Способ производства ферросплава - RU2125112C1
Код документа: RU2125112C1
Описание
Это изобретение относится к производству определенных ферросплавов, таких как феррохром, ферромарганец, ферроникель и феррованадий, путем добавления содержащих легирующий металл руд и флюсов и твердых углеродистых восстановителей в реактор с жидкой ванной. Изобретение обеспечивает улучшение соотношения легирующего металла и железа в ферросплавах путем очистительных операций окисления и восстановления.
Термин "легирующий металл" имеет соответствующее значение, то есть относится к хрому, марганцу, никелю и ванадию, так же, как и термин "руды, содержащие легирующий металл" и термин "материал, содержащий легирующий металл". Последний более обобщающий термин включает руды или концентраты, содержащие легирующий металл или предварительно нагретые и предварительно восстановленные руды или концентраты, содержащие легирующий металл. Предпочтительным легирующим металлом является хром, поэтому далее приведена ссылка на хром в качестве примера изобретения.
Обычный промышленный способ производства феррохрома или ценного хромового продукта осуществляется с использованием электродуговой печи с дугой, проходящей через шихту. Хромовую руду, восстановитель и флюс непрерывно загружают в плавильную печь.
Мелкий питающий материал затрудняет работу печи и может приводить к значительным потерям хрома. Поэтому или избегают использования измельченных питающих материалов или же их перед загрузкой в печь агломерируют. Альтернативно агломераты руды и восстановитель могут предварительно нагреваться и/или предварительно восстанавливаться перед подачей в электропечь. Измельченные питающие материалы могут использоваться после предварительной агломерации, например, путем гранулирования или высокотемпературного сплавления.
В электрической плавильной печи энергия подается через углеродные электроды, проходящие через шихту. Газы, образующиеся в результате реакции между рудой и углеродом в глубине печи, проходят вверх и выходят через колошник печи.
Часто колошники печи закрывают охлаждаемой водой крышкой, в которой имеются отверстия для электродов и загружаемых материалов. Крышка обеспечивает возможность сбора образуемых газов. В основном газ состоит из окиси углерода, который впоследствии может использоваться в качестве топлива. В некоторых установках колошник печи не закрывают и газы сжигаются на поверхности.
Для успешной работы печи большое значение имеет точное взвешивание и дозировка питающих материалов. Выше зоны реакции подаваемый материал должен быть пористым для обеспечения выхода газовых продуктов реакции. Кроме того, должна осуществляться такая дозировка и подача питающего материала, чтобы материал свободно опускался в печь без образования мостов над усадочной раковиной. Обычно не используются питающие смеси из материалов, имеющих слишком большой размер частиц или слишком большой разброс в размерах частиц, так как их трудно добывать и они могут вызывать проблемы, связанные с загрузкой печи и образованием мостов. Они могут приводить к большему электрическому сопротивлению. Однако слишком малый размер частиц в питающей смеси может приводить к потерям за счет уноса газовым потоком, низкой пористости слоя и образования мостов из смеси.
Жидкие шлаковые и сплавные продукты сливают из печи через летку в непрерывном или прерывистом режимах. Шлак может отделяться от сплава путем декантации, сгребания шлака или донного отцеживания из приемного ковша. Затем феррохромный продукт отливают в формах.
Хотя этот способ производства феррохрома находит наибольшее применение, он имеет ряд недостатков. Во-первых, большинство или все энергетические затраты плавильного процесса обеспечиваются за счет электроэнергии, которая является сравнительно дорогой. Во-вторых, в качестве восстановителя используется кокс, который является дорогим, и возрастают трудности в его получении, так как количество мировых поставщиков коксующихся углей сокращается и все более жесткие требования предъявляются с экологической точки зрения к работе батарей коксовых печей. В-третьих, ограничения на размеры питающего материала предотвращают непосредственное использование более дешевого мелкого рудного питающего материала.
