PL95382B1 - Sposob wytwarzania zelazokrzemu - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sp:sób wytwarza¬ nia zelazokrzemu zawierajacego 45 do 95%" wa¬ gowych krzemu.

Zelazokrzem wytwarza sie ladujac metaliczne zelazo, krzemionke i weglowy srodek redukujacy do elektrycznego pieca o zanurzonym luku, gdzie cieplo wydzielone przez zanurzony luk wystarcza do przeprowadzenia redukcji przy czym uzyskuje sie stop zelazokrzemowy. Dotychczas stosowano rózne zagloimeirowane wsady piecowTe obejmujace silnie rozdrobniona krzemionke zmieszana z me¬ talicznym surowcem zelazowym i reduktorem we¬ glowym. Dokladna zawartosc wegla niezbedna do stechiometrycznej redukcji calej krzemionki za¬ wartej we wsadzie rózni sie nieco w zaleznosci od zadanej zawartosci krzemu w koncowym sto¬ pie.

Pomimo wielu znanych sposobów przygotowywa¬ nia wsadów zelazokrzemowyeh, to jest mieszanin wszystkich skladników stopu w odpowiednich pro¬ porcjach dla uzyskania zaglomerowanego wsadu, utrzymywania skladników w postaci luznej mie¬ szaniny lub mieszania skladników poza krzemion¬ ka i ladowania jej do pieca oddzielnie, od aglo¬ meratu, znana dotychczas metoda produkcji stopów zelazokrzeimowych, szczególnie stopów o wysokiej zawartosci krzemu, odznacza sie nadmiernym zu¬ zyciem energii, niskim odzyskiem krzemu i nie¬ pozadanym wydzielaniem dymu. Ponadto, reduk¬ cja dwutlenku krzemu przy pomocy wegla pocia¬ ga za soba reakcje posrednia, w której dwutlenek krzemu redukuje sie do gazowego tlenku krzemu, 'którego dysproporcjonowanie w chlodniejszej stre¬ fie reaktora jest zapewne przyczyna cementacji materialu wsadowego, spowodowanej przez odkla¬ danie sie dwutlenku krzemu o duzej lepkosci. Ce¬ mentacja jest z kolei przyczyna trudnosci wyni¬ kajacych podczas pracy pieca i podczas ladowania ,mieszaniny surowców i wplywa na ogólna wy^ dajnosc produkcji pozadanego stopu zelazokrze- moweigo. W celu zmniejszenia wspomnianych trud¬ nosci, do wsadu piecowego, dodaje sie duze ilosci odpowiedniego wypelniacza, takiego jak wióry drzewne.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wy¬ twarzania jednorodnego, zaglomerowanego wsadu zelazokrzemowego dla stosowania w piecu z lu¬ kiem elektrycznym, do wytwarzania stopów zela¬ zokrzeimowych. Wsad taki zapewnia niskie zuzycie energii, male zuzycie elektrod w przeliczeniu na jedna tone wytworzonego stopu przy jednoczes¬ nym wiekszym stopniu odzyskiwania krzemu, co wynika czesciowo ze zmniejszenia strat z dymem, oraz wyeliminowaniu duzych ilosci wiórów drzew- nych lub podobnych materialów i sprawniejszej pracy pieca.

Sposobem wedlug wynalazku wytwarza sie sto¬ py zelazokrzemowe przy uzyciu zanurzonego luku, stosujac wsad piecowy, który pozwala na lepsze wykorzystanie gazowego tlenku krzemu wytwo- 95 382i rzonegó w piecu podczas produkcji stopu i na jed¬ norodne rozproszenie ziarnistego surowca zelazo¬ wego w strefie reakcyjnej pieca.

