способ выплавки ферросилиция

Формула изобретения

СПОСОБ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИЦИЯ, включающий непрерывную загрузку вокруг электродов шихты, состоящей из кварцита, кокса, восстановителя и железной стружки, ее проплавление и периодический выпуск из печи сплава в ковш, отличающийся тем, что вокруг электродов загружают часть шихты, содержащей железной стружки 0,5 0,6 стехиометрического расхода и в 2 2,5 раза превышающей расход центральной зоны печи, а другую часть шихты, содержащей железную стружку в 2 3 раза больше стехиометрического расхода, загружают в центральную зону печи.

Описание изобретения к патенту

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

Сплавы с повышенным содержанием кремния находят все большее применение при раскислении и легировании стали. Они также широко используются в качестве восстановителя при выплавке ряда ферросплавов (силикокальций, ферромолибден, феррованадий и др.). Однако существующие способы плавки этих сплавов требуют значительных расходов электроэнергии. Поэтому сплавы становятся все более дорогими.

Известен способ плавки ферросилиция, включающий загрузку шихты на колошник с помощью бросковой загрузочной машины Плюйко и периодический выпуск сплава (Рысс М.А. Производство ферросплавов. М. Металлургия, 1975, с.58).

При таком способе плавки обеспечивается активная работа всей поверхности колошника и равномерный сход шихты. Однако при таком способе плавки обслуживание колошника трудоемко, плавка возможна только в печах небольшой емкости (примерно 10-16,5 МВА). Печи могут работать только с открытым колошником.

Наиболее близким к предлагаемому является способ выплавки ферросплавов, включающий подачу на колошник шихты с недостатком восстановителя, а недостающее его количество (40-50%) непрерывно подают на шихту к электродам, поддерживая вокруг них слой толщиной 100-200 мм. Шихту непрерывно проплавляют и периодически выпускают металл и шлак [2]

При таком способе плавки можно применять как печи средней мощности 10-16,5 МВА, так и современные сверхмощные печи 33 и 63 МВА. Однако подобным способом весьма трудно загружать шихту в закрытые печи. Кроме того, при подобном способе плавки активно работают только участки печи, непосредственно прилегающие к электродам. Шихта при такой плавке высококремнистых сплавов, особенно Фс70 и Фс75, в центре печи интенсивно спекается; наблюдается повышенный вынос восстановленного кремния в виде SiO газ. Испекание шихты и вынос части восстановленного кремния в виде SiO газ повышают расход электроэнергии и понижают производительность электропечи. Спекание шихты объясняется конденсацией в колошниковой зоне РТП выносимого SiO газ. Последнее в свою очередь в основном связано с тем, что реакционная поверхность обычного восстановителя быстро блокируется карбидом кремния, образующимся на его поверхности.

Целью изобретения является улучшение схода шихты в центре руднотермической электропечи и повышение ее производительности. Цель достигается тем, что в способе плавки, включающем дозирование, смешение, загрузку на колошник и непрерывное проплавление в РТП шихты, состоящей из кварцита, железной стружки и восстановителя (кокса или смеси кокса с полукоксом или каменным углем), готовится и загружается в печь два типа шихты. Первая из них состоит из кварцита и кокса в стехиометрическом соотношении. Расход железной стружки в этой шихте составляет только 0,5-0,6 от стехиометрического ее расхода. Эта шихта с помощью течек и воронок или загрузочной машины, например машины Плюйко, загружается в зону активного схода шихты конусами вокруг электродов. Вторая часть шихты при стехиометрическом соотношении между расходом кварцита и восстановителя отличается избытком железной стружки в количестве 2-3,0 сверх стехиометрического. Шихта с повышенным расходом железной стружки загружается с помощью течек в центр печи. Соотношение между количеством первой и второй шихты составляет 2-2,5.

Подобный способ может быть использован для плавки сплавов Фс85, Фс70 и особенно Фс75 в открытых и закрытых РТП. При подобном способе плавки в центр печи подается шихта с повышенным содержанием железной стружки. Стружка на поверхности колошника насыщается углеродом и уже на глубине 50-100 мм от его поверхности плавится. Железо, в том числе и насыщенное углеродом, интенсивно разрушает карбид по реакции:

5Fe + 3SiC Fe₅Si₃ + 3C (1)

Реакция (1) начинается при t примерно 1000^оС и резко ускоряется с переходом железа при t примерно 1200^оС в жидкое состояние. Капли чугуна, стекая вниз, интенсивно смывают с поверхности восстановителя карбид кремния, что повышает реакционную способность восстановителя и приводит к увеличению степени улавливания SiO газ по реакции

SiO_газ + 2C SiC_т + CO, (2) а образующийся по реакции (2) карбид вновь смывается новыми каплями чугуна. Все это приводит не только к интенсивному разрушению карбида в центре печи, но и благодаря повышению степени улавливания SiO газ, ликвидирует спекание и повышает газопроницаемость шихты в центре печи. Последнее приводит к тому, что значительная часть газов, образующихся в подэлектродных зонах, выходит через более холодную центральную зону печи, нагревая ее. Это повышает производительность печи не только за счет уменьшения выноса SiO газ, но и за счет лучшего использования тепла отходящих из горна реакционных газов.

С другой стороны, при таком способе выплавки в центре печи образуется металл с пониженным содержанием кремния. Он отличается повышенной плотностью, легче отделяется от магмы, образующейся в горновой зоне. По этим причинам озерки металла, образующиеся в подэлектродной полости каждого из электродов, объединяются в единую полость. Это делает выпуск сплава из печи более энергичным, что особенно важно для сверхмощных РТП, так как облегчается эксплуатация летки, сокращается продолжительность выпуска. Также дополнительно уменьшаются и потери сплава и расход электроэнергии.

