RU2059011C1

RU2059011C1 - Method to melt ferrocilicon out in closed ore-thermal electrical furnaces

Info

Publication number: RU2059011C1
Application number: RU92005726A
Authority: RU
Inventors: Н.В. Толстогузов; В.Н. Толстогузов; С.С. Жиляков; В.А. Матвиенко; В.И. Кулинич; О.Е. Привалов
Original assignee: АО "Кузнецкие ферросплавы"
Priority date: 1992-11-10
Filing date: 1992-11-10
Publication date: 1996-04-27

Abstract

FIELD: ferrous metallurgy, production of ferroalloys in closed ore-thermal electrically heated furnaces. SUBSTANCE: part of charge, loaded through arch in furnace central zone under stoichiometric ratio between quartzite and coke usage, has excess of iron cuttings, and part of charge, loaded around electrodes under stoichiometric ratio between quartzite and reducer usage, has shortage of iron cuttings. EFFECT: improved process. 3 cl

Description

Изобретение относится к черной металлургии и может быть использовано при производстве ферросплавов в дуговых РТП. The invention relates to ferrous metallurgy and can be used in the production of ferroalloys in arc RTP.

Сплавы с повышенным содержанием кремния все больше производятся в закрытых руднотермических электропечах (РТП). Плавка в закрытых РТП позволяет в сотни раз уменьшить количество очищаемого газа, а следовательно и затраты на строительство и эксплуатацию очистных сооружений. Кроме этого плавка в закрытых печах позволяет полезно использовать химическую энергию колошникового газа, которая равноценна почти половине израсходованной на плавку электроэнергии (Рысс М.А. Производство ферросплавов. М. Металлургия, 1975, с.51). Alloys with a high silicon content are increasingly being produced in closed ore-thermal electric furnaces (RTP). Smelting in closed RTP allows hundreds of times to reduce the amount of gas to be purified, and therefore the cost of construction and operation of treatment facilities. In addition, smelting in closed furnaces makes it possible to use the chemical energy of blast furnace gas, which is equivalent to almost half of the energy consumed for smelting (Ryss M.A. Production of ferroalloys. M. Metallurgy, 1975, p.51).

Наиболее близким к заявляемому является способ загрузки шихты через воронки вокруг электродов, по которому основная часть шихты загружается непрерывно в воронки вокруг электродов и содержит лишь 80-98% углеродистого восстановителя от необходимого, а остальную часть восстановителя подают периодически по периферии воронок так, чтобы она в ходе проплавления шихты ссыпалась в основания конусов [2]
Подобный способ загрузки шихты в руднотермическую печь (РТП) позволяет в какой-то мере компенсировать последствия значительной сегрегации шихты, которая наблюдается при эксплуатации закрытых сверхмощных РТП 63 МВА, в результате которой значительная часть кварцита в соответствии с законами механики движения насыпных грунтов, особенно его наиболее крупная часть концентрируется у основания конусов шихты, поступающей в печь через воронки. В результате этого шихта, поступающая в центр РТП, всегда содержит избыток кварцита. Подача части кокса порциями по периферии воронок позволяет частично устранить этот недостаток загрузки шихты в сверхмощную РТП. Однако и при таком способе загрузки шихты неудовлетворительно работает центр РТП. Шихта в центре печи спекается, что приводит к повышенному выносу в подсводовое пространство монооксида кремния SIO газ. Все это вызывает частые простои печи, особенно при плавке ФС65, для очистки подсводового пространства РТП от пыли и способствует понижению ее производительности. В сверхмощных РТП последнему способствует и сегрегация шихты, в результате которой в центре печи концентрируется шихта с заметным избытком кварцита.Closest to the claimed is a method of loading the charge through the funnels around the electrodes, in which the bulk of the charge is continuously loaded into the funnels around the electrodes and contains only 80-98% of the carbon reducing agent from the required, and the rest of the reducing agent is fed periodically around the periphery of the funnels so that it during the penetration of the mixture was poured into the base of the cones [2]
A similar method of loading the charge into the ore-thermal furnace (RTP) allows to compensate to some extent the consequences of the significant segregation of the charge, which is observed during operation of closed heavy-duty RTP 63 MVA, as a result of which a significant part of quartzite is in accordance with the laws of mechanics of motion of bulk soils, especially its most a large part is concentrated at the base of the cones of the mixture entering the furnace through funnels. As a result of this, the charge entering the center of the RTP always contains an excess of quartzite. The supply of part of the coke in portions along the periphery of the funnels partially eliminates this disadvantage of loading the charge into a heavy-duty RTP. However, even with this method of loading the charge, the RTP center does not work satisfactorily. The mixture in the center of the furnace is sintered, which leads to increased removal of SIO gas into the subwater space of silicon monoxide. All this causes frequent downtime of the furnace, especially when FS65 is melted, for cleaning dust from the underwater space of the RTP and helps to reduce its productivity. In heavy-duty RTP, the latter is also promoted by the segregation of the charge, as a result of which the charge is concentrated in the center of the furnace with a noticeable excess of quartzite.

