Шихта для получения ферросилиция

 

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к производству ферросплавов, в частности к получению ферросилиция. Сущность изобретения состоит в том, что шихта для получения ферросилиция дополнительно содержит смесь офлюсованных железорудных окатышей и железной окалины в соотношении 1 : (1 - 3) при следующем соотношении компонентов, мас.%: кварцит 35 - 55; углеродистый восстановитель 20 - 30; смесь офлюсованных железорудных окатышей и железной окалины 10 - 30; стальная стружка остальное. При использовании смеси окатышей и окалины в составе шихты для выплавки ферросилиция снижается улет кремния с отходящими газами. Кроме того, отмечено увеличение глубины погружения электродов в шихту, что позволяет производить плавку на более высоком напряжении с низкой стороны трансформатора, а также проводить плавку без применения дорогостоящего полукокса. 1 табл.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретнее к производству ферросплавов, в частности к получению ферросилиция.

Шихта содержит, мас.%: кварцит 17-23; железная стружка 31-40; отходы обогащенных железных руд 20-35; кокс остальное [1].

Шихта содержит, мас.% кварцит 55-65; коксовый орешек 1-25; кокс термоокислительного пиролиза 5-35; стальная стружка остальное [3].

Шихта содержит, мас.%: кварцит 40-70; углеродистый восстановитель 15-45; пирит 2-40; стальная стружка остальное [3].

Шихта содержит, мас. %: кварцит железистый 44-58; бедная железомарганцевая руда 14-30; кокс 19-20; известняк 6-9 [4].

Шихта содержит, мас.%: углеродистый восстановитель 20-35; металлодобавка 1-40; силикатный шлак 1-10; кварцитобарит 0,5-10; кварцит остальное [5].

В качестве прототипа принята шихта для выплавки ферросилиция со следующим соотношением компонентов кварцит : полукокс : коксик : стружка : для ферросилиция марки ФС45 1:0,3:(0,27-0,38):(0,63-0,7) для ферросилиция марки ФС65 1:0,3:(0,28-0,38):(0,20-0,25) [6].

Недостатки аналогов и прототипа.

1) Недостаточная сырьевая база для реализации шихты из-за дефицита стальной стружки вследствие сокращения объемов производства на машиностроительных заводах.

2) При использовании стальной стружки увеличивается электропроводность шихты, что приводит к снижению глубины погружения электродов в шихту или необходимости количества коксика в составе шихты. Вследствие этого повышаются потери монооксида кремния с отходящими газами и ухудшается газовый режим работы закрытых печей.

Особенно это обстоятельство на работе печей с низким расположением свода, т.к. происходит забивание подсводного пространства.

Сущность изобретения заключается в том, что при подготовке шихты для получения ферросилиция производится смесь офлюсованных железорудных окатышей и железной окалины в соотношении по массе 1:(1-3). Это позволяет улучшить состояние технологии за счет того, что окатыши совместно с окалиной транспортируются по наклонным ленточным конвейерам без скатывания окатышей с ленты в нижнюю часть конвейера, что предотвращает аварийные ситуации и прекращение работы оборудования.

Кроме того, окалина в исходном состоянии представляет шламоподобную массу, которая после загрузки в бункер для последующего взвешивания на дозаторах моментально слеживается и не выходит из бункера.

В составе смеси, приготовленной смешиванием в закромах склада шихты грейферным краном, эти два материала без затруднений выходят из бункера, дозируются автоматическими весовыми дозаторами и транспортируется наклонными ленточными конвейерами.

Влага из окалины при приготовлении смеси усваивается офлюсованными обожженными за счет гидратации оксида кальция. При этом смесь приобретает способность сыпучести, что создает возможность применения этих компонентов для приготовления шихты.

