RU2190034C2

RU2190034C2 - Method of smelting alloys from oxide-containing materials

Info

Publication number: RU2190034C2
Application number: RU2000116965/02A
Authority: RU
Inventors: Е.А. Коршунов; В.Г. Лисиенко; А.Г. Тарасов; н О.А. Арагил; О.А. Арагилян; С.П. Буркин; В.В. Шимов; Ю.Н. Логинов
Original assignee: Региональное Уральское отделение Академии инженерных наук Российской Федерации
Priority date: 2000-06-26
Filing date: 2000-06-26
Publication date: 2002-09-27

Abstract

FIELD: metallurgy; production of carbon ferrocheme from chromite concentrate and iron from iron- containing materials. SUBSTANCE: proposed method includes loading charge containing oxides of metals and reductant in melting unit and delivery of energy to surface of energy flux over circle. Charge is fed continuously and is heated by radiation. Molten slag and molten metal are molten and removed continuously. Energy is delivered by at least two fluxes. Relative motion of energy flux over circle is effected due to rotation of melt. Charge is fed to crater formed by rotating melt. EFFECT: enhanced reliability of protection of lining; increased service life of lining; avoidance of evaporation of metal from surface of melt. 4 cl

Description

Изобретение относится к области металлургии, в частности к производству углеродистого феррохрома из хромитового концентрата, чугуна из железосодержащих материалов (мелкокусковой железной руды, пыли сталеплавильного производства и др.). The invention relates to the field of metallurgy, in particular the production of carbon ferrochrome from chromite concentrate, cast iron from iron-containing materials (lump iron ore, dust from steelmaking, etc.).

Известен способ производства углеродистого феррохрома в мощных и дорогостоящих электропечах [1], снабженных наращивающимися самоспекающимися электродами, которые обслуживаются сложными системами по перепуску электродов, по загрузке шихты, по отводу и очистке газов. A known method for the production of carbon ferrochrome in powerful and expensive electric furnaces [1], equipped with expanding self-sintering electrodes, which are served by complex systems for transferring electrodes, for loading the charge, for removal and purification of gases.

Известны плазменные сталеплавильные печи (ПСП) с керамическим тиглем [2, стр.74-86] вместимостью от 6 до 30 и даже до 45 тонн жидкой стали, в которых применяют от одного до четырех плазмотронов мощностью до 7,5 МВт. В этих печах освоена выплавка до 100 высоколегированных марок сталей. Электропитание ПСП осуществляют преимущественно от управляемого источника постоянного тока на тиристорах, подсоединяемого к сети трехфазного переменного тока. Known plasma steelmaking furnaces (PSP) with a ceramic crucible [2, p. 74-86] with a capacity of 6 to 30 and even up to 45 tons of liquid steel, which use from one to four plasma torches with a capacity of up to 7.5 MW. In these furnaces, smelting of up to 100 high-alloyed steel grades has been mastered. PSP power supply is carried out mainly from a controlled DC source on thyristors, connected to a three-phase alternating current network.

На ПСП несколько увеличен расход электроэнергии при выплавке рядовых марок сталей по сравнению с расходом в современных дуговых сталеплавильных печах (ДСП), но при выплавке и переплаве высоколегированных сплавов преимущество ПСП неоспоримо [2, стр.79-80]. At PSP, the electric power consumption for smelting ordinary grades of steel is slightly increased compared with the consumption in modern arc steel-smelting furnaces (EAF), but the advantage of PSP is indisputable in the smelting and remelting of high alloy alloys [2, pp. 79-80].