Некоторым недостатком этого способа плавки может быть непостоянство состава сплава по ходу его выпуска из печи. Однако при выпуске сплава в ковш металл энергично перемешивается, а неоднородность его состава полностью устраняется.

С другой стороны, уменьшение доли железной стружки в шихте, задаваемой в приэлектродной зоне, которая отличается повышенной подвижностью, до 0,5-0,6 от ее стехиометрического расхода, не приводит к повышению потерь SiO газ, так как, во-первых, шихта в этой зоне интенсивно обновляется, что повышает ее газопроницаемость и степень улавливания SiO газ из газа, фильтрующегося через эти участки печи. С другой стороны, в этой зоне вследствие более высокой температуры более высока степень использования SiO газ на разрушение карбида по реакции

SiO_газ + SiC_т 2Si_ж + СО (3)

Наконец, в предлагаемом способе плавки значительная часть SiO газ из горна удаляется через интенсивно разрыхляемую цент- ральную зону РТП и там также улавливается.

В результате всего сказанного условия плавки ферросилиция Фс65 становятся такими же мягкими, как при плавке сплава с 45% Si, а условия плавки сплава Фс75 приближаются к условиям и показателям плавки Фс65.

При расходе железной стружки в шихту, загружаемую вблизи электродов, большем, чем 0,6 от стехиометрического, не удается создать в центре РТП необходимого для разрушения карбида избытка железной стружки. В результате спекание шихты в центре печи, особенно при плавке Фс75, не устраняется. С другой стороны, уменьшение доли железной стружки менее 0,5 от стехиометрического при плавке сплава с 75% Si может привести к повышенному улету SiO газ в приэлектродных зонах РТП.

Соотношение между расходом шихты первого типа в приэлектродных зонах и шихты второго типа в центр печи определяется скоростью ее схода на отдельных участках колошника и необходимостью получения сплава, удовлетворяющего требованиям ГОСТа.

Так, при плавке Фс65 имеется возможность создания в центре РТП большого избытка железной стружки, что интенсифицирует сход шихты в центре РТП. При этом в центре проплавляется 1 навеска шихты на 2, проплавляемые у электрода. Получение стандартного по кремнию (65%) сплава при этом обеспечивается при содержании стружки во второй шихте (в центр), в 2 раза превышающем стехиометрическое. При плавке сплава Фс75 проплавляется у электродов три навески на одну в центре. Необходимый для получения стандартного сплава в этом случае избыток стружки составляет 2,5. В этом случае, когда вследствие изменения мощности или размеров РТП, скорость проплавления шихты в центре уменьшается, например, до одной навески на четыре у электродов избыток железной стружки повышается до 3 по отношению к стехиометрическому.

П р и м е р 1. Предлагаемый способ плавки сплава Фс75 реализуется в печи 21 МВА следующим образом. Навеска первой шихты состоит из 300 кг кварцита, 17-20 кг железной стружки и 155-170 кг кокса (влажность 8-15%), второй 300 кг кварцита, 76-85 кг железной стружки и 155-170 кг кокса той же влажности. Первая шихта загружается течками (по четыре на электрод) вокруг электродов и частично машиной, вторая шихта подается в центр печи с помощью течки. Шихта в центре печи сходит самопроизвольно. Расход шихты через центральную течку определяется самопроизвольным сходом шихты и составляет примерно 1 колошу на 3 навески шихты первого типа. По сравнению с обычной плавкой показатели плавки изменились следующим образом:

Показатели плавки При использовании По обычному способу

на 1 баз.т дифференцированной

шихты

Расход материалов:

кварцит, кг 1760 1890

стружка железная, кг 210 200

кокс сухой, кг 840 934

Расход электроэнергии, кВтч 9000-9200 9616

Производительность РТП, 104,5-106,8 100

Извлечение кремния, 94,1 87,7

Содержание в сплаве Si, 76-77,5 75,5-77

П р и м е р 2. Предлагаемый способ плавки сплава Фс65 реализуется в печи 21 МВА следующим образом. Навеска первой шихты загружается по течкам вокруг электродов. Она состоит из 300 кг кварцита, 35-37 кг железной стружки и 155-170 кг кокса влажностью 8-15% Вторая шихта подается по центральной течке в центр РТП. Она состоит из 300 кг кварцита, 130-170 кг железной стружки и 155-170 кг кокса той же влажности. Расход первой шихты колеблется в основном в пределах 2-3 колоши на одну навеску шихты в центр РТП. Однако в основном составляет примерно 2 колоши на 1 навеску в центр печи. По сравнению с плавкой на обычной шихте показатели плавки сплава Фс65 при этом изменяются следующим образом:

Показатели плавки При дифференциро- На обычной

на 1 т Фс65 ванной загрузке шихте

Расход материалов:

кварцит, кг 1490 1563

стружка железная, кг 337 327

кокс сухой, кг 760 816

Расход электроэнергии, кВтч/т 7050 7500

Производительность РТП, 106,4 100

Извлечение кремния, 96,2 91,7

Содержание кремния в сплаве, 66-67 66-66,5

Как видно из приведенных примеров, загрузка в центр РТП шихты с повышенным расходом железной стружки позволяет получить следующие преимущества: шихта в центре РТП становится подвижной, значительная часть газов, отходящих из подэлектродного пространства, выходит через центр печи, поэтому газы горят на колошнике слабо светящимся пламенем; шихта в центре сходит практически равномерно; производительность РТП повышается на 4-5% заметно повышается извлечение в сплав кремния; в связи с улучшением хода РТП уменьшается расход восстановителя; при выпуске сплава в ковш он достаточно хорошо усредняется. Поэтому качество сплава по содержанию в нем кремния не отличается от обычного.