SE436124B - Sett att framstella ferrokisel - Google Patents

Description

10 8205086 -5 Ferrokisellegeringarna användes främst som legeringstill- satser och för reduktion av oxider ur slagg, t ex_Cr3O3, men speciellt för desoxidation av stål. Den vanligaste_ ferrokisellegeringen innehåller 45 % Si.-Legeringar med 75 % Si och däröver löser sig i stål under värmeutveck- ling. Kiselmetall, d v s 98 % Si, användes som tillsats till speciella stål samt till aluminium-och koppar. Lege- ringen med 75 % Si användes dessutom vid silikogenetisk reduktion av t ex magnesium. ' " Ljusbågsugnar kräver styckeformiga utgângsmaterial, vilket begränsar råvarubasen och försvårar möjligheterna att an- vända högrena, pulverformiga råvaror- Vid användning av finkorniga råvaror måste dessa agglomereras med hjälp av någon form av bindemedel, för att kunna användas. Dessa fördyrar processerna ytterligare.

Ljusbågsugnstekniken är vidare känslig för råvarornas "e1ektriska_egenskaper. Genom att man som utgångsrâvara måste använda styckeformigt gods, erhålles under processen en lokalt sämre kontakt mellan kiseldioxid och reduktions- medel, vilket ger upphov till SiO-avgång. Denna avgång ökar dessutom genom att det lokalt förekommer mycket höga tem- peraturer vid denna process. Vidare är det svårt att vid- makthålla absolut reducerande betingelser ovanför chargen i en ljusbågsugn, vilket därför leder till att bildad SiO återoxideras till SiO2. I ' Ovan beskrivna förhållanden förorsakar den större delen av vid detta förfarande erhållna förluster. SiO-avgången och den ovannämnda återoxidationen av SiO till Si02 resul- terar i stora stoftmängder, vilket medför att kostsamma gasreningsanläggningar måste installeras. Ändamålet med föreliggande uppfinning är att undanröja 8205086-5 ovannämnda nackdelar samt att åstadkomma en process, som medger framställning av ferrokisel i ett enda steg och som medger användning av pulverformiga råvaror.

Detta âstadkommes vid det inledningsvis beskrivna sättet som enligt upptinningen kännetecknas av att det pulverfor- miga kiseldioxidhaltiga materialet och det järninnehållan- de materialet eventuellt tillsammans med ett reduktions- medel med hjälp av en bärgas injiceras i ett av en plasma- generator genererad plasmagas, varefter den sålunda upp- I hettade kiseldioxiden och järnrâvaran tillsammans med det V eventuella reduktionsmedlet och den energirika plasmagasen införes i ett reaktionsrum, som ärwi huvudsak allsidigt omgivet av ett fast styckeformigt reduktionsmedel, vari- genom nämnda kiseldioxid bringas till smältning och reduk- tion till kisel, som förenar sig med järnet till ferroki- sel. Genom att styra järntillsatsen kan halten kisel i den slutliga produkten förutbestämmas.

Genom den enligt uppfinningen föreslagna användningen av pulverformiga råvaror underlättas och färbilligas valet av kiseldioxidråvaror. Den enligt uppfinningen föreslagna processen är vidare okänslig för råmaterialets elektriska egenskaper, vilket underlättar valet av reduktionsmedel.

Genom att reduktionsmedel vidare ständigt föreligger i överskott garanteras att bildad SiO omedelbart reduceras till Si.

Som kiseldioxidinnehållande material användes företrädes- vis kvartssand, som inmatas tillsammans med järnråvara.

Järnråvaran kan utgöras av t ex järnspån, järnsvamppellets, granulerat järn. Som kiseldioxidråvara och även för kol lämpar sig mikropellets av kvarts och kolpulver särskilt väl. Som utgångsmaterial kan emellertid också användas andra järnbärande material, t ex kisbränder, som innehål- ler ca 66 % Fe i form av oxider. Också andra järnoxid-' innehållande material kan användas, då dessa oxider redu- szososs-s ceras samtidigt som kiseldioxiden reduceras till kisel. Även oxidiska föreningar av Ee och Si är tänkbara, och som exempel kan nämnas 2EeO - SiO (Fayalite). _ - i 2 Det injicerade reduktionsmedlet kan vara t ex kolväten, såsom naturgas, kolpulver, träkolpulver, petroleumkoks, som eventuellt kan vara renat, och koksgrus. 7 Den för processen nödvändiga temperaturen kan lätt styras med hjälp av tillförd elektrisk energimängd per enhet plas- magas, varigenom optimala förhållanden för minsta möjliga' SiO-avgång kan vidmakthâllas.