Говоря о недостатках, которые имеют место при эксплуатации современных ПСП, следует отметить следующее. С повышением температуры в рабочем пространстве печи при неизменном токе и длине электродуги плазмотрона подводимая мощность электродуги падает и может к концу расплавления шихты уменьшиться на 30-60%. Увеличить мощность за счет увеличения тока электродуги нельзя, так как плазмотроны рассчитываются на определенную максимальную силу тока и эту максимальную силу тока обычно применяют в начале плавки. В результате средняя отбираемая от сети мощность в период плавки часто составляет не более половины от той мощности, которая подводится к трансформатору [2, стр. 86, табл. 9] . В ПСП по сравнению с ДСП условия нагрева жидкой ванны более тяжелые, так как электродуги плазмотронов оказывают более слабое влияние на электродинамическое воздействие на металла, т.е. электродуги плазмотронов не создают необходимого и желаемого движения металла, которое особенно необходимо, так как без такого движения очень высокая температура электродуг плазмотронов может локально сильно перегреть расплав, вплоть до нежелательного его испарения. Speaking about the disadvantages that occur during the operation of modern memory bandwidth, the following should be noted. With increasing temperature in the working space of the furnace at a constant current and length of the plasma torch electric arc, the input power of the electric arc decreases and may decrease by 30-60% by the end of the charge melting. It is impossible to increase power by increasing the electric arc current, since the plasma torches are designed for a certain maximum current strength and this maximum current strength is usually used at the beginning of melting. As a result, the average power taken from the network during the smelting period is often no more than half of the power that is supplied to the transformer [2, p. 86, table. 9] . In PSP, in comparison with particle board, the conditions for heating a liquid bath are more severe, since the plasma torch electrodes have a weaker effect on the electrodynamic effect on the metal, i.e. Plasmatron electric arcs do not create the necessary and desired metal motion, which is especially necessary, since without such a movement a very high temperature of the plasmatron electric arc can locally overheat the melt, up to its undesirable evaporation.

Из области техники известен принимаемый за прототип способ - процесс "Тетроникс" [3] выплавки сплавов из оксидосодержащего материала, согласно которому в плавильный агрегат подается шихта, содержащая оксиды металлов и восстановитель, подается энергия с помощью электродуги на плавку шихты в шлаке при относительном перемещении электродуги и шлака по окружности, энергией излучения электродуги плазмотрона осуществляется подогрев падающей в агрегате шихты, выплавляемый сплав и шлак постоянно из агрегата удаляются. Энергетический поток в процессе "Тетроникс" создается одною вращающейся дугой плазмотрона. The method known for the prototype is known as the Tetronix process [3] for smelting alloys from an oxide-containing material, according to which a charge containing metal oxides and a reducing agent is fed to the melting unit, energy is supplied by means of an electric arc to melt the charge in slag during relative movement of the electric arc and slag around the circumference, by the radiation energy of the plasma arc of the plasma torch, the charge falling in the aggregate is heated, the melted alloy and slag are constantly removed from the aggregate. The energy flow in the Tetronix process is created by a single rotating arc of a plasma torch.

Обработка расплава одной вращающейся электродугой плазмотрона усложняет конструкцию плазменного устройства. В этом устройстве трудно осуществлять желатальное осевое перемещение плазмотрона, позволяющее изменять длину электродуги плазмотрона и обеспечивающее регулирование отдаваемой мощности от электродуги к перерабатываемому расплаву. The processing of the melt by one rotating electric arc of the plasma torch complicates the design of the plasma device. In this device it is difficult to carry out the desired axial movement of the plasma torch, which allows you to change the length of the electric arc of the plasma torch and provides control of the power output from the electric arc to the processed melt.

При нарушении стабильности подачи шихты в плавильный агрегат, которое может иметь место, футеровка агрегата не будет иметь защиты от энергии излучения электродуги плазмотрона. In case of violation of the stability of the feed of the charge into the melting unit, which may take place, the lining of the unit will not have protection from the radiation energy of the plasma torch arc.

Поскольку электродуга плазмотрона в процессе плавки шихты по способу "Тетроникс" в первую очередь воздействует на шлак, то температура шлака, как правило, значительно выше температуры производимого металлического расплава. При таком шлаке износ футеровки повышается и ее надо часто восстанавливать. Since the plasma torch electric arc during the melting of the charge by the Tetronix method primarily affects the slag, the slag temperature is usually much higher than the temperature of the produced metal melt. With this slag, the wear of the lining increases and it must often be restored.