Альтернативным способом производства ферросплавов (включая феррохром), который в настоящее время все больше начинает находить применение, является восстановление плазменной карботермической плавкой. Этот способ имеет ряд преимуществ по сравнению со способом с использованием электродуговой печи с дугой, проходящей через шихту, а именно: предпочтительно загружаются мелкоизмельченные материалы, не обязательно в качестве восстановителя должен использоваться кокс, пригодной для этих целей является угольная мелочь или коксовая мелочь, не являются критичными однородность и постоянство состава загружаемого материала, состав шлака может выбираться независимо от электрического сопротивления, что позволяет работать при составах шлака, которые сводят к минимуму потери легирующего металла в шлак, намного улучшается управление технологическим процессом, так как он не чувствителен к свойствам загружаемого материала, и плазменная печь работает при низких уровнях шума.
Однако несмотря на эти преимущества плазменный процесс плавки все же имеет серьезный недостаток, заключающийся в том, что энергетические требования для плавки удовлетворяются за счет использования сравнительно дорогой электроэнергии.
В попытке снизить стоимость производства ферросплава был предложен ряд способов, в которых источником энергии для плавки не является электричество.
Из патента США N 4565574, принятого в качестве прототипа описываемого изобретения, известен способ производства сплавов с высоким содержанием хрома путем плавильного восстановления. В этом процессе порошковый кокс и содержащая хром руда гранулируются и сушатся. Затем гранулы загружают во вращающуюся печь, где они нагреваются и частично восстанавливаются. Далее могут добавляться кокс и известняковый флюс во вращающуюся печь для улучшения восстановления гранул для предварительного нагревания кокса и обжига известняка.
Согласно вышеуказанному патенту США, внутри вращающейся печи поддерживается максимальная температура около 1400oC. При выгрузке предварительно восстановленные гранулы, кокс и флюс падают из этой печи в желоб, расположенный вверху плавильной восстановительной печи. Эта печь по форме аналогична конвертеру для производства стали. Печь имеет обычно четыре фурмы нижнего дутья для подачи кислорода, которые защищаются пропаном, в то время как основной объем кислорода вводится выше ванны через кислородное копье. Для поддержания контроля температур шлака и металлических фаз и уровней окисления внутри этих фаз необходимо продувать кислород выше и ниже ванны, одновременно вводя кокс в шлак сверху резервуара плавильного восстановления.
Плавка руды осуществляется периодически в две стадии. Сначала нагретые в конвертере до температуры в пределах 1580 - 1630oC, предварительно восстановленные гранулы, кокс и флюс загружаются в резервуар при верхней и нижней продувках кислородом. Затем следует вторая стадия, когда руду или флюс не загружают и добавки кислорода постепенно уменьшают для минимизации содержания хрома в шлаке. Однако в течение этой второй стадии в резервуар должно еще больше добавляться кокса для управления состоянием окисления шлаковых и металлических фаз. Затем шлак и металл удаляются из резервуара.
Для более эффективного использования углеродистых материалов и кокса необходимо сжигать по крайней мере 30% горючих газов, покидающих ванну, используя верхнее кислородное копье. Однако уровень сжигания выше 50% является нежелательным вследствие образования определенных количеств соединений SOx и NOx.
Кроме того, хотя в патенте США N 4565574 говорится о необходимости "усиленного перемешивания", верхний предел интенсивности перемешивания определяется скоростью деградации облицовки ванны. При более высокой интенсивности перемешивания перемешивание шлака способствует такой деградации. Интенсивность перемешивания оптимизируется при установлении равномерной температуры ванны.
Известен другой способ (патент Японии N 58-117852), в котором содержащую хром руду загружают в ванну расплавленного железа в конвертере с верхним и нижним дутьем. Мелкокусковая хромовая руда, флюсы и крупнокусковый кокс падают на поверхность расплава при одновременном слабом дутье кислорода через верхнее копье. Кокс, плавающий на поверхности шлака, частично сжигается этим кислородом, а оставшийся кокс втягивается в шлак за счет перемешивания, осуществляемого посредством кислорода и азота, вводимых через боковые дутьевые сопла и азота нижнего дутья. Циркуляция, осуществляемая инжектируемыми газами, передает тепло шлаку и металлу и дает возможность коксу восстановить окись хрома в шлаке.