Компоненты шихты: углеродистый восстановитель (коксик орешек и полукокс), кварцит, смесь офлюсованных железорудных окатышей и железной руды, а также стальную стружку дозируют на весовых дозаторах в заданном соотношении и применяют для получения ферросилиция (сплава железа и кремния) в рудовосстановительных печах. Шихту загружают в электропечь, поддерживая слой шихты, в который погружены электроды. Глубина погружения электродов вследствие увеличения электросопротивления шихты составляет 1500-1800 мм при выплавке ферросилиция марок ФС45 и ФС65 соответственно. Глубина погружения электродов в шихту увеличивается за счет увеличения электросопротивления шихты вследствие включения в ее состав неэлектропроводных материалов - окалины и офлюсованных окатышей, а также вследствие снижения температуры в верхнем слой шихты, т. к. часть тепла затрачивается на электродинамические реакции восстановления железа из оксидов железа окатышей и окалины, а также испарение влаги из гидроксида кальция.

Так как в нижних горизонтах печи происходит полное восстановление кремния из кремнезема, входящего в состав кварцита, происходит опускание шихты из верхних горизонтов в нижние с нагревом шихты за счет тепла электрических дуг и выделяющегося в шихте при прохождении тока.

Газообразный монооксид кремния, выделяющийся в средних горизонтах ванны печи совместно с CO фильтруется в слое шихты и осаждается в пористом материале: коксе и окатышах. Монооксид кремния в порах коксика образует карбид кремния, а в порах окатышей кремнезем и железо. Монооксид углерода (CO) частично восстанавливает железо из оксидов окалины и окатышей.

Полное восстановление железа происходит за счет карбида кремния. Процесс взаимодействия компонентов смеси офлюсованных окатышей и железной окалины с продуктами восстановления кварцита углеродистым восстановлением (монооксидами кремния и углерода) ускоряется наличием в окатышах кремнезема и оксида кальция с соотношением, близким к 1, за счет чего при сравнительно низких температурах образуется легкоплавкая жидкая фаза, способствующая ускорению массопередачи в объеме окатышей.

В процессе приготовления смеси окатышей и окалины происходит покрытие отдельных окатышей слоем окалины. По существу получается окатыш, покрытый пористым железистым материалом с пониженным количеством кислорода, который обладает увеличенной фильтрующей способностью по отношению к газообразным продуктам, проходящим через слой шихты.

В нижнем горизонте ванны печи флюсующая часть смеси окатышей и окалины переходит в шлаковую фазу, которая характеризуется пониженной вязкостью и поэтому при выпуске металла из печи шлак без затруднений выходит через ленточное отверстие.

Свободный и полный выход шлака из ванны печи позволяет снизить уровень расплава в печи, сократить количество подового гарнисажа и увеличить глубину погружения электрода в слой шихты.

Таким образом, применение в составе шихты смеси офлюсованных окатышей и окалины и вся шихта предложенного состава улучшает газовый режим получения ферросилиция, сокращает улет монооксида кремния из реакционной зоны, улучшает ход процесса плавки в рудовосстановительной печи. Применение окатышей и окалины, полученной при прокатке и ковке стальных заготовок, позволяет обеспечить производство ферросилиция любым количеством шихты, т.к. эти материалы не являются дефицитными и их количество весьма значительное. В настоящее время окалина не находит применения и складируется в отвалах.

Если не осуществлять предварительного смешивания офлюсованных окатышей с окалиной, то из-за высокой влажности окалины не представляется возможным производить ее дозирование, а окатыши дестабилизируют работу наклонных транспортеров. В процессе плавки при раздельной даче окалины и окатышей происходит сегрегация этих материалов и неравномерный выход газа по поверхности колошника. В отдельных участках происходит спекание шихты и местные перегревы, что нарушает газовый режим работы печи.

Если углеводородистого восстановителя в составе шихты будет менее 20 мас. %, то вследствие недостатка углерода в процессе нагрева шихты будет образовываться газообразный монооксид кремния, который, улетая из печи с газом, будет снижать выход целевого продукта.

Если содержание углеродистого восстановителя более 30%, то при регулярном избытке восстановителя происходит его накопление в ванне печи с образованием большого количества карборунда. Вследствие понижения электросопротивления шихты снижается глубина погружения электродов и увеличивается улет монооксида кремния. По существу при использовании шихты предложенного состава количество углеродистого восстановителя выше, чем требуется для восстановления кремния из кремнезема кварцита. Избыточное количество углерода расходуется на восстановление железа из офлюсованных окатышей и окалины.