Новизна предлагаемого способа заключается в том, что подачу энергии рекомендуется осуществлять по крайней мере двумя энергетическими потоками, относительное перемещение энергетического потока по окружности осуществляют за счет вращения расплава, а шихту подают в образованную вращением расплава лунку параболической формы. Энергетические потоки рекомендуется создавать с помощью дуг плазмотронов. The novelty of the proposed method lies in the fact that it is recommended that energy is supplied by at least two energy flows, the relative movement of the energy flow around the circumference is due to the rotation of the melt, and the charge is fed into a parabolic-shaped hole formed by rotation of the melt. It is recommended that energy flows be created using arcs of plasmatrons.

Лунку параболической формы в расплав рекомендуется создать за счет вращения выплавляемого металлического сплава вращающимся электромагнитным полем, создаваемым переменным током пониженной частоты. Пониженную частоту тока рекомендуется принимать в пределах 1,0-3,0 Гц. It is recommended to create a parabolic well in the melt due to the rotation of the melted metal alloy by a rotating electromagnetic field created by alternating current of reduced frequency. A reduced current frequency is recommended to be taken within 1.0-3.0 Hz.

Применение нескольких электродуг плазмотронов позволяет значительно увеличить мощность плавильного агрегата и, следовательно, производительность при сравнительно незначительном увеличении габаритов агрегата. Поскольку конструкция плазменного устройства для каждого плазмотрона упрощается, становится возможным применить несколько плазмотронов и сделать их подвижными в осевом направлении, что облегчает процесс зажигания электродуг плазмотронов и при необходимости позволяет управлять вводимой в агрегат мощностью. The use of several plasma arc torches can significantly increase the power of the melting unit and, therefore, productivity with a relatively small increase in the dimensions of the unit. Since the design of the plasma device for each plasmatron is simplified, it becomes possible to use several plasmatrons and make them movable in the axial direction, which facilitates the ignition of the plasma torches electric arc and, if necessary, allows you to control the power input to the unit.

Рекомендация использования в способе трех электродуг плазмотронов позволяет через печной трансформатор равномерно питать плазмотроны энергией от трехфазной сети переменного тока. The recommendation of using three electric arc plasmatrons in the method makes it possible to evenly supply the plasma torches with energy from a three-phase AC network through the furnace transformer.

Поскольку электродуги плазмотронов действуют на вращающийся расплав, местного перегрева расплава (вплоть до его испарения) из-за высокой температуры плазменной электродуги не происходит. Исключается неблагоприятное воздействие энергии излучения электродуг плазмотронов на футеровку стенок плавильного агрегата. Since plasmatron electric arcs act on a rotating melt, local overheating of the melt (up to its evaporation) does not occur due to the high temperature of the plasma electric arc. The adverse effect of the radiation energy of the electric arc of the plasma torches on the lining of the walls of the melting unit is eliminated.

Шлак может быть как кислым, так и основным. Сохраняется полезность энергии излучения, связанная с нагревом подаваемого в печь материала, но в данном случае она воспринимается от трех электродуг плазмотронов материалом шихты, которая подается в место, равноудаленное от каждой электродуги. Эффект нагрева шихты увеличивается. Slag can be both acidic and basic. The usefulness of the radiation energy associated with the heating of the material supplied to the furnace is preserved, but in this case it is perceived from three plasma arc plasmatrons by the charge material, which is supplied to a place equidistant from each electric arc. The effect of heating the charge increases.

Улучшаются условия слива получаемого на агрегате продукта. Если продукту не требуется дополнительная обработка, то он может сливаться из плавильного агрегата постоянно и не увлекать за собой шлак, как это предусмотрено на установке "Тетроникс". Шлак целесообразно сливать периодически, используя систему шлакоотсоса. The drain conditions of the product obtained at the unit are improved. If the product does not require additional processing, then it can merge continuously from the smelting unit and not entrain slag, as provided for in the Tetronix plant. It is advisable to drain the slag periodically using a slag suction system.

В качестве примера рассмотрим реализацию предлагаемого способа при выплавке феррохрома. As an example, consider the implementation of the proposed method for smelting ferrochrome.

