ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА, СТАЛИ И ФЕРРОСПЛАВОВ (ИТС 26-2022)

- контроль параметров и управление электрическим режимом плавки с учётом

технологических факторов и реактора электропечи;

- контроль параметров и управление весодозирующим комплексом;

- контроль параметров и управление системами подачи альтернативных

источников тепла и вспенивания шлака;

- контроль состояния и управление механизмами печи, трансформатора и

переключателя ступеней напряжения;

- расчёт количества и управление подачей в печь кислорода для продувки

металла и твёрдых окислителей;

- контроль параметров водоохлаждаемых элементов печи;

- контроль параметров и управление системой удаления и очистки газов;

- вывод данных на монитор оператора, визуализация процесса плавки, передача

и получение данных по системе ввода/вывода и пр.

2.5.2 Выплавка стали

Подготовка шихтовых материалов

В настоящее время перечень шихтовых и всевозможных материалов,

используемых при выплавке стали в электропечах, весьма широк. Он включает в себя

металлический лом, чугун, ферросплавы, шлакообразующие, огнеупоры и ряд других.

Металлолом, доля которого в металлошихте может достигать 95 %, в ряде

случаев является препятствием для выплавки отдельных марок стали, так как содержит

медь, олово и другие примеси. Эта проблема решается селекцией видов металлолома

и разбавлением металлошихты «первородной» шихтой: металлизованными окатышами

или горячебрикетированным железом, чугуном

Металлолом в копровом цехе заранее сортируют по видам. Каждый вид

характеризуется своим насыпным весом, максимальной толщиной и весом одного куска,

содержанием углерода, наличием легирующих элементов. Металлолом на плавку в

ДСП, как правило, подается в контейнерах или загрузочных корзинах. Немагнитный лом

для выплавки легированных марок стали подается в мульдах.

Для выплавки стали требуется большое количество сыпучих, порошкообразных и

шлакообразующих материалов, в том числе применяется свежеобожженная известь

кусковая, плавиковый шпат, шамотный бой, кварцевый песок, боксит, железная руда,

кокс, молотый ферросилиций, алюминиевый порошок. Эти материалы перед

использованием должны быть просушены и прокалены для удаления гигроскопической

и гидратной влаги, влияющей на образование флокенов и волосовин из-за попадания в

сталь водорода. В ряде случаев, такую подготовку материалов возможно заменить

вакуумированием стали.

Прокаливание ведут в специальных печах или мульдах рядом с дуговой печью.

Дробление и подготовку сыпучих и порошкообразных материалов ведут в отдельных,

рядом стоящих зданиях.

Шлакообразующие материалы и ферросплавы доставляются в печной пролет из

шихтового отделения мостовым краном в мульдах или в саморазгружающихся бадьях,

а на ряде заводов через бункерную эстакаду по системе ленточных конвейеров.

166

Подготовка печи

После каждой плавки подина и откосы печи осматриваются, очищаются перед

очередной плавкой и заправляются порошкообразным обожженным магнезитом или

массами специального состава, а при работе с оставлением части металла от

предыдущей плавки - заправляются только откосы. Осуществляется подача к печи

электродов и их наращивание.

Завалка шихты

Завалка шихты осуществляется в печь при открытом своде бадьями с

открывающимся днищем, завалка флюсов и добавок через бункера с дозирующими

устройствами. Жидкий чугун в печь заливают при помощи специального жёлоба (см.

рисунок 2.52).

Рисунок 2.52 - Завалка шихты бадьей в ДСП-180, рядом на манипуляторе

находится желоб для заливки чугуна, на кране висит ковш с чугуном

Плавка

Плавление шихты ведут на максимальной мощности печного трансформатора с

использованием газокислородных горелок. Для ускорения плавления шихты

поворачивают корпус печи вокруг оси в одну и другую стороны на 45°. На современных

печах повороты не нужны, так как проплавляется один колодец. К окончанию

расплавления ванна должна быть покрыта слоем шлака. Шлак периода расплавления

имеет примерный состав: 35-45 % CaO; 15-25 % SiO2; 5-10 % MnO; 10-12 % MgO; 4-

7 % Al2O3; 10-15 % FeO; до 0,5 % P2O5 (основность 1,5-2,0). Скачивание и уборка шлака

производятся через окно под печь самотеком или специальными скребками.

167

Окислительный период

В современных печах при активном использовании кислорода на стадии

плавления металлошихты, период расплавления совмещён с окислительным периодом.

Основная задача окислительного периода заключается в удалении фосфора.

Начинается этот процесс при расплавлении порядка 70-80 % металлошихты при

активном сходе шлака. Для создания благоприятных условий дефосфорации

необходимо обеспечить требуемую окисленность ванны, которая достигается за счёт

активной продувки расплава кислородом и снижением содержания углерода в металле

до значений 0,1-0,05 % и менее. При этом основность шлака должна быть на уровне 2-

3. Окисление фосфора протекает по реакции:

2[P] + 5(FeO) + 4(СаО) = (P2O5)·4(СаО)+ 5 [Fe].

Для протекания реакции окисления фосфора необходимы: высокое содержание

кислорода в металле и шлаке, повышенное содержание CaO в шлаке и пониженная

температура в реакционной зоне. Выполнение этих условий обеспечивают наводкой

свежего шлака и постоянным обновлением шлака путем скачивания из печи

насыщенного (СаО)4·P2O5 шлака. По ходу окислительного периода происходит

дегазация стали - удаление из нее водорода и азота, которые выделяются в пузыри СО,

проходящие через металл. Выделение пузырьков СО сопровождается удалением из

металла неметаллических включений, которые выносятся на поверхность потоками

металла или поднимаются наверх вместе с пузырьками газа. Хорошее кипение ванны

обеспечивает перемешивание металла, выравнивание температуры и химического

состава.

К концу окислительного периода шлак имеет примерный состав: 40-45 % CaO;

10-20 % SiO2; 10-20 % FeO; 5-19 % MgO; 2-4 % Al2O3; 0,5-2,0 % P2O5 (основность 2,5-

4,0). Общая продолжительность окислительного периода зависит от мощности

трансформатора и продувочных устройств. На лучших печах время выплавки

полупродукта в ДСП составляет от 35-50 мин.

Восстановительный период

После окислительного периода проводят полное скачивание шлака для удаления

из печи фосфора. Далее плавку ведут под восстановительным белым шлаком,

содержащим менее 0,5 % FeO. В этот период происходит диффузионное раскисление

металла, завершается десульфурация до требуемого содержания серы, легирование

металла и регулирование его температуры перед выпуском. Десульфурация металла

активно проходит в восстановительный период плавки, а также при выпуске стали под

слоем шлака, когда происходит хорошее перемешивание металла со шлаком:

[S] + (CaO) = CaS= [О].

Десульфурации способствует хорошее раскисление стали и шлака, высокое

содержание извести в шлаке и высокая температура.

В современныхцехах, оборудованных агрегатами «ковш-печь», операции

восстановительного периода, раскисленияи легирования выполняются при выпуске

стали из ДСП и при внепечной обработке.

168

Особенности технологии выплавки стали в дуговых электропечах ЭСПЦ

АО «Уральская Сталь»

В 2019 г. в электросталеплавильном цехе АО «Уральская Сталь» была проведена

модернизация и запущены в работу две новых печи с нулевым потреблением энергии:

FMF (Flexible Modular Furnace) или ГМП (гибкая модульная печь), которая может

работать как обычная ДСП с использованием электродугового нагрева

графитированными электродами, так и в режиме кислородного конвертера. Это

позволило исключить из шихты покупной металлолом и использовать до 90-95 %

жидкого чугуна и 5-10 % ГБЖ или окисленных окатышей (для охлаждения) и вести

плавку с нулевым расходом электроэнергии. Выплавка в режиме с использованием

электроэнергии стала называться ДСП, а без использования электроэнергии - ГМП.

Для перехода с одного режима на другой (ДСП / ГМП) выполняют замену свода.

Свод для ДСП водоохлаждаемый с огнеупорной центральной частью. Для выплавки в

режиме ГМП применяют полностью водоохлаждаемый свод без отверстий под

электроды. Вся процедура занимает не более двух часов.

Жидкий чугун поступает в ковшах из доменного цеха. Ковш с чугуном (50-70 т)

устанавливается на специальную напольную машину для заливки чугуна и по желобу

поступает в печь. Параллельно с заливкой начинается продувка кислородом, присадка

шлакообразующих материалов и охладителей (ГБЖ или окатыши). После заливки

первого ковша, производят смену ковшей и заливают второй ковш. При необходимости

возможно проведение завалки твердой металлошихты (твердого чугуна, скрапа, обрези)

и заливка одного ковша чугуна. Нагрев и окисление примесей производится за счета

продувки ванны кислородом.

После получения в металле необходимой массовой доли углерода (С), фосфора

(Р) и нагрева до соответствующей технологической температуры производят выпуск

плавки. В процессе выпуска в ковш производят раскисление и легирование металла.

Ковш передается на участок внепечной обработки для дальнейшей подготовки к

разливке.

2.5.3 Ковшевая металлургия

Для увеличения производительности дуговых печей, уменьшения угара

ферросплавов процессы раскисления, легирования, рафинирования и доводкиметалла

до нужной температуры проводятся не в печи, а в сталеразливочном ковше и/или

специальных агрегатах. Применение такой технологии также положительно сказалось

на улучшении качества стали и свойствах металлопродукции - механических свойствах,

коррозионной стойкости и др. Внепечная обработка стали («ковшевая металлургия»)

стала широко применяться для любых марок стали. Были разработаны простые (одним

методом) и комбинированные способы внепечной обработки стали одновременно

несколькими методами [63, 64, 65]:

- в обычном сталеразливочном ковше с использованием верхней погружной

фурмы;

- в сталеразливочном ковше, оборудованном для вдувания газа или

газопорошковой струи снизу через смонтированные в днище устройства;

169

- в установке «ковш-печь» с крышкой (сводом), через которую опущены электроды,

нагревающие металл в процессе его обработки (при этом установка оборудована

системой подачи ферросплавов из бункеров и добавок порошковой проволокой);

- в агрегате типа конвертера с продувкой металла кислородом, аргоном (агрегат

аргоно-кислородного рафинирования);

- в вакууматорах различного типа.

При продувке инертным газом (аргоном или азотом) через отверстие в днище

ковша происходит перемешивание металла и усреднение его химического состава,

очищение металла от газовых и неметаллических включений. Перемешиванием жидкого

металла инертным газом регулируют его температуру.

Для интенсификации рафинирования металла от серы, фосфора и кислорода

применяют перемешивание металла с жидким синтетическим шлаком, который

наводится при использовании твёрдых шлаковых смесей. Для снижения содержания

серы в металле и его раскисления используют известково-глиноземистый шлак, для

дефосфорации - известково-железистый. Рафинирование проводят путем смешивания,

нагретого до 1600 °C синтетического шлака со струей металла, сливаемого из печи в

сталеразливочный ковш. Рафинирование металла синтетическим шлаком можно

совмещать с одновременной продувкой инертным газом или вакуумированием.

В настоящее время установка для внепечной обработки жидкой стали

превратилась в многофункциональный агрегат «ковш-печь» (см. рисунок 2.53),

позволяющий производить нагрев металла электроэнергией с помощью вводимых через

крышку установки электродов, дозировать кусковые ферросплавы, флюсы или

различные добавки (углерод, раскислители, модификаторы), в том числе с применением

порошковой проволоки

[59,

60]. Перемешивание стали на агрегате «печь-ковш»

производят инертными газами или, в ряде случаев, электромагнитным

перемешиванием.

Для повышения чистоты металла по неметаллическим включениям и содержанию

газов проводят вакуумирование стали в вакууматоре.

С разделением операций получения жидкой стали и ее внепечной обработки

общая продолжительность плавки составляет 1,5-3,0 ч, обработка на каждом агрегате

не превышает 40-50 мин, что позволяет организовать разливку стали на машине

непрерывной разливки стали по схеме «плавка на плавку». Удельный расход

электроэнергии на установке «ковш-печь» - 30-95 кВт·ч/т, расход электродов 0,2-0,8

кг/т стали и существенно зависят от комплекса внепечной обработки, который должен

быть задействован для выполнения требуемых показателей качества стали.

170

1 - ковш; 2 - крышка-свод; 3 - трайб-аппарат для подачи проволоки;

4 - электроды; 5 - фурма для вдувания порошка силикокальция в струе

аргона; 6 - устройство для подачи сыпучих ферросплавов и флюсов;

7 - пористая пробка для подачи аргона

Рисунок 2.53 - Схема агрегата «ковш-печь»

2.5.4 Разливка стали на МНЛЗ

После внепечной обработки сталеразливочный ковш ставят на сталевоз, который

перевозит его в разливочный пролет, где разливочный кран устанавливает ковш на

разливочный стенд для разливки на МНЛЗ [56, 66].

Сталь из ковша поступает в промежуточный ковш, оборудованный дозирующими

устройствами - стопорными механизмами или шиберными затворами или стаканами-

дозаторами

- для контроля потока стали из него в кристаллизаторы МНЛЗ.

Промежуточный ковш, в зависимости от требований к качеству стали, оборудуется

турбостопом, системой перегородок и другими элементами, обеспечивающими

оптимальное движение потоков стали. Из промежуточного ковша сталь через

дозирующее устройство заполняет кристаллизатор сверху. Перелив металла из

сталеразливочного ковша в промежуточный и в кристаллизатор, в зависимости от

требований к качеству стали осуществляется с использованием различных систем

защиты металла от вторичного окисления - огнеупорные трубы / стаканы, уплотняющие

вставки, подача инертного газа. Поверхность металла в промежуточном ковше

закрывается шлаковой смесью.

Перед началом разливки в кристаллизатор с нижней стороны вводится затравка -

штанга сечения кристаллизатора или формы будущей заготовки. Верхний торец

затравки образует дно кристаллизатора и имеет устройство в виде ласточкиного хвоста

для сцепления со слитком. Когда уровень металла поднимается над затравкой на высоту

300-400 мм, включается механизм вытягивания заготовки. Под действием тянущих

валков этого механизма затравка опускается и тянет за собой формирующийся слиток.

171

Медный или бронзовый, с полыми стенками, интенсивно охлаждаемый водой

кристаллизатор с внутренним сечением по форме заготовки формирует корочку слитка-

заготовки. Для предотвращения надрыва корочки и ухода металла, кристаллизатор

выполняет возвратно-поступательное движение специальным механизмом.

Кристаллизатор движется по направлению движения заготовки (вниз) и затем

возвращается вверх. Ход качания - от

10 до

40 мм. В процессе разливки

стенки кристаллизатора смазываются специальными шлакообразующими смесями

(ШОС), рапсовым маслом, парафином или другими смазывающими веществами. В

кристаллизаторе

над поверхностью

металла

может быть

создана

восстановительная или нейтральная атмосфера для предотвращения окисления

металла при разливке.

Наибольшее распространение получил радиальный тип МНЛЗ, требующий

меньшей высоты металлоконструкций ЭСПЦ. При выходе непрерывнолитого слитка на

горизонтальный участок рольганга слиток разрезают кислородным резаком на заготовки

мерной длины. Разливку на МНЛЗ ведут, как правило, методом «плавка на плавку» без

прерывания разливки. При разливке контролируют температуру металла в

промежуточном ковше, работу механизмов и качество поверхности непрерывнолитых

заготовок.

2.5.5 Подготовка сталеразливочных ковшей

Сталеразливочные ковши относятся к основному оборудованию разливочного

пролета. Корпус ковша цельносварной, оборудован цапфами и кантовательными

устройствами. Внутри ковш футеруется двумя слоями огнеупорной футеровки

(арматурный и рабочий), выполняемой огнеупорным ковшевым кирпичом и/или

монолитной футеровкой. Рабочая футеровка выполняется из периклазоуглеродистых

огнеупоров. Некоторые заводы используют высокоглинозёмистые материалы. Для

увеличения стойкости футеровки ковшей с помощью установки торкретирования

проводят периодическое торкретирование изношенной футеровки пульповым

раствором. Чаще всего ремонтируют «шлаковый пояс».

Сталь из ковша выпускают через донное отверстие, перекрываемое стопором,

который вводится в ковш через металл, или шиберным затвором, устанавливаемым

снаружи ковша в днище. Шиберные затворы собирают на специально оборудованном

участке. Шиберный затвор представляет собой две одинаковые огнеупорные плиты

овального типа с отверстиями в центре. Плиты закрепляются в специальной рамке таким

образом, что одна плита закреплена к неподвижной рамке к днищу ковша, а вторая

подвижная (см. рисунок 2.54).

172

Рисунок 2.54 - Конструкция шиберного затвора

При совмещении отверстий жидкая сталь будет поступать из ковша в

промежуточный ковш МНЛЗ. Регулируя положение нижней подвижной рамки,

соответственно величину зазора отверстий, можно регулировать скорость истечения

металла из ковша. Собранные шиберные затворы и вновь зафутерованные

сталеразливочные ковши сушат на стенде газовыми горелками до температуры 1200 °C.

После этого сталеразливочные ковши могут отдаваться на разливку.

2.5.6 Обработка электросталеплавильного шлака и пыли

Шлак

Суммарный выход шлака при выплавке стали в дуговой печи достигает до 200 кг/т,

при среднем уровне около 120-150 кг/т стали.

В электросталеплавильных цехах слив печного и ковшевого шлака

осуществляется «под печь». По остывании поверхности (до красного состояния)

специальными погрузчиками шлак вывозится либо на шлаковый двор, либо в

специально оборудованные бункера («шлаковые закрома», ямы) для окончательного

охлаждения. В некоторых случаях горячий шлак под печью орошается водой, затем

загружается в спецкузов, забираемый автомобилем, оборудованный системой

мультилифт, для последующей транспортировки на участок шлакопереработки.

Для уборки шлака, как правило, используются шлаковые чаши объемом 16 м³ (см.

рисунок 2.55).

173

Рисунок 2.55 - Слив шлака под печь в шлаковую чашу

Наполненные шлаковые чаши со шлаком перевозятся на шлаковый двор для

опорожнения. Шлаковый двор оборудован траншеей для слива жидкого шлака,

электромостовыми кранами и экскаватором для отгрузки шлака. Освобождённые от

шлака шлаковые чаши ещё в горячем состоянии опрыскиваются изнутри сплошным

слоем известкового молока, затем передаются в цех под налив шлака.

Охлажденный шлак подвергают дроблению и магнитной сепарации для

отделения скрапа (направляется на переплав) и после фракционирования отправляют

потребителям.

Печной шлак с основностью 1,5-2,0 легко перерабатывается на шлаковом дворе

в шлаковых ямах с последующей переработкой на дробильно-сортировочной установке

с получением фракционированного щебня, а высокоосновной шлак внепечной

обработки с основностью 2,5-4,0 имеет другие свойства и требует иной технологии

переработки. Двухкальциевый силикат, имеющийся в высокоосновном шлаке, из-за

полиморфизма кристаллической решетки рассыпается в порошок. Такой шлак трудно

перерабатывать и невозможно перевозить из-за пыления. Проблема его переработки

может быть решена двумя способами:

- сливом его на дробленый известняк для получения декарбонизированной шлако-

известковой смеси, пригодной для переработки в цементной промышленности;

- вводом вковшевой шлак при внепечной обработке стали добавок,

стабилизирующих двухкальциевый силикат для предотвращения полиморфизма.

Ковшевой шлак может быть использован для формирования печного шлака в

качестве частичной замены извести, однако требуется его стабилизация и отработка

технологии, позволяющих значительно уменьшить его вынос из ДСП в виде пыли.

Пыль

Удельный выход пыли при производстве стали в дуговых печах может достигать

30 кг/т стали. В таблицах

2.23 и

2.24 представлены примерные химические и

гранулометрические составы высокоосновного ковшевого шлака и пыли дуговой печи.

174

Таблица 2.23 - Химический состав шлака и пыли

Массовая доля, %

Материал

CaO

SiO2

P2O5

Cr2O3

FeO

Fe2O3

MnO

MgO

Al2O3

ппп

Feобщ

Шлак

55,0

11,8

0,05

0,2

0,22

7,2

10,61

0,27

Пыль

9,92

3,49

0,366

11,1

47,34

3,33

2,15

3,4

0,41

6,05

3,76

41,8

Таблица 2.24 - Гранулометрический состав шлака и пыли

Фракция, мм, %

Материал

0,5-3,0

0,25-0,5

0,1-0,25

Менее 0,1

Шлак

5,5

16,0

15,5

63,0

Пыль

Пыль или шламы при мокрой очистке, уловленные от дуговой печи, могут

содержать значительные концентрации оксидов цинка (до 25 %), свинца. Эта пыль

требует специальной подготовки и технологии для извлечения железа, цинка и свинца

[67, 68].

2.5.7 Очистка отходящего газа сталеплавильных печей

Существенную часть технологической цепочки выплавки стали в дуговой печи

составляет улавливание и очистка отходящих газов электропечи. Выделяющиеся при

продувке газы вместе с пылью отводят из-под свода печи через четвертое отверстие в

своде.

Устанавливают различной конструкции колпаки над сводом, рабочим окном и

сливным носком для аспирации газов. Для уменьшения в цехе шума и запыленности

ДСП могут устанавливаться в газо- и шумозащитных камерах.

На рисунке 2.56 представлена пылеочистная система с рукавными фильтрами в

ЭСПЦ (с двумя ДСП-180), где аспирационные газы отбираются из- под крыши

производственного здания.

175

Рисунок 2.58 - Принципиальная схема пылегазоочистки с рукавным

фильтром

В связи с увеличением доли стального лома, загрязнённого полихлорвиниловыми

соединениями (провода, обшивка и т. п.) маслами, красками в процессе переработки

такого лома возрастает опасность образования диоксинов и фуранов. Улавливание

диоксинов / фуранов представляет большую проблему. Обычные системы газоочистки

улавливают до 60 % диоксинов. Обеспечить полную очистку крайне трудно. На рисунке

2.59 представлена схема оптимального процесса обработки отходящих газов шахтной

дуговой печи, где все функции газоочистки представлены на примере отдельных

модулей [59].

Эффективность работы данной технологической линии подтверждена на ряде

металлургических предприятий.

Рисунок 2.59 - Современная технологическая схема системы газоочистки

шахтной дуговой печи

177

2.5.8 Основное технологическое и природоохранное оборудование

Назначение, описание, технологические характеристики основного оборудования,

используемого при производстве стали в дуговых печах и заготовок, приведены в

таблице 2.25.