Твердый питающий материал загружается в конвертер в течение периода плавки. Затем следует период окончательного восстановления, в течение которого не происходит загрузка твердого материала и кислород вводится только на поверхность ванны. Это окончательное восстановление снижает содержание хрома в шлаке и обеспечивает получение нержавеющей стали с содержанием хрома в пределах 20 - 32%.
Хотя в этом способе в процессе плавки не используется электроэнергия и можно использовать мелкокусковые руды, в нем необходимо использовать крупнокусковый кокс и каждый раз требуется загрузка расплавленного железа. Кроме того, этот способ пригоден только для производства сплава с низким содержанием хрома. Этот способ не дает возможность получать ценный высококачественный хромовый ферросплав.
Известен также другой способ (патент Японии N 59-107011), в котором мелкокусковую руду, содержащую хром, произвольно предварительно восстанавливают и затем подают в шахтную печь вместе с воздухом или обогащенным кислородом воздухом. В качестве твердого восстанавливающего материала используют крупнокусковый кокс, который загружают в шахтную печь сверху. Инжектируемая руда плавится перед фурмами, через которые она инжектируется и восстанавливается до металла при просачивании через слой кокса. Зона высокотемпературного восстановления печи увеличивается путем инжекции угля и газа, содержащего кислород, в шахтовую печь через второй ряд фурм, расположенных ниже фурм, через которые инжектируется руда.
Шлак и ферросплав выпускаются из основания печи. Было описано, что получались шлаки с содержанием хрома менее 0,6% и металлы с содержанием хрома в пределах 8 - 50%. Хотя в этом способе также не используется электроэнергия для плавки, он также зависит от использования крупнокускового кокса.
Известные способы имеют ряд следующих основных недостатков: трудности непосредственного использования мелкокусовой руды, необходимость использования дорогого кокса, использование в процессе плавки электроэнергии, одновременный контроль состояний окисления и металлических фаз и ограниченное использование химической энергии (восстанавливающий потенциал) и физической теплоты газообразных продуктов реакции внутри плавильного резервуара.
Хотя в некоторых известных способах были частично устранены некоторые из вышеуказанных недостатков, ни в одном из известных способов не устраняются одновременно все эти недостатки, как это имеет место в предлагаемом изобретении.
Известны способы образования жидкой ванны, содержащей в основном железо, окислы железа и образующие шлак материалы, в которых из окислов железа может восстанавливаться железо. В одном известном способе обеспечивается источник энергии путем инжекции в ванну углеродистого материала, несущего газа и защитного газа. По крайней мере часть топлива подвергается сжиганию. Газообразные продукты реакции вызывают перемешивание расплавленного материала в ванне, который выталкивается из ванны в переходную зону, находящуюся выше уровня ванны. В пространство над ванной инжектируется в виде струи или струй газ, содержащий кислород. Инжектируемый газ сжигается с газообразными продуктами реакции, освобождаемыми из ванны. Получаемые газы сталкиваются с расплавленным материалом в переходной зоне, тем самым энергия, генерируемая при последующем сжигании, передается расплавленному материалу в переходной зоне.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа плавки в ванне содержащего легирующий металл материала, например материала, содержащего хром, до получения, например, нерафинированной нержавеющей стали или ценного высококачественного хромового ферросплава, в котором не используется электроэнергия для процесса плавки и не требуется использование крупнокусковых или агломерированных материалов, содержащих легирующий металл.
Другой задачей этого изобретения является снижение или устранение требований для кокса.
Техническим результатом изобретения является большее использование химической энергии и физического тепла газообразных продуктов реакции внутри плавильного резервуара и является хорошее управление состояниями окисления шлаковых и металлических фаз.
Неожиданно было обнаружено, что жидкая ванна, содержащая в основном железо, описанная выше, может быть приспособлена для использования в производстве ферросплавов, например, феррохрома предлагаемым способом, описанным ниже.