Целью изобретения является улучшение схода шихты, уменьшение простоя в печи, связанные с чисткой подсводового пространства от налетов и технологической пыли, и повышение производительности РТП и содержания кремния в сплаве, выплавляемом в закрытой РТП. The aim of the invention is to improve the descent of the charge, reducing downtime in the furnace associated with cleaning the underwater space from deposits and process dust, and increasing the productivity of the RTP and the silicon content in the alloy smelted in a closed RTP.

Цель достигается тем, что через воронки вокруг электродов в печь загружается лишь часть шихты, а другая часть подается с помощью течки непосредственно под свод РТП, при этом шихта, загружаемая через воронки при стехиометрическом соотношении между расходом кварцита и восстановителя, дозируется с недостатком железной стружки, а шихта, загружаемая под свод РТП через центральную течку, со значительным избытком железной стружки. The goal is achieved in that only part of the charge is loaded into the furnace through the funnels around the electrodes, and the other part is fed by heat directly under the RTD arch, while the charge loaded through the funnels at a stoichiometric ratio between the quartzite and reducing agent flow rate is dosed with a lack of iron shavings, and the charge loaded under the arch of the RTP through the central estrus, with a significant excess of iron shavings.

Цель достигается также тем, что в зависимости от концентрации в сплаве кремния (марки ферросилиция) содержание железной стружки в шихте, загружаемой через воронки, составляет 0,5-0,6 от стехиометрического, а в подаваемой под свод в 2-3,0 раза более стехиометрического, а расход шихты через центральную течку составляет 20-30% от всего расхода на плавку. The goal is also achieved by the fact that, depending on the concentration in the silicon alloy (grade of ferrosilicon), the content of iron shavings in the charge loaded through funnels is 0.5-0.6 of the stoichiometric, and in the supplied under the arch, by 2-3.0 times more stoichiometric, and the charge flow through the central estrus is 20-30% of the total consumption for melting.

При подобном составе шихты в центральной части создаются очень благоприятные условия для разрушения карбида кремния каплями железа (чугуна), которые, стекая практически с поверхности колошника, смывают с поверхности кусков кокса карбид кремния, разрушая его сначала по экзотермической реакции
5Fe + 3SiC_т Fe₅Si_3(ж) + 3C, (1) а при более высоких температурах по реакции
Fe₅Si₃ + 2SiC_т 5FeSi_ж + 2C (2) В результате в центре печи повышается газопроницаемость, сход шихты становится более равномерным, а потери SiO газ устраняются, так как степень его улавливания по реакции
SiO_газ + 2С SiC_т + CO (3) растет как за счет разблокирования поверхности кокса, так и выделения углерода по реакциям (1) и (2). Как при плавке ФС45, так и ФС65 и ФС70, извлечение кремния повышается. Создаются также благоприятные условия для выплавки в закрытых печах более трудного сплава ФС75.With such a composition of the charge in the central part, very favorable conditions are created for the destruction of silicon carbide by droplets of iron (cast iron), which, draining almost from the top surface, wash silicon carbide from the surface of coke pieces, destroying it first by an exothermic reaction
5Fe + 3SiC _t Fe ₅ Si _{3 (g)} + 3C, (1) a at higher temperatures according to the reaction
Fe ₅ Si ₃ + 2SiC _t 5FeSi _W + 2C (2) As a result, the gas permeability in the center of the furnace increases, the charge convergence becomes more uniform, and SiO gas losses are eliminated, since the degree of its capture by reaction
SiO _gas + 2C SiC _t + CO (3) grows both due to the unblocking of the coke surface and carbon evolution by reactions (1) and (2). As with the melting of FS45 and FS65 and FS70, the extraction of silicon increases. Favorable conditions are also created for the smelting of the more difficult alloy FS75 in closed furnaces.