Таблица 2.25 - Основное технологическое оборудование, используемое при

производстве стали в дуговых печах и заготовок

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Магнитно-грейферные краны

Разгрузка вагонов на

Грейферные краны: козловые,

склад сырья, забор

мостовые

сырья

Магнитный кран на

Отмагничивание

Кран мостового типа

шлаковом дворе

металла от шлака

Экскаватор

Отгрузка шлака

Автошлаковоз

Транспортировка

На резиновом ходу

шлаковых чаш

Электромостовые краны

Перемещение грузов

Кран мостового типа

Дробилки флюсов

Дробление и

Молотковые, валковые дробилки

измельчение флюсов

Дробилки кусковых

Дробление материалов

Молотковые, валковые дробилки

материалов

для компонентов шихты

Дробилки топлива

Дробление и

Дробилка четырехвалковая

измельчение твердого

топлива - кокса, угля

Дробилка щековая

Предварительное

Модель С-644, производительность

дробление крупных

19 м³/ч

кусков материала до

40-100 мм

Дробилка молотковая

Среднее дробление

Модель СМ-431, производительность

материала до 10 мм

6-30 т/ч

Дробилка двухвалковая

Тонкое дробление

Модель ДВГ-2М, производительность

материала до 2-14 мм

3-12 м³/ч

Дробилка четырехвалковая

Тонкое дробление

Производительность 6-30 м³/ч

материала до 0,5-5 мм

Машины-грохоты

Рассев материалов по

Производительность 1-15 т/ч

фракциям

Оборудование аспирации

Аспирация

Аспирация мест с дробильно-

измельчительным оборудованием

Тележки погрузочно-

Прием и доставка

Прием и доставка материалов

разгрузочные

материалов

Электропогрузчики

Перемещение грузов

Автопогрузчики

Перемещение грузов

178

Продолжение таблицы 2.25

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Бункеры, питатели, весовые

Хранение и

Хранение и дозирование компонентов

дозаторы

дозирование

компонентов шихтовых

материалов

Конвейеры

Транспортировка

Ленточный конвейер

сыпучих грузов

Сушильные, прокалочные

Сушка и прокалка

Сушка и прокалка материалов и

печи, барабаны

материалов и

ферросплавов перед подачей в печь

ферросплавов перед

на плавку для предотвращения

подачей в печь на

насыщения жидкой стали водородом

плавку

Завалочные

Завалка металлошихты

Навешивается на кран

саморазгружающиеся бадьи

в ДСП

Машина для загрузки

Загрузка материалов в

Загрузка материалов в печь

шлакообразующих в печь

печь

Мульдозавалочная машина

Загрузка материалов в

Напольного типа

напольная

печь

Мульдозавалочная машина

Загрузка материалов в

Кранового типа

крановая

печь

Мостовой разливочный кран

Транспортировка

Транспортировка сталеразливочного

разливочного пролета

сталеразливочного

ковша со сталевоза на разливочный

ковша

стенд и обратно

Дуговая печь

Выплавка стали

Выплавка стали из металлической

шихты

Сталевоз

Перемещение

Перемещение сталеразливочного

сталеразливочного

ковша из печного в разливочный

ковша

пролет

Сталеразливочный ковш

Прием и перемещение

Цилиндрическая емкость,

выплавленной стали

футерованная огнеупорными

материалами для приема жидкой

стали

Стенды сушки и разогрева

Сушка и разогрев

Стенд с крышкой, в которой

футеровки

установлена газовоздушная или

сталеразливочных ковшей

стальковшей после ее

газокислородная горелка. Ковш на

вертикальные

сборки

стенде стоит вертикально.

Стенды сушки и разогре-ва

Сушка и разогрев

Подвижная тележка, которая со

футеровки сталераз-

футеровки стальковшей

стальковшом подъезжает к крышке. В

ливочных ковшей

во время эксплуатации

крышке установлена газовоздушная

горизонтальные

или газокислородная горелка. Ковш на

тележке лежит горизонтально.

Машина «Орбита»

Футеровка

Машина портального типа с

сталеразливочных

пескометным механизмом подачи

ковшей

огнеупорной массы

179

Окончание таблицы 2.25

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Шлаковая чаша

Прием и

Чугунная емкость объемом до 16 м³

транспортировка шлака

Агрегат «ковш-печь»

Внепечная обработка

Стационарный стенд с системой

жидкой стали

электродов и бункеров с сыпучими

материалами для обработки стали

Вакууматор

Внепечная обработка

Агрегат с системой обработки стали

жидкой стали

вакуумом

МНЛЗ

Разливка жидкой стали

Комплекс оборудования, включающий

подъемно-поворотный стенд,

промежуточный ковш, кристаллизатор,

зону вторичного охлаждения, тянуще-

правильный агрегат, резаки, рольганг

Основное природоохранное оборудование

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду процесса

производства стали в дуговых печах на технологических участках и в отделениях

устанавливается природоохранное оборудование:

- газоочистное и аспирационное оборудование, обеспечивающее необходимый

уровень очистки технологических газов и аспирационного воздуха от содержащихся в

них загрязняющих веществ перед отводом газов или воздуха в атмосферу;

- водоочистные

сооружения,

обеспечивающие

очистку

загрязнённых

промышленных сточных вод.

Назначение, описание, технологические характеристики природоохранного

оборудования, используемого при производстве стали в дуговых печах и заготовок,

приведены в таблице 2.26.

Таблица 2.26 - Назначение и описание природоохранного оборудования,

используемого при производстве стали в дуговых печах и заготовок

Наименование

Существенные характеристики

Назначение оборудования

оборудования

природоохранного оборудования

Система газоочистки

Улавливание, эвакуация и

Камера дожигания отходящих

комплекса агрегатов печи

очистка отходящих и

газов, осадительная камера,

и МНЛЗ

аспирационных газов от пыли

водоохлаждаемый участок

газохода, комплекс

улавливающих зонтов (укрытий),

газоходы, регулирующие

заслонки, искрогаситель, сборный

коллектор, фильтр, выгрузка

пыли

Электрофильтры

Улавливание пыли отходящих

Эффективность очистки - до 95-

технологических газов

99 %.

Остаточная запыленность - до

30 мг/нм³

180

Окончание таблицы 2.26

Наименование

Существенные характеристики

Назначение оборудования

оборудования

природоохранного оборудования

Тканевые (рукавные)

Очистка от пыли отходящих

Эффективность очистки от

фильтры

технологических газов. Очистка

тонкой пыли - до 99,5 %,

от пыли аспирационного

остаточная запыленность - до

воздуха

10 мг/м³

Тканевые фильтры с

Очистка технологических газов

Тип - AIRFINE, SIMETALMEROS

комбинированными

от тонкой пыли и газов SOx,

Выбросы SOx сокращаются на

сорбционными

HCl, HF, ПХДД/Ф

30-90 %

процессами

Скрубберы мокрые

Улавливание пыли отходящих

Тип - скрубберы оросительные,

технологических газов с

скрубберы с трубой Вентури,

помощью воды

скрубберы AIRFINE.

Остаточная запыленность - от 40

до 80 мг/нм³

Водоочистные сооружения

Очистка воды, используемой

Комплекс оборудования,

для охлаждения

включающий отстойники,

технологического

осветлители и фильтры,

оборудования ДСП и МНЛЗ.

устройства для химической

Отведение образующихся на

обработки воды

пылегазоочистках шламов

2.5.9 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и улавливание

По всей технологической цепочке производства стали в дуговых печах и заготовок

в местах выгрузки сырья, складирования, подготовки компонентов шихты на различном

оборудовании, выплавки, внепечной обработки и разливки, транспортировки отходов

производства и готовой продукции имеют место организованные и неорганизованные

выбросы (эмиссии) загрязняющих веществ в виде пыли, газов, а также образование

отходов.

Материальные потоки, характерные основные эмиссии по стадиям

технологического процесса при производстве стали в дуговых печах и заготовок

представлены в таблице 2.27.

Таблица 2.27 - Перечень материальных потоков и эмиссий

Этап

Основное

Входной поток

процесса

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Шихтовые

Подготовка

Твердая

Мостовые краны с

Взвешенные

компоненты

твердой

металлическая

магнитно-

вещества

плавки стали в

металли-

шихта

грейферным

состава: Al2O3,

ДСП

ческой шихты

перегружателем

FeO, Fe2O3, Fe3O4,

SiO2, CaO, MgO,

MnO; шум

181

Продолжение табицы 2.27

Этап

Основное

Входной поток

процесса

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Твердая

Завалка

Твердая шихта в

Бадья

Взвешенные

металлическая

твердой

ДСП

вещества

шихта

металли-

состава: Al2O3,

ческой шихты

FeO, Fe2O3, Fe3O4,

в ДСП

SiO2, CaO, MgO,

MnO; шум

ДСП с

Выплавка

Расплав,

ДСП с системой

Взвешенные

загруженной

стали в ДСП

газообразные

подачи кислорода,

вещества состава:

металлошихтой

продукты плавки

шлакообразующих

Al2O3, FeO, Fe2O3,

СО, СО2, пыль,

и газоотводящего

SiO2, CaO, MgO,

жидкий шлак

тракта

MnO, ZnO;

газовые

компоненты: NO2,

NO, SO2, CO, CO2,

бенз(а)пирен;

Тепловое

излучение, шум,

вибрация,

электромагнитное

загрязнение

Расплав

Окончание

Расплав в

ДСП, сталеразли-

Взвешенные

плавки,

сталеразливочном

вочный ковш

вещества состава:

выпуск

ковше

Al2O3, FeO, Fe2O3,

расплава в

SiO2, CaO, MgO,

сталеразли-

MnO, ZnO;

вочный ковш.

газовые

Раскисление,

компоненты: NO2,

присадка

NO, SO2, CO,

ферросплавов

CO2,

и других

бенз(а)пирен;

добавочных

тепловое

материалов

излучение, шум,

вибрация

182

Продолжение табицы 2.27

Этап

Основное

Входной поток

процесса

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Расплав в

Внепечная

Сталь в ковше

Агрегат «ковш-

Взвешенные

сталеразливочном

обработка

заданного

печь», вакууматор

вещества состава:

ковше

жидкой стали

химического

Al2O3, FeO, Fe2O3,

(агрегат

состава

SiO2, CaO, MgO,

«ковш-печь»,

MnO, ZnO;

вакууматор).

газовые

Раскисление,

компоненты:NO2,

присадка

NO, SO2, CO, CO2,

ферросплавов

бенз(а)пирен;

и других

тепловое

добавочных

излучение, шум,

материалов

вибрация,

электромагнитное

загрязнение

Сталь в ковше

Разливка

Непрерывно-

МНЛЗ, резаки

Взвешенные

заданного

стали на

литые заготовки

вещества состава:

химического

МНЛЗ

требуемого

Al2O3, FeO, Fe2O3,

состава

химического

SiO2, CaO, MgO,

состава и

MnO, ZnO;

заданного

тепловое

размера

излучение, шум,

вибрация

Непрерывно-

Обработка

Непрерывно-

Оборудование для

Тепловое

литые заготовки

непрерывно-

литые заготовки,

обработки

излучение, шум,

требуемого

литых

годные к отгрузке

заготовок

выделения от

химического

заготовок

огневой зачистки

состава и

типоразмера

Сталеплавильные

Охлаждение и

Переработанные

Оборудование для

Взвешенные

шлаки

переработка

шлаки

переработки

вещества состава:

сталепла-

шлаков

Al2O3, FeO, Fe2O3,

вильных

SiO2, CaO, MgO,

шлаков

MnO; тепловое

излучение, шум

183

Окончание табицы 2.27

Этап

Основное

Входной поток

процесса

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Стенды сушки и

Нагрев

Стальковш,

Стенд сушки и

Фенолы (в

разогрева

футеровки

готовый к работе

разогрева

отсутствие

сталеразливочных

стальковша

футеровки

комплекса

ковшей

дожигания

выделяющихся

продуктов);

газовые

компоненты: NO,

NO2, CO, CO2 (при

дожигании

выделяющихся

продуктов)

Неорганизованные выбросы возникают при транспортировке, выгрузке сырья, при

хранении пылящих твердых материалов на открытых складах, при дроблении

компонентов шихты, транспортировании материалов на открытых конвейерах, выбросов

от агрегатов в технологических процессах при отсутствии или недостаточной

герметичности укрытий, утечках из фланцев, насосов, вентиляторов.

2.5.10 Факторы негативного воздействия на окружающую среду

Факторами негативного воздействия на окружающую среду являются следующие.

Выбросы в атмосферу

При производстве стали в электродуговых печах имеют место неорганизованные

и организованные выбросы в атмосферу загрязняющих веществ: с твёрдыми

компонентами - Al2O3, FeO, Fe2O3, CaO, MgO, MnO, ZnO; газообразными компонентами

- NO2, NO, SO2, CO, CO2, фенолами, формальдегидами от стендов сушки и разогрева

ковшей в отсутствие комплекса дожигания продуктов, выделяющихся при разогреве

стальковшей.

Сточные воды

В электросталеплавильном производстве используется химически очищенная

вода для охлаждения водоохлаждаемых сводов и стен дуговых печей, а также

элементов МНЛЗ.

При наличии мокрых систем газоочистки используется оборотная вода.

Водоснабжение осуществляется по специальным водооборотным системам с

охлаждением воды (см. рисунок 2.60).

184

Рисунок 2.60 - Водооборотная система в ЭСПЦ с двумя печами ДСП-180

Отходы и побочные продукты

В процессе электросталеплавильного производства образуются отходы и

побочные продукты: пыль сухих газоочисток с различных участков, в том числе

графитная, просыпь шихтовых и заправочных материалов, шламы мокрых газоочисток,

отходы электродов и абразивных кругов, окалина, отходы футеровок ДСП и ковшей.

Производственные отходы преимущественно утилизируются.

Вредные производственные факторы

При производстве электростали и заготовок для проката вредными

производственными факторами являются:

- повышенное напряжение в электрической цепи свыше 50 В;

- движущиеся машины и механизмы;

- подвижные части производственного оборудования;

- повышенная температура поверхности оборудования и материалов;

- расположение рабочего места на значительной высоте относительно

поверхности земли;

- повышенный уровень инфракрасного излучения свыше 140 Вт/м²;

- повышенный уровень производственного шума на рабочем месте свыше 80 дБ;

- повышенная загазованность и запылённость неорганической пылью (ПДК окиси

углерода - 20 мг/м³, неорганической пылью - 6 мг/м³).

2.6 Производство стали в мартеновских печах

Первая мартеновская печь была создана в 1864 г. и до середины XX века

производство стали мартеновским способом являлось преимушщественным

техническим решением. Начиная с 70-х годов новые мартеновские печи в мире больше

185

не строятся, в объеме мирового производства стали к началу XXI века на мартеновскую

сталь приходилось немногим более 2 %.

В металлургической отрасли России объем выплавки стали в мартеновских печах

составляет около

2 %. Характеристика действующих (по состоянию на

2020 г.)

мартеновских печей представлена ниже [69]:

Предприятие

Мощность, тыс. т

Число агрегатов

Тип

ПАО «ММК»

1155

ДСА*

АО «Гурьевский

210

мартен

металлургический завод»

АО «Омутнинский

180

ПТСА**

металлургический завод»

АО «Петросталь»

350

мартен

* ДСА - двухванный сталеплавильный агрегат.

** ПТСА - политопливный сталеплавильный агрегат.

В мартеновских печах выплавляется широкая номенклатура марок сталей:

углеродистая обыкновенного качества, углеродистая конструкционная, автоматная,

подшипниковая,

электротехническая,

легированная,

рессорно-пружинная,

инструментальная, сталь со специальными требованиями.

Мартеновские печи как и технология мартеновской плавки в последние 20 лет

подверглись существенной модернизации и совершенствованию с включением приемов

энергосбережения, ковшевой металлургии, разливки стали на МНЛЗ, современных

газоочистных устройств и организацией локальных водооборотных циклов.

2.6.1 Технологический процесс производства стали в мартеновской печи

Мартеновская печь представляет собой сооружение из огнеупорного материала

(кирпича), схематическое устройство которой показано на рисунке 2.61.

186

Рисунок 2.61 - Схема устройства мартеновской печи

Мартеновская печь по устройству и принципу работы является пламенной

отражательной регенеративной печью.

Современная мартеновская

печь представляет

собой

вытянутую

горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее

плавильное пространство ограничено снизу подиной, сверху сводом, а с боков передней

и задней стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам

печи.

Современные мартеновские печи (политопливные сталеплавильные агрегаты)

оборудованы подиной из новых набивных материалов с использованием технологии

скрытой донной продувки азотом по технологии VVS [70]

Новая конструкция подины предусматривает изготовление трёх продувочных зон,

выполненных из специальной набивной массы с высокой газопроницаемостью,

заключённых в керамические чаши. Через продувочные зоны в ходе плавки

поддерживается расход азота от 10 до 70 дм³ в час. Подача азота производится как в

автоматическом (по специальной программе), так и в ручном режиме. Данное

мероприятие позволило получить дополнительный прирост объема выплавки стали за

счет сокращения горячих простоев мартеновской печи, увеличения садки и сокращения

длительности плавки.

Задняя и передняя стенки мартеновской печи работают (особенно в нижней

части) почти в тех же условиях, что и подина, так как они также соприкасаются с жидким

металлом и шлаком.

В передней стенке имеются загрузочные окна для подачи (завалки) шихты и

шлпкообразующих материалов, а в задней - отверстия для выпуска готовой стали и

шлака. Обычно завалочные окна закрыты специальными футерованными крышками с

отверстиями (гляделками), через которые ведется наблюдение за ходом плавки

и состоянием печи (рисунок 2.62).

187

Рисунок 2.62 - Передняя стенка мартеновской печи, загрузочные окна с гляделками

С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи (газовый и

воздушный каналы), которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой

смеси в плавильное пространство. Головки должны обеспечить:

- хорошую настильность факела по всей длине ванны (чтобы максимум тепла

передать ванне и минимум - своду и стенкам);

- минимальное сопротивление при отводе продуктов сгорания из рабочего

пространства печи;

- хорошее перемешивание топлива и воздуха для полного сжигания топлива

в рабочем пространстве печи.

В качестве топлива в мартеновской печи применяют природный газ, мазут. На

современных мартеновских печах (в том числе в политопливных сталеплавильных

агрегатах) применяют политопливные горелки с многоступенчатой подачей топлива и

окислителя с автоматическим регулированием их расходов, позволяющие с высокой

эффективностью применять различные виды жидкого и газообразного топлива в

различных сочетаниях (от 5 % доли мазута, до 100 %).

Для подогрева воздуха и газа печь имеет два регенератора. Регенератор

представляет собой камеру, в которой размещена насадка (огнеупорный кирпич).

Отходящие от печи газы имеют температуру

1500…1600 ⁰C. Попадая в

регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 ⁰C…1400 ^оС и охлаждаются,

затем через очистные устройства (шлаковики), служащие для отделения частиц шлака

и пыли, и котел-утилизатор (при наличии) боровом отводятся в дымовую трубу. Высота

дымовых труб современных крупных мартеновских печей превышает 100 м.

Через нагретый регенератор подают воздух, который проходя через насадку,

нагревается до 1200 ^ºC и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на

выходе из головки образуется факел, направленный на поверхность шихты.

Температура факела пламени достигает 1800 ^ºC.

Мартеновская печь - агрегат реверсивного действия, в котором направление

движения газов по системе печи периодически меняется. Для этого в боровах, а также в

газопроводах

воздухопроводах

устанавливают

систему шиберов,

188

клапанов, дросселей, задвижек, объединяемых общим названием «перекидные

клапаны».

После охлаждения насадки регенератора переключают клапаны, и поток газов в

печи изменяет направление. Переключение клапанов, регулирующих направление

факела горения, происходит автоматически через 8-20 мин.

Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей - до

12 часов.

Печи работают непрерывно до остановки на капитальный ремонт (примерно

400…600 плавок).

В зависимости от состава шихты, используемой при плавке, различают

разновидности мартеновского процесса:

- скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и

25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где

нет доменных печей, но много металлолома (в современных шихтах доля

металлического лома увеличена до 90 %);

- скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %),

скрапа и железной руды, процесс возможен на металлургических заводах, имеющих

доменные печи.

В зависимости от состава огнеупорных материалов подины печи мартеновский

способ выплавки стали может быть основным (в составе огнеупора

преобладают СаО и MgO) и кислым (подина состоит из SiO2). В России наиболее

распространен основной мартеновский процесс.

Технологический процесс выплавки стали в мартеновской печи осуществляется в

комплексе агрегатов и оборудования, который включает:

- скрапной двор (с кранами-перегружателями для разгрузки и усреднения

металлошихты);

- шихтовое отделение с бункерами для загружаемых в печь материалов;

- мартеновскую печь с механизмами загрузки сырья и выдачи продуктов плавки;

- установки внепечной обработки стали (УКП, вакууматор);

- машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ);

- системы газоочистки;

- оборудование для охлаждения и переработки шлака (для получения щебня и

другой продукции).

Процесс выплавки стали в мартеновской печи (ПТСА) иллюстрируется схемой

(рисунок 2.63).

189

Рисунок 2.63 - Принципиальная схема выплавки стали в мартеновской

печи

Основные подпроцессы (операции) в технологии выплавки стали в мартеновской

печи

аналогичны

технологиям

выплавки

стади

конвертерах

или

электросталеплавильных агрегатах и включают:

- подготовительные операции (подготовку печи и ковшей; подготовку

металлической части шихты, а также шлакообразующих компонентов шихты);

- завалку шихты в печь;

- плавку шихты (в том числе процесс обезуглероживания);

- выпуск металла из печи;

- раскисление и легирование стали (полупродукта);

- внепечную обработку;

- разливку стали на МНЛЗ.

Завалка шихты. Сыпучие шихтовые материалы (руду, известняк, скрап)

загружают обычно первыми и каждый слой отдельно прогревают. На подину принято

сначала засыпать железную руду, потом известняк и сверху стальной лом. Все эти

материалы подвозят к печам на железнодорожных платформах в мульдах.

Прогрев и расплавление шихты. Одновременно с прогревом шихты начинается

окисление примесей. К моменту расплавления шихты почти полностью окисляется

кремний, часть марганца, фосфора и частично yглерод. В период плавления образуется

значительное количество FeO ввиду окислительного характера факела (коэффициент

избытка воздуха больше 1). Образующийся оксид железа (II), растворяясь в шлаке,

окисляет примеси.

Окисление углерода в еще не прогретой ванне вызывает вспенивание шлака.

Этим пользуются для удаления из печи самотеком через пороги загрузочных окон части

190

первичного шлака, содержащего значительное количество фосфора и кремнезем. К

концу плавления шихты известняк диссоциирует, образуя известь, и растворяется в

шлаке.

Период доводки (процесс выплавки полупродукта). После расплавления шихты

начинается период доводки металла, который заключается в доведении полупродукта

до нужного базового химического состава и температуры выпуска. Взаимодействуя с

факелом, образовавшийся в ванне мартеновской печи шлак, интенсивно

перемешиваемый тепловыми потоками и выделяющимся из металла газом, передает

ванне тепло и кислород. Интенсификация процесса достигается при помощи скрытой

донной продувки VVS. Готовность заданной плавки стали определяют взятием пробыи

экспресс-анализом в цеховой лаборатории

Раскисление металла. После доводки металла проводится раскисление.

Раскисление стали в ванне мартеновской печи проводят ферромарганцем и/или

ферросилицием. Кремний ферросилиция, взаимодействуя с оксидом железа (II),

образует сложные силикаты железа с низкой температурой плавления, которые

переходят в шлак. В некоторых случаях раскиление ведут в сталеразливочном ковше

после выпуска металла.

Выпуск стали. После этого сталь начинают выпускать из печи, завершают

раскисление в ковше ферросилицием (45 % или 75 % Si) и вводят небольшое количество

более сильного восстановителя, обычно алюминия или силикоалюминия.

На выпуске шлак скачивается из сталеразливочного ковша в шлаковую чашу,

установленную под носком ковша.

После выпуска сталеразливочный ковш помещают в стенд для удаления шлака

методом выдавливания.

