Способ выплавки ферросилиция в закрытых руднотермических печах

 

Использование: черная металлургия, производство ферросплавов в закрытых руднотермических электропечах. Сущность изобретения: часть шихты, загружаемую через свод в центральную зону печи при стехиометрическом соотношении между расходом кварцита и кокса, содержит избыток железной стружки, а часть шихты, загружаемая вокруг электродов при стехиометрическом соотношении между расходом кварцита и восстановителя, имеет недостаток железной стружки. 2 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве ферросплавов в дуговых РТП.

Сплавы с повышенным содержанием кремния все больше производятся в закрытых руднотермических электропечах (РТП). Плавка в закрытых РТП позволяет в сотни раз уменьшить количество очищаемого газа, а следовательно и затраты на строительство и эксплуатацию очистных сооружений. Кроме этого плавка в закрытых печах позволяет полезно использовать химическую энергию колошникового газа, которая равноценна почти половине израсходованной на плавку электроэнергии (Рысс М.А. Производство ферросплавов. М. Металлургия, 1975, с.51).

Наиболее близким к заявляемому является способ загрузки шихты через воронки вокруг электродов, по которому основная часть шихты загружается непрерывно в воронки вокруг электродов и содержит лишь 80-98% углеродистого восстановителя от необходимого, а остальную часть восстановителя подают периодически по периферии воронок так, чтобы она в ходе проплавления шихты ссыпалась в основания конусов [2] Подобный способ загрузки шихты в руднотермическую печь (РТП) позволяет в какой-то мере компенсировать последствия значительной сегрегации шихты, которая наблюдается при эксплуатации закрытых сверхмощных РТП 63 МВА, в результате которой значительная часть кварцита в соответствии с законами механики движения насыпных грунтов, особенно его наиболее крупная часть концентрируется у основания конусов шихты, поступающей в печь через воронки. В результате этого шихта, поступающая в центр РТП, всегда содержит избыток кварцита. Подача части кокса порциями по периферии воронок позволяет частично устранить этот недостаток загрузки шихты в сверхмощную РТП. Однако и при таком способе загрузки шихты неудовлетворительно работает центр РТП. Шихта в центре печи спекается, что приводит к повышенному выносу в подсводовое пространство монооксида кремния SIO газ. Все это вызывает частые простои печи, особенно при плавке ФС65, для очистки подсводового пространства РТП от пыли и способствует понижению ее производительности. В сверхмощных РТП последнему способствует и сегрегация шихты, в результате которой в центре печи концентрируется шихта с заметным избытком кварцита.

Целью изобретения является улучшение схода шихты, уменьшение простоя в печи, связанные с чисткой подсводового пространства от налетов и технологической пыли, и повышение производительности РТП и содержания кремния в сплаве, выплавляемом в закрытой РТП.

Цель достигается тем, что через воронки вокруг электродов в печь загружается лишь часть шихты, а другая часть подается с помощью течки непосредственно под свод РТП, при этом шихта, загружаемая через воронки при стехиометрическом соотношении между расходом кварцита и восстановителя, дозируется с недостатком железной стружки, а шихта, загружаемая под свод РТП через центральную течку, со значительным избытком железной стружки.

Цель достигается также тем, что в зависимости от концентрации в сплаве кремния (марки ферросилиция) содержание железной стружки в шихте, загружаемой через воронки, составляет 0,5-0,6 от стехиометрического, а в подаваемой под свод в 2-3,0 раза более стехиометрического, а расход шихты через центральную течку составляет 20-30% от всего расхода на плавку.

При подобном составе шихты в центральной части создаются очень благоприятные условия для разрушения карбида кремния каплями железа (чугуна), которые, стекая практически с поверхности колошника, смывают с поверхности кусков кокса карбид кремния, разрушая его сначала по экзотермической реакции 5Fe + 3SiC_т Fe₅Si_3(ж) + 3C, (1) а при более высоких температурах по реакции Fe₅Si₃ + 2SiC_т 5FeSi_ж + 2C (2) В результате в центре печи повышается газопроницаемость, сход шихты становится более равномерным, а потери SiO газ устраняются, так как степень его улавливания по реакции SiO_газ + 2С SiC_т + CO (3) растет как за счет разблокирования поверхности кокса, так и выделения углерода по реакциям (1) и (2). Как при плавке ФС45, так и ФС65 и ФС70, извлечение кремния повышается. Создаются также благоприятные условия для выплавки в закрытых печах более трудного сплава ФС75.