После разогрева футеровки плавильной камеры агрегата и заделки огнеупорной массой сливной летки в плавильную камеру заливается установленная порция жидкого чугуна известного химического состава. При отсутствии жидкого чугуна в агрегат можно загрузить твердый чугун и расплавить его электродугами плазмотронов. Чтобы излучением от электродуг плазмотронов не подплавить футеровку, следует понизить вводимую в агрегат мощность. After heating the lining of the melting chamber of the unit and filling the drain taphole with refractory mass, the installed portion of liquid cast iron of known chemical composition is poured into the melting chamber. In the absence of liquid cast iron, solid cast iron can be loaded into the unit and molten by electric arc plasmatrons. In order not to melt the lining by radiation from electric arc plasmatrons, the power introduced into the unit should be reduced.

Далее чугун в круглой плавильной камере агрегата раскручивают до необходимой угловой скорости электромагнитным полем индукционного вращателя и образуют из чугуна лунку параболической формы такого размера, чтобы была обеспечена полная защита футеровки стенок плавильного агрегата. Затем вводят в действие механизмы осевых перемещений плазмотронов, зажигают плазменные электродуги и выводят плазмотроны на установленную пониженную мощность. При этой мощности в чугунный расплав вводят добавки, после расплавления которых металлический расплав должен иметь химический состав, соответствующий производимому продукту в процессе переплава заранее подготовленной шихты. После того, как будет достигнут заданный химсостав, приступают к равномерной постоянной подаче переплавляемой шихты и к плазмотрону подают максимально приемлемый для плазмотронов ток. Если в качестве плазмообразующего газа в плазмотрон будет подаваться аргон, а это наиболее приемлемый плазмообразующий газ, то в шихте должно быть такое количество восстановителя (например, измельченного угля или измельченного кокса), которого должно хватить на восстановление и хрома и железа из их оксидов, если производится углеродистый феррохром. Next, the cast iron in the round melting chamber of the unit is untwisted to the required angular velocity by the electromagnetic field of the induction rotator and a parabolic hole is formed from cast iron of such a size that full protection of the lining of the walls of the melting unit is ensured. Then, the mechanisms of axial movements of the plasmatrons are brought into action, the plasma electric arcs are ignited, and the plasmatrons are brought to the installed reduced power. At this power, additives are introduced into the cast iron melt, after melting of which the metal melt must have a chemical composition corresponding to the product to be produced during the re-melting of the previously prepared charge. After the desired chemical composition is achieved, they proceed to a uniform constant supply of the remelted charge and the maximum current acceptable for the plasmatrons is supplied to the plasmatron. If argon is supplied to the plasmatron as a plasma-forming gas, and this is the most acceptable plasma-forming gas, then in the charge there should be such a quantity of a reducing agent (for example, crushed coal or crushed coke), which should be sufficient to reduce both chromium and iron from their oxides, if carbon ferrochrome is produced.

Но в качестве плазмообразующего газа может быть использован и конвертированный природный газ, которым также можно восстанавливать упомянутые оксиды. В этом случае в шихте может не быть восстановителя или быть, но в небольшом количестве. But as a plasma-forming gas, converted natural gas can also be used, which can also reduce the mentioned oxides. In this case, the charge may not have a reducing agent or it may be, but in a small amount.

Когда в плавильном агрегате накопится необходимое количество восстановленного металла, разделывают летку, через которую организуют или разовую выдачу продукта плавки или постоянную выдачу. При разовой выдаче продукта плавки перед разделом летки удаляется шлак и берется проба продукта плавки на химанализ. В случае отклонения плавки от требуемого химсостава применением добавок это отклонение устраняют. Желательно так подготавливать шихту к плавке, чтобы коррекции по химсоставу не производить, и тогда могут быть организованы постоянный выпуск продукта плавки (аналогично способу "Тетроникс") и периодическое удаление шлака, причем шлак целесообразно удалять не полностью, а примерно на 80%. Это позволит в остатке шлака иметь повышенную температуру и быстро начинать расплавление новых порций шихты при возобновлении ее подачи в агрегат. When the necessary amount of reduced metal is accumulated in the melting unit, a notch is cut through which either a one-time delivery of the melting product or constant delivery is organized. When the melting product is dispensed once before the division, the slag is removed and a sample of the melting product is taken for chemical analysis. In the case of deviation of the heat from the required chemical composition by the use of additives, this deviation is eliminated. It is advisable to prepare the mixture for melting in such a way that chemical corrections are not made, and then a continuous release of the melting product (similar to the Tetronix method) and periodic slag removal can be arranged, and it is advisable to remove the slag not completely, but by about 80%. This will allow the remainder of the slag to have an elevated temperature and to quickly begin the melting of new portions of the charge when resuming its supply to the unit.