Внепечная обработка стали осуществляется в агрегате «ковш-печь», где металл

нагревается за счет тепла электрических дуг, при этом непрерывно продувается

инертным газом (аргон), который подводится через продувочные пробки, находящиеся

в днище сталеразливочного ковша, Обработка стали в агрегате «ковш-печь»

предназначена для:

- усреднения расплава по химическому составу и температуре путем

перемешивания за счет продувки расплава инертным газом;

- раскисления металла основным шлаком и удаление неметаллических

включений путем поглощения их шлаком;

- защиты инертным газом поверхности расплава от окисления;

- доведения химического состава металла до заданного;

- дегазации и десульфурации;

- модифицирования неметаллических включений (в том числе порошковой

проволокой при помощи 4-х ручьевого трайб-аппарата).

Ферросплавы и вспомогательные материалы подают в ковш, используя систему

подачи сыпучих на установке «печь-ковш» (после предварительной сушки в сушильном

барабане).

191

Разливка стали на МНЛЗ. Машина непрерывного литья заготовок оборудована:

- промежуточным ковшом (промковшом), снабженным дозаторами для

организации струи металла и перегородками, турбостопами и т. д. для рафинирования

металла от неметаллических включений;

- подъемно-поворотным стендом с независимым приводом подъема рычагов;

- гидравлическими механизмами качания;

- системой электромагнитного перемешивания на уровне кристаллизаторов;

- кристаллизатором (ами);

- гидравлическими ножницами с диагональным резом;

- рольгангом.

В зависимости от марки разливаемой стали, возможны два варианта разливки:

- разливка открытой струей через стаканы-дозаторы промковша;

- разливка защищенной струей с использованием стопоров и погружных стаканов.

После разливки на МНЛЗ конечный шлак сливается из сталеразливочного ковша

в шлаковую чашу, установленную в цехе.

Процессы ведения плавки в современной мартеновской печи в значительной мере

автоматизированы.

Внедрена автоматизированная система управления тепловой работой

мартеновских печей с наглядной визуализацией процесса, позволяющая сталевару

выбирать необходимый тепловой режим.

Разработана система автоматического управления тепловым режимом

мартеновской печи. Для этого в сборном борове установлен газоанализатор с

возможностью получения и передачи в АСУ ТП печи в режиме реального времени

данных по концентрации О2 и СО в дымовых газах. Полученные сигналы являются

обратной связью для системы автоматики подачи природного газа и вентиляторного

воздуха для поддержания надлежащего коэффициента избытка воздуха α в рабочей

зоне.

Измерение концентрации кислорода и оксида углерода в режиме реального

времени с последующим жестким сдерживанием α в узком рабочем диапазоне

обеспечивает следующие преимущества выплавке стали в мартеновской печи:

- снижение выбросов СО и NOх в атмосферу (оксида углерода - как следствия

четкой организации режима горения, оксидов азота - за счет снижения количества

свободного кислорода в рабочем пространстве);

- экономию топлива;

- повышение стойкости элементов оборудования печи (снижение вероятности

перегрева регенераторов, перекидных клапанов) и дополнительная защита от

«человеческого фактора»);

- возможность

оценки

усвоения

расплавленной

сталью

твердых

углеродсодержащих материалов;

- реализацию автоматизированного расчета КПД печи в режиме реального

времени.

192

2.6.2 Основное технологическое и природоохранное оборудование

Назначение, описание, технологические характеристики основного оборудования,

используемого при производстве стали в мартеновских печах, приведены в

таблице 2.28.

Таблица 2.28 - Основное технологическое оборудование, используемое при

производстве стали в мартеновских печах

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Магнитно-грейферные краны

Разгрузка вагонов, на

Грейферные краны: козловые,

склад сырья,

мостовые

перегрузка, забор

сырья

Мульдомагнитный кран

Загрузка габаритного

лома в мульды

Железнодорожные

Транспортировка

Эвакуация шлака из цеха на участок

платформы, лафеты

шлаковых чаш

переработки шлаков

Электромостовые краны

Перемещение грузов

Кран мостового типа

Тележки погрузочно-

Прием и доставка

Прием и доставка материалов

разгрузочные

материалов

Бункеры, питатели, весовые

Хранение и

Хранение и дозирование компонентов

дозаторы

дозирование шихтовых

(ферросплавы, легирующие,

материалов

раскислители)

Сушильные барабаны,

Сушка и прокалка

Сушка и прокалка материалов и

прокалочные печи

материалов и

ферросплавов перед подачей в печь

ферросплавов перед

на плавку для предотвращения

подачей в печь на

насыщения жидкой стали водородом

плавку

Завалочные мульды

Завалка металлошихты

в мартеновскую печь

Мульдозавалочная машина

Загрузка материалов в

Напольного типа

напольная

печь

Мульдозавалочная машина

Загрузка материалов в

Кранового типа

крановая

печь

Мостовой разливочный кран

Транспортировка

Транспортировка сталеразливочного

разливочного пролета

сталеразливочного

ковша (со сталевоза) на разливочный

ковша

стенд и обратно

Мартеновская печь

Выплавка стали

Выплавка стали из металлической

шихты

Трайб-аппараты

Порционное

Оборудование для обработки металла

дозирование

в сталеразливочном ковше и в составе

легирующих

агрегата «печь-ковш»

Сталевоз

Перемещение

Перемещение сталеразливочного

сталеразливочного

ковша из печного в разливочный

ковша

пролет

193

Окончание таблицы 2.28

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Сталеразливочный ковш

Прием и перемещение

Цилиндрическая емкость,

выплавленной стали

футерованная огнеупорными

материалами для приема жидкой

стали

Стенд сушки и разогрева

Сушка и разогрев

Стенд с крышкой, в которой

футеровки

установлена газовоздушная или

сталеразливочных ковшей

стальковшей после ее

газокислородная горелка. Ковш на

вертикальный

сборки

стенде стоит вертикально.

Стенд сушки и разогрева

Разогрев футеровки

Подвижная тележка, которая со

футеровки сталераз-

стальковшей во время

стальковшом подъезжает к крышке. В

ливочных ковшей

эксплуатации

крышке установлена газовоздушная

горизонтальный

или газокислородная горелка. Ковш на

тележке лежит горизонтально.

Шлаковая чаша

Прием и

Чугунная емкость объемом до 16 м³

транспортировка шлака

Агрегат «ковш-печь»

Внепечная обработка

Стационарный стенд с системой

жидкой стали

электродов и бункеров с сыпучими

материалами для обработки стали

МНЛЗ

Разливка жидкой стали

Комплекс оборудования, включающий

подъемно-поворотный стенд,

промежуточный ковш, кристаллизатор,

зону вторичного охлаждения, тянуще-

правильный агрегат, резаки, рольганг

194

Подготовка шихтовых материалов плавки

CO,

Подготовка ферросплавов,

Подготовка металлошихты

Пыль, шум

NOx,SO2,

легирующих и др. (сушка)

(сортировка, порезка лома)

сажа

Пыль, шум

Завалка шихты в мартеновскую

печь

Пыль состава: FeO, Fe2O3, CaO,

SiO2, MgO, MnO, ZnO, Al2O3; CO,

Шлак

Выплавка стали

NOx, SO2, сажа, тепловое

излучение, шум, вибрация

Пыль состава: FeO, Fe2O3, CaO,

Шлак

Выпуск расплава

SiO2, MgO, MnO, Al2O3; CO, NOx,

SO2, сажа; тепловое излучение

Присадка раскислителей,

ферросплавов, легирующих

Внепечная обработка расплава

Шлак

Пыль состава: FeO, Fe2O3, CaO,

SiO2, MgO, MnO, Al2O3; тепловое

Разливка стали на МНЛЗ

излучение, электромагнитное

Пыль, тепловое

загрязнение, вибрация, шум

излучение, вибрация,

шум

Пыль, тепловое излучение,

Обработка непрерывно-литых

шум

слябов

Рисунок 2.64 - Схема технологических процессов выплавки стали в мартеновской печи и образующиеся эмиссии в

окружающую среду

Основное природоохранное оборудование

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду процесса

производства стали в мартеновских печах на технологических участках и в отделениях

устанавливается природоохранное оборудование:

- газоочистное и аспирационное оборудование, обеспечивающее необходимый

уровень очистки технологических газов и аспирационного воздуха от содержащихся в

них загрязняющих веществ перед отводом газов или воздуха в атмосферу;

- водоочистные

сооружения,

обеспечивающие

очистку

загрязнённых

промышленных сточных вод.

Назначение, описание, технологические характеристики природоохранного

оборудования, используемого при производстве стали в мартеновских печах, приведены

в таблице 2.29.

Таблица 2.29

- Назначение и описание природоохранного оборудования,

используемого при производстве стали в мартеновских печах

Наименование

Существенные характеристики

Назначение оборудования

оборудования

природоохранного оборудования

Шлаковики

Улавливание пыли и частиц

Эффективность очистки - до 80-

шлака дымовых газов

90 %.

мартеновской печи

Циклоны (горизонтальные и

Улавливание пыли и

Используются, как правило, в

вертикальные)

обеспыливание

комплексе с рукавным фильтром

с функцией искрогасителя

Тканевые (рукавные)

Очистка от пыли отходящих

Эффективность очистки от

фильтры

технологических газов

тонкой пыли - до 99,5 %,

(дымов);

остаточная запыленность - до

очистка от пыли

10 мг/м³

аспирационного воздуха

Скрубберы мокрые

Улавливание пыли

Тип - скрубберы оросительные,

отходящих технологических

скрубберы с трубой Вентури.

газов (дымов)

Остаточная запыленность - от 40

до 80 мг/нм³

Электрофильтры

Улавливание пыли

Эффективность очистки - 95-

отходящих технологических

99 %.

газов (дымов)

Остаточная запыленность - 30-

50 мг/нм³

Водоочистные сооружения

Обработка воды,

Комплекс оборудования с

используемой для

градирнями и прудами-

охлаждения

охладителями;

технологического

комплекс оборудования,

оборудования печи и МНЛЗ;

включающий отстойники,

очистка воды мокрых систем

осветлители и фильтры,

газоочисток;

устройства для химической

отведение образующихся на

обработки воды, обработки

пылегазоочистках шламов

осадка

196

2.6.3 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и улавливание

По всей технологической цепочке производства стали в мартеновской печи в

местах выгрузки сыпучих шихтовых компонентов, выплавки, внепечной обработки и

разливки стали, охлаждения и переработки шлака имеют место организованные и

неорганизованные выбросы (эмиссии) загрязняющих веществ в виде пыли, газов, а

также образование отходов (рисунок 2.64).

Материальные потоки, характерные основные эмиссии по стадиям

технологического процесса при производстве стали в мартеновской печи представлены

в таблице 2.30.

Таблица 2.30 - Перечень материальных потоков и эмиссий

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Шихтовые

Подготовка

Твердая

Мульды

Взвешенные

компоненты

твердой

металлическая

вещества

плавки стали в

металлической

шихта (чугун,

состава: Al2O3,

мартеновской печи

шихты

лом, скрап,

FeO, Fe2O3, CaO,

стружка)

SiO2, MgO, MnO,

ZnO, шум

Подготовка

Сыпучие

Бункера

Взвешенные

сыпучих

(известняк,

вещества

компонентов

доломит,

состава:

шихты, загрузка в

окатыши,

Al2O3, FeO,

бункера

ферросплавы,

Fe2O3, CaO, SiO2,

легирующие)

MgO, MnO,

СaCO3, MgCO3

Сушка

Легирующие

Сушильный

Взвешенные

легирующих

компоненты и

барабан, печь

вещества

компонентов и

ферросплавы

состава: Al2O3,

ферросплавов

FeO, Fe2O3, CaO,

SiO2, MgO, MnO;

газовые

компоненты: СO,

NOx, SO2

Твердая

Завалка твердой

Твердая шихта в

Мульды

Взвешенные

металлическая

металли-ческой

печи

вещества

шихта,

шихты в

состава: Al2O3,

шлакообразующие

мартеновскую

FeO, Fe2O3, CaO,

печь

SiO2, MgO, MnO;

газовые

компоненты СО,

SO2, NOx; шум

197

Продолжение таблицы 2.30

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Печь с

Выплавка стали

Расплав,

Мартеновская

Взвешенные

загруженной

газообразные

печь с системой

вещества

металлошихтой и

продукты плавки

газо-мазутных

состава: Al2O3,

шлакообразующим

СО, СО2, пыль,

горелок,

FeO, Fe2O3, CaO,

жидкий шлак

регенераторами

SiO2, MgO, MnO,

и газоотводящим

ZnO;

трактом

газовые

компоненты:

NO2, NO, SO2,

CO, CO2, сажа;

тепловое

излучение, шум,

вибрация

Расплав

Окончание

Расплав в

Мартеновская

Взвешенные

плавки, выпуск

сталеразливочно

печь,

вещества

расплава в

м ковше

сталеразливочны

состава: Al2O3,

сталеразливочны

й ковш

FeO, Fe2O3, CaO,

й ковш.

SiO2, MgO, MnO,

Раскисление,

ZnO;

присадка

Газовые

ферросплавов и

компоненты:NO2,

других

NO, SO2, CO,

добавочных

CO2, тепловое

материалов

излучение, шум

Расплав в

Внепечная

Сталь в ковше

Агрегат «ковш-

Взвешенные

сталеразливочном

обработка

заданного

печь»

вещества

ковше

жидкой стали

химического

состава: Al2O3,

(агрегат «ковш-

состава

FeO, Fe2O3, CaO,

печь»).

SiO2, MgO, MnO,

Раскисление,

ZnO; газовые

присадка

компоненты:NO2,

ферросплавов и

NO, SO2, CO,

других

CO2;

добавочных

тепловое

материалов

излучение, шум,

вибрация,

электромагнитно

е загрязнение

198

Окончание таблицы 2.30

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Сталь в ковше

Разливка стали

Непрерывно-

МНЛЗ, резаки

Взвешенные

заданного

на МНЛЗ

литые заготовки

вещества

химического

требуемого

состава: Al2O3,

состава

химического

FeO, Fe2O3,

состава и

CaO,SiO2, MgO,

заданного

MnO; тепловое

размера

излучение, шум,

вибрация

Непрерывно-

Обработка

Непрерывно-

Оборудование

Тепловое

литые заготовки

непрерывно-

литые заготовки,

для обработки

излучение, шум,

требуемого

литых заготовок

годные к отгрузке

заготовок

выделения от

химического

огневой зачистки

состава и

(если

типоразмера

применимо)

Сталеплавильные

Охлаждение и

Переработанные

Оборудование

Взвешенные

шлаки

переработка

шлаки

для переработки

вещества

сталеплавильных

шлаков

состава: Al2O3,

шлаков

(дробление,

FeO, Fe2O3, CaO,

магнитная

SiO2, MgO, MnO;

сепарация,

тепловое

фракциони-

излучение, шум

рование)

Стенды сушки и

Нагрев

Стальковш

Стенд сушки

Фенолы (в

разогрева

футеровки

готовый к работе

футеровки

отсутствие

сталеразливочных

стальковша

стальковша;

комплекса

ковшей

Стенд сушки и

дожигания

разогрева

выделяющихся

футеровки

продуктов);

стальковша с

газовые

системой

компоненты: NO,

дожигания

NO2, CO, CO2

(при дожигании

выделяющихся

продуктов)

2.6.4 Факторы негативного воздействия на окружающую среду

Выбросы в атмосферу

При производстве стали в мартеновских печах в различных технологических

операциях имеют место неорганизованные и организованные выбросы в атмосферу

загряняющих веществ с твёрдыми компонентами (взвешенные вещества) состава: Al2O3,

FeO, Fe2O3, CaO, SiO2, MgO, MnO, ZnO; и газообразными компонентами - NO2, NO, SO2,

CO, CO2,

199

В газах, выходящих из рабочего пространства мартеновской печи, содержится

пыли 20-4,5 г/м³ (при продувке ванны кислородом количество пыли возрастает почти

в десять раз).

Эвакуация и оседание пыли из отходящих от мартеновской печи дымовых газов

(по существу - очистка от пыли) осуществляется в совокупности устройств самой печи:

регенераторах, шлаковиках, котле-утилизаторе (при наличии), борове.

В шлаковиках оседает 50-75 % плавильной грубодисперсной пыли, более мелкие

фракции при отсутствии очистного аппарата уносятся в трубу; 10-25 % пыли оседает

в насадках регенераторов. В шлаковиках должна умещаться вся плавильная пыль,

удаляющаяся из печи.

Современные мартеновские печи оснащаются очистными устройствами с

использованием, как правило, электрофильтров. Дополнительные агрегаты ковшовой

металлургии, введенные в эксплуатацию сранительно недавно, оборудованы

совершенными очистными устройствами (комплекс «циклон (искрогаситель) - рукавный

фильтр или рукавный фильтр»).

Неорганизованные выбросы возникают при транспортировке, выгрузке сыпучих

материалов плавки, при дроблении и сепарации шлака, выбросов от агрегатов в

технологических процессах при отсутствии или недостаточной герметичности укрытий.

Поэтому для сокращения неорганизованных выбросов столь эффективны меры по

герметизации печи и газоотводящего тракта. Для управления эмиссиями из

мартеновской печи применима регулировка давления в рабочем пространстве печи

(нагрузкой на дымосос).

Сточные воды

Ряд элементов печи, контактирующий с нагретыми средами (горячими газами),

нуждается в непрерывном охлаждении.

Современные большие мартеновские печи требуют для охлаждения более 400 м³

воды/ч. Для уменьшения расхода воды водяное охлаждение ряда элементов печи

заменяют испарительным. Если применять не техническую, а химически очищенную

воду, то можно, не боясь выпадения осадка (накипи), нагревать её до 100 °С и выше.

Таким образом расход воды можно сократить почти в 30 раз, кроме того, на больших

печах получают при этом некоторое количество пара (до 10 т/ч), который может быть

использован для отопления и горячего водоснабжения.

Существует также так называемое «горячее» охлаждение печей. Система

горячего охлаждения технологически мало отличается от обычного способа охлаждения

обычной производственной водой. Через охлаждаемые элементы печи вместо обычной

производственной воды с температурой

15-30 °С пропускают химически

очищенную теплофикационную воду

из оборотной

теплофикационной

сети

с температурой 50-80 °С, которая, пройдя охлаждаемые элементы печи и подогревшись

в них на 20-30 °С, возвращается обратно в теплофикационную сеть, где передаёт

полученное тепло потребителю.

Загрязненые сточные воды образуются при очистке газов в мокрых системах

газоочистки, и как правило, функционируют в локальных оборотных циклах.

В настоящее время доля оборотного водоснабжения в мартеновских цехах

составляет 70-85 %, в том числе значительная часть ливневых стоков с площадки

завода используется в цикле оборотного водоснабжения.

200

Отходы и побочные продукты

В процессе производства стали в мартеновских печах образуются следующие

виды отходов и побочных продуктов: пыль сухих газоочисток с различных участков,

просыпь шихтовых и заправочных материалов, шламы мокрых газоочисток, отходы

электродов (от ковша-печи), скрап, отходы футеровок печи и ковшей, сталеплавильный

шлак.

Отходы производства, как правило, применяются в хозяйственном обороте.

Современные мартеновские цехи располагают комплексами по переработке

сталеплавильных шлаков, включая дробление, отделение металла, сортировку по

фракциям и отгрузку потребителям (используется для отсыпки дорог). Металл

возвращается в сталеплавильный агрегат, что повышает выход годной стали.

В целях снижения образования отходов футеровки внедряются новые технологии

кладки регенераторов мартеновской печи и состав огнеупорного кирпича: применение

высокоглинозёмистого кирпича с низким (менее

1,5 %) содержанием Fe2O3 и

температурой начала размягчения более 1500 ºС в верхних 20-ти рядах насадки

мартеновской печи позволило увеличить срок службы насадки с 230 до 450 плавок.

2.7 Производство ферросплавов

Ферросплавы - это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом

и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и

легирования

[71-76]. Ферросплавы, содержащие более трех ведущих элементов

(металлов), называют комплексными сплавами или лигатурами.

Кроме лигатур, различают ферросплавы - модификаторы, которые отличаются от

лигатур назначением. Модификаторы обладают свойством модифицировать

(видоизменять)

структуру

обработанного

ими

металла

или

сплава

(например, измельчать зерно стали или сплава и т. п.).

2.7.1 Общие сведения о процессах производства ферросплавов

Ферросплавы получают восстановлением оксидов соответствующих металлов.

Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстановитель и

создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из

перерабатываемого сырья.

Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким

химическим сродством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстановить из

оксида, т. е. восстановителем может быть элемент, образующий химически более

прочный оксид, чем восстанавливаемый элемент.

Процессы, в которых ферросплавы получают за счет восстановления одного

металла другим, называются металлотермическими [71].

Для производства ферросплавов с минимальным содержанием углерода

применяют или силикотермический процесс (восстановителем является кремний), или

алюмотермический

процесс

(восстановителем

является

алюминий),

или

комбинированный алюмосиликотермический процесс.

201

При силикотермическом способе применяются рафинировочные печи небольшой

мощности. Алюмотермический процесс осуществляют в плавильных горнах (внепечной

процесс).

Процессы, в которых ферросплавы получают за счет восстановления металла из

оксида

углеродом,

называются

углетермическими

(углеродотермическими,

углевосстановительными, карботермическими).

Выделяют следующие основные способы производства ферросплавов,

существующие в настоящее время:

- электротермический: подвод энергии для протекания восстановительных

реакций производится за счет электроэнергии - рудотермические и рафинировочные

печи;

- металлотермический: подвод энергии производится за счет тепла от окисления

метала-восстановителя - горны, электроплавильные горны;

- доменный: подвод энергии производится за счет тепла от сжигания углерода

кокса кислородом воздуха - доменные печи, вагранки;

- электролитический - способ на основе электролиза растворов (расплавов),

содержащих какой-либо ведущий металл, в электролитических ваннах; используется

для получения ферросплавов в металлическом виде высокой чистоты (в отличие от

огневых металлических ферросплавов с большим содержанием примесей, получаемых

в электродуговых печах).

Выделяют группы больших и малых ферросплавов.

Группа больших ферросплавов (крупнотоннажные сплавы) - это ферросплавы,

потребление и, соответственно, производство которых измеряется от десятков тысяч до

сотен тысяч (миллионов) тонн в год. К числу больших ферросплавов относятся

высокоуглеродистые ферромарганец и феррохром, силикомарганец и силикохром, а

также

ферросилиций

кремний

кристаллический,

получаемые

углеродовосстановительным способом в руднотермических или доменных печах

(доменный ферромарганец). Их доля от общего объема производимых в мире

ферросплавов превышает 90 %.

Группа малых ферросплавов (малотоннажные ферросплавы) - это ферросплавы,

потребление и, соответственно, производство которых измеряется от нескольких тонн

до тысяч тонн в год. Ферросплавы малой группы (сплавы с W, Mo, Ti, Zr, Nb, V, В,

редкоземельные металлы (РЗМ) и щелочноземельные металлы (ЩЗМ)) получают, как

правило, металлотермическими способами.

Количество видов и марок производимых ферросплавов достигает нескольких

десятков. В таблице 2.31 приведен перечень основных видов ферросплавов [71-76].