Повышение газопроницаемости шихты и степени улавливания SiO газ в центре печи вместе с этим приводит к тому, что значительная часть газовой фазы, образующейся в подэлектродных зонах, покидает печь через шихту в центре печи. Это, а также более высокие температуры в подэлектродных зонах, более низкая концентрация SiO газ, связанная с интенсивным его расходованием по реакции SiO_газ + SiC_т 2Si_(ж) + CO (4) более интенсивный сход шихты и отсутствие ее спекания, всегда наблюдаемые в этих зонах, приводит к тому, что улучшается, делается более стабильным сход шихты и в приэлектродных зонах. В результате колошник печи во всех его зонах становится более холодным.

Расход железной стружки в навеске шихты, загружаемой через воронки вокруг электродов, определяется составом выплавляемого сплава, мощностью и геометpическими параметрами РТП. Так с увеличением диаметра распада электродов и увеличением диаметра применяемого электрода, при постоянных других параметрах РТП доля шихты, проплавляемой через воронки, уменьшается. При постоянстве указанных параметров повышение мощности РТП наоборот увеличивает долю шихты, проплавляемую вокруг электродов (загрузка через воронки). Повышение концентрации кремния в сплаве и, следовательно, уменьшение в шихте удельной доли железной стружки замедляет сход шихты в центре, увеличивая ее долю через воронки вокруг электродов РТП. Так, например, при хорошем сходе и d_д 1000 мм увеличение d_р от 2,5 d_д до 3,5 d_д увеличивает долю шихты, проплавляемой в центре (загрузка под свод через центральную течку) в 4,5 раза от 0,26 до 1,18 (в долях от шихты, загружаемой через воронки), а при d_д 2 м только в 3,4 раза (от 0,86 при d_р 2,5 d_д до 2,9 доли при d_р 3,5 d_д). В тех же условиях повышение мощности РТП в два раза увеличивает долю шихты, потребляемой в центре РТП в 4 раза, а повышение концентрации кремния в сплаве наоборот при обычной плавке уменьшает сход шихты в центре РТП. Поэтому, как величина избытка железной стружки по отношению к стехиометрическому ее расходу, так и соотношение между количеством шихты, загружаемой в центр, хотя и связаны между собой необходимостью получения стандартного по содержанию кремния сплава, не могут быть определены расчетом. На печах малой мощности потребность в шихте в центре РТП по указанным причинам невелика (для печей 16,5 МВА 1 навеска на 4-8 навесок в воронки к электродам), тогда как для больших РТП она достигает значительной величины (для РТП 63 МВА примерно 0,5-0,6 навесок на одну к электродам). Принятое соотношение 2-4 колоши к электродам 1 колоша в центре, поэтому обеспечивает оптимальные условия для плавки в применяемых в настоящее время закрытых РТП мощностью 21-63 МВА. При подобном соотношении оптимальные показатели получаются при расходе стружки в шихту, загружаемую под свод, для наиболее часто выплавляемых в закрытых печах сплавов ФС45, ФС50 и ФС65 и 2-3 раза больше стехиометрической при доле стружки в шихту, загружаемую в воронки примерно 0,5-0,6 от стехиометрического. При подобном же соотношении между составляющими в закрытых РТП могут выплавляться и другие сплавы, например ФС70 и ФС75.

При меньшем, чем 2 отношении фактического расхода стружки в центр ТРП и соответственно большем, чем 0,6 в воронки по отношению к стехиометрическому, спекание шихты в центре РТП, особенно при плавке ФС65 и ФС75, полностью не устраняется. При большем, чем 3 отношении расхода стружки по отношению к стехиометрическому в центр (и соответственно меньшем 0,5 к электродам) металл может стать не стандартным по концентрации кремния, а при плавке ФС45 могут возникать трудности и с подачей шихты с повышенным расходом стружки через центральную течку.

Способ реализуется в условиях плавки в закрытых печах мощностью 21-63 МВА следующим образом.

П р и м е р 1. Плавка сплава ФС65 в условиях закрытой печи РКЗ-63 реализуется следующим образом. В воронки вокруг электродов загружается шихта, состоящая из 300 кг кварцита, 33-37 кг железной стружки и 155-170 кг восстановителя влажностью 8-15% (в пересчете на кокс), а под свод в центр РТП шихта и 300 кг кварцита, 132-144 кг стружки и 155-170 кг кокса той же влажности, при этом на каждые 2 навески в воронки под свод загружается одна. Расход шихты через воронки вокруг электродов и под свод контролируется, а ее состав во избежание получения не стандартного по кремнию сплава периодически корректируется добавками шихты с повышенным расходом стружки в центр (при замедленном сходе шихты через центральную течку) или шихту с пониженным расходом стружки также в центр при излишне быстром ее сходе с центральной течке.