Было обнаружено, что мелкокусковый материал, содержащий легирующий металл, может обрабатываться в такой жидкой ванне без необходимости какой-либо агломерации питающего материала.
Также было обнаружено, что может быть создана достаточно восстанавливающая окружающая среда для плавильного восстановления материала, содержащего легирующий металл с одновременным снижением или устранением требований, предъявляемых к коксу.
Другим изобретательским аспектом предлагаемого способа является то, что плавление материала, содержащего легирующий металл, возможно в процессе плавки в ванне, таким образом устраняя необходимость использования электроэнергии.
Изобретательским аспектом одного воплощения предлагаемого способа является легкость управления кислородным потенциалом жидкой ванны для непосредственного перехода хрома в шлак или металлическую фазу. В этой связи могут также использоваться флюсы.
Описываемый способ также дает значительную экономию в затратах энергии в результате большего использования химической энергии и физической теплоты газообразных продуктов реакции плавильного резервуара.
Это достигается тем, что в известном способе получения ферросплава, включающем формирование ванны расплава, загрузку с регулируемой скоростью материалов, содержащих легирующий металл и флюс, введение углеродсодержащего материала с регулируемой скоростью, подачу окислительного газа с регулируемой скоростью на поверхность и/или ниже поверхности расплава, подачу кислородсодержащего газа с регулируемой скоростью в газовое пространство над ванной расплава, дожигание горючих газов для использования тепла дожигания путем передачи к ванне расплава, регулирование окислительно-восстановительного потенциала, восстановительную обработку шлака, выпуск расплава ферросплава и шлака, причем осуществляют создание переходной зоны из газошлакометаллической эмульсии, ванну расплава формируют из расплава на основе железа или его производных, загрузку материала, содержащего легирующий металл и флюс, осуществляют вглубь ванны, введение углеродсодержащего материала осуществляют в ванну и/или газовое пространство над ванной, при этом выпускают ферросплав, восстановленный из металлической фазы, либо из шлаковой фазы.
Загружаемый материал предпочтительно вводить в газовое пространство над ванной после его предварительного нагрева.
Температуру в ванне поддерживают в пределах от 1300 до 1900oC, предпочтительно от 1400 до 1800oC, более предпочтительно от 1500 до 1700oC.
Горючие газы, отходящие газы дожигают с минимальной степенью сжигания от 40 до 60%.
В качестве вводимого в ванну углеродсодержащего материала могут использовать антрацит или битуминозный уголь.
Кислородсодержащий газ включает предварительно нагретый до 800 - 1300oC, предпочтительно до 1100 - 1300oC, воздух.
Струе кислородсодержащего газа желательно сообщить вихревое движение, а также направлять ее под углом 10 - 90o к поверхности ванны, находящейся в спокойном состоянии.
Предпочтительно поддерживать угол наклона струи кислородсодержащего газа в пределах от 30 до 90o.
Струю кислородсодержащего газа на расплавленный материал в переходной зоне желательно подавать со скоростью 30 - 200 м/с и передавать расплавленному материалу тепло, выделяющееся при последующем сжигании газообразных продуктов реакции.
В расплавленном материале содержание углерода поддерживают в пределах 3 - 12 мас.%, предпочтительно от 4 до 9 мас.%.
Описываемый способ возможно осуществлять в периодическом режиме, при этом материал, содержащий легирующий металл, загружают в ванну в течение менее 100% длительности периодического цикла, а в оставшееся время периодического цикла внутри ванны поддерживают восстановительные условия для снижения содержания легирующего металла в шлаке до низкого уровня.
При использовании материала с относительно низким процентным содержанием легирующего материала и при образовании металлической фазы, обедненной легирующим металлом, при поддержании умеренной окислительной окружающей среды в ванне, а шлаковой фазы, обогащенной этим металлом, желательно последнюю после отделения металлической фазы подвергать воздействию восстановительной окружающей среды до восстановления окислов легирующего металла и железа, содержащихся в шлаке, до образования ферросплава и выпуска его.
В качестве легирующего металла возможно использование хрома.