202

Таблица 2.31 - Основные виды ферросплавов, их назначение и способ получения

Наименование сплава

Назначение

Восстановитель

Способ получения

Крупнотоннажные ферросплавы

Марганец и его сплавы

Углеродистый

Плавка в доменной или в

Раскисление и

ферромарганец (Мn не

Углерод

руднотермической

легирование стали

менее 75 %, С<7 %)

электропечи

Среднеуглеродистый

Плавка в

Раскисление и

ферромарганец (Мn не

Кремний

рафинировочной

легирование стали

менее 85 %, С<1,5 %)

электропечи

Малоуглеродистый

Плавка в

Раскисление и

ферромарганец (Мn не

Кремний

рафинировочной

легирование стали

менее 85 %, C<0,05 %)

электропечи

Металлический марганец

Легирование стали и

Плавка в дуговой

(95-98 % Мn, 0,2 % C)

изготовление сплавов в

Кремний

электропечи, электролиз

цветной металлургии

Ферросиликомарганец

Раскисление стали и

(Мn не менее 60 %, в

восстановление

Плавка в

товарном

оксидов в

Углерод

руднотермической

силикомарганце Si до

силикотермических

электропечи

25,9 %, в передельном

процессах

не менее 26,0 %)

Кремний и его сплавы

Бедный ферросилиций

Плавка в доменной или в

Раскисление и

(содержание кремния 9-

Углерод

руднотермической

легирование стали

29 %)

электропечи

Богатый ферросилиций

Плавка в

Раскисление и

(содержание кремния 45,

Углерод

руднотермической

легирование стали

65, 75 и 90 %)

электропечи

Кремний

Легирование стали и

Плавка в

кристаллический

изготовление сплавов в

Углерод

руднотермической

(кремния до 98 %)

цветной металлургии

электропечи

Хром и его сплавы

Углеродистый

Плавка в

феррохром (Cr не менее

Легирование стали

Углерод

руднотермической

65 %, 6,5-8 % С)

электропечи

Среднеуглеродистый

Плавка в

феррохром (Cr не менее

рафинировочной

Легирование стали

Кремний

65 %, 1-2 % С)

электропечи и

конвертере

Малоуглеродистый

Плавка в

феррохром (Cr не менее

рафинировочной

Легирование стали

Кремний

65 %, 0,1-0,5 % С)

электропечи и

конвертере

203

Окончание таблицы 2.31

Наименование сплава

Назначение

Восстановитель

Способ получения

Безуглеродистый

Плавка в рафини-

Кремний и

феррохром (Cr не менее

Легирование стали

ровочной электропечи,

алюминий

68 %, 0,01-0,06 % C)

конвертере и горне

Металлический хром (Cr не

Легирование стали и

менее 97,5 %)

изготовление

Кремний и

Плавка в горне и

сплавов в цветной

алюминий

электролиз

металлургии

Азотированный феррохром

Плавка в

(Cr не менее 60 %, C не

рафинировочной

более 0,6 %, 0,9-6,0 % N)

электропечи с

Легирование стали

Кремний

последующей

обработкой в атмосфере

азота

Ферросиликохром (Si не

Восстановление

менее 30-50 %, 20-30 %

оксидов в

Плавка в

Cr)

силикотермических

Углерод

руднотермической

процессах и

электропечи

раскисление стали

Малотоннажные ферросплавы

Ферровольфрам (W не

Углерод,

Плавка в электродуговой

менее 65 %, C не более

Легирование стали

кремний и

печи и горне

0,8 %)

алюминий

Ферромолибден (Мо не

Кремний и

Легирование стали

Плавка в горне

менее 55 %, C<0,20 %)

алюминий

Феррованадий (V не менее

Кремний и

Плавка в электропечи,

Легирование стали

35 %, C <1,0 %)

алюминий

горне

Ферротитан (Ti не менее

Легирование стали

Алюминий

Плавка в горне

25 %, C <0,20 %)

Феррониобий (Nb + Ta не

Легирование стали

Алюминий

Плавка в горне

менее 50 %)

Ферросиликоцирконий (Zr

Раскисление и ле-

Алюминий

Плавка в горне

не менее 40 %)

гирование стали

Ферроалюмоцирконий (Zr

Раскисление и ле-

Алюминий

Плавка в горне

не менее 15-18 %)

гирование стали

Ферробор (5-12 % В)

Легирование стали и

Алюминий

Плавка в горне

сплавов

Ферроборал (B до 4 %)

Легирование стали и

Алюминий

Плавка в горне

сплавов

Силикокальций (Са - 30 %,

Плавка в руднотерми-

Раскисление стали

Углерод

Si~60 %)

ческой электропечи

Ферросиликокальций (Са

Плавка в электродуговой

Раскисление стали

Кремний

~17 %, Si - 60 %, Fe ~20 %)

печи

Силикоалюминий (A1 -

Плавка в электродуговой

Раскисление стали

Кремний

25 %, Si ~75 %)

печи

204

2.7.2 Производство ферросплавов в доменных печах

Ферросплавы (ферромарганец и ферросилиций), необходимые для раскисления

и легирования стали, первоначально выплавляли в доменных печах, где топливом и

восстановителем был кокс. Удельный расход кокса на их выплавку был значительно

больше, чем на обычный чугун, так как на восстановление марганца и кремния требуется

больше затрат энергии и более высокая температура ведения плавки.

С появлением электродуговых печей и развитием технологии электроплавки

большинство ферросплавов начали выплавлять электропечным способом, где тепло

подводилось электроэнергией, а углетермическое восстановление осуществлялось

коксом. Например, на выплавку доменного ферромарганца расходовалось 1800 кг/т

кокса, а электропечного - 550 кг/т [71,77].

В доменных печах выплавляли высокоуглеродистый ферромарганец (70-75 %

Mn), зеркальный чугун (15-25 % Mn), ферросилиций (9-18 % Si), феррофосфор (14-

18 % P), ферроманганофосфор (ФМнФ1-60 % Mn и более 10 % P, ФМнФ5 с 30 % Mn и

более 14 % P), а также доменный углеродистый феррохром с содержанием хрома до

40 %. Выбор способа плавки ферросплавов в большой степени определяется

стоимостью электроэнергии и кокса. В связи с этим при определенных рыночных

условиях вполне целесообразна выплавка в доменной печи ферросилиция марки ФС17

(17 % Si), силикомарганца CMн 10-17 (10-20 % Si и 65 % Mn), а также углеродистого

феррохрома с содержанием хрома до 40-45 %.

Современное доменное производство имеет температуру горячего дутья до 1100-

1350 °C. Нагрев дутья на каждые 100 °C экономит 95-125 кг кокса и 10 кг марганца.

Переход на работу с обогащением дутья кислородом увеличит температуру в горне печи

и создаст более благоприятные условия для восстановления марганца и кремния,

снизит расход кокса.

В настоящее время при сложившихся ценах на кокс и электроэнергию

высокоуглеродистый ферромарганец в электродуговых печах в России не производится

[78]. Его выплавляют в доменных печах с расходом кокса 1500-1800 кг/т в зависимости

от содержания марганца в руде.

Доменные ферросплавы, применяемые в качестве раскислителей при

производстве стали, должны отвечать следующим требованиям (см. таблицу 2.32).

Таблица 2.32 - Химический состав доменных ферросплавов

Массовая доля, %

Марка

фосфора

серы

ферросплава

кремния

марганца

не более

Ферросилиций доменный (ГОСТ 51630-49)

СИ15

13,10 и более

Не более 3,0

0,20

0,04

СИ10

9,0-13,0

То же

0,20

0,04

Чугун зеркальный (ТУ 14-15-72-78, с изменениями от 01.11.1984)

Зч1

Не более 2,0

10,0-12,0

0,18

0,03

Зч2

То же

12,1-14,0

0,18

0,03

Зч3

То же

14,1-16,0

0,18

0,03

205

Окончание таблицы 2.32

Массовая доля, %

Марка

фосфора

серы

ферросплава

кремния

марганца

не более

Зч4

То же

16,1-18,0

0,20

0,03

Зч5

То же

18,1-20,0

0,22

0,03

Зч6

То же

20,1-22,0

0,22

0,03

Зч7

То же

22,1-24,0

0,22

0,03

Зч8

То же

24,1-25,0

0,22

0,03

Ферромарганец доменный (ТУ 14-5-80-77, с изменениями от 01.10.1985)*

Группа А

Мн5

Не более 1,8

75,1 и более

0,35

0,02

Мн6

То же

70,0-75,0

0,35

0,02

Мн7

Не более 0,9

70,0 и более

0,35

0,02

Группа Б

Мн5

Не более 1,8

75,1 и более

0,50

0,02

Мн6

То же

70,0-75,0

0,50

0,02

Мн7

Не более 0,9

70,0 и более

0,50

0,02

В России длительные годы в доменной печи успешно выплавляли

хромоникелевый чугун с содержанием никеля до 1,0 %. В настоящее время в Китае из

бедных никелевых руд в доменных печах массово выплавляют ферроникель с

содержанием никеля 2-4 %, который применяют для выплавки нержавеющих марок

стали. Никель в таком сплаве значительно дешевле никеля, полученного по обычной

технологии.

Производительность одной доменной печи объёмом

1000 м³ при выплавке

углеродистого ферромарганца равна производительности трёх электропечей

мощностью 27 МВА [77].

Общая характеристика технологической схемы производства доменного

ферромарганца

Производство ферромарганца в России было организовано в 1876 г. на доменной

печи Нижне-Тагильского металлургического завода [79].

Доменная плавка ферромарганца аналогична технологии выплавки чугуна с

некоторыми отличиями по свойствам сырья, условиям восстановления марганца в печи,

ведению процесса плавки.

Для выплавки ферромарганца используют оксидные и карбонатные марганцевые

руды и концентраты с 36-44 % Mn, кокс, флюсы - известняк и доломит, а также

различные добавки [79, 80]. Нежелательные примеси в марганцевой руде - это фосфор,

щелочные соединения R2O (Na2O и K2O). От качества руды по содержанию марганца и

составу пустой породы зависят показатели плавки. В таблице 2.33 представлен

химический состав оксидного и карбонатного концентратов марганцевой руды, а также

Усинской карбонатной руды.

206

Таблица 2.33 - Химический состав оксидного и карбонатного концентратов

марганцевой руды, карбонатной руды Усинского месторождения

Концентрат,

Массовое содержание, %

руда

SiO2

CaO

MgO

Al2O3

Fe2O3

R2O

Оксидный

44,07

13,2

2,14

4,4

2,06

2,51

0,19

0,073

1,07

Карбонатный

28,66

9,23

9,8

3,8

1,88

2,86

0,17

0,041

0,36

Усинская

карбонатная

19,3

16,3

14,8

7,8

руда

Технологическая схема производства доменного высокоуглеродистого

ферромарганца с указанием вида и мест эмиссий может быть описана рисунком 2.26.

Полученный в доменной печи ферромарганец на литейном дворе обрабатывают

двумя способами. По первому способу наливают в чугуновозный ковш и разливают на

разливочной машине в чушки весом не более 18 кг.

Далее чушки ферромарганца дробят на щековой дробилке до размера кусков

менее

100 мм. Образовавшуюся мелочь ферромарганца (фракция менее

10 мм)

отсевают для последующей повторной утилизации.

По второму способу ферромарганец разливают непосредственно на литейном

дворе в чугунные изложницы или в песчаные, на дно которых насыпают для утилизации

отсеянную мелочь ферромарганца. Полученные большие слитки сплава после их

остывания разбивают на более мелкие куски для последующего дробления в щековой

дробилке и рассева на стандартные фракции.

Процессы при выплавке ферромарганца

При выплавке в доменной печи ферромарганца процессы восстановления и

шлакообразования отличаются от процессов при выплавке чугуна из железорудного

сырья. В марганцевой руде марганец находится в виде оксидов MnO2, Mn2O3, Mn3O4,

MnO. Первые два оксида восстанавливаются в верхней части шахты печи при

сравнительно невысоких температурах:

3MnO2 + 2CO = Mn3O4 + CO2;

Mn2O3 + CO = 2Mn3O4 + CO2.

Оксид Mn3O4 также восстанавливается при умеренных температурах до MnO, но

реакция обратима. Оксид MnO восстанавливается только твердым углеродом при

температурах свыше 1100 °C:

MnO + C = Mn + CO.

Практически металлический марганец образуется в горне печи при контакте

высокомарганцовистого шлака с углеродом кокса, начиная с температуры 1200 °C, т. е. в

нижней части распара, заплечиков и горне. Степень извлечения марганца из руды

составляет 65-80 %. Остальная часть марганца в виде возгонов уносится из печи

газамии и в виде недовосстановленного MnO остаётся в шлаке. Степень извлечения

марганца увеличивается при повышении температуры в горне печи. Этому может

способствовать увеличение расхода кокса, повышение температуры дутья, обогащение

дутья кислородом, а также подбор шлакового режима плавки.

207

Присутствие восстановленного железа ускоряет процесс восстановления

марганца и снижает температуру, при которой он восстанавливается до карбида по

реакции:

3MnO + 4Fe3C = Mn3C + 6Fe + 3CO.

Марганец образует с углеродом прочные карбиды. С увеличением содержания

марганца в сплаве возрастает содержание углерода. В передельном чугуне с марганцем

до 1,0 % углерода около 4,4-4,67 %, в зеркальном чугуне с марганцем до 25 % углерода

5,0-6,0 %, а в ферромарганце с 80 % Mn углерода около 7,0 %.

Показатели доменной плавки при выплавке ферросплавов

Ферромарганец

Ферромарганец выплавляют в доменных печах объёмом от 172 до 1033 м³.

Показатели работы доменной печи при выплавке чугуна и ферромарганца сильно

отличаются из-за различного механизма восстановления железа и марганца (марганец

из оксидов преимущественно восстанавливается углеродом кокса), поэтому расход

кокса выше и производительность ниже, чем при выплавке чугуна.

Работу доменных печей при выплавке ферромарганца осложняет присутствие

оксидов Na2O и K2O (щёлочи), содержащихся в марганцевой руде. При выплавке

ферромарганца на 1 т сплава поступает с марганцевой рудой и коксом до 40-70 кг

оксидов щелочей против 5-9 кг при выплавке литейного чугуна. Материальный баланс

щелочей показал, что со шлаком ферромарганца уходит

9,9 %, с колошниковой

уловленной пылью 15,5 %, со шламом 18,0 %, переходит в воду оборотного цикла

газоочистки 53,6 %. Часть щелочей циркулирует в доменной печи, что оказывает

разрушающее воздействие на кокс и вызывает его перерасход.

Показатели работы доменных печей, выплавляющих ферромарганец, зависят от

качества проплавляемого рудного сырья, удельного выхода и состава шлака,

использования кислорода, простоев печей

[79,

80]. В таблице 2.34 представлен

диапазон параметров основных показателей доменной плавки ферромарганца на сырых

рудах и марганцевом агломерате. Простои печей связаны с очисткой газоотводящих

трактов и пылеочистных устройств от отложений настылей и заменой сгоревших

воздушных фурм.

Таблица 2.34 - Показатели производства ферромарганца в доменных печах

Значение показателя

Параметры

Размерность

мин.

макс.

Полезный объём доменной печи

м³

292

1033

Содержание марганца в шихте

40,1

49,0

Удельная производительность

т/м^3.сут

0,336

0,516

Удельный расход кокса

кг/т

1698

2057

Интенсивность плавки по коксу

кг/м^3.сут

603

999

Дутье: температура

^оС

940

1161

содержание кислорода

28,3

Давление на колошнике

МПа

0,020

0,117

208

Окончание таблицы 2.34

Значение показателя

Параметры

Размерность

мин.

макс.

Расход материалов (диапазон параметров):

кг/т

окисленная руда Никопольская

2597

2615

карбонатная руда Никопольская

206

1022

концентрат Ушкатын-3

795

1780

агломерата Никопольского

1932

2652

Всего рудного сырья на 1 т сплава

1932

2936

Известняк

150

1080

Доломит

204

700

Металлодобавки

146

262

Вынос колошниковой пыли

кг/т

133

Состав сплава: кремний

1,58

2,25

марганец

70,40

72,66

фосфор

0,36

0,48

сера

0,01

0,02

Состав шлака: MnO

5,68

21,7

MgO

4,7

8,48

Al2O3

5,10

9,20

FeO

0,16

1,50

Основность CaO:SiO2

ед.

1,04

1,42

Удельный выход шлака

кг/т

1110

1186

Степень извлечения марганца

69,5

81,7

Простои печей, календарное время

0,45

5,56

Применение дутья, обогащённого кислородом, сокращает удельный расход кокса

с 2,08 до 1,79 т (на 14 %) [81, 82]. Теплотворность колошникового газа повышается с

1158 до 1500 ккал/м³. Расход дутья уменьшается с 6100 до 3720 м³/т. Экономия кокса

происходит главным образом за счёт снижения температуры колошникового газа из-за

более полного теплообмена в горне и нижней части шахты печи.

На степень извлечения марганца при выплавке ферромарганца большое влияние

оказывает состав шлака - основность и содержание MgO. При высокой основности

шлака по CaO/SiO2 до 1,3-1,4 имеет место лучшее восстановление марганца из шлака,

однако возрастают его потери с возгонами из-за повышенной температуры конечного

шлака в горне печи. Меньшие потери марганца с возгонами имеют место при работе на

шлаках с основностью 1,0-1,2, положительно влияние содержание в шлаке MgO в

пределах 6-10 %.

Феррофосфор

На доменной печи объемом 172 м³ Староуткинского металлургического завода

длительное время выплавляли феррофосфор и ферроманганофосфор, которые

применялись при выплавке автоматных марок стали [98]. Феррофосфор выплавляли из

фосфоритовой руды с добавлением железной стружки. При выплавке

ферроманганофосфора вместо железной стружки использовали марганцевую руду.

В сутки выплавляли 29,6 т ферроманганофосфора. На 1 т сплава расходовалось 4,04 т

кокса, выход шлака составлял 2,47 т/т сплава. В сплаве содержалось, %: 55,51 Mn; 13,22

209

P; 1,75 C; 0,58 Si; 0,022 S. Состав шлака, %: 27,95 SiO2; 8,90 Al2O3; 43,2 CaO; 1,19 MgO;

16,70 MnO; 0,73 FeO; 0,86 P2O5. Состав колошниковой пыли, %: 18,56 C; 18,50 SiO2; 23,04

Al2O3; 15,73 H2O; 12,02 CaO; 1,35 MgO; 6,48 P2O5; 4,32 MnO.

В таблице 2.35

представлен

материальный

баланс

плавки

ферроманганофосфора на 1 т сплава.

Таблица 2.35 - Материальный баланс плавки ферроманганофосфора на 1 т сплава

Поступило в печь

Получено

Марганцевой руды

2,60

Сплава

1,00

Фосфоритовой руды

1,41

Шлака

2,47

Известняка

0,68

Газа

16,22

Стружки

0,15

Влаги

1,16

Кокса

4,04

Пыли

0,06

Дутья

12,9

Улет оксидов по разности

0,87

Всего

21,78

Всего

21,78

По результатам балансовых плавок феррофосфора степень извлечения марганца

составила 59,75 % и фосфора - 89,50 %.

Ферросилиций

Марки выплавлявшегося в доменных печах ферросилиция приведены в

таблице 2.32. Кремнезём является более прочным оксидом, чем MnO, и может

восстанавливаться только углеродом в нижней части печи при температуре свыше

1500°C. При наличии свежевосстановленного железа восстановление кремния в

доменной печи начинается около

1400°C. Восстановление кремния идёт с

предварительным образованием его монооксида - SiO:

SiO2 + C = SiO + CO,

SiO + C = Si + CO,

--------------------------------------------

SiO2 + 2C = Si + 2CO.

Кремний с железом образует силициды железа, например:

Fe + Si = FeSi.

Предельное содержание кремния в ферросилиции 33 %. Практически в доменных

печах при температуре дутья около 700-1000 ^оС получали ферросилиций, содержащий

13-15 % SiO2. Степень восстановления оксида кремния, переходящего в металл,

составляет не более

35-50 %. Около

15 % Si уносится газом в виде легко

испаряющегося SiO, остальная часть в виде SiO2 переходит в шлак.

Для выплавки ферросилиция в доменной печи предпочтительно использовать

бедную железную руду, а не агломерат, так как наличие в нём закиси железа даёт

легкоплавкие холодные шлаки, которые охлаждают горн печи, где восстановление

железа и кремния углеродом кокса происходит при пониженных температурах с

большими затратами энергии.

Расход кокса при выплавке ферросилиция несколько ниже, чем при производстве

доменного ферромарганца. Повышение температуры дутья и обогащение его

кислородом благоприятны для улучшения показателей выплавки ферросилиция.

210

Например, при увеличении содержания кислорода в дутье с 21 % до 26 % при выплавке

ферросилиция на Челябинском металлургическом заводе выход газа уменьшился с

4300 до 3220 м³ на 1 т ферросилиция, а температура колошникового газа - с 500-700 °C

до 200-300 °C. Коэффициент полезного использования тепла в печи возрос с 0,67 до

0,75 [80].

В таблице 2.36 приведена характеристика шлаков доменного ферросилиция,

выплавлявшегося на разных железных рудах на нескольких заводах.

Таблица 2.36 - Характеристика шлаков при выплавке доменного ферросилиция

№

Химический состав, %

CaO/SiO2

Темп.плавл.,

п/п

SiO2

Al2O3

CaO

MgO

^оС

38,8

9,5

44,9

4,0

1,16

1350

39,4

9,06

41,4

5,7

1,05

1350

38,9

10,96

44,63

1,58

1,14

1350

38,4

10,3

45,6

1,71

1,16

1350

42,55

15,81

34,48

4,9

0,81

1350

45,26

16,40

31,30

4,29

0,79

1350

Феррохром

В доменной печи успешно выплавляется феррохром, поведение оксидов хрома в

доменной печи аналогично оксидам марганца.

Степень извлечения хрома из руды составляет более

90 %. Выплавка

феррохрома требует повышенного расхода кокса, высокого нагрева дутья и основных

шлаков. Хром - карбидообразующий металл, поэтому в доменной печи получается

высокоуглеродистый феррохром с содержанием углерода до 10-12 %. Несмотря на

восстановление хрома в доменной печи, получить металл с содержанием хрома более

40-45 % затруднительно из-за увеличения вязкости расплава и трудности его выпуска

из печи. В то же время полученный в доменной печи высокоуглеродистый феррохром с

содержанием хрома 40-45 % будет иметь более низкую себестоимость в пересчёте на

хром металлический по сравнению с электропечным.

Отвод доменного газа, его очистка и водопотребление

При выплавке ферросплавов колошниковые газы имеют высокую калорийность

благодаря содержанию СО до

30-38 %. Для очистки колошникового газа,

образующегося при выплавке ферросплавов, применяется та же совокупность

пылеочистного оборудования доменной печи, что и при выплавке чугуна, с такими же

показателями эффективности очистки (раздел 2.3).

Большую проблему для очистки колошникового газа представляют щелочи, в

большом количестве содержащиеся в марганцевых рудах. Выносимая из печи

марганцевая пыль совместно со щелочами образует камнеподобные отложения в

газоотводах и газовом тракте на участках мокрой очистки вплоть до полного их

закупоривания, что требует периодической остановки печи для очистки газоходов

механическим способом.

Щелочи из доменной печи возгоняются в виде цианистых соединений калия,

которые образуются по следующей схеме:

211

2С + N2 = (CN)2;

2K + (CN)2 = 2KCN.

Цианистые соединения, образующиеся в нижних частях шахты печи, возгоняются

в верхние горизонты. При температуре колошника выше 300 °C они с колошниковым

газом и пылью попадают в газоочистку.

