Исследование причин повышения концентрации серы в ферросиликомарганце и разработка способов ее снижения

1.1.2 Восстановители

Правильный выбор восстановителя и соответствующая его подготовка в значительной степени определяют технико-экономические показатели производства. По химическим свойствам в качестве восстановителей оксидов руды при выплавке ферросплавов можно применять многие элементы. Однако экономически выгодно применять углерод, кремний и алюминий. Наиболее широко используют углерод, а если необходимо предотвратить науглероживание выплавляемого сплава, то применяют более дорогие кремний и алюминий.

В качестве углеродсодержащего восстановителя могут быть использованы различные материалы: древесный, бурый и каменный уголь, нефтяной, пековый или каменноугольный кокс, различные полукоксы, древесные отходы и др.

Углеродистые восстановители, применяемые при выплавке ферросплавов, должны обладать хорошей, реакционной способностью, высоким удельным электрическим сопротивлением, соответствующим для каждого сплава химическим составом золы, достаточной прочностью, оптимальным размером куска, хорошей газопроницаемостью и термоустойчивостью, невысокой стоимостью [11].

Почти все углеродистые материалы при нагревании до высоких температур (1800--2300 К) выравнивают свою химическую активность, приближаясь к так называемому графитовому пределу, однако в процессе плавки различные углеродистые материалы проявляют свои специфические свойства и присущую им реакционную способность, так как скорости графитизации для различных материалов различны и проходят в печи эти процессы до разной степени полноты.

На реакционную способность кокса определенное влияние оказывают минеральные включения, содержащиеся в золе угля, а также искусственно внесенные. Так, отмечено повышение реакционной способности при внесении в угольную шихту для изготовления кокса или в готовый кокс солей щелочных металлов, железной руды и др.

В реальных условиях ферросплавного процесса (высокие температуры, низкий столб шихты в ферросплавной печи, неизбежный процесс образования карбидов металлов и газообразных низших оксидов металлов и т.д.) наиболее правильной характеристикой является восстановительная способность углеродистого материала с учетом его электрического сопротивления и других параметров.

С этой точки зрения наиболее оптимальным углеродистым восстановителем является древесный уголь (табл.1.4). В последние годы, в связи с постоянно растущим дефицитом, все большее распространение получают такие углеродистые восстановители как газовый уголь, нефтяной кокс и полукокс [12,13].

Таблица 1.4 Характеристика углеродистых восстановителей

Показатель	Металлургический кокс	Кокcик	Полукокс	Нефтяной кокс	Древесный уголь
1	2	3	4	5	6
Содержание по техническому анализу, %:
Зола Аd	10,65	10,80	27,00	0,71	1,45
Летучие Vdaf	1,44	1,20	5,60	8,08	14,54
Влага Wp	0,44	1,30	1,90	0,80	2,10
Сера SdI	0,89	1,34	0,91	0,58	0,04
Твердый углерод CT	87,02	86,66	71,49	86,98	83,97
Реакционная способность при 1323 К, мл/(г•с)	0,69	0,92	8,00	0,42	11,1
уд ,Ом•м (фракция 3-6 мм)	1,21	1,48	7500	3•I06	2•106
Структурная прочность,%	83,0	85,0	63,7	64,3	39,0
Плотность, г/см3:
истинная	1,82	1,95	1,58	1,41	1,40
кажущаяся	0,91	0,93	0,93	1,12	0,40
Пористость, % (см3/г)	53,1 (0,49)	49,7 (0,51)	55,0 (0,67)	20,1 (0,18)	63,8 (1,1)
Состав золы, %:
SiO2	35,4	36,5	75,7	46,3	1,90
Al2O3	23,3	22,2	11,2	24,3	3,40
CaO+MgO	3,8	3,9	3,0	10,5	41,1
Fe2O3,	33,8	33,7	7,6	14,2	0,85
Р2О5	0,24	0,24	0,03	0,75	5,12
К2О + Na2O	2,13	2,64	1,18	0,13	0,29

Древесный уголь, обладает высокими удельными электрическим сопротивлением и реакционной способностью, чистотой. Древесный уголь уменьшает спекание шихты, что особенно важно при выплавке высокопроцентных сплавов кремния. Древесный уголь--пористый высокоуглеродистый продукт, получаемый из древесины в результате ее нагрева без доступа или с очень ограниченным доступом воздуха в ретортах или углевыжигательных печах различных систем. Состав древесного угля зависит от конечной температуры переугливания и от вида использованной древесины. Древесный уголь имеет достаточную прочность и малую истираемость, лучшим является уголь из твердых пород дерева. Высокая пористость древесного угля обеспечивает его высокую реакционную способность.

