Способ электрошлакового получения металлов из их оксидов

Способ электрошлакового получения металлов из их оксидов, включающий за грузну шихты в печь, нагрев ее электрическим током, подаваемым опущенными в расплав электродами, подачу восстановителя, восстановление, удаление готового продукта, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса за счет уменьшения энергозатрат при доизвлечении металлов из сталеплавильных шлаков, в качестве шихты используют смесь из сталеплавильного шлака, "корольков" отмагниченного металла и извести при следующем соотношении компонентов, мас.
Сталеплавильный шлак 60 90
"Корольки" отмагниченного металла 5 30
Известь 5 10

Изобретение относится к черной металлургии, в частности к переработке шлаков.
Целью изобретения является повышение эффективности процесса за счет уменьшения энергозатрат при получении металлов из их оксидов.
Способ заключается в загрузке шихты в печь, нагрев ее электрическим током, подаваемым опущенными в расплав электродами, подачу восстановителя, восстановление, удаление готового продукта, а в качестве шихты используют горячий шлак конвертерного передела чугуна, отмагниченного от доменного шлака (5-30%), а также известь (5-10%).
Известно, что в шлаках, образующихся в результате конвертерного передела чугуна в сталь, содержится до 35% железа, в т.ч. около 20% железа в виде его оксидов и до 15% в виде металла ("корольки", скрап и т.п.). Указанное железо можно утилизировать в доменных печах, добавляя в шихте доменного производства шлаки кислородно-конвертерного передела. Соответствующая утилизация железа шлаков весьма энергоемкая: энергозатраты на извлечение 1 т железа из шлака превышают 0,3 т условного топлива, что примерно в три раза выше энергозатрат при выплавке стали в электропечах. Соответствующие энергозатраты осуществляются за счет дефицитного и дорогостоящего кокса.
При магнитной сепарации дробленных шлаков из шлаков извлекается лишь металлическое железо крупной фракции. Небольшие "корольки" железа диаметром 5 мм и менее остаются в шлаке и безвозвратно теряются. Указанный способ извлечения железа также весьма энергоемок. При этом он не обеспечивает утилизацию железа, присутствующего в шлаках в виде оксидов.
Предлагаемый способ электрошлакового восстановления металлов из расплавов их оксидов позволяет утилизировать все железо, содержащееся в сталеплавильных шлаках. При этом не требуется расходовать дефицитный материал кокс.
Образующиеся при конвертерном переделе шлаки, которые остаются в ковшах после разливки стали, согласно предлагаемому способу, подвергают обработке, которая состоит в следующем.
Горячий (в т.ч. жидкий) шлак с остатками металла сливают из ковша (чаши) в реактор. Туда же падают "корольки" металла, содержащиеся в доменном шлаке (5-30% к массе шлака), а также известь (5-10% от массы шлака). Таким образом, доля шлака составляет 66-90%
Конвертерный шлак содержит около 20-25% железа в виде его оксидов, до 15% в виде "корольков". Отмеченные соотношения масс шлака, "корольков" и извести установлены оптимальным путем. При вводе в жидкий шлак не более 30% "корольков" запаса тепла жидкого (горячего) шлака достаточно для нагрева и плавления соответствующего количества металла. При большем количестве "корольков" жидкий шлак затвердевает.
Присадка в шлаковый расплав до 30% "корольков" приводит к поступлению сюда до 20% железа и 1% углерода. Благодаря поступлению в шлак готового железа, а также вследствие наличия в этом железе большого количества углерода уменьшается расход природного газа на восстановление (железо "корольков" не нуждается в восстановителе, а содержащийся в нем углерод производит восстановление оксидов железа из шлака). Соответственно уменьшению расхода природного газа снижаются энергозатраты на получение железа при использовании предлагаемого способа (уменьшается расход газа, на нагрев и пиролиз которого расходуется до 2,5 кВт ч/м³).
Для обеспечения устойчивого электрошлакового процесса в шлаковом расплаве к нему необходимо добавлять известь в количестве 5-10%
Добавление в шлак менее 5% извести приводит к нарушению протекания электрошлакового процесса в связи с большой электропроводностью шлакового расплава из конвертерных шлаков: появляются открытые дуги, возрастает градиент температур по высоте ванны.
Добавление к шлаковому расплаву более 10% СаО приводит к повышению вязкости расплава, что обуславливает плохое отделение частиц металла, также увеличиваются электросопротивление шлакового расплава и износ электродов из-за образования карбида кальция.
