Способ получения стали и устройство для его реализации

Изобретение относится к получению стали. Способ включает подготовку термитной смеси, состоящей из окалины, алюминиевой крошки и модификаторов, ее загрузку в реакционную камеру, зажигание смеси и осуществление восстановительной реакции с образованием жидкого металла и шлака. Зажигание термитной смеси производят в реакционной чаше, которая расположена в реакционной камере и в которую термитную смесь непрерывно загружают через подвижный дозатор, расположенный в реакционной камере. Способ осуществляют в устройстве, включающем реакционную камеру с двумя летками, расположенными на разных уровнях, съемной крышкой и активатором для поджигания термитной смеси. В отверстии съемной крышки установлен подвижный дозатор, выполненный в виде трубы, для подачи термитной смеси в реакционную чашу, расположенную внутри корпуса реакционной камеры и используемую для слива шлака и очищения зеркала металла. Изобретение позволяет повысить долю восстановленного железа и повысить производительность. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к способам восстановления стали из окалины и может быть использовано в металлургии.

Наиболее близким по технической сути к достигаемому результату является способ непрерывного прямого восстановления железа по патенту US 4701213 А (опубл. 20.10.1987), где в термитной смеси, содержащей окислы железа, в качестве его восстановителя используется алюминий. Смесь зажигают, и в результате экзотермической реакции происходит восстановление железа.

Рассмотренный способ обладает следующими недостатками. Восстановление железа из термитной смеси, находящейся в сыпучем состоянии, является низкопроизводительным процессом с малой долей восстановления железа, т.к. в сыпучей среде не обеспечивается плотного контакта между окислами железа и восстановителем. Кроме того, сыпучая термитная смесь, первоначально попадая на разделительный слой реагента, восстанавливается не полностью, т.к. активно окисляется восстановитель (алюминий), что также снижает производительность процесса.

Данные недостатки устраняются заявляемым способом. В способе получения стали, который включает подготовку термитной смеси, состоящей из окалины, алюминиевой крошки и модификаторов, ее загрузку в реакционную камеру, зажигание смеси и осуществление восстановительной реакции с образованием жидкого металла и шлака, зажигание термитной смеси производят в реакционной чаше, которая расположена в реакционной камере и в которую термитную смесь непрерывно загружают через подвижный дозатор, расположенный в реакционной камере.

Новым в заявленном способе является то, что зажигание термитной смеси производят в реакционной чаше, которая расположена в реакционной камере и в которую термитную смесь непрерывно загружают через подвижный дозатор, расположенный в реакционной камере.

Так как в заявляемом способе зажигание термитной смеси производят в реакционной чаше, расположенной в реакционной камере, производительность процесса и доля восстановленного железа возрастают. Благодаря тому что термитная смесь непрерывно загружается через подвижный дозатор, образуется столб термитной смеси с плотностью, большей, чем насыпная плотность, поэтому железо из термитной смеси восстанавливается в большем объеме, и производительность процесса увеличивается.

Наиболее близким по технической сути к достигаемому результату является устройство для непрерывного прямого восстановления железа по патенту US 4701213 А (опубл. 20.10.1987), содержащее герметичный футерованный конвертер, в котором располагается труба подачи термитной смеси, в корпусе конвертера выполнены отверстия для слива образующихся в результате экзотермической реакции шлака и железа.

Рассмотренное устройство обладает следующим недостатком. Образовавшийся в результате реакции вязкий слой шлака препятствует поступлению восстановленного расплавленного железа в зону его слива.

Данный недостаток устраняется заявляемым устройством. В устройстве для получения стали, включающим реакционную камеру с двумя летками, расположенными на разных уровнях, съемную крышку и активатор для поджигания смеси, в отверстии съемной крышки установлен подвижный дозатор, выполненный в виде трубы, для подачи термитной смеси в реакционную чашу, расположенную внутри корпуса реакционной камеры и используемую для слива шлака и очищения зеркала металла.

Новым в заявленном устройстве является то, что в отверстии съемной крышки установлен подвижный дозатор, выполненный в виде трубы, для подачи термитной смеси в реакционную чашу, расположенную внутри корпуса реакционной камеры и используемую для слива шлака и очищения зеркала металла.

Благодаря тому что экзотермическая реакция происходит в реакционной чаше, появившийся в результате восстановления железа расплав стали сливается в реакционную камеру, продавливая слой шлака, который не препятствует поступлению расплава стали в зону слива.

Заявленный способ осуществляется при помощи устройства, представленного на фиг.1. Устройство содержит съемную крышку 1 и корпус реакционной камеры 2 с леткой для скачивания шлака 3 и расположенной ниже леткой для скачивания стали 4. Внутри корпуса реакционной камеры 2 расположена реакционная чаша 5 (используемая для слива шлака и очищения зеркала металла с целью продолжения восстановительного процесса). Через отверстие 6 в крышку 5 введен дозатор 7, выполненный в виде трубы, причем дозатор 7 выполнен с возможностью перемещения по вертикальной оси для управления термитной реакцией. Бункер 8, заполняемый термитной смесью 9, соединен с дозатором 7. Получаемый в результате экзотермической реакции шлак 10 вследствие меньшей плотности располагается над слоем расплавленного металла 11. Для воспламенения в реакционной чаше 5 термитной смеси 9 применяется активатор 12. В качестве активатора 12 реакции может использоваться электрическая дуга или специальный запал.

Способ получения стали осуществляют следующим образом. Дозатор 7 подводят к реакционной чаше 5. В подвижный дозатор 7 из бункера 8 подается термитная смесь 9, состоящая из алюминиевого порошка и окалины (Fe₃O₄), содержащей не менее 25% О и 70% Fe и модификаторы. В качестве модификаторов могут быть использованы, например, для получения стали по химическому составу, соответствующей Ст45, порошок ферросилиция ФС-45 фракции 0,5 мм, с содержанием кремния 44%, остальных элементов не более: S=0,02%, P=0,05%, Al=2%, Mn=0,6%, Cr=0,5%, C=0,2%. Термитную смесь 9 в реакционной чаше 5 воспламеняют активатором 12. Процесс восстановления стали протекает в реакционной чаше 5 быстро, последовательно распространяясь на весь объем термитной смеси, заполняющей реакционную чашу 5, и проходит по реакции:

3Fe₃O₄+8Al=4Al₂O₃+9Fe.

В процессе прохождения термитной реакции образуется шлак 10, который всплывает в полном объеме к поверхности образующегося металла 11. Шлак непрерывно скачивается из реакционной камеры через летку 3, а металл через летку 4. При выведении дозатора 7 из зоны реакции процесс горения прекращается.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют в непрерывном режиме получать сталь однородной структуры без применения плавильных печей.

1. Способ получения стали, включающий подготовку термитной смеси, состоящей из окалины, алюминиевой крошки и модификаторов, ее загрузку в реакционную камеру, зажигание смеси и осуществление восстановительной реакции с образованием жидкого металла и шлака, при этом зажигание термитной смеси производят в реакционной чаше, которая расположена в реакционной камере, и в которую термитную смесь непрерывно загружают через подвижный дозатор, расположенный в реакционной камере.

2. Устройство для получения стали, включающее реакционную камеру с двумя летками, расположенными на разных уровнях, съемной крышкой и активатором для поджигания термитной смеси, причем в отверстии съемной крышки установлен подвижный дозатор, выполненный в виде трубы, для подачи термитной смеси в реакционную чашу, расположенную внутри корпуса реакционной камеры и используемую для слива шлака и очищения зеркала металла.