Способ выплавки ферросплавов

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИН 11% (П) 1(Я) С 22 С 33 04 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬ(ТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ", цК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Научно"исследовательский институт металлургии, Государственныйордена Трудового Красного Знаменинаучно-исследовательский и проектныйинститут металлургической промышленности Гипросталь и Институт металлургии уральского научного центраАН СССР.с, 47-72, 83-86, 97-108, 127-141,144-157, 180-202,2, Саблин Н.И., Мизин В.Г. и др.Совершенствование производства Ферросплавов на Кузнецком заводе ферросплавов. Сб., вып. 2. Кемерово, 1969,с. 254-260.3Матюшенко В.И., Кучер А.Г. идр. Физико-химические процессы вэлектротермии Ферросплавов, М., Наука, 1981, с. 59-63.4Авторское свидетельство СССР9 255958, кл. С 21 С 7/00, 1968.(54)(57) СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСПЛАВОВ, включающий дозирование н смешивание шихтовых материалов с введением в них сульфатов щелочноземельных металлов, подачу шнхты в электропечь, непрерывное проплавление иуглетермическое восстановление, выпуск расплава и разливку металла,о т л и ч а ю щ и и с я тем, что,с целью повышения извлечения ведущего элемента, снижения удельного расхода электроэнергии, сульфаты щелочноземельных металлов предварительносмешивают с углеродистым восстановителем в количестве 1-20 от массыпоследнего.Изобретение относится к чернойи цветной металлургии, конкретно кспособам выплавки кремния и ферросплавов (ферросилиция, ферромарганца, силикомарганца, силикохрома, силикокальция и др.), а также алюминиево-кремниевого сплава углетермическим процессом,Известен углетермический способвыплавки ферросплавов и сплавов,включающий одновременную загрузку 1 Ов печь основных компонентов шихты,непрерывное восстановление элемен,тов, выпуск расплава и разливкусплава Г 13 .Производство кремния и его сплавов относят к бесшлаковым процессам,но тем не менее получение сплаваобычно сопровождается образованиемнекоторого количества шлака (до 10от массы сплава), Шлаки имеют оченьвысокую температуру плавления и большую вязкость, вследствие чего частично остаются в печи, вызывают зарастание ванны и уменьшение глубиныпогружения электродов в шихту. Приближение электрических дуг к колошнику печи вызывает перегрев верхнихслоев шихты, уменьшение их электросопротивления и увеличение токовшихтовой проводимости, что дополнительно вызывает рост температуры ЗОколошника и снижение электросопротивления шихты, вследствие чегоувеличиваются потери тепла и шихтовых материалов через колошник, умень.шаются мощности электрических дуг . 35и повышается расход электроэнергии.Известен способ выплавки ферросилиция, в котором повышение жидкотекучести шлака и интенсификация процесса плавки достигается путем 40введения в шихту плавикового шпата).23 50 60 Недостатком укаэанного способа является интенсивное взаимодействие плавикового шпата с рудной частью шихЮы на колошнике, что ведет к опережающему плавлению шихты и торможению восстановления, Кроме того, использование плавикового шпата связано с выделением в атмосферу высокотоксичных фторсодержащих газовУ Н идр.).Восстановление элементов осуществ. ляется через газовую и жидкую фазы. При этом наиболее энергетически выгодными являются жидкофазные реакции, так как испарение веществ связано с большими энергозатратами, потерями тепла и материалов, Однако приемлемая скорость восстановления через жидкую фазу достигается при условии низкого поверхностного натяжения оксидного расплава, что обеспечйвает развитую поверхность кон.ф такта реагентов,При выплавке марганцевых ферросплавов шлаковым процессом относительно низкая температура плавления рудной части шихты приводит к разделению оксидного расплава и углеродистого восстановителя и резкому уменьшению поверхности контакта реагентов. Это обстоятельство, а также высокое поверхностное натяжение оксидного расплава и его большая вяз" кость тормозят восстановление, что приводит к низкому извлечению элемен. тов из сырья. В результате увеличивается расход электроэнергии.