При этом происходит ауторегулирование количества восстановителя в печи за счет выноса избыточных количеств коксика из печи жидким шлаком, что препятствует накоплению его в ванне печи.

Если количество смеси офлюсованных железорудных окатышей и железной окалины менее 10%, то электропроводность шихты возрастает, что снижает глубину погружения электродов и фильтрующую способность колошника. При этом увеличивается улет монооксида кремния. Если количество смеси более 30%, то увеличивается количество шлака в ванне печи и увеличиваются потери кремния в виде оксида кремния, который ошлаковывается оксидом кальция, а также происходит спекание на колошнике, что снижает фильтрующую способность шихты.

Промышленное осуществление.

Промышленное осуществление шихты проводили в промышленных условиях цеха N 7 АО "ЧЭМК". В складе шихтовых материалов в закрома были разгружены из железнодорожных вагонов коксик орешек (углеродистый восстановитель), отвечающий требованиям ГОСТ 8935-77, марки КО-3 с зольностью 13% и содержанием влаги 12%, кварцит Бакальского рудоуправления с содержанием 98% SiO₂, соответствующий требованиям ТУ 14-9-253-83 "Кварцит дробленый Бакальского рудоуправления", стальная стружка группы 14А, отвечающая требованиям ГОСТ 2787-75 "Металлы черные вторичные", окалина, отвечающая требованиям ГОСТ 2787-75 с содержанием 66% Fe_общ. окатыши офлюсованные с содержанием (%) 61,3 Fe_общ. (0,15 Fe_мет., 3,15 FeO, 83,86 Fe₂O₃), 6,35 SiO₂, 5,0 CaO по ТУ 14-9-351-89.

Офлюсованные окатыши и окалина в соотношении 1:(1-3) загрузили в отдельный закром грейферным краном и тщательно перемешали присыпанием материала из одной кучи в другую. При этом получили однородную смесь окатышей и окалины, которую подали в дозировочный бункер, в другие дозировочные бункеры подали остальные компоненты шихты. Дозирование компонентов проводили автоматическими дозаторами непрерывного действия. Соотношение компонентов в шихте приводится в таблице.

Полученную шихту использовали для получения ферросилиция на рудовосстановительной печи при токе с высокой стороны трансформатора 1211 А и 64880 А напряжением 187 В с низкой стороны трансформатора. Печь оборудована сводом с загрузочными воронками вокруг электродов, в которые по труботечкам загружалась шихта. По мере проплавления шихта опускалась в ванну печи. Периодически через 2 ч. производился выпуск металла из печи в футерованный ковш. Металл разливали на конвейерной разливочной машине.

Результаты промышленного осуществления способа приводятся в таблице. Из приведенных данных следует, что при использовании смеси окатышей и окалины в составе шихты для выплавки ферросилиция снижается улет кремния с отходящими газами. Наряду с этим отмечено увеличение глубины погружения электродов в шихту, находящуюся в ванне печи, что позволяет производить выплавку ферросилиция на более высоком напряжении с низкой стороны трансформатора, а также проводить выплавку ферросилиция без применения полукокса, который в настоящее время является дефицитным и дорогостоящим материалом.

Экономический эффект от использования шихты предлагаемого состава достигают за счет использования дешевых и недефицитных материалов.

Формула изобретения

Шихта для получения ферросилиция, включающая кварцит, углеродистый восстановитель и стальную стружку, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит смесь офлюсованных железорудных окатышей и железной окалины в соотношении 1 : (1 - 3) при следующем соотношении компонентов, мас.%: Кварцит - 35 - 55 Углеродистый восстановитель - 20 - 30 Смесь офлюсованных железорудных окатышей и железной окалины в соотношении 1 : (1 - 3) - 10 - 30 Стальная стружка - Остальноем

РИСУНКИ

Рисунок 1