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

УДК 669.187.2-932.2

НЕПРЕРЫВНЫЙ ПЕРЕПЛАВ МЕТАЛЛИЗОВАННЫХ И ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ ОКАТЫШЕЙ В РУДНОТЕРМИЧЕСКОЙ ПЕЧИ С ПОЛУЧЕНИЕМ ПОЛУПРОДУКТОВ

К.К. Каскин

CONTINUOUS REMELTING OF METALLIZED IRON ORE PELLETS IN AN ORE-THERMAL FURNACE FOR OBTAINING THE SEMI-PRODUCT MATERIAL

K.K. Kaskin

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

Ключевые слова: степень восстановления, некондиционная хромовая руда.

The paper describes the possibility of obtaining the alloyed semi-product material containing vanadium, chromium, nickel with high contents of alloying elements from a metallized iron ore pellets.

Keywords: degree of recovery, substandard chromium ore.

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 МВА 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/8Ю2 = 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 кВтч и увеличивался до 920 кВтч/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 кВтч.

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 (СаО+МяО)% 8іО2% Уд. расх. эл. энерг., МВтч/т

С 8 8І Сг № V ТІ

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 ,8 -1 ,3 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 %; У205 - 0,57 %; ТЮ2 -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 % У205 и 8,20 % ТЮ2 был получен металл состава: V - 2,3 %; С - 2,66 %; Мп - 0,50 %; 8 - 0,023 %; Р - 0,025 %; 81 - 0,09 %; Т - 0,03 %. Полученные результаты свидетельствуют о том, что при переплаве МЖРС из титано-магнетитов с высоким содержанием ТЮ2 и содержащих ванадий, регулируя количество восстановителя и состав шлака, можно перевести основное количество ТЮ2 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 % Сг2О3. 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 Сг2О3 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 Сг2О3 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 %.

Серия «Металлургия», выпуск 18

83

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 Сг2Оз в шлаке на второй кампании достигает до 4,5 %, на третьей 2,4 %, а содержание БеО 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)/SiO2 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.

Литература

1. Кёнси, X. Производство стали из губчатого железа в электрошлаковой печи сопротивления / X. Кёнси, Г. Рази // Чёрные металлы. - 1977. -№ 1. - С. 13-18

2. Rath, G. Continious steel Production with iron sponde in Electro-Slag Resistence Process (ESW Process) / G. Rath, H. Konig // Huttenmmnische Monatshefte. - 1978. - Bd. 123, № 11. - S. 384-389.

3. 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.

4. Кадарметов, А.Х. Непрерывный переплав металлизованных окатышей в руднотермической печи /А.Х. Кадарметов, К.К. Каскин, А.Н. Учаев // Металлург. - 1986. - № 3.

Поступила в редакцию 13 марта 2012 г