Содержание аммиака в колошниковом газе составляет 1-2 г/м³, в промывочных

водах газоочистки при выходе из скруббера 300-500 мг/л, в оборотной воде 150-

250 мг/л [79].

При выплавке ферросплавов применение сухой газоочистки устранит

образование камнеподобных отложения в газопроводе, снизит простои доменных печей

и улучшит показатели работы доменной печи. При установке ГУБТ за сухой газоочисткой

на 20-25 % увеличивается выработка электроэнергии [83].

Сухая газоочистка доменного газа установлена на доменных печах № 1 и № 2

Косогорского металлургического заводаж.

Водопотребление

Режим водопотребления описан в разделе 2.3.

Основное технологическое и природоохранное оборудование

Назначение, описание, технологические характеристики основного и

природоохранного оборудования, используемого при производстве доменных

ферросплавов, аналогичны для производства чугуна и приведены в разделе 2.3.

Материальные потоки, виды эмиссий

По всей технологической цепочке производства ферросплавов в доменных печах

в местах выгрузки сырья, складирования, хранения пылящих материалов на открытых

площадках, дозирования компонентов шихты на различном оборудовании, работе

уравнительных клапанов при загрузке печи, выпуске чугуна и шлака, транспортировки

отходов производства и готовой продукции имеют место организованные и

неорганизованные выбросы (эмиссии) загрязняющих веществ в виде пыли, газов,

образования отходов, сточных вод.

Факторы негативного воздействия на окружающую среду

Факторы негативного воздействия на окружающую среду при производстве

ферросплавов в доменных печах аналогичны таковым при выплавке чугуна в доменных

печах и изложены в разделе 2.3.

2.7.3 Производство ферросплавов в руднотермических печах

2.7.3.1 Общий принцип плавки ферросплавов в руднотермических печах

Общий принцип восстановительной плавки в руднотермических печах

заключается в восстановлении оксидов металлов, содержащихся в исходных рудах

(концентратах, окатышах, брикетах и т. д.), углеродом, содержащимся в углеродистых

восстановителях (кокс, антрацит, уголь, древесная щепа и т. д.).

212

В общем виде процесс восстановления оксидов углеродом описывается

реакциями [71]:

2/yМеxОу + 2С = 2x/yMe + 2СО - Qc,

2/y МеxОу + (2 + 2 х/z) С = 2 x/yzMezCy + 2СО - Qc´,

где Qc - тепло, затрачиваемое при восстановлении элемента из оксида углеродом;

Qc´ - тепло, затрачиваемое при восстановлении элемента из оксида углеродом с

образованием карбида.

Перемешанные компоненты шихты постоянно (порциями или непрерывно)

загружают сверху в руднотермическую печь на колошник (верхний уровень шихты)

ванны печи (ванна - емкость, в которой производится плавка ферросплава). Ванна печи

до самого верха постоянно заполнена шихтой. В шихту погружают электроды, на концах

которых постоянно горит электрическая дуга. Шихта находится со всех сторон электрода

(плавка с закрытой дугой).

Температура дуги столь высока, что вокруг зоны горения дуги образуется

пространство, заполненное только печными газами, - тигель, из которого вся шихта

испаряется. Граница тигля определяется температурой испарения шихтовых

материалов. За этой границей материалы шихты находятся сначала в жидком, а затем

в полужидком и твердом виде.

Строение ванны рудотермической печи приведено на рисунке 2.65.

1 - электроды; 2 - угольная футеровка печи; 3 - зона максимального

схода шихты; 4 - зона замедленного схода шихты; 5 - зона расплавления

шихты или шлака; 6 - жидкий металл; 7 - зона скопления кокса; 8 - тонкая

газовая прослойка (тигель); 9 - гарнисаж

Рисунок 2.65 - Схема расположения шихтовых материалов, шлака и металла в

ванне руднотермической печи [73]

За счет тепла электрических дуг происходит непрерывный нагрев и плавление

поступающих в зону горения дуги шихтовых материалов. Тепла оказывается достаточно

для протекания процесса восстановления оксидов металлов углеродом. При этом

углерод окисляется кислородом оксидов металлов и образует газообразный оксид

213

углерода - СО, который через неплотности и поры смеси шихтовых материалов

удаляется вверх, через слой непрерывно загружаемой шихты, в атмосферу.

Жидкий ферросплав в процессе плавки под собственной тяжестью собирается в

нижней части ванны на подине печи. На этом уровне в боковой стенке печи

просверливают отверстие, называемое «летка печи». Это отверстие - летку печи

закрывают («затыкают») материалом, который легко удаляется из канала летки. Вместе

с тем этот материал не позволяет жидкому ферросплаву вытекать из ванны печи. Чаще

всего для закрытия летки используют влажную огнеупорную глину или используют

специально изготовленные леточные массы.

Периодически летку печи открывают путем расчистки леточного канала вручную,

либо перфоратором, либо электропрожигом, либо прожигом кислородом. Жидкий

ферросплав (металл) через этот канал самотеком вытекает из печи по леточному

желобу в ковш. Происходит выпуск плавки (выпуск металла). Вместе с металлом из печи

вытекает шлак, который образуется из невосстановленных оксидов шихтовых

материалов.

Таким образом, плавка в руднотермической печи - это плавка с непрерывной

загрузкой шихты и периодическим выпуском.

В некоторых случаях для обеспечения более высокого извлечения металла в

ферросплав в состав шихты вводят добавки, регулирующие состав печного шлака, -

флюсы. В этом случае количество шлака увеличивается, однако потери металла за счет

меньшего перехода металла в шлак меньше. Если флюсы в шихту не добавляют, то

плавка называется бесфлюсовой, если добавляют - флюсовой. Такие варианты

процесса используют, например, для выплавки углеродистого ферромарганца.

Жидкий ферросплав разливают на разливочных машинах или в стационарные

плоские чугунные изложницы. Застывшие слитки отправляют в склад готовой продукции,

где металл дробят, фракционируют, упаковывают и отгружают потребителям.

Шлак вывозят на участок переработки шлака или шлакоотвал.

Общая блок-схема технологического процесса производства ферросплавов с

образующимися эмиссиями приведена на рисунке 2.66.

В соответствии с представленной схемой производственный процесс в

ферросплавном цехе включает три основные последовательные стадии:

- подготовку шихтовых материалов, включая дозирование;

- плавку подготовленной шихты в электропечах;

- разливку и разделку готового сплава.

Исходя из этого, ферросплавный цех включает в себя:

- склад шихтовых материалов (склад шихты) с отделением или корпусом

подготовки шихты;

- корпус шихтовых бункеров;

- плавильный корпус;

- склад готовой продукции.

214

2.7.3.2 Элементы конструкции руднотермических печей

В поперечном сечении большая часть ванн рудно-термическихпечей имеет

круглую форму, а ряд мощных печей имеют прямоугольную форму (иногда - эллипсную

форму) [72, 84, 85]. Высота ванн руднотермических печей сопоставима с диаметром

(шириной) кожуха ванны, поэтому их называют низкошахтными в отличие от шахтных

печей, например доменных, в которых высота печи составляет несколько ее диаметров.

Кожух печей выполняют из листовой стали толщиной 15-35 мм и усиливают

снаружи вертикальными ребрами и горизонтальными поясами жесткости, днище кожуха

выполняют плоским.

Ванна печи выкладывается внутри кожуха из огнеупорных материалов

(огнеупорный кирпич (шамотный, магнезитовый, муллитокорундовый и т. д.),

огнеупорные бетоны, асбест, углеродистые блоки и т. д.), которые составляют

футеровку печи. Материалы, применяемые для футеровки печи, выбирают в

зависимости от выплавляемого сплава. Так, для выплавки кремнистых сплавов и

углеродистого ферромарганца рабочее пространство печи выкладывают из угольных

блоков, для выплавки углеродистого феррохрома - из магнезитового кирпича. Верх стен

выкладывают шамотным кирпичом.

В ванну печи вертикально сверху опущены электроды. Вниз электроды

перемещаются под собственной тяжестью. Вверх электроды поднимают с помощью

механизмов перемещения электродов. Схема самоспекающегося электрода приведена

на рисунке 2.67 [84].

1 - кожух электрода; 2 - электродная масса; 3 - нажимное устройство;

4 - контактная шека;5 - несущий цилиндр; 6 - ребра;

7 - труба подвода электрического тока и воды;

8 - нажимное кольцо; 9 - свод печи; 10 - шихта

Рисунок 2.67 - Самоспекающийся электрод

216

В руднотермических печах используются самоспекающиеся непрерывные

электроды, изготовляемые непосредственно в процессе работы печи. Электроды

состоят из железного кожуха, заполняемого специальной электродной массой,

состоящей из термоантрацита, литейного кокса, каменноугольной смолы и пека.

Схема руднотермической печи представлена на рисунке 2.68 [85].

1 - короткая сеть; 2 - трансформатор; 3 - футеровка; 4 - кожух;

5 - механизм вращения;6 - устройство для перепуска электродов;

7 - гидроподъемник; 8 - электрододержатель;9 - свод; 10 - отверстия

газоходов; 11 - стакан газосборника; 12 - наклонный газоход

Рисунок 2.68 - Схема руднотермической печи

Мощность трансформаторов руднотермических печей составляет от

10 до

115 МВА, вторичное напряжение - в пределах 130-250 В, сила тока в электроде на

мощных печах достигает 100-110 кА.

Большая часть руднотермических печей - печи переменного тока. Их оборудуют

тремя электродами, установленных по вершинам равностороннего треугольника

(круглые печи), а печи большой мощности иногда имеют шесть электродов,

установленных в линию (прямоугольные печи). Эти печи оборудуют одним трехфазным

или тремя однофазными печными трансформаторами.

В руднотермических печах постоянного тока используется один электрод.

В качестве второго электрода используют подовый электрод - электрод, установленный

в подине печи, или вторым электродом служит токопроводящая подина специальной

217

конструкции. Электропитание печи постоянного тока производится от источника

питания, который преобразует переменный ток печного трансформатора в постоянный.

Подвод электрического тока от печных трансформаторов к электродам

производится помедным водоохлаждаемым трубошинам.

В процессе плавки в руднотермической печи оборудование, которое находится в

зоне воздействия высоких температур (все оборудование под зонтом печи и

оборудование электроподвода), требует интенсивного охлаждения. Это охлаждение

достигается за счет применения водооборотной системы. Из бассейна с холодной водой

вода насосами под давлением подается на «горячие» элементы печи. Горячая вода

свободно сбрасывается из элементов печи в приемные коллектора и далее самотеком

собирается в бассейн горячей воды. Из этого бассейна горячая вода насосами подается

на градирни для охлаждения. Охлажденная вода от градирен возвращается в бассейн с

холодной водой и снова на охлаждение элементов печи.

Печные газы, выделяющиеся с колошника и от летки руднотермической печи,

собирают различными способами и направляют на газоочистку. В зависимости от

способа сбора печных газов, выделяют открытые, закрытые, герметичные и

полузакрытые печи [72, 84, 85].

Открытые печи - это печи, оборудованные высоким зонтом (газовым колпаком)

над колошником печи, крышу которого устанавливают выше токоподводов к электродам

печи, а между нижней границей боковой части зонта и рабочей площадкой вокруг печи

на уровне колошника оставляют свободное пространство. Это пространство (кольцевой

зазор высотой около

2 м) используют для доступа к колошнику печи для его

обслуживания. Газы из открытой печи вместе с частью окружающего воздуха,

поступающего через кольцевой зазор, забирают из-под крыши зонта на газоочистку

сухого типа (тканевые рукава). Однако часть печных газов из-за неравномерного хода

печи выбивается из-под зонта в атмосферу цеха и окружающую среду.

Закрытые печи

- это печи, колошник которых полностью закрыт

водоохлаждаемым сводом. Секции (части) свода подвешивают к перекрытию над печью.

Периферийная часть секций опирается на стены печи. В своде оставляют кольцевые

отверстия для электродов. Зазор между электродами и сводом герметизируют за счет

непрерывной подачи шихты вокруг электродов. Между верхним уровнем загруженной в

печь шихты и сводом оставляют свободное пространство, из которого через

специальные проемы в своде отбирают выделяющиеся печные газы на газоочистку

мокрого типа (орошаемый скруббер Вентури).

Примерно 1/3 печных газов закрытых печей выделяется через шихту вокруг

электродов и выбрасывается в атмосферу без газоочистки.

Герметичные печи - это печи, укрытые водоохлаждаемым сводом, герметизация

электродных отверстий в котором производится за счет специальных уплотнений, а

шихта загружается на колошник печи по труботечкам, проходящим через

соответствующие отверстия в своде печи. В герметичных печах все выделяющиеся из

печи газы собираются в подсводовом пространстве и удаляются на мокрую газоочистку.

Уловленная пыль также в виде шлама отправляется в шламоотстойник.

Полузакрытые печи (печи с низким зонтом) отличаются от открытых печей тем,

что кольцевой зазор между низом боковой поверхности зонта и рабочей площадкой

укрывают щитами, дополнительно герметизируя зонт печи

[84]. За счет этого

218

повышается эффективность сбора печных газов на газоочистку и сокращаются выбросы

неочищенного газа в атмосферу цеха.

Крыша зонта полузакрытых печей выполняется ниже уровня токоподвода к

электродам. Это продлевает срок службы короткой сети печи неопределенно долго. Это

же позволяет разместить печные трансформаторы максимально близко к электродам и

максимально сократить электрические потери.

Полузакрытые печи имеют преимущество перед печами другого типа:

- перед открытыми печами - более высокая степень сбора печных газов на

газоочистку, лучшие условия эксплуатации короткой сети;

- перед закрытыми и герметичными печами - сохраняется возможность обработки

колошника печи для корректировки хода плавки, ниже расход электрической энергии из-

за отсутствия потерь с индукцией на свод (3-5 %), используется газоочистка сухого типа

- отсутствует необходимость строительства, имеется возможность отгрузки

потребителям товарной пыли.

Подавляющая часть новых ферросплавных печей строится с полузакрытыми

зонтами.

Подготовка шихтовых материалов

Подготовка шихтовых материалов к плавке решает следующие задачи [74, 84]:

- усреднение шихты;

- сушка шихты;

- подогрев и прокалка шихты;

- обеспечение газопроницаемости шихты.

Усреднение состава шихты достигается в результате операций разгрузки сырья

в складе шихты, подачи материалов на подготовку, перегрузок шихты при

транспортировке к печам и пересыпках при дозировании и подаче шихты в печь.

Сушка шихты. В практике работы руднотермических печей на территории России

сушка шихтовых материалов не применяется. Как правило, влага из шихтовых

материалов испаряется на колошнике печи за счет подогрева шихты выделяющимися

печными газами.

Предварительный подогрев и прокалка шихты нашли применение в

зарубежных заводах при выплавке ферро- и ферросиликохрома с целью экономии

электрической энергии. На российских предприятиях не применяются.

Обеспечение газопроницаемости шихты. Из-за высокой интенсивности

углеродовосстановительных реакций в руднотермических печах происходит постоянное

образование газообразного оксида углерода, особенно в зоне тигля печи, под

электродами. Для эвакуации образующегося оксида углерода необходима хорошая

газопроницаемость шихты, которая обеспечивается загрузкой надлежащей фракции

материала в печь (отсев мелочи и додрабливание кусков, превышающих допустимый

размер).

Подготовка кусковых руд. Необходимая фракция рудной части шихты

(марганцевые и хромовые руды, железная руда, агломерат и т. п.) для плавки - 10-

100 мм, для кварцита - 20-120 мм. Однако при перегрузке руд в вагоны, перевозке,

выгрузке руд на складах шихтовых материалов происходит повторное образование

мелочи. Поэтому руды перед подачей в печь рассевают на 2-ситном грохоте на ситах с

ячейками 10 × 10 мм и 100 × 100 мм.

219

Фракцию более 100 мм додрабливают на щековой дробилке и возвращают на

отсев мелочи. В некоторых случаях, если доля фракции+100 мм в руде невелика, отсев

на сите 100 × 100 мм не производят.

Мелочь руд

0-10 ммнаправляют на окускование или агломерирование и

возвращают на плавку. Мелочь кварцита 0-20 мм на плавку больше не возвращают -

используют как флюс в других металлургических переделах, при строительстве дорог в

качестве балласта, в цементном производстве в качестве кремнеземистой добавки

и т. п.

Рудные концентраты после обогащения представляют собой пески крупностью

менее 3 мм или тонкопомолотые концентраты крупностью менее 0,075 мм и менее.

Поэтому непосредственно в плавке на руднотермической печи их использовать

невозможно. Концентраты подвергают предварительному окускованию

агломерированию, окатыванию или брикетированию на соответствующих фабриках.

Мелочь агломерата, окатышей, брикетов отсеивают в процессе производства. На

ферросплавные заводы поступает готовое окускованное сырье, поэтому

дополнительную подготовку этого сырья перед плавкой не производят.

Флюсы. Для флюсов используют фракцию 10-30 мм. Как правило, эту фракцию

получают от поставщиков и используют для плавки в руднотермических печах без

предварительной подготовки.

Подготовка восстановителя. Кокс необходим фракции 5-16 мм. Для этого кокс

додрабливают на 4-валковой дробилке и рассевают на 2-ситном грохоте на ситах с

ячейками 5 × 5 мм и 16 × 16 мм. Фракцию более 16 мм возвращают на додрабливание и

рассев.

Подготовку каменного угля (антрацита) проводят на выделение целевой

фракции10-100 мм. Как правило, с угледобывающих предприятий поставляется уголь

фракции 20-50 мм. В этом случае уголь и антрацит рассевают на односитном грохоте

на сите с ячейками 8 × 8 (10 × 10) мм. Додрабливание не производят. Однако если

поставляется уголь крупностью более

100 мм, то этот уголь направляют на

додрабливание на 2-валковой дробилке и рассевают на односитном грохоте на сите с

ячейками 8 × 8 (10 × 10) мм.

Фракцию угля 10-50 (10-100) мм подают на печь.

Нерудные железосодержащие материалы. К ним относятся стальная стружка,

чугунная стружка, доменный присад. Крупность чугунной стружки и доменного присада

не превышает 10 мм, поэтому это сырье не требует предварительной подготовки.

Длина витков стальной стружки не должна превышать 50 мм. В противном случае

происходит зависание стружки в суточных бункерах и труботечках с прекращением

поступления стружки в печь. Поэтому стружку подвергают предварительному

измельчению на стружкодробильной машине и рассеву на барабанном сите.

Шихтовое

хозяйство

ферросплавного

завода,

оборудованного

руднотермическими печами, состоит из:

- корпуса разгрузочного оборудования с вагоноопрокидывателями;

- открытого напольного или закрытого склада шихтовых материалов;

- корпуса подготовки шихтовых материалов;

- корпуса шихтовых бункеров;

- дозировочного отделения, которое может быть совмещенным либо с корпусом

подготовки материалов, либо с корпусом шихтовых бункеров.

220

Поступающее на ферросплавный завод сырье складируется на складе шихтовых

материалов.

Для хранения шихтовых материалов применяются три типа складов [74]:

- закрытый грейферный с железнодорожной колеей, расположенной посередине

склада (см. рисунок 2.67, а);

- закрытый бескрановый ангарного типа с конвейерной подачей

(см. рисунок 2.67, б);

- открытый с конвейерной подачей сырых материалов, оборудованный мостовым

грейферным перегружателем для подачи, штабелирования и выдачи материала на

подготовку (см. рисунок 2.69, в).

Из склада каждый шихтовый материал передается в корпус подготовки.

а - закрытый грейферный; б - закрытый бескрановый; в - открытый

Рисунок 2.69 - Типы напольных складов для хранения шихтовых

материалов

В корпусе подготовки материалов установлено необходимое сушильное,

дробильное и классифицирующее оборудование для подготовки шихтовых материалов,

как указано выше.

Подача и загрузка шихты в печь

Подготовленная шихта по системе ленточных транспортеров передается в корпус

шихтовых (суточных) бункеров. Под каждым из суточных бункеров установлен питатель,

который позволяет выдавать материал из бункера с определенной скоростью.

Шихтовые бункера могут располагаться как в отдельном здании (корпус шихтовых

бункеров, отделение дозирования шихты и т. п.) - для мощных печей, так и в

плавильном корпусе - для печей малой и средней мощности.

Шихтовые материалы перед подачей в печь необходимо смешивать в

определенных пропорциях - произвести дозирование шихты, только после этого шихту

можно загружать в печь. В ферросплавном производстве существует два принципа

дозирования шихтовых материалов: порционное и непрерывное.

Дозирование в цехах малой мощности - порционное и производится

непосредственно под суточными бункерами, которые располагают на цеховых отметках

221

значительно выше печи. Принцип порционного дозирования заключается в

формировании порции шихты (колоши), в которой компоненты заданы в определенном

соотношении (см. рисунок 2.70) [75].

Это достигается за счет подачи небольших порций шихтовых материалов из

суточных бункеров через вибрационные питатели в весовые бункера (один на два

бункера). Под весовыми бункерами проходит монорельсовая или напольная тележка, в

которую последовательно сбрасывается шихта из весовых бункеров. Тележка

набранную колошу шихты доставляет и сбрасывает в свободный печной бункер (карман)

печи.

1 - бункер с шихтовым компонентом; 2 - питатель; 3 - весовой бункер;

4 - весоизмерительное устройство; 5 - затвор; 6 - транспортное

устройство для формирования колоши; 7 - транспортное устройство для

передачи колоши шихты в печь

Рисунок 2.70 - Принципиальная схема порционного дозирования шихты

Под каждым печным бункером (карманом) установлен затвор, при открывании

которого с пульта управления печью шихта из печного кармана самотеком по стальным

трубам - труботечкам падает на колошник печи. Иногда вместо затвора в труботечке

устанавливают вибропитатель. В этом случае количество шихты, загружаемой в печь,

может быть меньше одной колоши и регулируется длительностью работы

вибропитателя. Нижняя часть труботечек, находящаяся под зонтом печи, выполняется

водоохлаждаемой.

Непрерывное дозирование шихтовых материалов применяется в цехах с

мощными рудотермическими печами. В этом случае дозирование производится в

корпусе шихтовых бункеров.

Принцип непрерывного дозирования заключается в том, что на движущуюся

транспортерную ленту из суточных бункеров шихтовые компоненты насыпаются со

строго определенной производительностью, как правило, с помощью ленточных

весовых дозаторов. При этом соотношение компонентов выдерживается в соответствии

с требованиями технологии.

Принципиальная схема непрерывного дозирования изображена на рисунке 2.71

[75].

222

1 - бункер с шихтовыми компонентами; 2 - ленточный дозатор;

3 - сдозированная шихта;4 - транспортер

Рисунок 2.71 - Принципиальная схема непрерывного дозирования шихты

2.7.3.3 Восстановительная плавка в руднотермической печи

На колошник печи постоянно загружается свежая шихта, с колошника ванны

руднотермической печи постоянно выделяются печные газы, нагретые до высоких

температур (900-1500 °С), которые образуются в печи в результате испарения влаги,

выделения летучих из шихтовых материалов и в результате восстановления оксидов

шихты углеродом.

В процессе плавки нижний конец электрода постоянно сгорает. Задача

поддержания оптимальной длины рабочих концов решается за счет перепуска

электродов; обычно небольшими разовыми перепусками по 10-20 мм за перепуск.

Между выпусками происходит накопление металла в печи, в первую очередь в тиглях.