В качестве восстановителя также используются торфяные брикеты и торфяной кокс, характеризующиеся высокой реакционной способностью- пористостью, чистотой и низкой электрической проводимостью.

Наиболее широко используют при выплавке ферросплавов наиболее дешевый сорт восстановителя -- "орешек" металлургического кокса ("коксик"), получающийся как отсев при сортировке доменного кокса. В зависимости от качества использованного для производства угля и условий получения кокса на коксохимическом заводе свойства коксика различны, но общим его недостатком являются невысокие электрическое сопротивление и реакционная способность, относительно большое содержание золы, серы и фосфора и высокое, нестабильное содержание влаги. Коксик имеет губчатую структуру с большим количеством трещин, пористость его колеблется в пределах 35--55 %. Кажущаяся плотность кокса составляет 800--1000 кг/м3. Теплоемкость кокса возрастает с повышением конечной температуры коксования и уменьшается с увеличением зольности кокса, колеблясь в интервале 1,38--1,53 кДж/(кг•К) [14].

В зависимости от сырьевой базы, кокс условно разделен на марки: К1 - кокс из углей Донбасса или в смеси с углями других бассейнов, отсеянных от доменного кокса; К2 - кокс из углей Донбасса или в смеси с углями других бассейнов, отсеянный от литейного кокса; К3 - кокс из смеси углей Кавказа и Донбасса, отсеянный от доменного кокса.

Качественные показатели орешка коксового, используемого для производства сплавов, должны отвечать требованиям ТУУ 322-00190443-120-97 для марок K01, K02, К03 (табл.1.5).

Таблица 1.5 Качественные показатели орешка коксового, % (ТУУ 322-00190443-120-97)

Наименование показателей	Норма для класса и марки
	10-25 мм	8-25 мм
	К01	К02	К03	К04
Зольность А, не более	11,0	13,0	15,0	16,0
Массовая доля общей влаги, не более	20,0	20,0	20,0	22,0
Массовая доля кусков размером, не более
более 25 мм	10,0	10,0	10,0	10,0
менее 10 мм	9,0	12,0	15,0	-
менее 8 мм	-	-	-	13,0

Качественные показатели кокса доменного фракции 25-40 мм должны соответствовать требованиям ТУУ 322-00190443-085-96 "Кокс каменноугольный класса крупности 25 мм и более" (табл.1.6).

Таблица 1.6 Качественные показатели каменноугольного доменного кокса класса крупности 25 мм и более, % (ТУУ 322-00190443-085-96)

Наименование показателя	Норма для марки
	КК1	КК2
Зольность А, не более	13,0	15,0
Массовая доля общей серы, не более	2,0	2,2
Массовая доля общей влаги	8,0	8,0
Показатель прочности
М25, не более	80,0	76,0
М10, не более	9,0	10,0
Массовая доля кусков размером менее 25 мм, не более	7,0	9,0

В ферросплавном производстве могут быть также использованы отсевы металлургического кокса фракции более 10 мм (табл.1.7) и коксовая мелочь (табл.1.8) [15,16].

Таблица 1.7 Отсевы металлургического кокса фракции более 10 мм (ТУУ 322-00190443-048-97)

Показатели	Норма
Размер кусков, мм	10-35
Массовая доля кусков размером менее 10 мм, %, не более	15
Массовая доля кусков размером более 25 мм, %, не более	32
Зольность А, %, не более	13
Массовая доля общей влаги, %, средняя	18
Наименование показателя	Норма для марки
	МК1	МК2	МК3
Зольность, Ас, % не более	13,0	16,0	18,0
Массовая доля общей влаги, % не более	22,0	22,0	24,0
Массовая доля кусков размером, % не более	9,0	8,0	6,0
Размер кусков, мм	0-10, 0-8	0-10, 0-8	0-8

1.1.3 Кварцит

Известно более двухсот разновидностей природного кремнезема: песок, кварц, кварцит, горный хрусталь, опал и многие другие. Для выплавки кремния и его сплавов используют наиболее дешевые и в то же время богатые кремнеземом материалы: кварцит, кварц и кварцевый песчаник. Главным минералом кварцитов и большей части песчаников является кварц -- широко распространенный минерал, представляющий собой более или менее чистый кремнезем SiO2.

