Непрерывный переплав металлизованных и железорудных окатышей в руднотермической печи с получением полупродуктов

Бесплатный доступ

Рассматривается возможность получения из металлизованных и железорудных окатышей полупродуктов легированных ванадием, хромом, никелем с максимально высоким содержанием легирующих элементов.

Степень восстановления, некондиционная хромовая руда

Короткий адрес: https://sciup.org/147156727

IDR: 147156727

Текст научной статьи Непрерывный переплав металлизованных и железорудных окатышей в руднотермической печи с получением полупродуктов

В последнее время металлизованные железорудные окатыши, как правило, используют в дуговых сталеплавильных печах (ДСП). Существенные недостатки этих печей: периодичность процесса, сложность оборудования, отрицательное влияние на качество электроэнергии в питающих сетях, пиковые нагрузки в электроснабжении и значительные простои на ремонтах побудили многие фирмы начать поиск более эффективных агрегатов и процессов переплава металлизованного сырья. Так, например, в ФРГ фирмой «Крупп» были выполнены поисковые работы по переплаву металли-зованного железорудного сырья (МЖРС) в руднотермических печах на углеродистый полупродукт для дальнейшего получения стали [1, 2].

Фирма «Крупп» в полупромышленной печи опробовала технологию переплава металлизован-ных окатышей в руднотермической печи при работе с открытым колошником, не имеющую отмеченных недостатков. Однако непрерывности процесса при этом не достигается.

Нами [3, 4] предлагается другой вариант, основанный на непрерывной работе печи с закрытым колошником в режиме активного сопротивления, позволяющий, по сравнению с технологией фирмы «Крупп», уменьшить энергозатраты и восстановить легирующие элементы (хром, ванадий) из руд.

В связи с этим изучение и создание технологии непрерывного процесса переплава МЖРС, обеспечивающей хорошие технико-экономические показатели, являются актуальной задачей.

Нами опробован непрерывный процесс выплавки в руднотермических печах мощностью 1,2 МВ·А с периклазовой футеровкой ванны.

Было проведено четыре серии опытных плавок. В первой серии при выплавке углеродистого полупродукта (см. таблицу) в качестве металлической части шихты использовали металлизованные окатыши Лебединского горно-обогатительного комбината (ГОК) с содержанием углерода 2 %, пустой породы 12 % и степени металлизации 95 %. В качестве окислителя применяли железорудные окатыши. Для разрыхления использовали древесную щеку и известь для шлакообразования. Печь работала непрерывно на известковых шлаках высокой основности (СаО/SiO 2 = 3–4) при кратности шлака 0,3–0,35. Температура металла и шлака на выпуске 1600–1650 °С. Расход электроэнергии на 1 т полупродукта при закрытом колошнике составлял в среднем 870 кВт·ч и увеличивался до 920 кВт·ч/т, когда содержание углерода понизилось до 0,1 %. Для понижения содержания углерода в металле с 2,35 % до 0,012 % в шихту вводили железорудные окатыши того же ГОКа в количестве от 50 до 250 кг на 1 т МЖРС. В дальнейшем плавку вели на полу-кислых шлаках без добавки извести в шихту. Удельный расход электроэнергии понизился до 550–570 кВт·ч.

Установлено, что ведение процесса с закрытым колошником возможно только на высоком и среднем содержании углерода в металле.

При выплавке металла, содержащего менее 0,1 % С, ввиду бурного кипения шлака колошник раскрывался (см. таблицу).

Во второй серии при выплавке ванадийсодержащего полупродукта использовали металлизо-ванные окатыши Качканарского ГОКа со степенью металлизации 83 %, содержанием пустой породы

Каскин К.К.