Из-за сравнительно небольшого объема в тиглях происходит довольно быстрый рост уровня

накопленного металла. Накопившийся в процессе плавки металл периодически выпускают

из руднотермической печи. Жидкий ферросплав (металл) вместе со шлаком через леточный

канал самотеком вытекает из печи по леточному желобу (сливной носок наклонный,

металлический, футерованный кирпичом, желоб) в ковш.

По окончании выпуска летку закрывают либо вручную конусами из огнеупорной

глины или леточной массы, либо машиной для обслуживания летки печи (пушкой).

Для печей большой мощности выпуск металла и шлака производят раздельно -

через отдельные шлаковую и металлическую летки. Шлаковая летка выполняется выше

металлической - на уровне верхней границы накопленного перед выпуском металла.

Для бессшлаковых процессов (производство ферросилиция) вся плавка выпускается в

ковш (металл и печной шлак).

В зависимости от типа выплавляемого сплава количество печного шлака

значительно меняется: от

3-5 % от веса металла (выплавка ферросилиция -

бесшлаковый процесс) до

150-300 % от веса металла (выплавка феррохрома,

ферромарганца - шлаковые процессы). Отношение веса шлака к весу выпускаемого

металла называется кратностью шлака.

Ковш

выполняется

футерованным

(см. рисунок 2.72),

шлаковни

изготавливаются литыми из стали и не футеруются [85].

Для шлаковых процессов (ферро- и силикомарганец, ферро- и силикохром) объем

ковша подбирают равным объему металла за выпуск (+25 % запас объема). А шлак из

223

ковша в процессе выпуска по сливному носку перетекает в шлаковню (или шлаковый

ковш), которую устанавливают под сливным носком ковша. Шлаковня также имеет

сливной носок, под который устанавливают вторую шлаковню и т. д., такая установка

называется каскадным выпуском (каскад).

1 - корпус ковша; 2 - цапфы; 3 - футеровка; 4 - носок; 5 - днище

Рисунок 2.72 - Ковш сварной футерованный разливочный емкостью 20 м³

В настоящее время в практике ферросплавного производства нашли наибольшее

применение следующие способы разливки:

- на разливочных машинах различного типа;

- в стационарные поддоны и изложницы;

- послойно в напольные изложницы или в канаву методом «плавка на плавку».

Наибольшее распространение получила разливка ферросплавов на ленточных

конвейерных машинах (см. рисунок 2.73)

[85]. Они применяются для разливки

углеродистого ферромарганца, силикомарганца, углеродистого феррохрома,

силикохрома и низкопроцентного ферросилиция.

1 - ковш; 2 - передвижное укрытие камеры; 3 - желоб; 4 - натяжная станция;

5 - лента;6 - бункер для опрыскивания известковым молоком; 7 - трубопроводы для

водяного душирования слитков; 8 - приводная станция; 9 - короб для металла

Рисунок 2.73 - Машина для разливки ферросплавов конвейерного типа, двухленточная

224

Кроме конвейерных разливочных машин, используют также машины

конвейернотележечного типа для разливки высококремнистых сплавов, модификаторов

и лигатур, а также сплавов, содержащих элементы, легко поддающиеся окислению

(см. рисунок 2.74).

Машина представляет собой непрерывный эллиптический конвейер,

составленный из установленных на рельсовые пути тележек с поддонами-изложницами

овальной формы для приема металла. На одной ветви конвейерной машины в

разливочном пролете установлено оборудование для заливки сплава, подсыпки

изложниц отсевами ферросплавов. Другая ветвь разливочного конвейера размещается

за стеной разливочного пролета и служит для охлаждения слитков. Там же установлен

кантователь для изложниц и бункер для приема металла.

1 - ковш с кантователем; 2 - изложница;

3 - приемный бункер для металла

Рисунок 2.74 - Карусельная разливочная машина [85]

Широкое распространение получает послойная разливка методом «плавка на

плавку». Установки могут располагаться как в закрытом помещении, так и на открытой

площадке. Основным элементом установки является железобетонная чаша,

футерованная с трех боковых сторон и снизу чугунными плитами. Для облегчения

выгрузки затвердевшего сплава передняя плита съемная.

Для разливки ферросилиция используют водоохлаждаемые медные изложницы.

Ферросилиций из летки печи по желобу через копильник поступает в одну из двух

медных изложниц, принимающей весь выпуск металла, из которой металл после

охлаждения подают на рольганг молотковой дробилки. Короба с дробленым металлом

отправляют в сталеплавильное производство.

Заполненные шлаком шлаковни (шлаковые ковши) вывозят из разливочного

пролета на участок переработки шлака или шлакоотвал.

Дробление, сортировка, упаковка ферросплавов

Сталеплавильные заводы, оборудованные автоматизированными линиями

подачи ферросплавов, потребляют ферросплавы только определенной фракции, в

основном фракции 10-50 мм (в некоторых случаях 10-100 мм).

225

Разливка ферросплавов позволяет получать слитки с поддонов с габаритными

размерами до 500 × 800 × 1500 мм, с разливочных машин - до 150 × 250 × 700 мм.

Для подготовки ферросплавов надлежащего фракционного состава, как правило,

применяется двухстадийное дробление с последующим рассевом на двухситном

грохоте на фракции 0-10, 10-50, 50-100 мм.

Выделенные фракции упаковывают в мягкие контейнеры (биг-беги) или отгружают

навалом в сухогрузных контейнерах или вагонах.

Обработка шлаков ферросплавного производства

Производство ферросплавов сопровождается образованием значительного

количества шлаков [74]. Общий выход ферросплавных шлаков составляет более

1,5 млн т/г. Разные сплавы имеют разный удельный выход шлаков на 1 т выплавляемого

сплава.

При бесшлаковых (малошлаковых) процессах производства ферросплавов

углетермическимспособом (ферросилиций, двухстадийный силикохром) кратность

шлака составляет

0,06-0,07, а при шлаковых процессах (ферросиликомарганец,

феррохром и силикохром, низкоуглеродистые сплавы) кратность шлака может достигать

величины 2,7-3,5.

Ферросплавные шлаки содержат корольки готового сплава, различное количество

оксидов ведущего элемента и других ценных металлов и минералов. К тому же шлаки

характеризуются прочностью, абразивностью, огнеупорностью, поэтому представляют

собой достаточно ценное сырье для использования в различных отраслях

промышленности.

Все ферросплавные шлаки в зависимости от выплавляемых сплавов и

химического состава делятся на саморассыпающиеся и нерассыпающиеся. Причиной

саморассыпания является полиморфное превращение ортосиликата кальция

2CaO·SiO2 при остывании шлаков до температуры

450-550 °C, происходящее с

увеличением объема.

К саморассыпающимся относятся шлаки производства низкоуглеродистого

феррохрома, силикокальция и марганца металлического, которые во время остывания

превращаются в порошок. Применение указанных шлаков весьма разнообразно: шлаки

производства низкоуглеродистого феррохрома применяются в литейном производстве

для получения быстротвердеющих формовочных смесей, в сельском хозяйстве для

известкования кислых почв, в цементной промышленности и ряде других производств.

Нерассыпающиеся шлаки высокоуглеродистого феррохрома представляют собой

плотный камневидный материал, который обычно поступает в отвал и в дальнейшем

используется в качестве строительного материала. Переработанный шлак может быть

использован как щебень и инертный песок в качестве заполнителя для жаростойких

бетонов.

В настоящее время перерабатывают около 45 % образующихся шлаков. Способы

переработки ферросплавных шлаков весьма разнообразны (металлургический передел,

воздушная и магнитная сепарация, механическое измельчение, водная грануляция

и др.), их выбор определяется особенностями шлака.

При переработке шлаков с вовлечением их для использования в качестве

металлургического сырья (на собственные нужды ферросплавного предприятия)

приходится примерно

10 % от общего количества текущего шлака. Около

40 %

226

отправляется в отвал. Остальное количество стремятся реализовать в смежные

отрасли, главным образом производителям цемента и строительных материалов.

Переработка текущих нерассыпающихся шлаков

В настоящее время применяют два основных способа переработки жидких

шлаков: охлаждение и дробление в твердом состоянии; гранулирование или поризация

с последующим охлаждением. Первый способ является основой технологии

производства товарного продукта в виде щебня, второй - обеспечивает получение

более высококачественного продукта.

Универсальная схема переработки шлаков в жидком состоянии показана на

рисунке 2.75.

1- руднотермическая печь; 2 - ограничитель шлакового потока; 3 - установка

барабанного типа; 4 - конвейер; 5 - магнитная шайба; 6 - магнит подвесной;

7 - агрегат сортировки передвижной СМД-174 А; 8 - закрома, емкости для магнитного

продукта: 9 - склад щебня фракции 40-70 мм;

10 - агрегат второй стадии дробления СМД-131А; 11 - конвейер передвижной;

12 - агрегат сортировки передвижной СМД-174 А-10;

13 - отгрузочные передвижные конвейеры со шкивными железоотделителями для

щебня фракций 10-20 и 20-40 мм; 14 - склад щебня фракции 20-40 мм; 15 - склад

щебня фракции 10-20 мм; 16 - бункерный склад щебеночно-песчаной смеси 0-10 мм;

17 - автосамосвал; 18 - экскаватор; 19 - думпкар железнодорожный;

20 - автопогрузчик фронтальный; 21 - шлак

Рисунок 2.75 - Схема переработки жидких печных шлаков

Существует ряд способов охлаждения жидких шлаков с дроблением их на щебень

в твердом состоянии. Наиболее простой заключается в сливе шлака послойно в

шлаковую яму с дальнейшей разработкой экскаваторами и дроблением в дробилках.

Однако в последнее время все чаще применяют охладители барабанного типа,

состоящие из одного-двух барабанов, имеющие наружное или внутреннее охлаждение,

с дальнейшим дроблением шлаковой ленты или корки в дробилках.

227

Охлажденный шлак грузится экскаватором на поворотную решетку (с ячейками

200 × 400 мм) приемного бункера, откуда пластинчатым питателем подается в агрегат

первичного дробления. Над пластинчатым питателем установлены спаренные

электромагнитные шайбы типа ЭМ-12 для отбора крупных металлических включений.

С ленточного транспортера через колосниковый грохот шлак поступает в агрегат

вторичного дробления и окончательно додрабливается, после чего рассеивается на

передвижной установке, состоящей из грохота и транспортера. Дробленый

фракционированный щебень грузится в автомашины или в железнодорожные вагоны

для отправки потребителям.

Переработка нерассыпающихся шлаков гравитационными методами

Определенное распространение получила переработка нерассыпающихся

шлаков гравитационными методами в водной среде. Отделение переработки шлаков

гравитационными методами размещают в специальном отапливаемом помещении.

Технологическая схема гравитационного обогащения на примере шлаков

углеродистого феррохрома представлена на рисунке 2.76.

Рисунок 2.76 - Технологическая схема гравитационного обогащения шлака

высокоуглеродистого феррохрома

В состав отделения обогащения входят: приемный бункер (сдвоенный)

объемом 20 м³; ленточные конвейеры желобного типа с шириной ленты

(В) 800 мм; вибропитатель типа ПЭВ 1-0,5; отсадочная машина

ВБ-2,5 × 2-В; питательные насосы ГРАТ-350/40; компрессорная установка

ВЦ 1-50/1,6М 1 с ресивером; емкости для грязной и осветленной воды

автономного оборотного цикла; электромостовой кран грузоподъемностью

10 т; цепные элеваторы ЭОЦП - 2 шт.

228

Процесс обогащения осуществляется следующим образом: материал по течке

поступает на решето загрузочного устройства, где под действием пульсирующих

восходящих и нисходящих потоков воды, создаваемых сжатым воздухом, прерывисто

поступающим из пневмопровода в воздушные камеры машины, необогащенный

материал, содержащий металлоконцентрат и шлаковую составляющую, под

воздействием горизонтального транспортирующего потока и вследствие текучести во

взвешенном состоянии движется вдоль машины. В результате материал разделяется по

высоте, образуя слои продуктов с различной плотностью. В нижних слоях

концентрируются тяжелые фракции (металл), выше - смесь тяжелых и легких фракций,

а в самом верхнем слое - легкие фракции (шлаковая составляющая).

Тяжелые фракции (концентрат) обогащаемого материала попадают в

разгрузочные камеры в конце каждого отделения машины, накапливаются и

разгружаются роторными разгрузчиками в приемные воронки обезвоживающих

ковшевых элеваторов, собираются в специальную тару и отгружаются потребителям.

Промежуточный продукт в зависимости от выбранной схемы поступает вместе с

исходным материалом обратно в отсадочную машину или складируется.

Легкие фракции вместе с транспортной водой направляются через сливной порог

машины на грохот-обезвоживатель и дальше наклонным ленточным транспортером

передаются в закром-накопитель, откуда также отгружаются потребителям как товарный

щебень.

Переработка саморассыпающихся шлаков

Саморассыпающиеся шлаки содержат до 5 % корольков сплава. Корольки сплава

выделяются из этого шлака воздушной или магнитной сепарацией. Конечный шлак

широко применяется как известковое удобрение в сельском хозяйстве, для изготовления

жидких самотвердеющих смесей в литейном производстве, в составе минерального

порошка для асфальтобетона в строительстве. Технология переработки

саморассыпающихся шлаков на примере низкоуглеродистого феррохрома приведена на

рисунке 2.77.

229

1 - ковш; 2 - стенд; 3 - кран; 4 - решетка; 5, 12, 14, 17, 21, 26, 27 - бункер;

6 - дозатор; 7, 13, 16, 18, 22 - конвейер; 15 - упаковочная машина;

19 - скип; 20 - наклонная галерея; 23, 29 - грохот-бункер;

24 - барабанный магнитный сепаратор; 25 - индукционно-роликовый

сепаратор; 28 - вибрационный питатель; 30 - грохот; 31 - шнековый

питатель; 32 - элеватор; 33 - челюстной затвор

Рисунок 2.77 - Технологическая схема сепарации саморассыпающегося

шлака рафинированного феррохрома

Шлак в литых ковшах-шлаковнях подают в отделение остывания шлака на

железнодорожных платформах, а затем ковши со шлаком устанавливают на

специальные стенды для остывания на воздухе. После остывания в течение 2 сут. шлак

из ковша выдают в приемные решетки бункерной эстакады, где он рассыпается и

проваливается через решетку в бункер. На решетке остается металлический скрап

размером более 80 мм, который собирают при помощи крановых клещей и отправляют

обратно в цех на переплав.

Шлак из бункеров подается на воздушную сепарацию. В отделении воздушной

сепарации шлак поступает на грохот, где происходит отделение фракции от 10 до

120 мм, которая направляется в бункер крупного продукта. Шлак фракции от 0 до 10 мм

поступает на воздушный сепаратор, где его разделяют на классы - 0,4 и 0,4-10 мм.

Фракцию 0,4-10 мм направляют на вторичное додрабливание. Шлак фракции - 0,4 мм

передается при помощи пневмотранспортера в бункера, из которых его загружают в

железнодорожные вагоны и отправляют потребителям.

Переработка шлаков производства ферросилиция

Производство ферросилиция относится к бесшлаковым процессам, однако при

выплавке образуется 40-100 кг шлака на 1 т сплава [75]. В шлаках ферросилиция

содержится значительное количество металлической фазы (от 40 % до 60 %) в виде

корольков и ковшевых остатков, а также до 15 % карбида кремния. Химический состав

металла обычно соответствует марке выплавляемого сплава, а минеральная часть

230

содержит, %: SiO2 - 32; СаО - 18; Al2O - 3-16; MgO - 0,8; SiC - 15. Эти шлаки успешно

используются в составе раскислительных и рафинирующих смесей в сталеплавильном

производстве. Шлаки богатых по кремнию марок ферросилиция применяются в шихте

взамен кварцита при выплавке силикохрома и литейных чугунов, в качестве флюса при

производстве углеродистого феррохрома.

Шлаки ферросилиция дробят на щековой дробилке до крупности менее 150 мм.

Иногда крупные куски ферросилиция из дробленого шлака вручную выбирают на

ленточном транспортере.

2.7.3.4 Показатели производства ферросплавов в руднотермических печах

В таблицах 2.37-2.41 приведены основные показатели производства

ферросплавов в руднотермических печах [71, 76, 86].

Таблица 2.37 - Основные технико-экономические показатели выплавки

углеродистого ферромарганца

Способ выплавки

Материальный баланс

Показатели

флюсовый

бесфлюсовый

Задано:

кг

Получено

кг

Удельный

расход,

Руда

100,0

Сплав

35,9

кг/б. т.(78 %Mn):

марганцевая

- марганцевое

сырье

2060

2971

Кокс

17,8

Шлак

37,1

(48 %Mn)

- кокс

580

415

Железная

2,9

Пыль

4,9

стружка

- окатыши

110

Электродная

0,8

Газы

43,6

масса

- известняк

700

- электродная масса

22,4

Удельный

расход

4290

3498

электроэнергии, кВт·ч/б. т.

Выход малофосфористого

1353

шлака (48 % Mn), кг/б. т.

Содержание Mn в шлаке, %

14,2

35,8

Кратность шлака

1,2

0,88

Извлечение Mn, %

78-82

Всего:

121,5

Всего:

121,5

231

Таблица 2.38 - Основные технико-экономические показатели выплавки

ферросиликомарганца (17 % Si)

Содержание

Материальный баланс

Показатели

фосфора, %

0,20

0,35

0,60

Задано:

кг

Получено

кг

Удельный расход, кг/т:

Концентрат

30,0

Сплав

51,4

марганцевый

- марганцевое

сырье

1843

1728

1674

Руда

70,0

Шлак

52,2

(48 %Mn)

марганцевая

- кокс

415

425

395

Кварцит

34,1

Пыль

5,9

- кварцит

285

333

294

Кокс

32,4

Газы

64,5

- известняк

100

Доломит

3,8

- возвратные отходы

163

234

217

Кислород

3,7

воздуха

- вторичное

марганцевое

208

153

сырье

- электродная масса

28,5

24,6

24,0

Удельный

расход

4191

4088

3840

электроэнергии, кВт·ч/т

Содержание Mn в шлаке, %

11,7

12,4

12,5

Кратность шлака

1,6

1,5

1,3

Извлечение Mn, %

Всего:

174,0

Всего:

174,0

Таблица 2.39 - Основные технико-экономические показатели выплавки

углеродистого феррохрома

Материальный баланс

Показатели

Значение

Задано:

кг

Получено

кг

Удельный расход, кг/т:

Руда хромовая

192,9

Сплав

99,5

- хромовая руда

1900

Кварцит

28,5

Шлак

85,0

- кварцит

Кокс

45,0

Пыль

4,7

- кокс

440

Электродная

2,6

Газы

118,9

масса

- электродная масса

Воздух

39,1

Удельный

расход

3400

электроэнергии, кВт·ч/б. т.

Кратность шлака

0,85

Извлечение Cr, %

Всего:

308,2

Всего:

308,2

232

Таблица 2.40 - Основные технико-экономические показатели выплавки

ферросиликохрома

Ферросиликохром

Материальный баланс

Показатели

ФСХ30

ФСХП

Задано:

кг

Получено

кг

Удельный расход, кг/т:

Феррохром

58,2

Сплав

102,6

передельный

- кварцит

650

1100

Кварцит

106,8

Шлак

4,1

- кокс

280

500

Кокс

43,6

Пыль

5,4

- феррохром передельный

750

540

Электродная масса

5,0

Газы

148,6

- электродная масса

Воздух

47,2

Удельный

расход

3700

5500

электроэнергии, кВт·ч/б. т.

Извлечение Cr, %

Всего:

260,9

Всего:

260,9

Таблица 2.41 - Основные технико-экономические показатели выплавки ферросилиция

Показатели

ФС45*

ФС65*

ФС75*

Материальный баланс ФС45**

Удельный расход, кг / б. т:

Задано:

кг

Получено

кг

- кварцит

1015 /

1520 /

1786 /

Кварцит

100,0

Сплав

101,7

931

1568

1930

- стальная стружка

560 /

320 /

223 /

Кокс

15,2

Шлак

3,2

558

343

250

- кокс

485 /

665 /

840 /

Полукокс

44,8

Газы

135,5

438

720

845

- электродная масса

19 / 16

45 /

54 / 54

Стальная

57,6

Пыль

5,1

43,3

стружка

Удельный

расход

Электродная

2,4

4580 /

7410 /

8490 /

электроэнергии, кВт·ч

масса

4760

7610

8840

б. т.

Извлечение Si, %

97,9 /

94,9 /

92,3 /

Прутья для

0,7

98,2

92,1

91,8

прожига летки

* Числитель - открытые печи; знаменатель - закрытые печи.

Воздух

24,8

** Закрытые печи.

Всего:

245,5

Всего:

245,5

2.7.4 Производство ферросплавов металлотермическим способом

Для выплавки высоколегированных сталей (нержавеющих, жаропрочных и др.)

необходимо иметь минимальное содержание углерода в ферросплавах. Для этой цели

выплавляют ферросплавы с низким содержанием углерода, например: малоуглеродистый

ферромарганец, безуглеродистый феррохром, металлический хром и марганец,

ферросплавы с титаном, вольфрамом, ванадием и другими металлами.

Для этих ферросплавов применяют или силикотермический процесс, или

алюмотермический процесс, или комбинированный алюмо-силикотермический процесс

[71, 76, 87].

233

2.7.4.1 Силикотермический процесс

В упрощенном виде реакция силикотермического восстановления может быть

представлена в следующем виде [71]:

2/yМеxОу + Si = 2x/yMe + SiO2 + QSi,

SiO2 + z CaO = (CaO)z · SiO2 + QCaO SiO2,

где QSi

- тепло, выделяющееся при восстановлении элемента из оксида

кремнием;

QCaO SiO2 - тепло, выделяющееся при образовании силицида кальция.

Для увеличения степени восстановления ведущего элемента из оксидов в шихту

добавляют флюс (как правило, известь - CaO), связывающий кремнезем в легкоплавкие

соединения для обеспечения требуемой вязкости и жидкоподвижности шлака. Кратность

шлака может составлять 1,5-2,5 и более, что также требует дополнительных затрат

тепла и, следовательно, электроэнергии.

В качестве кремнистого восстановителя применяю сплавы кремния, полученные

более дешевым, углеродовосстановительным способом: ферросилиций, передельные

кремнистые сплавы (ферросиликохром, ферросиликомарганец) с высоким содержанием

кремния.

Производство ферросплавов силикотермическим способом осуществляется в

рафинировочных печах небольшой мощности.

Мощность рафинировочных печей по сравнению с руднотермическими печами

относительно невелика и составляет

2,5-7 МВА. Отличительными особенностями

рафинировочных печей являются периодический характер процесса и работа в

открытом режиме. Общий вид рафинировочной печи РКО-3,5 показан на рисунке 2.78.

1 - механизм наклона; 2 - шахта стойки электрододержателя;

3 - механизм перемещения электродов; 4 - электрододержатель;

5 - ванна печи; 6 - опорные секторы

Рисунок 2.78 - Рафинировочная электропечь ОКБ-262 мощностью 5 MBА [72]

234

Для хранения подготовленных шихтовых материалов в рафинировочных цехах

устанавливают бункерную эстакаду, встроенную в виде отдельного пролета. Шихта из

бункерного пролета передается в печной пролет самоходной монорельсовой тележкой

и подается в печные карманы бадьей с помощью мостового крана.

Основной объем силикотермического производства занимает производство

металлического марганца и низкоуглеродистого феррохрома.

