Шихта для выплавки ферросиликоалюминия в руднотермической печи

Номер инновационного патента: 22365

Опубликовано: 15.03.2010

Автор: Нурумгалиев Асылбек Хабадашевич

Скачать PDF файл.

Формула / Реферат

Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составу шихты для производства ферросплавов, позволяет уменьшить затраты на электроэнергию и улучшить технико-экономические показатели.
Шихта для выплавки ферросиликоалюминия в руднотермической печи, содержащая кварцит и углистую породу зольностью 53-62 % по массе с остаточной концентрацией углерода в пределах 25-34%, достаточного для восстановления до 90-95% оксидов кремния и алюминия от суммарного ко­личества оксидов в породе и кварците отличающийся тем, что шихта дополнительно содержит железную стружку при следующем соотношении компонентов, в % по массе:
углистая порода 58,8 - 82,78
железная стружка 2-6
кварцит остальное.

Текст

Смотреть все

(51) 22 33/04 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ Шихта для выплавки ферросиликоалюминия в руднотермической печи, содержащая кварцит и углистую породу зольностью 53-62 по массе с остаточной концентрацией углерода в пределах 2534, достаточного для восстановления до 90-95 оксидов кремния и алюминия от суммарного количества оксидов в породе и кварците отличающийся тем, что шихта дополнительно содержит железную стружку при следующем соотношении компонентов, впо массе углистая порода 58,8 - 82,78 железная стружка 2-6 кварцит остальное.(54) ШИХТА ДЛЯ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИКОАЛЮМИНИЯ В РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ(57) Изобретение относится к области черной металлургии, а именно к составу шихты для производства ферросплавов, позволяет уменьшить затраты на электроэнергию и улучшить техникоэкономические показатели. 22365 Изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к составу шихты для производства ферросплавов. Известен шихта (А.с. СССР 610877, кл. С 22 С 21/08, 1976 г.) для выплавки ферросиликоалюминия,содержащая углеотходы и кварцит при следующем соотношении компонентов (впо массе) углеотходы 90-99 кварцит 1-10 При этом, в составе шихты присутствуют два материала, где опытная концентрация углерода в углистой породе внутренней вскрыши составляет,35-40, а в высокозольной углистой породе 19-24. Недостатком данной шихты является то, что выбранная концентрация остаточного углерода в углеотходах не обеспечивает равномерное протекание восстановительных процессов кремния и алюминия во всех зонах печи. При этом, в той части шихты, где содержание остаточного углерода в углистой породе составляет 19-24 происходит недовосстановление кремния и алюминия и развивается процесс, местного спекания шихты, т.е. эта часть является источником процесса образования шлаковой фазы и интенсивного формирования газообразных субоксидов кремния и алюминия. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является (патент РК 3158,С 22 С 33/04, 15.03.96) шихта содержит углистую породу с остаточным содержанием углерода в пределах 25-34, достаточного для восстановления до 90-95 оксидов кремния и алюминия от суммарного количества оксидов в породе и кварците, при следующем - соотношении компонентов, впо массе углистая порода 60-88 кварцит остальное Углистая порода имеет зольность в пределах 5362 по массе. Недостатком известной шихты является повышенный расход электроэнергии на тонну сплава, растрескивание и рассыпание сплава при длительном хранении. Задачей изобретения является повышение технико-экономических показателей процесса за счет снижения расхода электроэнергии и увеличения прочности сплава при длительном хранении. Поставленная цель достигается тем, что шихта для выплавки ферросиликоалюминия в рудотермической печи, содержит углистую породу с остаточным содержанием углерода в пределах 25-34, достаточного для восстановления 90-95,4 кремния и алюминия от суммарного количества оксидов в породе и кварците, при следующем соотношении компонентов, (впо массе) углистая порода 58,8-82,72 кварцит остальное Углистая порода имеет зольность в пределах 5362 по массе. Для обеспечения максимальной эффективности технологии и снижения расхода электроэнергии, в шихту добавляют мелкую фракции железной 2 стружки в количестве 2-6 по массе отходов машиностроительных заводов с целью снижения уровня карбида кремния в технологическом процессе. Сущность изобретения заключается в использовании как основного исходного материала углистой породы экибастузского угля зольностью в пределах 53-62 (по массе) с остаточной концентрацией углерода в пределах 25-34,кварцита и железной стружки. При этом в качестве шихтовых материалов использовано компоненты в следующем составе,по массе углистая порода 58,8-82,72 железная стружка 2-6 кварцит остальное Как известно,основную роль в руднотермических процессах играет выбор и соотношение шихтовых материалов. При этом выбор материалов в компоненте шихты необходимо производить не только по химическому составу, но и по физическим свойствам. От физических свойств материалов зависит, газопроницаемость колошника печи, стабильность глубины посадки электродов,технологичность процесса и т.