Известен способ выплавки углеродистого ферромарганца, в котором ,снижение поверхностного натяжения оксидного расплава достигается путем введения в шихту отходов обогащения сернистых углей - углистого колчедана, содержащего 46,13 Ре, 42,3 Яи 9 8% С )3).Недостатками этого способа являются опережающее по сравнению с восстановлением плавление рудной части шихты, расслоение компонентов и уменьшение реакционной поверхности, что приводит к повышению расхода электроэнергии и снижению производительности печи вследствие низкой скорости восстановления и больших потерь марганца испарением.Наиболее близким к предлагаемому по достигаемому эффекту является способ выплавки ферросплава с барием, включающий дозирование и смешивание шихтовых материалов с введением в них сульфатов щелочноземельных металлов, подачу шихты в электропечь, непрерывное проплавление и углетермическое восстановление, выпуск расплава и разливку металла 43 .Недостатками известного способа являются незначительное влияние бария, как элемента с низким потенциалом ионизации, на повышение мощности электрических дуг вследствие интен" сивного восстановления бария, которое облегчается благодаря протеканию реакции сульфата бария с кремнеземом при температуре выше 1200 С: ВаЯО 4 +Я 102 -- ВаЯ 103+ЯО 2+1/2 02, (1) малая доля низкотемпературных жидкофазных реакций восстановления вследствие больших величин вязкости иповерхностного натяжения силикатовбария, так как сера по реакции (1)удаляется в газовую фазу. указанныенедостатки приводят к повышению расхода электроэнергии и необходимостиустановки сероочистки при выплавкеферросплавов. Цель изобретения - повышение извлечения ведущего элемента, снижение 65 удельного расхода электроэнергии.Укаэанная цель достигается тем, что согласно способу выплавки ферросплавов, включающему дозирование и смешивание шихтовых материалов с вве. дением в них сульфатов щелочноземельных металлов, подачу шихты в электропечь, непрерывное проплавление и углетермическое восстановление, выпуск расплава и разливку металла, сульфаты щелочноземельных металлов предварительно смешивают с углеродис тым восстановителем в количестве 1- 20 от массы последнего.Предварительное смешивание сульфатов с углеродистым восстановителем увеличивает поверхность контакта ре агентов, при этом интенсивно протекает реакция(2) МеБО 4 + 4 С = МеБ + 4 СО В этом случае сера не удаляется в20 Газовую фазу, как в известном способе, а переходит в виде термодинамически Йрочных и тугоплавких (т.пл. МеБ) 2400 К) сульфидов в оксидносульфидиый расплав. Устойчивость сульфидов щелочноземельных металлов обеспечивает переход их в высокотемпературные зоны ванны печи, в которых промекают основные реакции восстановления 30Для улучшения кинетических условий протекания реакции (2) и использования мелких клаСсов (фракции до 3 мм) смесь сульфатов с углеродистым восстановителем перед введением 35 в шихту целесообразно окусковывать (брикетировать или окатывать) .Переход серы в оксидносульфидный расплав снижает его поверхностное натяжение, увеличивает долю жидко Фазных энергетически выгодных реакций восстановления. Например, восста новление кремния может осуществляться из расплава без перехода кремнезема в газовую Фазу Б 3.02 ж+ 2 Б 1 С = ЗБдж + 2 СО. (3) Это приводит к снижению расхода электроэнергии при выплавке кремния и ферросплавов, 50В этом случае комплексное воздействие щелочноземельных металлов и серы повышает жидкоподвижность шлака, способствуя регулярному его выходу из печи при выпуске металла, что 55 обеспечивает устойчивую .и достаточно большую глубину погружения электродов в шихту и снижение температуры колошника. Поскольку потенциалы ионизации щелочноземельных металлов 60 ниже потенциалов ионизации компонентов углетермических ферросплавов . (потенциалы ионизации Са, Бг; Ва равны соответственно 6,1 у 5,7; 5,2 эВ; Ге, Сг, Мп, Б 1 - соответственно 17,4 65 6,8; 7,41 8,1 эВ), улучшаются условия горения электрической дуги, Все это способствует перераспределению мощности: увеличению ее доли в электрических дугах и уменьшению мощности, выделяемой на колошнике за счет токов шихтовой проводимости.