Повышение газопроницаемости шихты и степени улавливания SiO газ в центре печи вместе с этим приводит к тому, что значительная часть газовой фазы, образующейся в подэлектродных зонах, покидает печь через шихту в центре печи. Это, а также более высокие температуры в подэлектродных зонах, более низкая концентрация SiO газ, связанная с интенсивным его расходованием по реакции
SiO_газ + SiC_т 2Si_(ж) + CO (4) более интенсивный сход шихты и отсутствие ее спекания, всегда наблюдаемые в этих зонах, приводит к тому, что улучшается, делается более стабильным сход шихты и в приэлектродных зонах. В результате колошник печи во всех его зонах становится более холодным.An increase in the gas permeability of the charge and the degree of capture of SiO gas in the center of the furnace together with this leads to the fact that a significant part of the gas phase formed in the sub-electrode zones leaves the furnace through the charge in the center of the furnace. This, as well as higher temperatures in the sub-electrode zones, a lower concentration of SiO gas, associated with its intensive consumption of the reaction
SiO _gas + SiC _t 2Si _(g) + CO (4) more intensive convergence of the mixture and the absence of sintering, which are always observed in these zones, leads to better and more stable convergence of the mixture in the near-electrode zones. As a result, the furnace top in all its zones becomes colder.

Расход железной стружки в навеске шихты, загружаемой через воронки вокруг электродов, определяется составом выплавляемого сплава, мощностью и геометpическими параметрами РТП. Так с увеличением диаметра распада электродов и увеличением диаметра применяемого электрода, при постоянных других параметрах РТП доля шихты, проплавляемой через воронки, уменьшается. При постоянстве указанных параметров повышение мощности РТП наоборот увеличивает долю шихты, проплавляемую вокруг электродов (загрузка через воронки). Повышение концентрации кремния в сплаве и, следовательно, уменьшение в шихте удельной доли железной стружки замедляет сход шихты в центре, увеличивая ее долю через воронки вокруг электродов РТП. Так, например, при хорошем сходе и d_д 1000 мм увеличение d_р от 2,5 d_д до 3,5 d_д увеличивает долю шихты, проплавляемой в центре (загрузка под свод через центральную течку) в 4,5 раза от 0,26 до 1,18 (в долях от шихты, загружаемой через воронки), а при d_д 2 м только в 3,4 раза (от 0,86 при d_р 2,5 d_д до 2,9 доли при d_р 3,5 d_д). В тех же условиях повышение мощности РТП в два раза увеличивает долю шихты, потребляемой в центре РТП в 4 раза, а повышение концентрации кремния в сплаве наоборот при обычной плавке уменьшает сход шихты в центре РТП. Поэтому, как величина избытка железной стружки по отношению к стехиометрическому ее расходу, так и соотношение между количеством шихты, загружаемой в центр, хотя и связаны между собой необходимостью получения стандартного по содержанию кремния сплава, не могут быть определены расчетом. На печах малой мощности потребность в шихте в центре РТП по указанным причинам невелика (для печей 16,5 МВА 1 навеска на 4-8 навесок в воронки к электродам), тогда как для больших РТП она достигает значительной величины (для РТП 63 МВА примерно 0,5-0,6 навесок на одну к электродам). Принятое соотношение 2-4 колоши к электродам 1 колоша в центре, поэтому обеспечивает оптимальные условия для плавки в применяемых в настоящее время закрытых РТП мощностью 21-63 МВА. При подобном соотношении оптимальные показатели получаются при расходе стружки в шихту, загружаемую под свод, для наиболее часто выплавляемых в закрытых печах сплавов ФС45, ФС50 и ФС65 и 2-3 раза больше стехиометрической при доле стружки в шихту, загружаемую в воронки примерно 0,5-0,6 от стехиометрического. При подобном же соотношении между составляющими в закрытых РТП могут выплавляться и другие сплавы, например ФС70 и ФС75.The consumption of iron shavings in the sample charge, loaded through funnels around the electrodes, is determined by the composition of the alloy to be smelted, the power and geometric