Производство металлического марганца

Для производства металлического марганца используют вместо марганцевой

руды малофосфористый шлак. Малофосфористый шлак выплавляют в

руднотермической печи с получением попутного высокофосфористого сплава.

Малофосфористый шлак от руднотермических печей передают на выплавку

рафинированных сплавов в стальных ковшах в жидком виде, заливают в

рафинировочную печь. Туда же загружают известь и твердый силикомарганец.

В процессе проплавления загруженной шихты происходит восстановление марганца из

марганцевого шлака кремнием силикомарганца по реакции [72, 86]:

[MnSi] + 2(MnO) + 2(CaO) = 3[Mn] + (2CaO · SiO2).

После окончания плавки металл и шлак из рафинировочной печи выпускают

в стальной ковш, заполненный шлаком предыдущей плавки. Избыток шлака

переливается из ковша в шлаковую чашу. Металл после вакуумирования разливают в

металлические изложницы (поддоны). Шлак отправляют на шлакопереработку.

В общем виде производство металлического марганца может быть представлено

схемой, приведенной на рисунке 2.79 [74]:

- выплавка высокомарганцовистого бесфосфористого шлака;

- производство передельного силикомарганца;

- получение металлического марганца путем восстановления бесфосфористого

марганцевого шлака силикомарганцем в присутствии извести.

Рисунок 2.79 - Трехстадийная технологическая схема производства металлического

марганца с получением на первой стадии высокоуглеродистого ферромарганца

ФМн78Б и малофосфористого передельного шлака

235

Производство низкоуглеродистого феррохрома силикотермическим методом

подобно производству металлического марганца. Отличие состоит в том, что в качестве

сырья используют концентрат хромовой руды, ферросиликохром и известь.

Показатели производства ферросплавов силикотермическим методом

В таблицах 2.42 и

2.43 приведены основные показатели производства

металлического марганца и низкоуглеродистого феррохрома силикотермическим

методом [71, 76, 86].

Таблица 2.42 - Основные технико-экономические показатели выплавки марганца

металлического

Материальный баланс

Показатели

Значение

Задано:

кг

Получено

кг

Удельный расход, кг/т:

Малофосфористый

100,0

Сплав

42,7

шлак (48 %Mn)

- малофосфористый

шлак

2113

Силикомарганец

30,2

Шлак

159,0

(48 %Mn)

передельный

- известь

1694

Известь

77,1

Пыль

5,0

- силикомарганец передельный

676

Воздух

14,2

Газы

14,8

Удельный

расход

2641

электроэнергии, кВт·ч/т

Кратность шлака

Извлечение Mn, %

62,8

Всего:

221,5

Всего:

221,5

Таблица 2.43 - Основные технико-экономические показатели выплавки

низкоуглеродистого феррохрома

Материальный баланс

Показатели

Значение

Задано:

кг

Получено

кг

Удельный расход, кг/т:

Хромовая руда(50 %

100

Сплав

230

Cr2O3)

- хромовая руда (50 % Cr2O3)

1782

Ферросиликохром

426

Шлак

569

(48 %)

- ферросиликохром (48 %)

615

Известь

311

Пыль

- известь

1560

Воздух

222

Газы

176

Графитированные электроды

Удельный

расход

2807

электроэнергии, кВт·ч/т

Кратность шлака

Извлечение Cr, %

75,64

Всего:

1059

Всего:

1059

2.7.4.2 Алюмотермический процесс

В упрощенном виде реакция алюмотермического восстановления может быть

представлена в следующем виде [72, 87]:

236

2/yМеxОу + 4/3 Al = 2x/yMe + 2/3 Al2O3 + QAl,

2/3 Al2O3 + z CaO = 2/3(CaO)z · Al2O3 + QCaO Al2O3,

где QAl

- тепло, выделяющееся при восстановлении элемента из оксида

алюминием;

QCaO Al2O3 - тепло, выделяющееся при образовании алюмината кальция.

Из-за относительно высокой стоимости алюминия алюмотермический процесс

применяют только для восстановления из оксидов элементов, обладающих высокой

термодинамической прочностью, высокой температурой плавления, а также для

получения ферросплавов с низким содержанием углерода и кремния. Рудное сырье для

алюмотермического процесса обычно представляет собой либо чистый оксид элемента,

либо концентрат с минимальной долей пустой породы и примесей, что обычно

обуславливается высокой стоимостью элемента и необходимостью как можно более

полного его восстановления и извлечения в сплав. Шихтовые материалы находятся

обычно в дисперсном виде: концентрат в виде порошка, алюминий в виде порошка либо

крупки.

Алюмотермический процесс осуществляют в плавильных горнах; возможно также

применение предварительного расплавления шихты в дуговых электропечах или

добавление в состав шихты материалов, выделяющих при взаимодействии с

алюминием много тепла: аммиачная или калиевая селитра, бертолетова соль.

Агрегат для проведения алюмотермического процесса с предварительным

проплавлением части шихты под электродами трехфазной печной установки приведена

на рисунке 2.80 [74].

1 - плавильный горн; 2 - загрузочный бункер; 3, 4 - теплоизоляционные

экраны; 5 - электрододержатели; 6 - механизм подъема электродов; 7 -

вытяжной зонт

Рисунок 2.80 - Электропечной агрегат для выплавки металлического

хрома с предварительным расплавлением части оксидов (плавка на блок)

Цехи алюмотермических ферросплавов и лигатур выполняются обычно

двухпролетными. В шихтовом пролете располагаются склад шихтовых материалов и

237

оборудование для подготовки шихты. В плавильном пролете на специальной площадке

под вытяжными зонтами или на тележках, закрываемых в плавильные камеры,

устанавливают плавильные горны или электропечи типа ДСП. В этом же пролете

предусмотрены площадки для разделки и хранения готовых сплавов.

Наибольшее распространение (по объемам производства) получили технологии

производства алюмотермическим способом сплавов хрома и титана.

Производство металлического хрома

Восстановление хрома алюминием происходит по реакции [94]:

(Сr2O3) + 2Аl = 2[Сr] + (Аl2O3).

На рисунке 2.81 приведена технологическая схема получения металлического

хрома, включая переработку конечных шлаков на полупродукт для изготовления

синтетических шлаков или клинкера [74, 87].

1 - весы; 2 - смеситель; 3 - пресс брикетировочный; 4 - гранулятор

тарельчатый; 5 - печь сушильная; 6, 8 - горн плавильный;

7 - изложница для металла и шлака; 9 - шлаковня; 10 - дробилка для

шлака; 11 - электропечь для довосстановления шлака;

12 - ковш разливочный

Рисунок 2.81 - Технологическая схема производства металлического

хрома с довосстановлением шлаков и получением полупродукта или

клинкера высокоглиноземистого цемента

238

Плавку металлического хрома «на блок» ведут в разъемном чугунном горне с

футеровкой в нижней части стен магнезитовым кирпичом и подиной из магнезитового

кирпича. Плавку ведут на шихте, состоящей из оксида хрома технической чистоты,

алюминиевого порошка и натриевой селитры. Расплав после окончания плавки

выдерживается в горне в течение 6 ч, а затем горн снимают с тележки. Полученный

слиток охлаждают в воде еще 4 ч, а затем подвергают дроблению.

Бихроматная технология получения хрома металлического

Шихта содержит окись хрома, порошок первичного алюминия, натрия бихромат,

хромовый ангидрид, известь обожженную, гидроокись кальция, соль поваренную,

концентрат плавиковошпатовый. Предварительно в смесительном барабане

перемешивают гидроокись кальция и натрия бихромат. Затем загружают в

смесительный барабан окись хрома, алюминий, соль поваренную, часть извести и

хромовый ангидрид и перемешивают. Полученную смесь загружают в горн и поджигают.

Процесс производства хрома металлического алюминотермического

- внепечной,

проходит самопроизвольно, без дополнительного введения тепла. По окончании

проплавления основной шихты на колошник загружают оставшуюся часть извести и

концентрат плавиковошпатный. После его полного растворения и прекращения кипения,

расплав сливают в изложницу. Технология обеспечивает получение высших марок

хрома металлического и попутного продукта плавленого глиноземистого, имеющего

средний химический состав: Аl2O3 - 80,8 %, SiO2 - 0,1 %, MgO - 0,9 %, CaO - 9,0 %, Cr2O3

- 8,7 %, FeO - 0,5 %.

Продукт плавленый глиноземистый используется в качестве сырья при

производстве синтетических флюсов глиноземсодержащих, огнеупорных смесей и

цементов.

Восстановление хрома алюминием происходит по следующим реакциям:

Сr2O3 + 2Аl = 2[Сr] + (Аl2О3);

Na2Cr2O7 + 4Аl = 2[Cr] + Na2O + 2(Аl2O3);

СrО3 + 2Аl = [Сг] + (Аl2OЗ).

Процесс выплавки ведется в горне, футерованном периклазовым кирпичом, с

последующей разливкой металла в стальную изложницу. При выплавке «на блок»

процесс выплавки ведется в изложнице, футерованной периклазовым кирпичом, без

разливки расплава.

Расплав после окончания плавки выдерживается в изложнице до полного

разделения металла и шлака и их кристаллизации. Полученный слиток хрома отделяют

от попутного продукта глиноземистого, охлаждают в воде, разбивают, а затем

подвергают дроблению, фракционированию и упаковке.

Производство феррохрома низкоуглеродистого

При получении феррохрома низкоуглеродистого в качестве основного хромового

сырья используют предварительно прокаленный концентрат хромовый, в запальной

части шихты в качестве окислителя используют бихромат натрия, в качестве

восстановителя порошок первичного или вторичного алюминия, в качестве флюсующей

добавки известь и соль поваренную.

239

В начале технологического процесса в плавильный горн загружают запальную

часть шихты, после ее проплавления зажигают электрические дуги и проплавляют

оксидную часть шихты, состоящую из концентрата хромового и извести, далее

внепечным способом проплавляют восстановительную часть шихты. По окончанию

плавки делают выдержку для полного протекания восстановительных процессов, затем

сливают продукт плавленый глиноземистый и металл в изложницу. Расплав после

окончания плавки выдерживается в изложнице до полного разделения металла и шлака

и их кристаллизации. Полученный слиток феррохрома отделяют от продукта плавленого

глиноземистого, охлаждают в воде, разбивают, затем подвергают дроблению,

фракционированию и упаковке.

При необходимости повышения содержания хрома в сплаве в шихту

дополнительно вводят окись хрома, при необходимости снижения содержания хрома в

сплаве в шихту дополнительно включают лом стальной.

Производство ферротитана

Наиболее распространенная технологическая схема выплавки ферротитана

приведена на рисунке 2.82.

1 - весы; 2 - смеситель; 3 - плавильный горн для выплавки ферротитана;

4 - изложница для металла и шлака; 5 - дробилка;

6 - упаковочная машина; 7 - электропечь для довосстановления шлака;

8 - копилъник; 9 - установка для сухой грануляции

Рисунок 2.82 - Технологическая схема производства ферротитана с

довосстановлением шлаков и получением полупродукта или клинкера

высокоглиноземистого цемента [74, 87].

Основное количество ферротитана получают из ильменитовых концентратов.

В качестве восстановителя для получения ферротитана используется алюминиевый

240

порошок, получаемый из вторичного алюминия. В качестве флюса используют

свежеобожженную известь.

Выплавляют ферротитан в разборном чугунном горне, состоящем из отдельных

половин либо нескольких секций. Подготовленный горн на тележке подается в

плавильную камеру, оборудованную бункерами для шихты и шнеками для ее подачи в

горн, а также установкой для пылеулавливания и вентиляции.

Технологическая схема получения ферротитана

20 %-ного аналогична

технологической схеме получения феррохрома низкоуглеродистого, но с

использованием других видов сырья, электрического и теплового режима плавки.

При получении ферротитана 20 %-процентного в качестве основного сырья

используют предварительно прокаленный ильменитовый концентрат с содержанием 59-

65 % масс. ТiO2, предварительно выплавленный титаносодержащий продукт (54-59 %

TiO2) и продукт плавленый глиноземистый от ферротитана

(17-21 % TiO2) от

предыдущей выплавки, в качестве флюсующей добавки известь, в качестве

восстановителя порошок первичного или вторичного алюминия и ферросилиций 65 %-

ный, для создания металлической ванны лом стальной, а в качестве окислителя

используют окалину железную.

Вначале в горн загружают запальную часть шихты, после ее проплавления

зажигают электрические дуги и проплавляют лом стальной, а далее оксидную часть

шихты, состоящую из концентрата ильменитового, титаносодержащего продукта,

продукта плавленого глиноземистого от ферротитана и извести, затем проплавляют

внепечным способом восстановительную часть шихты, состоящую из концентрата

ильменитового, алюминиевого порошка, ферросилиция и окалины железной. По

окончании плавки подбирают цепи наклона горна, делают выдержку для полного

протекания восстановительных процессов, затем сливают продукт плавленый

глиноземистый и металл в изложницу. Расплав после окончания плавки выдерживается

в изложнице до полного разделения металла и шлака и их кристаллизации. Полученный

слиток ферротитана отделяют от продукта плавленого глиноземистого, охлаждают в

воде, а затем подвергают дроблению и упаковке.

Среднестатистический химический состав получаемого ферротитана: 28-31 % Ti;

10-13 %АI; 4-6 % Si; 0,1-0,3 % Сu; 0,04-0,10 % С; 0,06-0,07 % Р. При этом получают

попутный продукт плавленый глиноземистый следующего химического состава: TiO2 6-

15 %; Аl2ОЗ 60-68 %; СаО 18-24 %; MgO 3,5-6,5 %; FeO 0,5-1,5 %; SiO2 0,1-0,2 %.

Производство ферробора

Технологическая схема получения ферробора

20 %-ного аналогична

технологической схеме получения феррохрома низкоуглеродистого, но с

использованием других видов сырья, электрического и теплового режима плавки.

При получении ферробора

20 %-процентного в качестве основного сырья

используют борный ангидрид и борную кислоту, в качестве железосодержащего сырья

используют железную окалину, в качестве восстановителя порошок первичного

алюминия, в качестве флюсующих добавок известь, плавиковошпатовый концентрат и

соль поваренную.

Вначале в горн загружают запальную часть шихты, после ее проплавления

зажигают электрические дуги и проплавляют основную часть шихты, состоящую из

борного ангидрида, борной кислоты, извести, окалины железной, плавиковошпатового

241

концентрата и соли, затем проплавляют внепечным способом восстановительную часть

шихты, состоящую из алюминиевого порошка, окалины железной и извести. По

окончании плавки подбирают цепи наклона горна, делают выдержку для полного

протекания восстановительных процессов, а затем сливают продукт плавленый

глиноземистый и металл в изложницу. Расплав после окончания плавки выдерживается

в изложнице до полного разделения металла и шлака и их кристаллизации. Полученный

слиток ферробора отделяют от продукта плавленого глиноземистого, охлаждают в воде,

а затем подвергают дроблению и упаковке.

Среднестатистический химический состав получаемого ферробора: 19-22 % В;

1,5-2,3 %Аl;

0,1-0,4 % Si;

0,04-0,05 %Cu;

0,01-0,04 %С;

0,01-0,03 %Р. При этом

получают попутный продукт плавленый глиноземистый следующего химического

состава: В2ОЗ 6-9 %; Аl2ОЗ 66-72 %; СаО 12-20 %; MgO 3-8 %; FeO 0,5-1,9 %; SiO2 0,2-

0,5 %.

Производство лигатуры никельниобиевой

Технологическая схема получения лигатуры никельниобиевой аналогична

технологической схеме получения ферротитана 20 %-процентного, но с использованием

других видов сырья, электрического и теплового режима плавки.

Температура плавления 1180-1350 °C.

При получении лигатуры никельниобиевой в качестве основного сырья

используют технический пентаоксид ниобия и электролитический никель, в качестве

восстановителя порошок первичного алюминия, в качестве флюсующих добавок

известь, для увеличения кратности продукта плавленого глиноземистого используется

молотый плавленый продукт глиноземистый от предыдущей выплавки NiNb.

Никельниобиевую лигатуру выплавляют в электропечи в горне, на подину

которого уложена металлическая часть шихты, сначала проплавляют запальную часть

шихты и на полученном расплаве зажигают электрические дуги и расплавляют никель,

а затем при отключенной печи на поверхность расплава загружают основную часть

шихты, состоящую из технического пентаоксида ниобия, первичного алюминиевого

порошка, продукта плавленого глиноземистого, селитры натриевой и извести и после

этого проплавляют рафинировочную часть шихты. По окончании плавки подбирают цепи

наклона горна, делают выдержку для полного протекания восстановительных

процессов, а затем сливают продукт плавленый глиноземистый и металл в изложницу.

Расплав после окончания плавки выдерживается в изложнице до полного разделения

металла и шлака и их кристаллизации Полученный слиток лигатуры никельниобиевой

отделяют от продукта плавленого глиноземистого, охлаждают в воде, а затем

подвергают дроблению и упаковке.

Среднестатистический

химический

состав

выплавляемой

лигатуры

никельниобиевой: 39-45 % Nb; 50-53 % Ni; 1-3 % Al; 0,4-0,8 % Fe; 0,1-0,5 % Si; 0,02-

0,05 % С. При этом получают попутный продукт плавленый глиноземистый следующего

химического состава: AI2O3 65-70 %; СаО 15-25 %; MgO 2-5 %; Nb2O5 0,2-1,5 %, NiO

0,2-0,4 %.

242

Показатели производства ферросплавов алюмотермическим методом

В таблицах 2.44 и

2.45 приведены основные показатели производства

металлического хрома и ферротитана алюмотермическим методом [86, 87].

Таблица 2.44 - Основные технико-экономические показатели выплавки

металлического хрома

Материальный баланс

Показатели

Значение

Задано:

кг

Получено

кг

Удельный расход, кг/т:

Окись хрома

2320

Сплав

1456

внепечной

электропечной

(99 % Cr2O3)

(97 % Cr)

- окись

хрома

(99 %

Алюминиевый

842

Шлак

1990

1650

1593

Cr2O3)

порошок

- алюминиевый порошок

620

578

Известь

200

Пыль

- известь

Натриевая

100

137

селитра

- натриевая селитра

140

Подсыпка

102

Расход электроэнергии,

576

кВт·ч/т

Кратность шлака

1,4

1,37

Извлечение Cr, %

88,0

92,5

Всего:

3580

Всего:

3580

Таблица 2.45 - Основные технико-экономические показатели выплавки ферротитана

Материальный баланс

Показатели

Значение

Задано:

кг

Получено

кг

Удельный расход, кг/т:

Ильменитовый

100,0

Сплав(28 %Ti)

66,1

концентрат

- ильменитовый

концентрат

940

Алюминиевый

41,8

Шлак

92,6

(42 %TiO2)

порошок

- алюминиевый порошок

400

Известь

10,0

Пыль

3,3

- известь

100

Железная руда

8,0

Газы

3,7

- ферросилиций (75 % Si)

Ферросилиций

1,5

(75 % Si)

- железная руда

130

Воздух

4,4

- титановые отходы

Кратность шлака

1,45

Извлечение Ti, %

70-80

Всего:

165,7

Всего:

165,7

2.7.4.3 Производство феррованадия (пятиокиси ванадия)

Ванадий относится к группе рассеянных элементов, несмотря на то, что

содержится в земной коре в количествах, исчисляемых миллионами тонн. Тем не менее,

ванадий не образует собственных минералов, встречающихся в промышленно

значимых количествах.

В основном ванадий в виде примеси встречается преимущественно в

титаномагнетитовых рудах, а также в тяжелых нефтях, фосфоритах, бокситах, урановых

243

рудах и др. Поэтому за редким исключением соединения ванадия выделяют как

побочный продукт при производстве основной продукции, например, стали [88].

Даже будучи выведенным в соответствующий концентрат, ванадий требует

дополнительной технологической переработки, он является единственным химическим

элементом, применяемым для легирования стали, получение которого требует

использования достаточно дорогих и сложных гидрометаллургических и химических

процессов. Однако экономическая эффективность его применения окупает затраты, в

частности введение его в сталь при производстве арматуры всего до 0,05-0,07 %

приводит к повышению ее класса прочности с А500 до А600-А700 и позволяет

применять сварные соединения без ограничений и без потери прочности по сварному

шву [89].

Основная технологическая схема производства феррованадия представлена на

рисунке 2.83.

Рисунок 2.83 - Принципиальная схема производства оксидов ванадия и

феррованадия

244

Извлечение ванадия с получением оксидов ванадия

Основным сырьем для производства феррованадия являются оксиды ванадия,

как индивидуальные (V2O5, V2O3), так и смешанные, которые можно определить как

продукты частичного восстановления пентоксида или частичного окисления триоксида

ванадия.

При производстве феррованадия степень окисления применяемых оксидов

отражается на расходе восстановителя, кратности шлака и выборе оборудования.

Основными сырьевыми источниками при производстве оксидов ванадия являются

титаномагнетитовые руды и концентраты, а также конвертерные шлаки, получаемые при

переработке ванадиевых чугунов дуплекс-процессом. Однако ванадий находится в этих

сырьевых источниках в чрезвычайно стабильных химических соединениях,

преимущественно в виде твердых растворов V2O3·Fe2O3 и др., шпинеллидов - FeO·V2O3,

MnO·V2O3 и т. д. Их разрушение требует применения достаточно «жестких» химических

приемов. Кроме того, необходимы процессы обработки, обладающие высокой

селективностью по отношению к ванадию.

Производство оксидов ванадия из титаномагнетитовых железорудных

концентратов

Извлечение ванадия гидрометаллургическим путем непосредственно из

титаномагнетитовых руд возможно осуществить при наличии дисперсной (минус 15 мм)

фракции руды с высоким содержанием (более 3 %) пентоксида ванадия. Во всех

остальных случаях переработка титаномагнетитовых руд состоит из следующих

основных переделов:

1. Мокрый размол руды

(-0,1 мм) и магнитное обогащение с выделением

титаномагнетитовой фракции, содержащей 2-3 % пентоксида ванадия.

2. Смешивание титаномагнетита с содой и сульфатом натрия.

3. Обжиг полученной смеси во вращающейся печи длиной~100 м и диаметром до

4 м при температуре 1050-1150 °C. При этом ванадий переходит в технологически

извлекаемое состояние по следующей схеме:

V2O3 + Na2CO3 + Na2SO4 + O2 → NaVO3 + CO2 + SO2.

4. Охлаждение и размол огарка.

5. Противоточное выщелачивание огарка водой и оборотными растворами,

отделение твердого остатка сгущением или фильтрацией, его промывка и удаление на

шламовое поле.

6. Очистка раствора от взвеси и примесей кремния, добавление осадителя -

раствора сульфата аммония, осаждение кристаллов метаванадата аммония (МВА)

схеме:

NaVO3 + (NH4)2SO4 → NH4VO3↓ + Na2SO4.

7. Отделение МВА фильтрацией, его промывка и сушка.

8. Термическое разложение (МВА) с получением триоксида ванадия - V2O3

NH4VO3 → V2O3 + N2 + H2O

или пентоксида ванадия - V2O5

NH4VO3 + O2 → V2O5 + N2 + H2O.

245

9. Упарка маточных растворов, выделение оборотного сульфата натрия для

использования при обжиге и оборотного раствора сульфата аммония, используемого

после укрепления твердым сульфатом аммония для осаждения ванадия.

В дальнейшем пентоксид ванадия используется для получения феррованадия.