Выпуск сплава из РТП производится в ковш энергичной струей 4 раза в смену. Показатели плавки при этом изменяются следующим образом.

По изобретению По обычной технологии Содержание кремния, мас. 64-67 65-66,5 Извлечение примерно кремния 95% 91-92
Простои для очистки
подсводового
пространства, 4-8 11
Расход электро-
энергии, кВтч/т 7200 7680
Сход шихты в центре Равномерный Центр РТП не работает,
и вокруг электродов без обвалов шихта спекается
П р и м е р 2. Плавка сплава ФС65 в условиях закрытой печи РКЗ-33 реализуется следующим образом. В воронки вокруг электродов загружается шихта, состоящая из 300 кг кварцита, 33-37 кг железной стружки и 155-170 кг восстановителя (влажность 8-15% ) в пересчете на кокс, а под свод в центр печи шихта из 300 кг кварцита, 155-180 кг железной стружки и 155-170 кг восстановителя той же влажности. На 1 навеску под свод загружается в среднем 3 навески через воронки у электродов. При замедлении схода шихты в течке или через воронки шихта периодически корректируется. Сплав выпускается в ковш 4 раза в смену. Показатели плавки при этом следующие:
По изобре- По обычной
тению технологии
Содержание
кремния, мас. 64,5-66,5 65-66,5
Извлечение примерно
кремния, 95,2 91-92
Простои горячие
(чистка подсводо-
вого простран-
ства), 3 8
Расход электро-
энергии, кВтч/т 7130 7650
Центр печи Рыхлый, Не рабо-
шихта тает
сходит
равно-
мерно
П р и м е р 3. Плавка сплава ФС70 в условиях печи РКЗ-20 реализуется следующим образом. В воронки вокруг электродов загружается шихта, состоящая из 300 кг кварцита, 30 кг железной стружки и 155-170 кг кокса (W_р 8-15%), а под свод через центральную течку из 300 кг кварцита, 175 кг железной стружки и 155-170 кг кокса. На 1 колошу шихты под свод в воронки подается 4 колоши. В случае несоответствия расходов шихта, подаваемая под свод, периодически корректируется. Выпуск сплава производится 4 раза в смену в ковш. Сплав после и во время выпуска рафинируется сидеритом и кислородом. Показатели плавки при этом следующие:
По изобре- По обычной
тению технологии
Содержание
кремния, мас. 69,5-73,0 70-72
Извлечение примерно
кремния, 92,5 89,1-90,0
Простои печи
горячие (чистка
под сводом), 4,5 9
Расход электро-
энергии, кВтч/т 7900 8250
Центр печи Рыхлый, Не рабо-
не спека- тает
ется, схо-
дит равно-
мерно
Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет получить следующие преимущества: разрыхлить шихту в центре печи, сделать центр печи активно работающим; для сверхмощной печи РКЗ-63 практически полностью устранить сегрегацию шихты в центральной части печи; уменьшить расход электроэнергии и на 5-6% повысить производительность закрытых РТП не менее чем на 4-10% уменьшить горячие простои РТП, связанные с чисткой подсводового пространства от налетов и технологической пыли.

Формула изобретения

1. СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИЦИЯ В ЗАКРЫТЫХ РУДНОТЕРМИЧЕСКИХ ПЕЧАХ, включающий загрузку в печь через свод шихты, состоящей из кварцита, кокса, железной стружки и восстановителя, вокруг электродов, ее непрерывное проплавление и выпуск сплава в ковш, отличающийся тем, что часть шихты загружают через свод в центральную зону печи при стехиометрическом соотношении расхода кварцита и кокса, содержит избыток железной стружки, а часть шихты, загружаемая вокруг электродов при стехиометрическом соотношении расхода кварцита и восстановителя, имеет недостаток железной стружки.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при стехиометрическом соотношении расхода кварцита и кокса шихта, загружаемая вокруг электродов, содержит железной стружки 0,5 0,6 стехиометрического расхода, а загружаемая под свод в центральную зону печи шихта содержит 2 3-кратный избыток железной стружки от стехиометрического расхода.

3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что расход шихты вокруг электродов по количеству в 2 4 раза превышает расход шихты, подаваемой непосредственно под свод в центральную зону печи.