parameters of the RTP. So with an increase in the diameter of the decay of the electrodes and an increase in the diameter of the applied electrode, with constant other parameters of the RTD, the proportion of the charge melted through the funnels decreases. If these parameters are constant, an increase in the power of the RTP, on the contrary, increases the fraction of the charge melted around the electrodes (loading through funnels). An increase in the concentration of silicon in the alloy and, consequently, a decrease in the charge of the specific fraction of iron chips slows down the gathering of the mixture in the center, increasing its share through the funnels around the RTP electrodes. So, for example, with a good descent and d _d 1000 mm, an increase in d _p from 2.5 d _d to 3.5 d _d increases the proportion of the charge melted in the center (loading under the arch through the central estrus) by 4.5 times from 0, 26 to 1.18 (in shares from the charge loaded through funnels), and when d _d 2 m only 3.4 times (from 0.86 when d _p 2.5 d _d to 2.9 shares when d _p 3 , 5 d _d ). Under the same conditions, an increase in the power of the RTP doubles the share of the charge consumed in the center of the RTG by 4 times, and an increase in the concentration of silicon in the alloy, on the contrary, during normal melting reduces the convergence of the charge in the center of the RTG. Therefore, both the amount of excess iron shavings with respect to its stoichiometric flow rate, and the ratio between the amount of charge loaded to the center, although they are related to the need to obtain a standard alloy with a silicon content, cannot be determined by calculation. For low-power furnaces, the need for a charge in the center of the RTP is small for the indicated reasons (for 16.5 MVA furnaces, 1 hitch for 4-8 hanging in the funnel to the electrodes), while for large RTP it reaches a significant value (for RTP of 63 MVA, approximately 0 , 5-0.6 pieces per one to the electrodes). The accepted ratio of 2-4 spikes to electrodes of 1 spike in the center, therefore, provides optimal conditions for smelting in currently used closed circuit breakers with a capacity of 21-63 MVA. With a similar ratio, the optimal performance is obtained when the chips are consumed in the charge loaded under the vault, for the alloys FS45, FS50 and FS65 most often smelted in closed furnaces, and 2-3 times more stoichiometric when the proportion of chips in the charge loaded into the funnels is about 0.5- 0.6 from stoichiometric. With a similar ratio between the components, closed alloys can melt other alloys, for example, FS70 and FS75.

При меньшем, чем 2 отношении фактического расхода стружки в центр ТРП и соответственно большем, чем 0,6 в воронки по отношению к стехиометрическому, спекание шихты в центре РТП, особенно при плавке ФС65 и ФС75, полностью не устраняется. При большем, чем 3 отношении расхода стружки по отношению к стехиометрическому в центр (и соответственно меньшем 0,5 к электродам) металл может стать не стандартным по концентрации кремния, а при плавке ФС45 могут возникать трудности и с подачей шихты с повышенным расходом стружки через центральную течку. With less than 2 ratios of the actual consumption of chips to the center of the TRP and, accordingly, greater than 0.6 in the funnel with respect to the stoichiometric, sintering of the charge in the center of the RTP, especially when melting FS65 and FS75, is not completely eliminated. With a greater than 3 ratio of chip consumption to the stoichiometric to the center (and, accordingly, less than 0.5 to the electrodes), the metal may become non-standard in silicon concentration, and when FS45 is melted, difficulties may also arise in supplying a mixture with an increased chip consumption through the central estrus.

Способ реализуется в условиях плавки в закрытых печах мощностью 21-63 МВА следующим образом. The method is implemented in the conditions of melting in closed furnaces with a capacity of 21-63 MVA as follows.