Непрерывный переплав металлизованных и железорудных окатышей в руднотермической печи с получением полупродуктов

Химический состав металла и шлака

Наименование

Содержание элементов в металле, %

Основность (CaO + MgO)% SiO2%

Уд. расх. эл. энерг., МВт·ч/т

C

S

Si

Cr

Ni

V

Ti

Углеродистый полупродукт

0,30– 2,35

0,003– 0,008

0,01– 0,03

2,8–4,5

0,80–0,90, закрытый колошник

0,10– 0,012

0,02– 0,04

0,01– 0,03

1,5–2,5

0,87–0,92, открытый колошник

1,55–

2,52

0,011– 0,023

0,02– 1,76

0,3–0,5

0,55–0,57, закрытый колошник

Ванадийсодерж. полупродукт

2,65–

3,85

0,003

0,57– 2,80

0,05– 0,19

0,38– 0,45

0,18– 0,60

1,5–2,2

0,60–1,00, закрытый колошник

Хромоникелевый полупродукт

1,98–

3,50

0,012– 0,030

0,10– 0,24

7,78–

19,30

5,60–

10,80

0,40– 0,42

1,3–1,8

0,95–1,10, закрытый колошник

Хромистый полупродукт (чугун)

5,0–

5,25

0,14– 0,16

0,90– 1,25

7,1– 10,50

1,02–1,06

Закрытый колошник

4,6– 5,0

0,10– 0,05

0,95 –1,5

18,0

1,03–1,08

Закрытый колошник

5,1–

5,2

0,10– 0,03

1,01– 1,90

18,8

0,9–1,078

Закрытый колошник

17 % и углерода 1,75 %; V 2 0 5 – 0,57 %; TiO 2 – 2,52 %, в качестве восстановителя кокс в количестве 70–10 кг/т МЖРС, известь и другие шлакообразующие не присаживались. При переплаве окатышей Качканарского ГОКа извлечение ванадия и титана достигало соответственно 92 и 77 %. Содержание азота в металле не превышало 0,003 %, меди – 0,004 %, свинца – 0,0005 %. Степень восстановления ванадия составила 92 %. При добавке в шихту конверторного ванадиевого шлака с содержанием по массе 18,5 % V 2 0 5 и 8,20 % TiO 2 был получен металл состава: V – 2,3 %; C – 2,66 %; Mn – 0,50 %; S – 0,023 %; P – 0,025 %; Si – 0,09 %; Ti – 0,03 %. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при переплаве МЖРС из титано-магнетитов с высоким содержанием TiO 2 и содержащих ванадий, регулируя количество восстановителя и состав шлака, можно перевести основное количество TiO 2 в шлак, а большую часть ванадия в металл.

Опытные плавки показали, что при работе с закрытым колошником можно получить металл с высокой концентрацией углерода.Так,при присадке 70 кг кокса на 1 т металлизованного сырья получили металл, содержащий 3,75–3,85 % С.

В третьей серии опытных плавок при выплавке хромоникелевого полупродукта использовали металлизованные окатыши Ново-Михайловского ГОКа со степенью металлизации 95 %, содержанием углерода и пустой породы 2,26 и 6,5 % соответ- ственно; коксовый орешек, закись никеля, хромовую руду Донского месторождения кусковой и порошкообразной фракций с содержанием 50 % Cr2О3. Состав полученного металла представлен в таблице. Степень восстановления хрома достигала 92 %.

Плавки, проведенные на пылевидной хромовой руде, до перехода печи на устойчивый технологический режим отличались постепенным повышением содержания хрома в металле и высокой концентрации Cr 2 О 3 в шлаке, превышавшей 20 %. Количество хрома в металле и в шлаке было существенно ниже, чем в шихте, что свидетельствовало, во-первых, о накоплении оксида хрома в печи, во-вторых, о неполном переходе его в карбид на колошнике. Только к третьему выпуску металла и шлака, в устойчивом режиме, накопление Cr 2 О 3 прекратилось. При работе на кусковой руде этих явлений не обнаружено.

Таким образом, установлена возможность получения хромоникелевого полупродукта в процессе непрерывного переплава металлизованных окатышей в руднотермической печи, работающей с закрытым колошником в режиме сопротивления.

В четвертой серии опытных плавок при выплавке хромистого полупродукта (чугуна) использовалась: коксовая мелочь (зольностью 15 %), железорудные окатыши Сокловско-Сарбайского горнообогатительного производственного объединения (ССГПО) содержанием железа 61,5 %, хромовая руда Донского ГОКа содержанием оксида хрома 37 %.

Особенностью технологии является работа печи с закрытым колошником, который поддерживается на постоянном уровне за счет подсыпки шихты из печных карманов. Выпуск металла и шлака производиться периодически, после израсходования определенного количества электроэнергии.