Wsad przygotowuje sie mieszajac ziarnisty su¬ rowiec zelazowy, taki jak tlenek zelaza, drobna i gruba frakcje ziarnistej krzemionki, ziarnisty weglowy srodek redukujacy i wypelniacz w pro¬ porcjach odpowiednich dla uzyskania stopu zela- zokrzemowego zawierajacego okolo 45 do 95% wagowych krzemu w wyniku redukcji wszystkich skladników. Nastepnie mieszanine poddaje sie aglo- .meracji dowolnym odpowiednim sposobem, takim jak wytlaczanie, stosujac material wiazacy, który podaje sie w- ilasci równej lub mniejszej niz 10% wagowych wsadu: Wielkosc czastek aglomeratu jest zmienna i zalezna w pewnej mierze od wiel¬ kosci stosowanego pieca. Korzystnie jest, aby je¬ den z wymiarów czastek wsadu, to jest dlugosc, szerokosc, srednica, grubosc itd. byl równy lub mniejszy niz 1,27 cm aby umozliwic w pelni re¬ akcje skladnika weglowego jak najszybciej po wprowadzeniu do reaktora.

Sposób wedlug wynalazku obejmuje zaladunek omówionego aglomeratu do pieca elektrycznego, ogrzewanie pieca elektrycznego przy pomocy co najmniej jednej elektrody zanurzonej w zaglome- rowanym wsadzie, aby spowodowac reakcje po¬ miedzy skladnikami wsadu, prowadzaca do wy¬ tworzenia stopu zelazokrzemoweigo, a nastepnie spust stopu zelazokrzemowego z pieca.

Nowa cecha sposobu wedlug wynalazku polega- na zastosowaniu aglomeratów obejmujacych torze-1 niionke w dwóch postaciach, jako frakcje drobno- i gruboziarnista, wymieszanych z ziarnistym su¬ rowcem zelazowym i ziarnistym reduktorem we¬ glowym. Uwaza sie, ze wiekszosc drobnoziarnistej frakcji krzemionki reaguje, z weglowym srodkiem redukujacym tworzac weglik krzemu i tlenek we¬ gla, podczas gdy wiekszosc gruboziarnistej frakcji krzemionki reaguje z powstalym uprzednio wegli¬ kiem krzemu tworzac tlenek krzemu, który z kolei reaguje z weglikiem krzemu uwalniajac krzem dla reakcji z surowcem zelazowym. Podzial krze¬ mionki na dwie odrebne frakcje umozliwia rea¬ gentom reakcji krzemowej wystepowanie w strefie reakcyjnej pieca w postaci odpowiedndaj dla sku¬ tecznego wytwarzania krzemu. Wzrost wydajnosci krzemu przy zastosowaniu zaglomerowanego wsa¬ du przygotowanego sposobem wedlug wynalazku jest w czesci wynikiem skutecznej redukcji diuzej iilosci cyrkulujacego gazowego tlenku krzemu, po¬ wstalej na skutek bardziej skutecznego wykorzy¬ stania tlenku krzemu w jego reakcji z weglikiem krzemu, prowadzacej do powstania krzemu.

Ziarnisty surowiec zelazowy, rozdzielony równo¬ miernie we wszystkich czastkach aglomeratu, po¬ woduje jednorodne rozproszenie zelaza w strefie reakcyjnej pieca. Sprzyja to powstaniu srodawaska najbardziej odpowiedniego dla reakcji zelaza z krzemem i prowadzi do powstania stopu zelazo¬ krzemowego przy zmniejszonym zuzyciu energii i elektrod w przeliczeniu na jeden 453 g ciezaru stopu.

Ilosc surowca zelazowego w zaglomerowanym 953S2 40 45 50 55 60 65 wsadzie jest zmienna i zalezy od zadanej zawar¬ tosci krzemu w wytwarzanym stopie zelazokrze¬ mówym. Zawartosc krzemu w stopie zmienia sie w granicach 45 do 95% wagowych. Surowiec ze¬ lazowy nalezy sproszkowac i dokladnie zmieszac z innymi skladnikami mieszaniny, aby podczas za¬ ladunku do pieca zelazo bylo równomiernie roz¬ proszone we wsadzie. Dokladne wymiary czastek surowca zelazowego sa t dosc dowolne, ale korzyst¬ nie jest, aby wynosily 100 mesh na sicie Tylera lub mniej.