Кварцитами называют кремнистые песчаники, в которых цементируемое вещество и цемент представлены минералами кремнезема. Кварциты обычно характеризуются высокой плотностью и значительным сопротивлением сжатию (100--140 МПа), имеют светлую окраску с различными оттенками серого, желтого, розового и других тонов. С увеличением содержания SiO2 в кварците увеличивается извлечение кремния и производительность печи и снижается удельный расход электроэнергии.

Коренные заложи кварцита встречаются в виде пластов, гнезд или линз, состоящих из несцементированных кристаллов различной крупности.

Перед выплавкой кремния кварциты дробят, и часть примесей удаляется с мелочью. Дробление необходимо совмещать с промывкой для удаления глинистых примазок, пылевидных наносов и хрупких включений. Кварциты должны обладать высокой термостойкостью, при нагревании мало растрескиваться, иметь небольшую кажущуюся пористость (<2%), низкое водопоглощение (0,1--0,5%). Температура начала интенсивного разрушения должна быть как можно выше [17].

Кварциты должны соответствовать требованиям ТУУ 001911879-011-97.

Стандарт предусматривает две марки кварцита -- КФ и КШ. Кварцит КФ используется в основном для производства ферросплавов (ферросилиция, силикокальция, кристаллического кремния, силикомарганца, ферросиликохрома и др.). Кварцит КШ предназначен в первую очередь для получения шлака определенного состава.

В некоторых случаях требования потребителей и заводов-изготовителей могут изменяться. Ниже приведен химический состав кварцита по отраслевому стандарту (ОСТ 14-49--80), действующему с 01.01.81, а в табл. 1.9 -- химический состав кварцита различных месторождений.

Таблица 1.9 Химический состав кварцита различных месторождений

Месторождение	Массовое содержание, %
	SiO2	Fe2O3	А12О3	СаО	MgO
Васильковское	97--98	0,2--0,4	0,9--1,3	0,2--0,4	0,1--0,3
Толкачевское	96--98	0,4--0,9	0,2--1,0	0,7--0,3	0,1--0,3
Овручское	97--98	0,5--1,0	0,4--1,2	0,2--1,0	0,2--0,4

1.2 Печи для производства ферросиликомарганца

Силикомарганец представляет собой комплексный раскислитель, широко используемый при выплавке стали в кислородных конвертерах, электрических

и мартеновских печах. Повышение качества стали, достигаемое при использовании силикомарганца взамен ферросилиция и ферромарганца, обусловливает и высокие темпы наращивания объема производства силикомарганца [18, 6].

Силикомарганец выплавляют в ферросплавных печах следующих типов: рудовосстановительных круглых закрытых [РКЗ], открытых [РКО] и прямоугольных закрытых [РПЗ]. Установленная мощность круглых открытых и закрытых печей достигает 16,5 Мва, а прямоугольных -- 48--63 Мва. Печи оборудованы непрерывными самообжигающимися электродами. В круглых трехфазных печах три электрода диаметром 1000-- 1200 мм расположены по вершинам равностороннего треугольника. В прямоугольных печах шесть плоских электродов размером 2800x650 мм каждый расположены в линию. Каждые два электрода питаются от однофазного трансформатора, образуя в целом трехфазный электрометаллургический печной агрегат. Закрытые печи снабжены газоочистной системой, что позволяет получать высококалорийный колошниковый газ высокой чистоты.