д. Установлено, что при наличии углерода в самом оксидном материале, в данном случае в углистой породе, в необходимом количестве, достаточном для процесса восстановления кремния, железа и алюминия из минеральной части шихты, а также для образования сильно развитых капиллярных систем в объеме кусков углистых пород и для предотвращения их захлопывания (это происходит при содержаниях остаточного углерода менее 25) при размягчении золы углистых пород, колошник печи начинает работать как губка, т.е как фильтрующий слой,легко проницаемого отходящими газами. В результате, шихта, на колошнике обладает хорошей газопроницаемостью,хорошо прогревается и равномерно сходит по всей поверхности колошника. К тому же некоторый его избыток в кусках углистой породы наряду с созданием капилляров для отходящих газов еще задерживает субоксиды кремния и алюминия, восстанавливая их до металла,а чрезмерный его избыток (при более чем, 34 в исходной углистой породе) приводит к образованию карбидов на стенках капилляров и чрезмерному развитию этого процесса в кусках углистой породы. Равномерный сход шихты и обеспечение газопроницаемости, а, следовательно, эффективное задержание газообразных субоксидов позволяет установить стабильный ход печи и улучшить технико-экономические показатели процесса. Следовательно, применение углистой породы с остаточной концентрацией углерода в пределах 2534 позволяет улучшить и повысить техникоэкономические показатели процесса получения сплава. Использование углистой породы с остаточным содержанием углерода в ней 25-34 позволяет восстановить 90-95,4 кремния и алюминия из оксидов углистой породы и кварцита. 22365 При содержании углерода в углистой породе менее 25 снижается степень извлечения оксидов кремния и алюминия, так как такое количество углерода не обеспечивает стабильное существование капилляров они захлопываются и ухудшается газопроницаемость развивается процесс образования полужидкой рудной массы. В результате, на колошнике интенсивно начинают возникать свищи, через которые происходит потеря алюминия и кремния в виде газообразных субоксидов, снижается выход металла и состав его становится нестабильным, т.е. происходит снижение технико-экономических показателей процесса. При содержании же остаточного углерода в углистой породе свыше 34, как было отмечено выше, большое развитие в слое шихты получает процесс карбидообразования происходит постепенное накопление их на подине печи,уменьшение глубины посадки электродов и зарастание ванны печи, а также одновременное закарбиживание сплава и ухудшение его качества так как такой сплав рассыпается и окисляется, что снижает его качество. Одновременно было замечено, что избыточная остаточная концентрация углерода в породе иногда также приводит к интенсивному газообразованию с образованием потока отходящих газов и с неравномерными провалами шихты, что приводит к улету в атмосферу компонентов сплава и нарушению хода печи. Восстановление оксидов алюминия и кремния на 90-95,4 позволяет получить качественный сплав без карбидов, что исключает его рассыпаемость. При восстановлении оксидов менее 90 происходит снижение технико-экономических показателей процесса из-за шлакования колошника,а при восстановлении оксидов более 95,4 происходит образование карбидов железа,алюминия и кремния,что приводит к раскисленности сплава и снижению качества сплава. Углистая порода в составе шихты в количестве 58,8-82,72 обеспечивает необходимую концентрацию углерода для восстановления оксидов кремния, железа и алюминия от суммарного количества оксидов из породы и кварцита. Указанное количество породы обеспечивает хорошую газопроницаемость колошника и стабильный ход печи. При количестве углистой породы в составе шихты менее 58,8 происходит снижение степени восстановления оксидов и ухудшается газопроницаемость колошника, т.к. часто происходит его кварцевание, что приводит к снижению технико-экономических показателей процесса получения сплава при количестве породы более 82,72 образуется избыточное количество углерода, что приводит к образованию избыточных карбидов и, тем самым, приводит к снижению качества сплава. Одновременно с увеличением доли карбидов ухудшается процесс выплавки сплава, т.