Технический результат от применения заявляемого способа в сравнении с распространенными способами переработки оксидосодержащих материалов, в том числе в сравнении со способом "Тетроникс", заключается в следующем:
- предлагается высокопроизводительный процесс переработки оксидосодержащего материала, в том числе такого, который требует высокой температуры переработки. Применяемая для реализации способа плазменная техника позволяет иметь практически любые необходимые температуры плавки;
- устраняется один из недостатков применения плазменной техники, заключающийся в том, что энергия излучения электродуги плазмотрона отрицательно действует на футеровку стен плавильного агрегата;
- исключается вероятность испарения составляющих расплава от действия высокой температуры электродуги для плазмотрона, поскольку электродуги плазмотронов действуют на вращающийся расплав;
- по сравнению с прототипом упрощается конструкция агрегата для осуществления способа, что делает агрегат приемлемым для работы в автоматическом режиме.The technical result from the application of the proposed method in comparison with common methods of processing oxide-containing materials, including in comparison with the Tetronix method, is as follows:
- a high-performance process for processing oxide-containing material, including one that requires a high processing temperature, is proposed. The plasma technique used to implement the method allows you to have almost any required melting temperature;
- eliminates one of the disadvantages of using plasma technology, which consists in the fact that the radiation energy of the arc plasma torch negatively affects the lining of the walls of the melting unit;
- eliminates the possibility of evaporation of the components of the melt from the action of the high temperature of the electric arc for the plasma torch, since the electric arc of the plasma torches act on the rotating melt;
- compared with the prototype simplifies the design of the unit for implementing the method, which makes the unit acceptable for working in automatic mode.

Источники информации
1. Еднерал Ф.П. Электрометаллургия стали и ферросплавов. - М.: Металлургиздат, 1963, с. 542-548.Sources of information
1. Edneral F.P. Electrometallurgy of steel and ferroalloys. - M.: Metallurgizdat, 1963, p. 542-548.

2. Никольский Л.Е., Зинуров Н.Ю. Оборудование и проектирование электросталеплавильных цехов. - М.: Металлургия, 1993, с.74-86. 2. Nikolsky L.E., Zinurov N.Yu. Equipment and design of electric arc furnaces. - M.: Metallurgy, 1993, p. 74-86.

3. Процесс получения чугуна с использованием плазмы. Экспресс информация, Цниитэнтяжмаш, 1982, июнь, 1-82-55 (По материалам журналов: "Steel Times", vol 210, 2, 1982; "Stahl und Eiscn", 14, 1981). 3. The process of producing cast iron using plasma. Express information, Tsniitentyazhmash, 1982, June, 1-82-55 (Based on materials from the magazines: Steel Times, vol 210, 2, 1982; Stahl und Eiscn, 14, 1981).

Claims

1. A method of smelting alloys from oxide-containing materials, including loading a mixture containing metal oxides and a reducing agent into the melting unit, supplying energy to the surface of the mixture with relative movement of the energy flow around the circle, continuously feeding the mixture and heating it with radiation, melting and continuously removing metal and slag melt from the unit, characterized in that the energy supply is carried out by at least two energy flows, the relative movement of the energy flow The circumference is carried out due to the rotation of the melt, and the mixture is fed into a parabolic-shaped hole formed by the rotation of the melt.

2. The method according to p. 1, characterized in that the energy flows create using arcs of plasmatrons.

3. The method according to p. 1, characterized in that the parabolic shape of the hole is formed by a rotating electromagnetic field created by alternating current of reduced frequency.

4. The method according to any one of paragraphs. 1 or 3, characterized in that the reduced current frequency is taken in the range from 1 to 3 Hz.