Описываемый способ дает возможность введения в жидкую ванну мелкокускового материала, содержащего легирующий металл.
В настоящем описании изобретения под термином "жидкая ванна" подразумевается жидкая ванна, включающая металлическую фазу, содержащую в основном железо и обычно шлаковую фазу.
В настоящем описании изобретения под термином "углеродистый материал" подразумевается любой материал на основе углерода, который может быть сожжен для получения подходящей высокой температуры и включает антрацит, каменный уголь или уголь, промежуточный между каменным и бурым, коксовый или паровичный уголь, лигнит или бурый уголь, тяжелые фракции перегонки нефти и природный газ. Лигнит или бурый уголь может быть уплотнен так, как описано в патенте Австралии N 561686.
Необходимо отметить, что, хотя в описываемом способе не требуется использования кокса или древесного угля, способ возможно осуществить с хорошими результатами даже в том случае, если в качестве углеродистого материала используется кокс или древесный уголь, полученный из лигнита и бурого угля.
Необходимо отметить, что предлагаемый способ охватывает случай, когда в ванну добавляется некоторое количество металлического лома, содержащего легирующий металл и/или заводской пыли. В ванну может также добавляться агломерированный материал, содержащий легированный металл, или композиты из материала, содержащего легирующий металл, и восстановителя.
В настоящем описании изобретения под термином "газ, содержащий кислород" подразумевается чистый кислород и газ, содержащий кислород, включая воздух и обогащенный кислородом воздух.
Следует отметить, что высокая степень энергетического выхода используемого угля получается путем сжигания горючего газа, который покидает жидкую ванну, над ванной таким образом, что возвращается много теплоты последующего сжигания в жидкую ванну без повторного окисления металлических или шлаковых фаз, содержащихся в ванне.
Материал, содержащий легирующий металл, может вводиться в жидкую ванну путем инжекции через свод плавильного резервуара или путем инжекции через фурмы ниже поверхности ванны или через оба этих места. Инжекция через свод может осуществляться через ту же самую фурму или фурмы, используемые для ввода газа, содержащего кислород. Аналогично, подобным образом могут инжектироваться любые необходимые флюсы или любой углеродистый материал. Было обнаружено, что, в частности, выгодно инжектировать через верхнюю фурму или фурмы материал, находящийся в нагретом состоянии.
Газ, содержащий кислород, может инжектироваться в пространство над ванной. Однако, если газ, содержащий кислород, также инжектируется в жидкую ванну для способствования быстрому восстановлению путем взаимодействия с углеродистым материалом, он должен инжектироваться через фурмы, приспособленные для выдерживания высокотемпературной окружающей среды, например, путем охлаждения и защиты природным газом. Если в качестве газа, содержащего кислород, используется воздух, предпочтительно, чтобы он был предварительно нагрет, например, до температуры 1200oC для предотвращения чрезмерного потребления угля.
Температура жидкой ванны должна поддерживаться в пределах 1300 - 1900oC, предпочтительно в пределах 1400 - 1800oC, более предпочтительно в пределах 1500 - 1700oC, для получения удовлетворительной скорости восстановления. Таким образом, важной особенностью этого изобретения является то, что для работы с жидкими шлаками температура жидкой ванны, вероятно, должна быть значительно выше температуры, имеющей место в известном способе производства железа (стали) посредством жидкой ванны.
Важной особенностью предлагаемого способа является то, что он может осуществляться при более низких температурах, чем встречающиеся при производстве железа, в этих условиях шлак может быть твердым при условии, что скорости нижней инжекции газа поддерживаются достаточно высокими для поддержания переходной зоны по крайней мере над частью поверхности ванны. При таких обстоятельствах шлак может удаляться механическим средством или температура шлака может повышаться во время выпуска шлака, так что он выпускается в расплавленном состоянии.