Оптимальное содержание сульфатов щелочноземельных металлов составляет 1-20 от массы углеродистого восстановителя. Добавка сульфатов в коли" честве менее 1 недостаточна для за" метного повышения мощности электрических дуг, при добавке более 20 образуются вязкие шлаки. П р и м е р 1. Выплавку 75-ного ферросилиция (ФС 75) производят в полупромышленной печи мощностью .1200 кВ А при напряжении 68,2 В.и силе тока 6-8 кА. Баритовую руду, содержащую 45,0 ВаБО 4, в количестве 5 от массы восстановителя вводят в шихту (прототип) и предварительно смешивают с коксом (предлагаемый способ), Состав колоши шихты, кг: кварцит 200; стружка 151 кокс 1001 баритовая руда (в пересчете на ВаБО 4) 10,5.Результаты представлены в табл.1.По сравнению с прототипом извлечение кремния повышается на 8,5, а расход электроэнергии снижается на 8,6. Снижение концентрации бария в сплаве от 1,2 до 0,6 не приводит к существенному снижению его модифицирующих свойствВ опытных плавках ферросилиция ФС 75 в той же печи при определении оптимального количества сульфата бария, вводимого в шихту в виде баритовой руды, содержащей 45 ВаБО 4, после предварительного смешивания с коксом получают следующий расход электроэнергии, кВт.ч/т:Добавка 0,5 ВаБО 4 13800Добавка 1,0 ВаБО 4 . 13100Добавка 10 ВаБО 12900Добавка 20 ВаБО 4 13200Добавка 30 ВаБО 4 14600Опытные плавки показывают, что добавка сульфата бария в количестве 1-20 от массы восстановителя соответствует минимальному расходу электроэнергии.П р и м е р 2. Выплавку Ферросилиция ФС 75 производят в той же печи. Сульфат кальция (гипс) в количестве 10 от массы восстановителя вводят в шихту и предварительно смешивают с коксом. Состав колоши шихты, кг: кварцит 200 у стружка 15; кокс 100; гипс (в пересчете на СаБО) 10.Результаты представлены в табл 2.По сравнению с прототипом добавка сульфата кальция после предварительного смешивания с коксом позволяет повысить извлечение кремния на 8,4,1076478 Т аблица 1 Содержание элементов в полученном металле, Ъ по массе Извлечение кремния, % Способ введения добавки баритовойруды в шихту Расход электроэнергии,кВЙ ч/т Ва Добавка баритовойруды в шихту (прототип) 71,5 76,9 1,2 13900 19,0 Добавка баритовой руды в шихту после предварительного смешивания с коксом 77,2 0,6 12700 80,0 20,2 Таблица 2 Содержание эл Ентов, Ъ по массе Расход электроэнер"гни кВт ч/т Извлечение кремния, % Способ введениядобавки Ге Добавка сульфатакальция в шихтупрототип) 14500 60,5 18,0 2,5 76,2 Добавка сульфатакальция в шихтупосле предварительного смешивания с коксом 1,0 19, 3 13400 68,9 77,4 Составитель О, ВеретенниковРедактор С, Квятковская Техред С.Легеза Корректор А. Ференц Эаказ 661/24 Тираж 603 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж,Раушская наб д. 4/5Подписное филиал ППП Патент, г.,ужгород, ул. Проектная, 4 а расход электроэнергии снизить на 7,63Ожидаемый годовой экономическийэффект от использования предлагаемого способа на примере производства 420 тыс.т высокопроцентного ферроси. 5 лиция составит 2,46 млн.руб.Таким образом, использование предлагаемого способа за счет повышения мощности электрических дуг и доли жидкофазных низкотемпературных 10 реакций восстановления сокращает расход электроэнергии, способствует повышению извлечения кремния в сплав.Частичный переход щелочйоземельных металлов в сплав улучшает его 15 качество, так как наличие в нем химически активных металлов повышает усвоение ведущих элементов при использовании сплава в качестве восстановителя, раскислителя и модификатора.Предлагаемый способ выплавки кремния,и Ферросплавов посравнению с известным позволяет снизить выделение сернистых соединений в газовую фазу, улучшить санитарно-гигиенические условия труда, ликвидировать сероочистку Й предотвратить загрязнение окружающей среды.За счет снижения расхода электроэнергии и повышения извлечения ведущего элемента экономическая эффективность при использовании предлагаемого способа составит 6 руб. на тонну Ферросилиция марки ФС 75.