Далее, при помощи погружных электродов под воздействием электрошлакового процесса сформироваанный в электропечи шлаковый расплав нагревается и в нем полностью расплавляются скардовины и затвердевшие куски шлака. Одновременно с нагревом шлак подвергается обработке восстановительным газом, подаваемым в зону протекания электрического тока, где продукты пиролиза газа (водород и углерод) реагируют с окислами железа. В результате образуется металлическое железо, которое накапливается на дне электропечи, что обеспечивает практически полную утилизацию содержащегося в шлаке железа. После раздельного слива последний может быть подвергнут мокрой грануляции без опасения взрывов, которые возможны от контакта жидкого металла с водой.
Использование в качестве шихты оставшегося в ковшах шлака, который имеет температуру более 1200^oC, не требует больших энергозатрат: при использовании шлака, имеющего исходную температуру более 1200^oС, энергозатраты на извлечение железа будут близки к 600 кВт/ч на 1 т металла, т.е. будут соизмеримы с затратами на выплавку стали, например, в дуговых электропечах.
Пример конкретного исполнения предлагаемого способа.
В лабораторных условиях в плавильной емкости диаметром до 250 мм и высотой до 400 мм при помощи графитовых электродов диаметром до 100 мм с помощью электрического тока (мощность источника до 250 кВт) расплавляли сталеплавильные шлаки и осуществляли продувку их природным газом. В расплав шлака добавляли из весть. Состав шихты, использованной в лабораторных опытах, указан в табл. 1.
После расплавления и нагрева шлаковой ванны до 1600^oC в нее подавали "корольки" металла, содержащиеся в доменном шлаке и отделяемые магнитной сепарацией, восстановительный газ (пропан бутан). В результате на дне образовалось металлическое железо, которое можно было отделять от шлакового расплава.
Результаты соответствующих лабораторных опытов приведены в табл. 2.
Из табл. 2 следует, что при расходе "корольков" менее 10% оксиды железа недостаточно полно восстанавливаются из шлака. Увеличение расхода "корольков" более 30% нецелесообразно вследствие того, что при этом уже не происходит довосстановление оксидов железа из шлака, для их восстановления достаточно 10-30% "корольков".
Результаты опытов свидетельствуют о наличии оптимальных соотношений концентраций извести и конвертерного шлака, "корольков" и конверторного шлака. При их соблюдении достигается поставленная цель повышение эффективности процесса за счет уменьшения энергозатрат при извлечении металла из конвертерных шлаков.
Результаты промышленной проверки предлагаемого способа на меткомбинате "Азовсталь" приведены в табл. 3 (проверку производили в тигель-ковше емкостью 1,5 т, мощность установки 2,5 МВт).
Восстановленный металл сливают в шлаковню, где производили его отделение от шлака.
В конвертерном шлаке после восстановления содержания оксидов железа не превышало 3% Содержание углерода в полученном металле составляло около 1%
В промышленных условиях предлагаемый способ может быть реализован при помощи плавильного агрегата в виде электродуговой печи, работающей в электрошлаковом режиме. Шлаковый расплав должен продуваться природным газом, расходуемым в количестве 750-1000 м³/т шлака. Расход электроэнергии будет составлять около 150 кВт ч/т перерабатываемого шлака.
В печь должен поступать горячий шлак по возможности сразу же после слива его из конвертера. По мере накопления металла последний должен периодически сливаться из печи. Также необходимо сливать из печи шлак. В процессе указанной обработки шлаков возможна корректировка составов образующихся шлакового и металлического расплавов. При этом состав шлака должен корректироваться соответственно назначению получаемой из него продукции.
Изобретение относится к черной металлургии, в частности к области переработки шлаков. Цель изобретения - повышение эффективности процесса за счет уменьшения энергозатрат при получении металлов из их оксидов. Способ заключается в загрузке шихты в печь, нагрев ее электрическим током, подаваемым опущенными в расплав электродами, подачу восстановителя, восстановление, удаление готового продукта, а в качестве шихты используют горячий шлак конвертерного передела чугуна в сталь от 60 до 90%, "корольки" чугуна отмагниченного от доменного шлака от 5 до 30%, а также известь от 5 до 10%. При уменьшении энергозатрат на получение металла из шлака понижается себестоимость стали и затраты на исходное сырье. Выход годного растет от 19 до 54%. 3 табл.