П р и м е р 1. Плавка сплава ФС65 в условиях закрытой печи РКЗ-63 реализуется следующим образом. В воронки вокруг электродов загружается шихта, состоящая из 300 кг кварцита, 33-37 кг железной стружки и 155-170 кг восстановителя влажностью 8-15% (в пересчете на кокс), а под свод в центр РТП шихта и 300 кг кварцита, 132-144 кг стружки и 155-170 кг кокса той же влажности, при этом на каждые 2 навески в воронки под свод загружается одна. Расход шихты через воронки вокруг электродов и под свод контролируется, а ее состав во избежание получения не стандартного по кремнию сплава периодически корректируется добавками шихты с повышенным расходом стружки в центр (при замедленном сходе шихты через центральную течку) или шихту с пониженным расходом стружки также в центр при излишне быстром ее сходе с центральной течке. PRI me R 1. Smelting alloy FS65 in a closed furnace RKZ-63 is implemented as follows. A charge consisting of 300 kg of quartzite, 33-37 kg of iron shavings and 155-170 kg of reducing agent with a moisture content of 8-15% (in terms of coke) is loaded into the funnels around the electrodes, and a charge and 300 kg of quartzite under the arch to the center of the RTP, 132 -144 kg of shavings and 155-170 kg of coke of the same moisture content, while for every 2 samples in the funnels under the arch one is loaded. The charge flow through the funnels around the electrodes and under the arch is controlled, and its composition is periodically corrected to avoid obtaining a silicon-non-standard alloy by the addition of a charge with an increased consumption of chips to the center (with a slower flow of the charge through a central chute) or a charge with a reduced consumption of chips also to the center with its excessively fast descent from the central estrus.

Выпуск сплава из РТП производится в ковш энергичной струей 4 раза в смену. Показатели плавки при этом изменяются следующим образом. Alloy from RTP is produced into the bucket with an energetic jet 4 times per shift. The indicators of heat in this case are changed as follows.