К основным недостаткам рассмотренных процессов следует отнести:

- необходимость работы на бедном сырье, что приводит к образованию

значительного количества твердых отходов (70-100 т на тонну ванадия);

- существенные энергозатраты на упаривание растворов, объем которых

превышал 25 м³/ч;

- высокое содержание диоксида серы в отходящих газах.

Производство оксидов ванадия из конвертерных шлаков дуплекс-процесса

При переработке ванадиевого чугуна дуплекс-процессом образуется шлак,

содержащий до 30 % V2O5 [90, 91], который является наиболее ценным сырьем для

переработки с получением оксидов ванадия. Отличительная особенность такого шлака

состоит

значительном

содержании

(до

25 %)

металловключений,

представляющихсобой застывшие выплески металла, захваченные шлаком во время

продувки конвертера. Эти металлические включения имеют размеры от 0,5 до 200 мм и

создают значительные трудности для измельчения шлака. Они заполняют собой

межшаровое пространство мельниц, вынуждая периодически производить их остановку

и переборку шаров, а также способствуют увеличению содержания в шихте дисперсного

железа. Это ухудшает проведение окислительного обжига и приводит к спеканию шихты

и образованию настылей и гарнисажных колец во вращающейся печи.

Обобщенная схема извлечения ванадия из дуплекс-шлака выглядит следующим

образом:

1. Измельчение шлака сухим или мокрым методом в шаровых мельницах с

удалением металловключений.

2. Смешение молотого шлака с реакционной добавкой - содой 7-16 % или

известняком - 10 %.

3. Окислительный обжиг шихты во вращающейся печи длиной от

45 м и

диаметром от 3 м при температуре 780-820 °C в случае применения соды и 820-850 °C

в случае известняка.

4. Охлаждение и измельчение огарка.

5. Выщелачивание огарка водой (при содержании соды 16 %), водой и серной

кислотой (при содержании соды 7-8 %) или серной кислотой при использовании

известняка. При этом протекают следующие процессы:

(Ca, Mn)V2O7 тв. + H2SO4 → (Ca, Mn)H2V10O28 р-р + CaSO4 + MnSO4.

Твердый остаток промывают водой и складируют.

6. Осаждение ванадия из раствора. При этом в зависимости от применяемых

дополнительных реагентов может образовываться поливанадат аммония

(NH4)2V6O16·H2O или поливанадат магния-марганца (0,5Mg *0,5Mn)V6O16·H2O. Осадки

отделяют от маточных растворов и промывают водой.

7. Поливанадат аммония прокаливают в восстановительной атмосфере и

получают триоксид ванадия, а в окислительной атмосфере - пентоксид ванадия.

Поливанадаты магния-марганца плавят в подовой печи и охлаждают струю расплава на

246

водоохлаждаемом вращающемся столе, получая пластины буро-фиолетового цвета.

Порошкообразный пентоксид ванадия также часто переплавляют для получения

компактного непылящего материала.

8. Маточные растворы после осаждения ванадия подвергают очистке от солей

марганца и хрома (VI), а затем отводят в водные бассейны (при обжиге с содой) или

используют в технологическом обороте (при обжиге с известняком).

Состав пентоксида ванадия, производимого в РФ, представлен в таблице 2.46.

Таблица 2.46 - Химический состав пентоксида ванадия различных производителей.

Компоненты, масс. %

Производитель

V2O5

MnO

Fe2O3

SiO2

CaO

Na2O + K2O

ОАО «Чусовской

0,9-

0,6-

0,02-

металлургический

87-88

4,2-4,8

1,4

н. д.

2,0-2,2

0,05

2,1

0,7

0,04

завод»

ОАО «ЕВРАЗ

93-

1,2-

0,2-

1,0-

0,05-

0,02-

0,5-1

н. д.

0,2

Ванадий-Тула»

94,5

1,5

0,6

1,5

0,1

0,05

Южная Корея

98,3

н. д.

0,1

0,3

н. д.

0,1

0,8

0,01

0,03

99,2-

0,3-

0,012-

Китай

Н. д.

0,2

Н. д.

0,002

0,6-0,8

0,005

99,6

0,4

0,018

ЮАР

99,7

0,003

0,05

0,1

Н. д.

0,001

0,22

0,003

0,009

Производство феррованадия с использованием различных оксидов

ванадия

Металлический ванадий обладает высокой температурой плавления (1910 °C),

легко окисляется при повышенных температурах и имеет более низкую плотность в

сравнении с железом - 5,49 г/см³ (против 7,85), а также высокую стоимость. Это делает

его малопригодным материалом для легирования стали. Основным видом

ванадийсодержащего легирующего материала является феррованадий - сплав ванадия

и железа. Его получают восстановлением окислов ванадия в присутствии железа.

В качестве восстановителей могут применяться кремний, сплавы на его основе и

алюминий, протекающие при этом процессы можно схематически описать следующим

образом:

V2O5 + FeSi + CaO → FeV + 2CaO·SiO2;

V2O5 + Al + Fe + CaO → FeV + CaO·2Al2O3.

В зависимости от термичности выбранного состава шихты, вида оксида ванадия

и восстановителя, а также особенности технологического процесса производство

феррованадия может быть организовано по двум путям - тигельный процесс или

электропечной.

Особенности организации тигельного процесса

Тигельный процесс возможен в случае применения пентоксида ванадия или его

смеси с небольшим (до 25 %) количеством триоксида ванадия. Тигельный процесс

организован следующим образом:

1. Загрузка в смеситель компонентов шихты - оборотных ванадийсодержащих

отходов, стальной высечки или отходов метизов, пентоксида ванадия, триоксида

247

ванадия, извести и алюминиевой крупки в выбранном соотношении. После

перемешивания шихту пересыпают в саморазгружающуюся бадью. Массу шихты

выбирают в зависимости от емкости тигля.

2. Шихту подают в стальной тигель, футерованный периклазовым кирпичом или

оборотным глиноземистым шлаком.

3. Заполненный тигель перемещают в запальную камеру, погружают в шихту

электрозапал, закрывают камеру и зажигают запал, а от него - всю массу шихты.

4. После прекращения горения шихты тигель выдерживают в запальной камере

30 мин. до затвердения металла, после чего тигель перемещают в зону охлаждения не

менее чем на 12 ч.

5. Остывший тигель разбирают, отделяют шлаковый слиток и слиток металла,

металл охлаждают в ванне с водой; при необходимости зачищают поверхность и дробят

на щековой дробилке до требуемого размера кусков.

Дробленый феррованадий упаковывают в биг-бэги или стальные барабаны.

6. Шлаковый слиток дробят на щековой дробилке до фракции минус 50 мм и

упаковывают в биг-бэги.

7. На остывшем тигле ремонтируют футеровку и готовят к следующей плавке.

В том случае, если термичность шихты недостаточна для самостоятельного

протекания процесса по причине большого количества оборотных отходов или

значительной доли трехокиси ванадия в шихте, применяют дополнительный ее разогрев

с помощью электрической дуги. Как правило, такой процесс проводят в электродуговых

печах типа ДСП-3 или ДСП-6 или их модификациях.

Особенности

электрометаллургического

процесса

производства

феррованадия

Применение электродуговых печей различной конструкции позволяет

использовать при выплавке феррованадия в качестве сырья не только

низкоэнергетические восстановители типа углерода и ферросилиция, но и значительное

количество возвратных отходов. Также становится возможным перерабатывать

исключительно триоксид ванадия, что приводит к экономии до 40 % восстановителя и

соответственному снижению кратности шлака.

Производство феррованадия в электродуговой печи включает следующие

основные этапы:

Для одностадийного процесса:

1. Приготовление шихты путем смешения оборотных отходов, стальной высечки,

оксида ванадия, алюминиевой крупки и извести.

2. Загрузка полученной шихты в электродуговую печь, расплавление ее при

помощи электрической дуги.

3. Выпуск содержимого печи в стальную изложницу, футерованную графитовыми

плитами.

4. Перемещение изложницы на площадку охлаждения, по остывании разделка

металлошлакового слитка, выделенный металл отправляют на дробление и упаковку, а

шлак дробят и упаковывают в биг-бэги.

Применяется технология, по которой расплав оставляют охлаждаться в ванне

печи с удаленными электродами, после охлаждения расплава ванну разбирают, отделяя

донную часть, в которой находится слиток феррованадия. Из корпуса выбивают

248

шлаковый слиток, ремонтируют футеровку корпуса и дна, собирают печь и проводят

новую плавку;

Для двух-трех стадийного процесса:

1. Загрузка компонентов шихты в смеситель с таким расчетом, чтобы она

содержала максимальное количество относительно бедных отходов и оборотных

материалов, а количество восстановителя беретсяс таким избытком, чтобы в

получившемся металле содержалось 8-10 % кремния или алюминия.

2. Загрузка шихты в печь и проплавление ее.

3. Скачивание шлака в шлаковую чашу с сохранением металла в печи.

4. Загрузка в печь новой партии шихты, содержащей меньшее количество

восстановителя из такого расчета, чтобы в конечном металле содержалось до 5 %

алюминия или кремния.

5. Проплавление шихты и скачивание шлака в шлаковню. Металл сохраняется в

печи.

6. Загрузка на жидкий металл рафинировочной смеси, состоящей из извести и

пентоксида ванадия, перемешивание содержимого ванны. После окончания процесса

рафинировочный шлак скачивают в специальную емкость, а металл сливают в стальную

изложницу.

7. После охлаждения слитка металла его выбивают из изложницы, зачищают и

отправляют на дробление и упаковку, остывший рафинировочный шлак используют в

качестве компонента шихты первого периода плавки.

2.7.5 Основное оборудование для производства ферросплавов

2.7.5.1 Основное оборудование для производства феррованадия

Для производства оксидов ванадия из титаномагнетитовых руд используется

металлургическое и гидрометаллургическое оборудование - вращающиеся обжиговые

печи стандартного образца, радиальные сгустители, пульповые насосы, химические

реакторы, ленточные фильтры, вращающиеся печи для сушки или прокаливания.

Для производства оксидов ванадия из шлаков дуплекс-процесса применяют

стандартное термическое и химическое оборудование

- вращающиеся или

многоподовые печи, шаровые мельницы с классификаторами, сгустители, химические

реакторы с перемешивающими устройствами емкостью 20-30 м³, пульповые и водяные

насосы, ленточные и пресс-фильтры, барабанные печи для прокаливания сыпучих

продуктов и подовые печи с охлаждающими грануляционными столами для получения

плавленого пентоксида ванадия.

Дробление слитка феррованадия и классификацию по размерам проводят,

используя щековые дробилки, вибросита и барабанные грохота.

2.7.5.2 Основное оборудование для производства ферросплавов

Основное оборудование для производства ферросплавов приведено в

таблице 2.47 [72, 74, 85, 92].

249

Таблица 2.47 - Основное оборудование для производства ферросплавов

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Дробилка щековая

Дробление руд.

Стационарная

установка

заводского

Дробление

изготовления,

имеющая

вертикально

ферросплавов

расположенные неподвижную и подвижную

металлические щеки, между которыми дробят

загружаемый сверху материал

Дробилка

валково-

Дробление угля

Стационарная

установка

заводского

зубчатая 2-валковая

изготовления, имеющая 2 стальных зубчатых

валка, вращающиеся навстречу друг другу,

между которыми дробят загружаемый сверху

материал

Дробилка 4-валковая

Дробление кокса

Стационарная

установка

заводского

изготовления, имеющая 4 стальных гладких

валка, вращающиеся навстречу друг другу,

расположенные по 2 валка друг под другом,

между которыми дробят загружаемый сверху

материал

Грохот инерционный

Рассев руд.

Стационарная

установка

заводского

2-дечный

Рассев угля и кокса.

изготовления,

имеющая

сита,

Рассев ферросплавов

расположенные горизонтально друг над

другом, с приводом для встряхивания сит,

сверху на которые подают рассеваемый

материал

Ленточные

Транспортировка

Стационарная

установка

заводского

транспортеры

сырьевых материалов

изготовления, состоящая из транспортерной

ленты,

натянутой

между

двумя

вращающимися стальными барабанами,

горизонтально

или

под

углом,

поддерживаемая опорными роликами

Установка

Смешивание

Стационарная установка, состоящая из

дозирования

сырьевых материалов

бункеров с сырьевыми материалами и

заданном

дозаторами

соотношении

Руднотермическая

Выплавка

Стационарная установка, состоящая из

печь

ферросплавов

футерованной

ванны

круглой

или

углетермическим

прямоугольной формы, в которую погружены

методом

электроды, с системой загрузки шихты, с

непрерывным

системой электроподвода к электродам,

процессом

мощностью 8-110 МВА, с системой сбора и

эвакуации отходящих газов, с системой

выпуска металла и шлака из печи

250

Продолжение таблицы 2.47

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Машина

для

Открывание

Стационарная

установка

заводского

обслуживания леток

закрывание

леток

изготовления, состоящая из перфоратора для

руднотермических

открывания летки и гидравлического пресса

печей

для закрывания летки огнеупорной массой

Рафинировочная печь

Выплавка

Стационарная установка, состоящая из

ферросплавов

футерованной ванны круглой формы, в

силикотермическим

которую погружаются электроды, с системой

методом

загрузки шихты, с системой электроподвода к

периодическим

электродам, мощностью

4-11,5 МВА, с

процессом

системой сбора и эвакуации отходящих газов и

механизмом наклона ванны для слива

металла и шлака

Установка печь-горн

Выплавка

Стационарная установка, состоящая из

ферросплавов

футерованного горна на выкатной тележке, в

алюмотермическим

который погружаются электроды, с системой

методом

загрузки шихты, с системой электроподвода к

периодическим

электродам, мощностью

1-1,5 МВА, с

процессом

системой сбора и эвакуации отходящих газов

Ковш

для

Выпуск

(слив)

Цилиндрическая

емкость,

футерованная

ферросплава

огнеупорными материалами для приема

жидкого ферросплава

Шлаковня

Выпуск (слив) шлака

Стальная нефутерованная емкость для

приема жидкого шлака

Выкатная тележка

Передача ковша с

Рельсовая колесная тележка с приводом для

ферросплавом

перемещения

шлаковен со шлаком

от печи в разливочный

пролет

Разливочная машина

Разливка

Машина с системой изложниц для приема

ферросплавов

ферросплава,

расположенных

виде

транспортерной ленты или круговой карусели

Поддоны

Разливка

Плоские изложницы для приема ферросплава

ферросплавов

Короб

Сбор горячих слитков

Металлический сварной короб

технологический

ферросплавов

Межцеховая

Передача

Рельсовая колесная тележка с приводом для

передаточная тележка

ферросплавов

из

перемещения

разливочного пролета

склад

готовой

продукции

251

Окончание таблицы 2.47

Наименование

Назначение

Существенные характеристики

оборудования

технологического оборудования

Узел

первичного

Дробление

слитков

Стационарный стенд с решеткой, на которой

дробления

ферросплавов

разбивают

слитки

ферросплава

ферросплавов

гидромолотом.

Стационарная установка на базе щековой

дробилки

Узел

вторичного

Дробление

Стационарная установка на базе щековой

дробления

ферросплава

до

дробилки

ферросплавов

заданной крупности

Узел

рассева

Рассев ферросплава

Стационарная установка на базе инерционного

ферросплавов

на товарные фракции

грохота

Узел

упаковки

Упаковка

товарных

Стационарная установка, имеющая бункера

ферросплавов

партий ферросплавов

для ферросплава с дозаторами и весами

мягкие контейнеры

в мягкие контейнеры

Узел

загрузки

Загрузка ферросплава

Стационарная установка, имеющая бункера с

ферросплавов

сухогрузные

питателями для ферросплава, ленточный

сухогрузные

контейнеры

транспортер для передачи ферросплава в

контейнера

сухогрузный контейнер и весовое устройство

Электромостовой

Разгрузка и подача

Мобильная установка заводского изготовления

кран.

сырья на подготовку в

в виде стальной фермы, перемещающаяся по

Электромостовой

складах

шихтовых

подкрановым рельсовым путям, с колесным

литейный кран

материалов.

приводом и с подкрановой тележкой, на

Перемещение грузов в

которой установлены крановые лебедки,

печном пролете и

перемещающиеся по крановой ферме

складе

готовой

продукции.

Перемещение грузов в

разливочном пролете

Основное природоохранное оборудование

Для снижения негативного воздействия на окружающую среду процесса

производства

ферросплавов

на

технологических

участках

(отделениях)

устанавливается природоохранное оборудование:

- газоочистное и аспирационное оборудование, обеспечивающее необходимый

уровень очистки технологических газов и аспирационного воздуха от содержащихся в

них загрязняющих веществ перед отводом газов (воздуха) в атмосферу и/или возвратом

обратно в рабочую зону;

- водоочистные

сооружения,

обеспечивающие

очистку

загрязненных

промышленных сточных вод.

Комплексы водоочистных сооружений независимо от их производительности и

типа включают: реагентное хозяйство со смесителем, камеры реакции

(хлопьеобразование), горизонтальные отстойники или осветлители, фильтры,

резервуары для чистой воды, насосная станция II подъема и т. д.

252

Природоохранное оборудование ферросплавного завода приведено в

таблице 2.48 [72, 74, 85, 92].

Таблица 2.48 - Природоохранное оборудование предприятия по производству

ферросплавов

Существенные характеристики

Наименование

Назначение оборудования

природоохранного

оборудования

Газоочистные

Улавливание, охлаждение и очистка

Комплекс очистных сооружений,

установки

печных газов и газов от леток печей

который выполняет функции и

действия по очистке воздуха

Аспирационные

Локализация выбросов в

Комплекс оборудования с

установки

ферросплавных цехах в воздух

разветвленной сетью

рабочей зоны. Удаление запыленного

воздуховодов, с вертикальными

воздуха из-под укрытий оборудования

коллекторами (аспирационными

подготовки шихты, транспортно-

стояками), с барабанными

технологического оборудования,

проходными коллекторами;

узлов пересыпки, оборудования

оборудования для очистки

дозирования шихты, узлов разливки

воздуха от локальных точек

ферросплава на разливочных

забора запыленного воздуха

машинах, узлов дробления, рассева и

упаковки ферросплава

Водоочистные

Очистка воды, используемой для

Комплекс оборудования,

сооружения

охлаждения и промывки

включающий отстойники,

технологических агрегатов и

устройства и аппаратуру для

устройств ферросплавного цеха.

химической обработки воды,

Отведение шламов, образующихся на

осветлители и фильтры

газоочистках

2.7.6 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и улавливание

По всей технологической цепочке производства ферросплавов в местах выгрузки

сырья, складирования, хранения пылящих материалов на открытых площадках,

дробления, дозирования компонентов шихты на различном оборудовании, загрузке в

ферросплавные печи, дроблении и рассеве получаемых ферросплавов, переработки

шлаков имеют место организованные и неорганизованные выбросы (эмиссии)

загрязняющих веществ в виде пыли, газов, образования отходов, образования сточных

вод.

2.7.6.1 Материальные потоки, виды эмиссий, их образование и

улавливание при производстве оксидов ванадия и феррованадия

Воздействие производства оксидов ванадия и феррованадия на окружающую

среду по стадиям технологического процесса представлено в таблице 2.49.

253

Таблица

2.49

- Воздействие технологического процесса производства оксидов

ванадия и феррованадия на окружающую среду

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Производство оксидов ванадия из титаномагнетитовых железорудных концентратов

Руда

Выделение

Титаномагнетиты

Конусные и

Взвешенные

титаномагне-

щековые

вещества

титовой фракции

дробилки,

состава: Al2O3,

(при размоле руд)

грохота,

FeO, Fe2O3, CaO,

мельницы

SiO2, MgO, MnO,

мокрого помола,

TiO2, V2O5, шум,

магнитные

хвосты

сепараторы

обогащения

Шихтовые

Смешение

Огарок

Проходной

Взвешенные

компоненты

компонентов

смеситель,

вещества

обжига

шихты, обжиг во

конвейеры,

состава: Al2O3,

вращающейся печи

вращающаяся

FeO, Fe2O3, CaO,

обжиговая печь,

SiO2, MgO, MnO,

холодильник,

TiO2, V2O5,

шаровая

газовые

мельница

компоненты: NO2,

NO, CO, CO2,

SO2; тепловое

излучение, шум,

вибрация

Пульпа огарка

Выщелачивание

Раствор

Радиальные

Отвальный шлам,

ванадия из огарка,

метаванадата

сгустители,

проливы

фильтрация

натрия

агитаторы,

растворов

пульпы, очистка

ленточные

раствора от

фильтры

кремния

Раствор

Осаждение

Маточный раствор

Агитаторы,

Проливы

метаванадата

радиальные

растворов,

натрия

аммония

сгустители,

выделение

ленточные

аммиака в

фильтры

атмосферу

Маточный

Выпарка

Техническая вода,

Выпарные

Газовые

раствор

оборотный

установки

компоненты: NO2,

раствор сульфата

NO, CO, CO2, SO2

аммония,

оборотный

сульфат натрия

Метаванадат

Термическое

Оксиды ванадия

Барабанная

Взвешенные

аммония

разложение

сушилка,

вещества

метаванадата

реакторы

состава: ванадат

аммония

термического

аммония, оксиды

разложения

ванадия; аммиак

254

Продолжение таблицы 2.49

Основное

Этап процесса

Входной поток

Выходной поток

технологическое

Эмиссии

(подпроцесс)

оборудование

Производство оксидов ванадия из конвертерных шлаков дуплекс-процесса

Шлак дуплекс-

Измельчение

Шихта,

Щековые и

Взвешенные

процесса

шлака, отделение

металловключения

роторные

вещества

металловключений,

дробилки,

состава: Al2O3,

смешение с

шаровые

FeO, Fe2O3, CaO,

реакционной

мельницы,

SiO2, MgO, MnO,

добавкой

классификаторы,

TiO2, V2O5, шум

сгустители,

фильтры,

конвейеры

Шихта

Окислительный

Огарок

Вращающаяся

Взвешенные

обжиг

или

вещества

многоподовая

состава: Al2O3,

печь,

FeO, Fe2O3, CaO,

холодильник,

SiO2, MgO, MnO,

стержневая

TiO2, VO3;

мельница

газовые

компоненты,

тепловое

излучение, шум

Огарок

Выщелачивание

Раствор ванадия

Агитаторы,

Отвальный шлам,

ванадия

насосы,

проливы серной

фильтры, баки

кислоты,

отработанные

фильтровальные

ткани

Раствор

Осаждение

Товарные оксиды

Баки, агитаторы,

Кислотные

ванадия

ванадия,

сгустители,

испарения,

термическая

маточный раствор,

фильтры, печи

диоксид серы,

обработка осадка

соединения Cr(VI)

маточные

ванадия

растворы,

дымовые газы

Маточный

Нейтрализация

Оборотная

Баки, агитаторы,

Сливная вода,

раствор,

маточных

техническая вода

фильтры

осадки

соединения

растворов, очистка

известкования,

Cr(VI)

от Cr(VI)

осадки

соединений

хрома

Производство феррованадия

Компоненты

Смешение

Шихта

Бункера,

Взвешенные

шихты

компонентов

смеситель,

веществ состава:

технологическая

Al2O3, FeO, Fe2O3,

посуда

CaO, SiO2, MgO,

MnO, TiO2, V2O5

255

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА, СТАЛИ И ФЕРРОСПЛАВОВ (ИТС 26-2022) - часть 3