к. из-за образования избыточных карбидов происходит постепенное зарастание ванны печи и уменьшение глубины посадки электродов, что может привести к полной остановке процесса и необходимости промывания ванны печи для продолжения процесса. Количество кварцита 11,28-39,2 в составе шихты в основном стабилизируют уровень карбидообразования в печи, а избыточное появление карбидов кремния и алюминия полностью нейтрализуется с добавкой железной стружки в пределах 2-6. Углетермическое совместное восстановление кремния,алюминия и железа в высокотемпературных условиях, является сложным и многофакторным процессом. Результаты полного термодинамического анализа(ПТА) и экспериментальных данных показало,что совместное восстановления кремния и алюминия из оксидов с углеродом углистой породы сопровождается в основном с образованием промежуточных соединений карбидов кремния и алюминия (, 43) и субоксидов кремния и алюминия. При этом карбид кремния при высокотемпературных условиях участвуют как восстановитель, и взаимодействует с оксидами и субоксидами кремния и алюминия с образованием металлического кремния и алюминия по следующим реакциям 2232(4) При выплавке комплексных ферросплавов на основе кремния и алюминия в высокотемпературных условиях(2173-2673 К) выявлено образование и устойчивое содержание карбида кремния. Установлено оптимальное содержание карбида кремния в восстановительном процессе в пределах к (40-55), которое выступает в роли восстановителя тугоплавких оксидов кремния (2), алюминия (А 12 О 3) и субоксидов кремния и алюминия, обеспечивает восстановительный процесс с максимальным извлечением тугоплавких элементов кремния,алюминия в сплав. При этом образующийся карбид алюминия при повышенных температурах,разлагается на алюминий (пар) и углерод. Установлено, что присутствие кремнезема (2) препятствует образованию оксикарбидов и карбидов алюминия. Наряду с этим при получении сплавов на основе кремния и алюминия углетермическим способом присутствие в системе кремния,обладающего, как известно, неограниченной растворимостью с алюминием, существенно облегчает восстановление глинозема (А 12 О 3), а наличие железа, тем более, снижает температуру восстановления оксида алюминия. Восстановленный алюминий переходит в раствор системы и, соответственно, значительно понижается температура процесса. Ввод железной стружки в шихту в пределах 26 (по массе), является оптимальным параметром,снижает избыточное образование карбидов кремния в процессе выплавки ферросиликоалюминия и благоприятно влияет на процесс восстановления кремния и алюминия и в целом процесса сплавобразования. Увеличение навески железной стружки 3 22365 свыше 6 наблюдается снижение извлечения кремния (0.7 по массе) и алюминия (до 2 по массе), вследствие снижения карбида кремния в ходе восстановительного процесса от оптимального уровня т.е меньше 40 к. При снижении навески железной стружки меньше 2 увеличивается доля карбида кремния в восстановительном процессе,соответственно приводит к снижению извлечения кремния ( до 11.3 по массе) и алюминия (до 11.75 по массе) и возрастанию удельного расхода электроэнергии (до 3400 квт.ч/т). Следовательно, содержание железной стружки в шихте в пределах 2-6(по массе) обеспечивает наименьший удельный расход электроэнергии 10000-12000 квт.ч/т сплава по сравнению с другими вариантами и прототипом. При снижении навески железной стружки меньше 2 в шихте, полученный сплав при длительном хранении (1-6 месяцев) растрескивается и частично рассыпается, вследствие содержания остаточных примесных компонентов карбида кремния, а увеличение железной стружки выше 6 как выше указано приводит к снижению извлечения элементов в сплав. Таким образом, указанное количество кварцита и железной стружки совместно с оптимальным количеством остаточного углерода в углистой породе обеспечивает взаимную нейтрализацию двух нежелательных, но неизбежно протекающих в слое шихты,процессов карбидообразования и образования, субоксидов кремния и алюминия. В результате, в слое шихты создаются благоприятные условия для стабильного формирования металла для достаточно глубокого восстановления элементов и,тем самым, повышенного выхода металла что стабилизирует ход печи, улучшает техникоэкономические показатели процесса и качество получаемого сплава. Снижение количества кварцита менее 11,28 и 2 железной стружки приводит к образованию остаточных карбидов и снижению технико-экономических показателей, ухудшению качества сплава. При содержании кварцита и железной стружки более 39,2 и 6,соответственно, снижается степень восстановления элементов из-за нехватки углерода, и снижения промежуточного оптимального уровня карбида кремния в процессе сплавобразования, а также происходит закварцевание (зарастание колошника ванны толстым негазопроницаемым слоем спекшейся массы) печи, что также приводит к снижению технико-экономических показателей процесса. Таким образом, заявляемая шихта для выплавки ферросиликоалюминия, включающая кремний,алюминий и железо, содержащий оксидный материал и кварцит, где в качестве исходного материала взята углистая порода с остаточным содержанием углерода в ней 25-34,обеспечивающая, восстановления 90-95,4 кремния и алюминия от суммарного количества оксидов из породы и кварцита при следующем соотношении компонентов (впо массе) углистая порода 58,8-82,72 железная стружка 2-6 4 кварцит остальное причем