Zawartosc zwiazanego wegla we wsadzie jest równiez zmienna i podobnie jak poprzednio zalezy od charakterystyki zadanego stopu zelazokrzemo¬ wego. Na przyklad, zawartosc zwiazanego wegla we wsadzie moze zmieniac sie od minimum okolo 85% ilosci stechiometrycznie niezbednej dla re¬ dukcji calej ilosci krzemionki zgodnie z równa¬ niem Si02 + 2C = Si + 2CO przy wytwarzaniu ze¬ lazokrzemu o zawartosci 95% krzemu do maksi¬ mum okolo 120% ilosci stechiometrycznie niezbed¬ nej do redukcji calej ilosci krzemionki zgodnie z powyzszym równaniem przy wytwarzaniu zelazo¬ krzemu o zawartosci 45% krzemu. Wielkosc cza¬ stek reduktora weglowego jest dosc dowolna lecz powinna byc dostatecznie mala, aby 'umozliwic dokladne zmieszanie z drobnoziarnista krzemion¬ ka. Zaleca sie wielkosc okolo 100 mesh na sicie Tylera lub mniej. Do odpowiednich weglowych srodków redukujacych nalezy wegiel kamienny, koks i podobne.

Wielkosc czastek grubej frakcji ziarnistej krze¬ mionki waha sie od okolo 0,16 cm do okolo 1,27 cm, podczas gdy drobna?, frakcja powinna posia¬ dac czastki o wielkosci okolo 48 mesh na sicie Tylera lub mniejsze, lepiej okolo 100 mesh we¬ dlug Tylera. Stosunek frakcji drobnej do grubej f waha sie od okolo 1 do okolo 2.

Wybór wypelniacza o malej gestosci jest do¬ wolny i zalezy od takich czynników jak dostep¬ nosc, cena, stopien czystosci chemicznej, latwosc stosowania i zawartosc wegla. Jedynym waznym wymaganiem jest mala gestosc wypelniacza, aby po zmieszaniu go z innymi skladnikami wsadoi osiagnac ciezar nasypowy 961 kg/m3 lub mniej, le¬ piej 801 kg/m3 lub mniej.

Wspólne zmieszanie wspomnianych skladników reagujacych w odpowiednich proporcjach wytwa¬ rza jednorodny zaglomerowany wsad o malej ge¬ stosci, który po wprowadzeniu do pieca elektrycz¬ nego pozwoli -uzyskac stop zelazokrzemowy, przy zastosowaniu zanurzonego luku, osiagajac znaczne obnizenie kosztu energii w przeliczeniu na jed¬ nostke ciezaru stopu. Ponadto uzyskuje sie osz¬ czednosc na zmniejszonym zuzyciu elektrod i zmniejszeniu ilosci wypelniaczy w stosunku do ilosci stosowanych w dotychczasowych przemyslo¬ wych sposobach wytwarzania zelazokrzemu.

Przyklad I. Przygotowuje sie zaglomerowa¬ ny wsad piecowy mieszajac razem nastepujace materialy: 58,0 czesci wagowych rudy zelaznej Tilden, zawierajacej 37,31% Fe i 44,40 SiG2, rozdrobnionej zasadniczo do wielkosci 100 mesh wedlug Tylera i mniej, 84,0 czesci wagowych dro-§5382 « bnej frakcji krzemionki rozdrobnionej zasadniczo do wielkosci 200 mesh wedlug Tylera i mniej, 84,0 czesci wagowych grubej frakcji krzemionki o wielkosci okolo 0,63 cm na 0,32 cm, 93,0 czesci wagowe wegla East Gulf, zawierajacego 79,7% zwiazanego wegla, 15,0% czesci lotnych i 4,5% po¬ piolu, rozdrobnionego zasadniczo do wielkosci 200 (mesh. wedlug Tylera i mniej, 15,0 czesci wago¬ wych suchej slomy wielkosci oikolo 2,54 cm, 87,0 czesci wagowych roztworu wiazacego zlozonego z 6% srfjalych zwiazków ligninowych i 94% wody.