Согласно настоящему изобретению добавление углеродсодержащего материала в жидкую ванну регулируется таким образом, чтобы поддерживалось содержание углерода в расплавленном металлическом сплаве в пределах 3 - 12 вес.% и более предпочтительно в пределах 4 - 9 вес.%. Важной особенностью настоящего изобретения является требование, чтобы содержание растворенного углерода в жидкой ванне было выше, чем это имеет место в известном способе производства железа посредством жидкой ванны. Было обнаружено, что восстановление, например, материалов, содержащих хром, имеет более важные кинетические ограничения, чем в случае восстановления материалов на основе окислов железа. Это изобретение обеспечивает соответствующим образом восстанавливающие условия для быстрого расплавления материалов, содержащих легирующий металл, с получением ферросплава путем использования жидкой ванны с высоким содержанием углерода, указанным выше.
Окись углерода и водород в газах над жидкой ванной предпочтительно должны быть подвергнуты последующему сжиганию с минимальной степенью в пределах 40 - 60%. Степень последующего сжигания определяется как комбинированный объемный процент окиси углерода и водорода, оставляющих жидкую ванну, которые затем сжигаются в пространстве над ванной путем взаимодействия с газами, содержащими кислород, инжектированными в это пространство.
Для того чтобы шлак имел подходящую температуру плавления и соответствующую жидкотекучесть при этой температуре, в жидкую ванну могут добавляться флюсы. Флюсы могут также добавляться для уменьшения или минимизации степени вспенивания шлака внутри резервуара. Кроме того, флюсы могут добавляться для регулирования перехода легирующего металла в шлак и/или сплав.
Предлагаемый способ может осуществляться или непрерывно, или на периодической основе. При непрерывной работе расплавленный шлак и металл может удаляться непрерывно или периодически.
В одном воплощении этого изобретения сорт и/или соотношение легирующего металла и железа в питающем материале, содержащем легирующий металл, являются достаточно высокими, в результате будет получаться ферросплав с высоким содержанием легирующего металла, и, например, будет получаться ценный хромовый продукт с необходимостью незначительной дальнейшей обработки или даже без нее.
В другом воплощении этого изобретения используемый загружаемый материал представляет собой высокосортный материал, содержащий легирующий металл, и способ реализуется на периодической основе. В этом воплощении изобретения материал, содержащий легирующий металл, загружают в плавильный восстановительный резервуар в течение менее 100% длительности плавильного периода периодического цикла. В течение оставшегося времени плавильного периода периодического цикла внутри ванны поддерживают восстанавливающие условия без добавления питающего материала с целью снижения содержания легирующего металла в шлаке до низкого уровня. После этого периода восстановления шлака шлак содержит незначительное количество легирующего металла и он может идти в отходы. Кроме того, усиливается переход легирующего металла в металлическую фазу и, например, получается ценный высококачественный хромовый продукт.
В другом воплощении этого изобретения, если сорт и/или соотношение легирующего металла и железа питающего материала, содержащего легирующий металл, является слишком низким, невозможно непосредственно получить, например, ценный хромовый продукт. В этом воплощении изобретения необходимы дополнительные обработки получаемого продукта. Эти дополнительные обработки могут осуществляться в одном или нескольких резервуарах или в том же самом резервуаре, используемом для первоначального плавильного восстановления материала, содержащего легирующий металл. Если используется тот же самый резервуар, тогда способ реализуется на периодической основе. Примером такого способа является способ, содержащий операции a) плавления материала, содержащего легирующий металл, как описано в предшествующем воплощении изобретения для получения сплава с низким содержанием легирующего металла и отходного шлака, b) повышения кислородного потенциала ванны, которая включает сплав с низким содержанием легирующего металла из предыдущей операции, так что она слабо восстанавливает с тем, что окислить значительную часть легирующего металла, присутствующего в металлической фазе, вызывая переход этого легирующего металла в виде окислов в шлаковую фазу. Степень и длительность окисления ограничивается для ограничения количества железа, окисляемого с переходом в шлаковую фазу. Таким способом большая часть железа остается в металлической фазе и большая часть легирующего металла и железа шлаковой фазы является достаточной для получения, например, ценного хромового ферросплава после последующей обработки, включающей следующие операции: c) отделение металлической фазы, обедненной легирующим металлом, от шлака (металлическая фаза является продуктом, отвечающим требованиям рынка), и d) подвержение шлака, содержащего легирующий металл, воздействию восстанавливающей окружающей среды, так что большая часть окислов легирующего металла и железа в шлаке восстанавливатся до металлов и таким образом получают, например, ценный хромовый ферросплав и отходный шлак. В процессе осуществления этого способа может оказаться необходимым добавление флюсов для поддержания желаемых свойств шлака.