По изобретению По обычной технологии
Содержание
кремния, мас. 64-67 65-66,5
Извлечение примерно
кремния 95% 91-92
Простои для очистки
подсводового
пространства, 4-8 11
Расход электро-
энергии, кВтч/т 7200 7680
Сход шихты в центре Равномерный Центр РТП не работает,
и вокруг электродов без обвалов шихта спекается
П р и м е р 2. Плавка сплава ФС65 в условиях закрытой печи РКЗ-33 реализуется следующим образом. В воронки вокруг электродов загружается шихта, состоящая из 300 кг кварцита, 33-37 кг железной стружки и 155-170 кг восстановителя (влажность 8-15% ) в пересчете на кокс, а под свод в центр печи шихта из 300 кг кварцита, 155-180 кг железной стружки и 155-170 кг восстановителя той же влажности. На 1 навеску под свод загружается в среднем 3 навески через воронки у электродов. При замедлении схода шихты в течке или через воронки шихта периодически корректируется. Сплав выпускается в ковш 4 раза в смену. Показатели плавки при этом следующие:
По изобре- По обычной
тению технологии
Содержание
кремния, мас. 64,5-66,5 65-66,5
Извлечение примерно
кремния, 95,2 91-92
Простои горячие
(чистка подсводо-
вого простран-
ства), 3 8
Расход электро-
энергии, кВтч/т 7130 7650
Центр печи Рыхлый, Не рабо-
шихта тает
сходит
равно-
мерно
П р и м е р 3. Плавка сплава ФС70 в условиях печи РКЗ-20 реализуется следующим образом. В воронки вокруг электродов загружается шихта, состоящая из 300 кг кварцита, 30 кг железной стружки и 155-170 кг кокса (W_р 8-15%), а под свод через центральную течку из 300 кг кварцита, 175 кг железной стружки и 155-170 кг кокса. На 1 колошу шихты под свод в воронки подается 4 колоши. В случае несоответствия расходов шихта, подаваемая под свод, периодически корректируется. Выпуск сплава производится 4 раза в смену в ковш. Сплав после и во время выпуска рафинируется сидеритом и кислородом. Показатели плавки при этом следующие:
По изобре- По обычной
тению технологии
Содержание
кремния, мас. 69,5-73,0 70-72
Извлечение примерно
кремния, 92,5 89,1-90,0
Простои печи
горячие (чистка
под сводом), 4,5 9
Расход электро-
энергии, кВтч/т 7900 8250
Центр печи Рыхлый, Не рабо-
не спека- тает
ется, схо-
дит равно-
мерно
Предлагаемый способ по сравнению с прототипом позволяет получить следующие преимущества: разрыхлить шихту в центре печи, сделать центр печи активно работающим; для сверхмощной печи РКЗ-63 практически полностью устранить сегрегацию шихты в центральной части печи; уменьшить расход электроэнергии и на 5-6% повысить производительность закрытых РТП не менее чем на 4-10% уменьшить горячие простои РТП, связанные с чисткой подсводового пространства от налетов и технологической пыли.According to the invention According to conventional technology
Content
silicon, wt. 64-67 65-66.5
Approximately
silicon 95% 91-92
Downtime for cleaning
subwater
spaces, 4-8 11
Electric consumption
energy, kWh / t 7200 7680
The gathering of the charge in the center Uniform Center RTP does not work,
and around the electrodes without landslides, the mixture is sintered
PRI me R 2. Melting alloy FS65 in a closed furnace RKZ-33 is implemented as follows. A charge consisting of 300 kg of quartzite, 33-37 kg of iron chips and 155-170 kg of reducing agent (humidity 8-15%) in terms of coke is loaded into the funnels around the electrodes, and a charge of 300 kg of quartzite under the arch in the center of the furnace is 155 -180 kg of iron shavings and 155-170 kg of reducing agent of the same humidity. An average of 3 samples are loaded per 1 sample under the arch through funnels at the electrodes. When slowing down the charge in estrus or through funnels, the charge is periodically adjusted. The alloy is produced in the bucket 4 times per shift. The melt indicators are as follows:
By picture- By usual
technology tendency
Content
silicon, wt. 64.5-66.5 65-66.5
Approximately
silicon, 95.2 91-92
Downtime hot
(cleaning sub-water
space
), 3 8
Electric consumption
energy, kWh / t 7130 7650
Center furnace Loose, Not working
the charge is melting
coming off
equally-
measuredly
PRI me R 3. Smelting alloy FS70 in the conditions of the furnace RKZ-20 is implemented as follows. A charge consisting of 300 kg of quartzite, 30 kg of iron chips and 155-170 kg of coke (W _p 8-15%) is loaded into the funnels around the electrodes, and 300 kg of quartzite, 175 kg of iron chips and 155- 170 kg of coke. For 1 head of charge under the arch, 4 heads are fed into the funnels. In case of inconsistency of expenses, the charge supplied under the arch is periodically adjusted. The alloy is produced 4 times per shift in the bucket. The alloy after and during the release is refined with siderite and oxygen. The melt indicators are as follows:
By picture- By usual
technology tendency
Content
silicon, wt. 69.5-73.0 70-72
Approximately
silicon, 92.5 89.1-90.0
Furnace downtime
hot (cleaning
under the arch) 4.5 9
Electric consumption
energy, kWh / t 7900 8250
Center furnace Loose, Not working
not sintering
it seems
is equal
measuredly
The proposed method in comparison with the prototype allows you to get the following advantages: to loosen the mixture in the center of the furnace, to make the center of the furnace actively working; for the RKZ-63 heavy-duty furnace, the segregation of the charge in the central part of the furnace is almost completely eliminated; reduce power consumption and increase the productivity of closed RTGs by 5–6% by at least 4–10%; reduce hot RTD downtimes associated with cleaning the underwater space from raids and technological dust.

Claims

1. METHOD FOR Smelting Ferrosilicon in Closed Ore Thermal Furnaces, including loading into the furnace through the arch of a charge consisting of quartzite, coke, iron shavings and a reducing agent around the electrodes, its continuous melting and release of the alloy into the ladle, characterized in that part of the charge is loaded in the central zone of the furnace with a stoichiometric ratio of the flow rate of quartzite and coke, contains an excess of iron chips, and part of the charge loaded around the electrodes with a stoichiometric ratio of the flow rate of quartzite and reducing agent lack of iron shavings.

2. The method according to p. 1, characterized in that, with a stoichiometric ratio of the flow rate of quartzite and coke, the charge loaded around the electrodes contains iron chips 0.5 0.6 stoichiometric flow rate, and the charge loaded under the arch in the central zone of the furnace contains 2 3- multiple excess of iron shavings from stoichiometric flow rate.

3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that the charge flow around the electrodes in the amount of 2 to 4 times the flow rate of the charge supplied directly under the arch in the Central zone of the furnace.