Печь типа РКО. Ванна имеет следующие размеры: диаметр кожуха -- 6400 мм, высота кожуха -- 3650 мм, диаметр ванны зафутерованной печи [рабочего пространства]-- 4900 мм, глубина ванны -- 1950 мм. Ванна печи футерована угольными блоками 400x400x1200 мм. Диаметр электродов -- 940 мм, диаметр распада электродов -- 2450 мм. Подача шихты в печь механизирована. Печи оборудованы трансформаторами типа ЭТЦП-17000/35 с 8 ступенями напряжения [139--176 В]. Рабочее напряжение 148 В. Короткая сеть включает токоведущие шины [280х15 мм], гибкую часть и токопроводящие трубы [8 труб ш 60х30 мм], соединенные с контактными щеками [980х350х65 мм]. Короткая сеть выполнена на электродах по схеме "треугольник".

Печь типа РКЗ-16,5. Вращающаяся ванна имеет следующие размеры: диаметр на уровне подины -- 6650 мм; глубина -- 2300 мм, глубина ванны с учетом опорного кольца свода -- 3050 мм, диаметр распада электродов -- 3100 мм, диаметр электрода -- 1200 мм. Электрическое питание осуществляется от трех однофазных трасформаторов типа ЭПЦН-8200/10, установленных в специальной камере на уровне рабочей площадки. Короткая сеть собрана на электродах по схеме "треугольник". Максимально допустимый ток в электроде-- 60 кА.

Печь типа РПЗ-48. Печь оборудована тремя однофазными трансформаторами мощностью 21 МВА. Общая мощность ее составляет 63 МВА. Благодаря установке на печи РПЗ-48 мощных трансформаторов есть возможность повысить их мощность за счет увеличения рабочего тока при относительно медленном увеличении рабочего напряжения. Однако при этом снижается коэффициент мощности [cos ф] электропечного агрегата.

Отличие открытой и закрытой печей состоит в отсутствии на открытой печи водоохлаждаемого металлического свода. Это определило место подачи шихты по труботечкам в печь: на закрытой печи шихта подавалась в загрузочные воронки электродов, а на открытой -- шихта поступала непосредственно на колошник. Представление о геометрических размерах зон превращения шихты в открытой и закрытой печах можно получить из рассмотрения рис. 1.2.

В закрытой печи перед выпуском плавки шлаковый расплав достигает более высоких горизонтов, чем в открытой печи. Освобождающиеся объемы ванн в процессе выпуска заполняются холодной сыпучей шихтой и температурное поле имеет несколько отличный характер. На открытой печи по мере погружения зондов плотность тока увеличивается.

Рис.1.2 Вертикальные разрезы открытой (а) и закрытой (б) ванн печей РКЗ-16,5, выплавляющих силикомарганец:

1-- холодная шихта; 2 -- разогретая шихта; 3 -- оплавленная шихта; 4 -- расплав.

Вокруг электрода ток распределяется крайне неравномерно, что обусловлено системой загрузки шихты и размещением выходных отверстий труботечек на колошнике. На закрытой печи наибольшее значение плотности тока достигает 1,28 А/см2 на участке электрод--футеровка; в сторону от каждого электрода величина плотности тока была в 2--3 раза ниже [19].

В шихту для выплавки силикомарганца иногда используют необожженный доломит фракции 25--80 мм, имеющий следующий химический состав, %: 33,6-- 35,7 СаО; 16,0--18,2 MgO; 1,1--1,3 SiO2; 0,6-- 0,8 А12О3; 0,1--0,3 Fe2O3; 0,005--0,0008 Р; 0,03 S; 45--46 п.п.п. В некоторых случаях используют известняк состава, %: 54,6 СаО; 0,49 MgO; 1,67 SiO2; 0,2 Fe2O3; 1,5 А12О3; 0,005 Р; 0,04 S; 41,3 п.п.п.

1.3 Технология производства ферросиликомарганца

1.3.1 Сортамент

По химическому составу силикомарганец должен удовлетворять требованиям ДСТУ 3548 - 97, что приведено в таблице 1.10.

Таблица 1.10 Требования к химическому составу силикомарганца по ДСТУ 3548 - 97, %

Марка	Si	Мn, Не менее	С	Р	S
				Группа силикомарганца
				А	Б
			не более
МнС25	25,0--35,0	60,0	0,5	0,05	0,25	0,03
МнС22	20,0--25,0	65,0	1,0	0,10	0,35
МнС17	15,0--20,0		2,5	0,10	0,60
МнС12	10,0--15,0		3,5	0,20	0,60

Страницы: 1, 2, 3, 4