Wymienione materialy dostarczaja 98,0% teore¬ tycznej ilosci wegla niezbednej do redukcji zgod¬ nie z równaniem Si02 + 2C = Si + 2CO Materialy te miesza sie wstepnie i laduje do wtlaczarki typu Auger otrzymujac elementy wy¬ tlaczane o przekrój kwadratu o boku 1,6 cm, zmiennej .dlugosci do 15,24 cm. Po wysuszeniu do zawartosci wilgoci okolo 5% ciezar nasypowy aglo¬ meratu wynosi 560 kg/m8—641 kg/m8. Nastepnie zaglomerowanyi wsad laduje sie do jednofazowego pieca elektrycznego o mocy 40 kW, zlozonego z odpowiednio izolowanego tygla grafitowego o sred¬ nicy 25,4 cm i glebokosci 25,4 om. Energie ele¬ ktryczna doprowadza sie do pieca poprzez dwie pionowe elektrody grafitowe o srednicy 5,3 cm, za- nurzone do wsadu, aby wytworzyc strefe reakcyj¬ na wokól zanurzonego luku.

Skladniki wsadu ulegaja wówczas redukcji W piecu elektrycznym z lukiem zanurzonym i twb- irzy sie stop zelazokrzemowy zawierajacy oKolo 75% krzemu. Zuzycie energii na kg krzemu, zu¬ zycie elektrod na kg wytworzonego stopu i pro¬ centowe odzyskanie krzemu ze wspomnianego wsadu podane sa w tablicy 3, mieszanina G.

Dla porównania wytwarza sie 75% zelazokrzem stosujac identyczny piec i sposób jak uprzednio lecz obok typowej luznej mieszaniny i róznorod¬ nie przygotowanych zaglomerowanyioh mieszanin stosuje sie zaglotmerowany wsad przygotowany wedlug wynalazku. Tablica 1 podaje sklady tych mieszanin oznaczonych literami od A do F.

Mieszanina A stanowi typowy wsad w postaci luznej mieszaniny. Mieszanina B podobna jest do wsadu przygotowanego wedlug wynalazku lecz zawiera tylko jedna frakcje krzemionki.

Mieszanina C nie zawiera wypelniacza ani gru¬ boziarnistej krzemionki, a przygotowuje sie Ja ra¬ czej droga pastylkowania niz wytlaczania. Pastyl¬ ki te sa mniejsze i posiadaja wieksza gestosc w porównaniu z elementami /wytlaczanymi w mie¬ szaninie G. Mieszanine D przygotowuje sie we¬ dlug wynalazku stosujac trociny jako wypelniacz.

Mieszanine E przygotowuje sie wedlug wynalazku Tablica 1 Wsad piecowy dla 75% zelazokrzemu « ''Mieszani A' B C D F E G Krzemionka %wa* |jówy. 46.7 49,8 52.4 .1 .2 51.3 Przyg Wiel- .ikosc l,25cmx 0,63cm ?0OMxD 200MxD 200MxD 200MxD 0,63cmx 0,32cm otowanie % we¬ glowy — — ,2 ,25.2 ' wedlui Wiel¬ kosc — — 0,63cm x0,32cm 0,63cm x0,32cm — ; -opisu w Zlom lzelazny % wag. ^9 — — ~~" przykl Wiel¬ kosc +20M — — ~~" adzie Ruda zelaz¬ na Tilden *) % wag. !—• 16.0 18.2 17.4 17.1 .5 Wiel¬ kosc — 100MxD 100MxD 100MxD 100MxD 100MxD Guli **) Wegiel East % wag. 18.0 '28.6 29.4 27.5 27.9 27.7 Wiel¬ kosc l,25cm x0,63cm 200MxD 200MxD 200MxD 200MxD 200MxD Wypelniacz % wag. 29,4 .6 4.8 4.5 ¦5.5 Typ Wióry drew¬ niane sloma brak (trociny kaczany kuku¬ rydzy Isloma /Sposób aglome- jnacjii ''bez aglome¬ racji wytla¬ czanie pastyl- kowa- ' nie wytla¬ czanie wytla¬ czanie wytla¬ czanie x) Ruda zelazna Tilden zawiera 44,4% i Si02 i 37.3% Fe xx) Wegiel East Gulf zawiera 79.7% wegla odgazo wanegp, 15,0% skladników lotnych, 4,5% popiolu M oznacza wielkosc mesh w g Tylera, a MxD oznacza wielkosc mesh wg Tylera i wielkosci mniejsze od niej§5382 stosujac jako wypelniacz rozdrobnione kaczany kukurydzy.

