокса и пека. Содержание серы и фосфора в исходной смеси составляет 0,200 и 0,0997, соответственно.

Плавку проводят следующим образом, Вначале совмещают нижний торец керамической трубки в одной плоскости с нижним торцом графитового электрода и в таком положении опускают электрод в предварительно расплавленный шлак. По мере погружения электрода в шлак одновременно в обе полости электрода загружают шихтовые материалы. Изменение содержания восстановителя в кольцевом зазоре осуществляют изменением высоты подъема керамической трубки. Выход металла на всех исследуемых режимах плавок доводят до 30 — 35 кг.

На каждом режиме определяют содержание серы и фосфора в металле, эрозию электрода. Разъедание футеровки печи. состоящеи из хромомагнезитового кирпича, 1бг8 !08

Злачллмл показателеа прн соаерканкн восстановлтелл ° кольпевон зазоре ° 2 от обпего раскола

1 " " I" 2" Т—

Показателн

1О

Не отисчаа тсл

Не отнечаетсв

Не отнечаessa

Ке отнеча° тел

lie отнечаатсл

Разру° акме

Не отмечаетсл

7se e e лн метра электрола, 0а(Солерканне Ce, Z:

° металле

0,04

0,01

0,0!

0,0"

Не обларуаел

Be обпарузе и

Не обнарукел

Не обвар

0,2

0,6

O,1l

О ° 2 в плака

Соаерканне УаО в первмчлом расплава, Z

25

0,5 1!

Степепь уаалеплп в газовун Bess, 8:

80

65

50

25

40

Соларкалне 5, 2: в пе рвнчпон злаке

0,075 0,022

0.016 о,ozz

0 "16

C,066

Ot0ZO

0,037

0,018

O,О48

0,013

О, 009

О,! 24 в металле

Соаеркалне Р, 8:

О, "20

О,С20

0,025 а первачнон ваке

0,033

О, 027

О, 040

0,024 о,no!

0,058

0,049

C, vv

О, 059

0,0ч1

0,027 о, 05ч

О, 099

Ньпсоа алак аз кгlкг

0,69

0,84

4с

0,78

0,74

0,90

1,08 брема плавал, юпс 80

45

70 оценивают по содержанию хрома в металле и шлаке визуальными наблюдениями.

Результаты исследований представлены в таблице.

Для получения кондиционного металла по S u P в расплав добавляют шлакообразу- 5 ющие. Анализ данн ых показы вает. что основные параметры опытных плавок значительно превосходят показатели плавок, выполненных по известному способу.

Оптимальный расход восстановителя в 10 кольцевом зазоре составляет 10 — 25, поскольку как увеличение его расхода, так и уменьшение ниже выбранных значений значительно ухудшают показатели плавки.

При плавке по предлагаемому способу не 15 отмечена эрозия электрода, содержание хрома в металле и шлаке 73о сравнению с известным способом снижается в 2 — 4 раза, При плавке по четвертому режиму достигаются наилучшие условия для удаления 20 серы. Если максимальное содержание P в исходных материалах не превышает 0,047, то возможна плавка на одном шлаке (время плавки сократится по сравнению с таблицей). !ри плавке по седьмому режиму со-,25 здаются наилучшие условия для удаления Р, В этих условиях при одношлаковом режиме максимальное содержание серы в исходном материала не должно превышать 0,11 .

При плавке материалов с высоким со- 30 держанием S u P можно рекомендовать чередующиеся понижение и повышение соотношения расхода восстановителя в ходе плавки с целью организации в начальный период окислительных условий (седьмой режим) с образованием и скачиванием фосфористого шлака, а затем восстановительных условий (четвертый и пятый режим) для удаления серы.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет осуществлять переработку железорудных материалов с содержанием в исходных материалах S 0,115 — 0,238 и P

0,424 — 0,043% в одношлаковом режиме. За счет организации удаления S u P в твердой фазе и совмещения их удаления в жидком состоянии сокращается расход шлакообразующих на 40 — 51 (, время плавки — на 44—

50 . Эффективная защита электрода и футеровки печи увеличивает срок эксплуатации на 53 и 30 соответственно, Формула изобретения

Гпособ выплавки металла из железорудных материалов в электродуговой печи, включающий дозирование и загрузку электродной массы, а также твердого восстановителя в кольцевой зазор между внутренней поверхностью полого электрода и электродной массой, восстановление и плавление ее с последующей доводкой металла, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения степени удаления серы и фосфора, а также стойкости электрода и футеровки печи, восстановитель дополнительно вводят в электродную массу, при этом его расход в кольцевой зазор и в электродную массу поддерживают в пределах (10 — 25): (90 — 75) 1 от общего стехиометрически необходимого расхода восстановителя.