В еще одном воплощении изобретения, если сорт и/или соотношение легирующего металла и железа питающего материала являются слишком низкими для непосредственного получения ценного хромового продукта, например, может выполняться следующая последовательность операций: a/ управление работой жидкой ванны таким образом, чтобы осуществлялось слабое восстановление для восстановления сравнительно большего количества окислов железа, чем окислов легирующего металла в материале, содержащем легирующий металл, до соответствующих металлов, b/ отделение металлической фазы, обедненной легирующим металлом, от шлака, содержащего легирующий металл /металлическая фаза является продуктом, отвечающим требованиям рынка/, c/ подвержение шлака, содержащего легирующий металл, воздействию восстанавливающей среды так, что большая часть окислов легирующего металла и железа в шлаке восстанавливаются до металлов и таким образом получают, например, ценный хромовый ферросплав и отходный шлак. В процессе осуществления этого способа может оказаться необходимым добавление флюсов для получения желаемых свойств шлака. Это восстановление шлака может осуществляться в том же самом резервуаре, который использовался для первоначального плавильного восстановления материалов, содержащих легирующий металл, при условии, что в резервуаре остается достаточное количество металлической фазы и шлака.
Термин "слабое восстановление" является относительным. Он означает, что окислительный потенциал ванны был увеличен относительно "восстановительного" потенциала ванны.
Специфическое воплощение изобретения обеспечивает производство нерафинированной нержавеющей стали, которая может содержать хром в пределах 10 - 32%.
Питающий материал, загружаемый в печь, может быть материалом, содержащим легирующий металл, в виде мелких частиц, крупных кусков, гранул или композитов из руды или концентрата, комбинированных с флюсами и/или восстановителем. Питающий материал может загружаться в печь в необработанном виде, после сушки, после предварительного нагревания или после предварительного нагревания и частичного предварительного восстановления. Питающий материал может загружаться в печь в горячем виде, неся с собой большую часть тепловой энергии, получаемой от любого предварительного нагревания, или его температура может быть равной окружающей температуре или близкой к ней.
Предпочтительно, из экономических соображений, чтобы углеродсодержащим материалом, инжектируемым в ванну, был антрацит или каменный уголь, что является важным преимуществом предлагаемого способа. Этот углеродсодержащий материал обычно должен транспортироваться и инжектироваться через фурмы пневматическим образом в инертном несущем газе, например азоте. Газ, содержащий кислород, такой как воздух, может инжектироваться в ванну через фурмы, а восстановительный газ, например природный газ может вводиться через те же самые фурмы вокруг газа, содержащего кислород, для обеспечения защиты для фурмы, таким образом предотвращая чрезмерное повышение температуры в близкой окрестности фурм. Вследствие инжекции этих материалов в ванну происходит частичное сжигание углеродистого материала, тем самым удовлетворяются некоторые из тепловых требований технологического процесса и генерируются газовые продукты реакции. Эти газовые продукты реакции являются продуктами частичного сжигания углеродистого материала и любых защитных газов вместе с любым инертным или сравнительно инертным несущим газом. Подходящими несущими газами являются главным образом аргон, азот, окись углерода, двуокись углерода, водород и водяной пар.