Mieszaniny F zawiera gruboziarnista frakcje krzemionki, wprowadzona do pieca 'oddzielnie od zaglomerowanego wsadu lecz w tym samym cza¬ sie.

Mieszanine G przygotowuje sie wedlug uprzed¬ niego opisu.

Tablica 2 podaje zuzycie energii elektrycznej na 1 g krzemu, procentowy odzysk krzemu i zuzycie elektrod na kg wytworzonego 75% stopu zelazo- krzemowego, dla kazdej z mieszanin od A do G. * czym weglowy srodek redukujacy zawiera ókold 85 do 120% ilosci wegla niezbednej stechiometrycz- nie do redukcji krzemionki do krzemu, przy czyni ziarnista krzemionka wystepuje w postaci drobnej i grubej frakcji, aglomeraty laduje sie do pieca elektrycznego, ogrzewa za pomoca conajmniej jednej elektrody zanurzonej w zaglomerowanym wsadzie, aby spowodowac redukcje skladników zaglomerowanego wsadu i uzyskuje sie stopiony stop zeiazo-krzemowy zawierajacy okolo 45 do 95% wagowych krzemu, który nastepnie spuszcza sie z pieca elektrycznego.

Tablica 2 Wytwarzanie 74% zelazokrzemu z wsadów podanych w tablicy 1 Mieszanina A B C D "E F G Napiecie 61 66 71 73 73 155 67 Natezenie 644 599 630 604 614 772 .667 Moc 40.5 41.3 45.4 45.7 45.2 43.7 46.5 Zuzycie energii 171 240 180 180 180 240 240 Zuzycie energii na ilgSi 23 18,4 ,5 16 17.1 23,1 ,14,6 '% odzyska- Iniego Si 77.6 77.4 74.8 86.7 84.6 61.6 62.9 Zuzycie ele¬ ktrod w kjg/kg stopu 0,105 0,052 0,050 0,062 0,056 0,064 0,033 Dane te stanowia srednie wartosci ze wszystkich wykonanych spustów z pieca, nastepujacych po poczatkowym okresie rozruchu dla kazdej miesza¬ niny. Jak wskazuja wyniki podane w._tablicy 2, wsady (przygotowane wedlug wynalazku pozwala¬ ja uzyskac maksymalne odzyskanie krzemu przy minimalnym zuzyciu zarówno energii elektrycznej jak i elektrod w przeliczeniu na tone wytworzone¬ go stopu. Inna wazna zaleta stosowania wsadów przygotowanych wedlug wynalazku jest lepsza ogólna praca pieca.

Claims (5)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób wytwarzania zelazokrzemu o zawartos¬ ci okolo 45 ido 95% wagowych krzemu w lukowym piecu elektrycznym, znamienny tym, ze tworzy sie jednorodne aglomeraty z mieszanin ziarnistego we¬ glowego srodka redukujacego, ziarnistego su¬ rowca zelazowego i ziarnistej krzemionki, przy 33 40 50

2. % Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, i€ do mieszaniny skladników wsadu dodaje sie wy¬ pelniacz o malej gestosci, aby uzyskac zaglometfó- wany wsad piecowy 0 maksymalnej gestosci oko¬ lo 961 kg/m3.

3. '3. Sposób wedlug zastrz. 2* znamienny tym, ze stosuje sie krzemionke, w której stosunek ciezaru drobnej frakcji krzemionki wynosi okolo 0,5 do 2.

4. sposób wedlug zastrz. 3, znamienny tym, zd do zaglomerowanego wsadu piecowego dodaje sie srodek wiazacy bez rozpuszczalnika, w ilosci oko¬ lo 10% wsadu piecowego..

5. sposób wedlug zastrz. 2, znamienny tym, ze w przypadku wytwarzania 75% zelazokrzemu sto¬ suje sie ziarnisty weglowy srodek redukujacy, w którym zawartosc zwiazanego wegla wynosi okolo 100% ilosci niezbednej stechiometrycznie do Te^ dulkcji krzemionki do krzemu. DN-3, zam. 932/77 Cena 45 zl