углистая порода имеет зольность в пределах 53-62, по массе дополнительно в шихту вводится железная стружка, которые обеспечивают повышение технико-экономических показателей процесса, снижает расход электроэнергии, улучшает качество и предотвращает рассыпаемость сплава при длительном хранении. Пример. Шихту для выплавки ферросиликоалюминия готовили путем смешивания подготовленных компонентов. Сплав получали в руднотермической печи мощностью 100 кВА из шихты различного состава. Использовали углистую породу с различными концентрациями углерода. Технологические показатели процесса выплавки сплава приведены в таблице 1. Примененные в опытных плавках углистые породы имели следующий состав (впо массе) 2,0, 12-18, 53-62 и С 25-34, а химический состав их золы варьировался в пределах(впо массе.) 253-60, А 2 О 320-40,- 1,08, СаО 0,2-2,8, Р 2 О 50,1-0,33, 0,-,4, ТО 2 до 1,5, (К 2 О 2) до 1,4. В таблице приведен удельный расход электроэнергии при выплавке сплава. Наименьший удельный расход электроэнергии показывает наиболее стабильный ход печи и оптимальном уровне процесса сплавобразования. Исключение избыточного карбидообразования практически предотвращает рассыпаемость сплава. На плавках 1,8 из-за низкого содержания углерода в породе снижается степень излечения алюминия и кремния, что приводит к снижению технико-экономических показателей процесса. На плавках 2-4 использовали шихту, состав которой соответствует заявляемым пределам по всем параметрам. На этих плавках достигнуто снижение удельного расхода электроэнергии,повышение качества сплава из-за исключения его рассыпаемости при длительном хранении (до 6 месяцев) и значительное улучшение техникоэкономических показателей процесса. Удельный расход электроэнергии в указанных плавках был наименьшим, что говорит о стабильности технологичности процесса. Достигнутая степень извлечения алюминия и кремния в пределах 90-95,4 позволяет полностью исключить процесс карбидообразования, что,соответственно, исключает рассыпаемость сплава и повышает его качество. Так как в случае рассыпаемости мелкая фракция полностью покрывается оксидной пленкой и, тем самым,снижается активность кремния и алюминия в сплаве. На плавках 5, 9 из-за, избыточной концентрации углерода в шихте происходит карбидообразование. Несмотря на высокую степень извлечения кремния и алюминия (свыше 87-96) удельный расход электроэнергии был наиболее высоким, что свидетельствует о нестабильном процессе из-за частого нарушения хода печи в результате образования и накопления карбидов,полученный сплав после остывания полностью 22365 рассыпался до порошкообразного состояния. В этом случае порошкообразная фракция окисляется в воздухе, что снижает качество сплава, делая его в дальнейшем непригодным для раскисления и легирования стали. На плавках 6 из-за снижения в шихте количества кварцита и увеличения навески железной стружки до 8 (по массе) снижаются технико-экономические показатели процесса, а на плавке 7 из-за увеличения количества углистой породы, снижения навески кварцита и отсутствие железной стружки в составе шихты также ухудшаются показатели процесса, в частности,спекается колошник, увеличивается удельный расход электроэнергии и снижается степень извлечения кремния и алюминия. Плавки 10-12 проведены с применением известной шихты без добавления железной стружки. По извлечению элементов соответствует показателям заявки, но повышенный расход электроэнергии (13000-13800 квт. ч/т) на тонну сплава. На этих плавках замечено накопление карбидов кремния и при продолжительной работе приводит к снижению технико-экономических показателей процесса и увеличению расхода электроэнергии на тонн) сплава. Таким образом, для достижения поставленной цели заявляемый состав шихты для выплавки ферросиликоалюминия является оптимальным. Применение шихты для выплавки ферросиликоалюминия позволяет снизить себестоимость сплава. Таблица 1 Технологические показатели опытных плавок Номер плавок Компоненты шихты,углистая кварцит железая порода стружка ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Шихта для выплавки ферросиликоалюминия в руднотермической печи, содержащая кварцит и углистую породу зольностью 53-62 по массе с остаточной концентрацией углерода в пределах 2534, достаточного для восстановления до 90-95 оксидов кремния и алюминия от суммарного количества оксидов в породе и кварците отличающаяся тем, что шихта дополнительно содержит железную стружку при следующем соотношении компонентов, впо массе Углистая порода 58,8 - 82,78 Железная стружка 2-6 Кварцит остальное.

МПК / Метки

МПК: C22C 33/04

Метки: печи, выплавки, руднотермической, шихта, ферросиликоалюминия

Код ссылки

<a href="http://kzpatents.com/5-ip22365-shihta-dlya-vyplavki-ferrosilikoalyuminiya-v-rudnotermicheskojj-pechi.html" rel="bookmark" title="База патентов Казахстана">Шихта для выплавки ферросиликоалюминия в руднотермической печи</a>

Похожие патенты