Всего было проведено три кампании по три выпуска металла в каждой. Ранее было установлено, что печь выходит на стабильный состав металла и шлака на третьем выпуске, первая кампания проведена на выплавку хромистого чугуна содержанием 10 % хрома, вторая и третья на 18,8 % хрома (см. таблицу). Кратность шлака на второй кампании составила 0,564, на третьей – 0,268. Содержание углерода на второй колебалось от 4,6 до 5 %, на третьей кампании от 5,1 до 5,7 %, а концентрация кремния достигала до 1,9 % (см. таблицу). Характерным для обеих кампаний наблюдалось снижение серы на второй до 0,05 %, на третьей до 0,03 %, а в шлаке повышается от 0,24 до 0,50 %. Установлено, что концентрация Cr 2 О 3 в шлаке на второй кампании достигает до 4,5 %, на третьей 2,4 %, а содержание FeO в шлаке составило соответственно 15,60 и 12,30 %. Извлечение хрома достигнуто на второй кампании 88 %, на третьей 95 %. Это связано с тем, что печь выходит на стабильный режим, при этом извлечение хрома достигает 95 %. При увеличении основности (СаО+MgO)/SiO 2 до 1,078 повышается содержание хрома до 18 %, кремния до 1,9 %.

Таким образом, особенностью всех четырех серий выплавки углеродистого, ванадийсодержащего, хромоникелевого и хромистого полупродуктов является работа печи с закрытым колошником, обеспечивающим непрерывность процесса, полнее используется восстановительная способность углерода, так как СО, проходящий через слой окатышей, участвует в довосстановлении оксидов железа, хрома, ванадия, никеля.

Поэтому для нормального проведения процесса с закрытым колошником, необходима работа в режиме сопротивления, при этом нагрев металла происходит через перегретый шлак. Шлак должен обладать достаточным электросопротивлением, чтобы нагреть металл до заданной температуры, и достаточной жидкотекучестью для нормального хода печи.

Особенность четвертой серии плавок заключается в том, что в качестве шихты можно использовать железорудные окатыши и некондиционную (бедную) хромовую руду и получать не только хромистый, но и хромомарганцевый полупродукт (чугун) с последующим переделом на нержавеющую сталь в конверторе типа АКР, исключая применение таких ферросплавов, как низкоуглеродистый феррохром, ферромарганец, а также легированный нержавеющий лом, который практически отсутствует в Казахстане.

В этом процессе полученный чугун заливается в конвертор аргоно-кислородного рафинирования, где проводят обезуглероживание с помощью аргоно-кислородной или азотно-кислородной продувки, а затем раскисление, десульфурация и доводка стали.

Таким образом, в рудновосстановительной печи имеется возможность получения различного сортамента полупродуктов (углеродистый, ванадийсодержащий, хромоникелевый и хромистый) с использованием в шихте металлизованных железорудных окатышей, а также железорудного сырья и некондиционных хромовых руд. В перспективе можно наладить производство нержавеющих марок сталей и различных легированных полупродуктов, которые не производятся в Казахстане.

Список литературы Непрерывный переплав металлизованных и железорудных окатышей в руднотермической печи с получением полупродуктов

  • Кёнси, X. Производство стали из губчатого железа в электрошлаковой печи сопротивления/X. Кёнси, Г. Рази//Чёрные металлы. -1977. -№ 1. -С. 13-18
  • Rath, G. Confinions steel Production with iron sponde in Electro-Slag Resistence Process (ESW Process)/G. Rath, H. Konig//Hüttenmännische Monatshefte. -1978. -Bd. 123, № 11. -S. 384-389.
  • Каскин, К.К. Выплавка хромоникелевого полупродукта непрерывным процессом/К.К. Каскин, А.Х. Кадарметов, А.Н. Учаев//Повышение качества и эффективности производства электростали: науч. тр./НИИМ. -Челябинск: Металлургия, 1990.
  • Кадарметов, А.Х. Непрерывный переплав металлизованных окатышей в руднотермической печи/А.Х. Кадарметов, К.К. Каскин, А.Н. Учаев//Металлург. -1986. -№ 3.
Статья научная