Момент, создаваемый газами, инжектируемыми в ванну, и выделение газовых продуктов реакции изнутри ванны приводит к эффективному перемешиванию ванны. Выход этих газов из жидкой ванны в пространство над ванной приводит к выталкиванию расплавленного материала из ванны в переходную зону, находящуюся выше уровня ванны. Если бы материалы инжектировались из места над ванной, в этом случае необходимо было бы инжектировать некоторое количество газа в ванну для обеспечения необходимого перемешивания внутри ванны и для выталкивания достаточного количества расплавленного материала ванны в переходную зону для перемешивания шлака и для теплопередачи. Предпочтительно, чтобы газ, содержащий кислород, инжектируемый в пространство над переходной зоной, содержал воздух, предварительно нагретый до температуры в пределах 800 - 1300oC. В частности, предпочтительно, чтобы по крайней мере 60% от необходимого количества кислорода для технологического процесса инжектировалось в виде струи или струй газа, содержащего кислород, в пространство над переходной зоной. Затем газообразные продукты реакции, выделяемые из ванны в это пространство, впоследствии сжигаются с газом, содержащим кислород. Таким образом, полученные газы входят в контакт с расплавленным материалом в переходной зоне. Тем самым тепло, генерируемое при последующем сжигании газов, переносится к расплавленному материалу в переходной зоне.
Далее предпочтительно, чтобы струе или струям газа, содержащим кислород, сообщалось вихревое движение в жидкой связи с пространством над переходной зоной перед инжекцией газа, содержащего кислород, в это пространство. Газообразные продукты реакции, выделяемые из ванны в пространство, сжигаются вместе со струей или струями завихряющегося газа, содержащего кислород, инжектируемого в пространство. Таким образом, полученные газы входят в контакт с расплавленным материалом в переходной зоне, тем самым энергия, выделяемая при последующем сжигании передается расплавленному материалу в переходной зоне.
Термин "вихревое движение", используемый в этом описании изобретения в отношении струи газа, содержащего кислород, означает, что газ, содержащий кислород, имеет вращательную составляющую вокруг оси, параллельной направлению перемещения струи газа.
Кроме того, предпочтительно, чтобы газы, содержащие кислород, инжектировались в пространство над переходной зоной через кольцевое отверстие или отверстия.
Хотя отверстия могут иметь полую коническую форму, они могут также принимать любую подходящую геометрическую форму, например быть кольцевыми щелевыми фурмами, такими как круглые или эллиптические щелевые фурмы, принимать любые другие изогнутые формы и угловые формы, такие как треугольники, прямоугольники, параллелограммы или многоугольники.
Предпочтительно, чтобы угол установки каждой из фурм, через которые инжектируется газ, содержащий кислород, в пространство над переходной зоной, был в пределах 10 - 90o к спокойной поверхности ванны, предпочтительно в пределах 30 - 90o.
Также предпочтительно, чтобы газообразные продукты реакции выделяемые из ванны, сжигались вместе со струей или струями газа, содержащего кислород, который инжектируется в пространство над переходной зоной. Таким образом, полученные при последующем сжигании газы должны попадать на расплавленный материал в переходной зоне со скоростью в диапазоне от 30 до 200 м/с. Таким образом, тепло, выделяющееся при последующем сжигании, передается расплавленному материалу в переходной зоне.
Совершенно очевидно, что изобретение не ограничивается описанными выше воплощениями.
Реферат
Изобретение относится к металлургии и может быть использовано в ферросплавном производстве. Согласно способу вглубь ванны расплава на основе железа или его производных загружают с регулируемой скоростью материалы, содержащие легирующий металл и флюс. Введение углеродсодержащего материала в ванну и/или газовое пространство над ванной осуществляют с регулируемой скоростью. Подачу окислительного газа осуществляют с регулируемой скоростью на поверхность и/или ниже поверхности расплава. Кислородсодержащий газ подают в газовое пространство над ванной расплава с регулируемой скоростью. Тепло дожигания горючих газов используют путем передачи его к ванне расплава. Также осуществляют регулирование окислительно-восстановительного потенциала, восстановительную обработку шлака, выпуск расплава ферросплава, восстановленного из металлической фазы либо из шлаковой фазы, и шлака. Изобретение позволяет достичь снижения энергозатрат, устранить использование электроэнергии за счет использования химической энергии и физической теплоты газообразных продуктов реакции плавильного агрегата. 17 з.п.ф-лы.