Genom att reaktionsrummet är i huvudsak allsidigt omgivet av styckeformigt reduktionsmedel förhindras också en åter- oxidation av SiO på ett effektivt sätt.

Enligt en lämplig utföringsform av uppfinningen tillföres det fasta styckeformiga reduktionsmedlet kontinuerligt till reaktionszonen i den mån det förbrukas.

Lämpligen kan som fast styckeformigt reduktionsmedel an- vändas koks, träkol och/eller petroleumkoks. Den vid processen använda plasmagasen utgöres lämpligen av från reaktionszonen recirkulerad processgasl Det fasta stycke- formiga reduktiönsmedlet kan också vara ett pulverformigt material, som överförts till styckeform med hjälp av ett bindemedel sammansatt av C och H och eventuellt också O, t ex sucrose.

Enligt en ytterligare utföringsform av uppfinningen utgöres den använda plasmabrännaren av en så kallad induktiv plasma- brännare, varigenom eventuella föroreningar från elektro- derna nedbringas till ett absolut minimum.

Det enligt uppfinningen förslagna sättet kan med fördel an- vändas för framställning av ferrokisel av högren kvalitet, azosose-5 varigenom högren kiseldioxid och reduktionsmedel med mycket låga föroreningshalter kan användas som råvaror{ Genom att gassystemet företrädesvis är slutet, d v s processgasen re- cirkuleras, kan väsentligen all energi tas tillvara. Vidare är gasmängderna betydligt mindre än vid normala FeSi-proces- ser, vilket också har sin betydelse ur energisynpunkt. Såsom tidigare nämnts är SiO-bildningen i princip helt eliminerad och därmed också stoftproblem orsakade av SiO2-rök.

.Ytterligare fördelar och kännetecken hos processen enligt uppfinningen kommer att framgå i anslutning till nedanståen- de beskrivning i anslutning till nâgra utföringsexempel och ett på bifogade ritning visat utförande av en reaktor för genomförande av processen enligt uppfinningen.

Processutformningen enligt uppfinningen gör det möjligt att koncentrera hela reaktionsförloppet till en mycket be- gränsad reaktionszon i omedelbar anslutning till forman, varigenom högtemperaturvolymen i processen kan göras mycket begränsad. Detta är en stor fördel framför hittills kända processer, där reduktionsreaktionerna sker successivt ut- spridda över en stor ugnsvolym.

Genom att processen utformas så, att samtliga reaktioner sker i en reaktionszon i koksstapeln omedelbart framför plasmageneratorn, kan reaktionszonen hållas på en mycket hög och kontrollerbar temperaturnivå, varigenom reaktionen: Si02 + 2 C --ë'%i + 2 CO gynnas.

I reaktionszonen befinner sig samtliga reaktanter (SiO2, SiO, SiC, Si, C, CO) samtidigt, varför de i mindre mängder bildade produkterna SiO och SiC omedelbart reagerar enligt nedan: SiO + C -é> Si + CO SiO + SiC-fi>2 Si + CO 2 sic + sio2->3 si + '2 co ' 8205086-5 ' Detta flytande kisel reagerar med det likaså flytande järn- innehållet i reaktionszonen medan det gasformiga CO lämnar reaktionszonen.

Reaktionerna utföres företrädesvis i en schaktuqnsliknande reaktor 1, som upptill kontinuerligt beskickas med ett fastreduktionsmedel 2 genom exempelvis ett uppsättnings- mål 3, uppvisande jämnt fördelade och slutna matnings- rännor eller en ringformad matningsspalt 4 i anslutning till schaktets periferi. Järnpellets eller annan stycke- formig järnråvara inmatas företrädesvis från reaktortoppen.

Det eventuella förreducerade kiseldioxidhaltiga pulverfor- miga materialet samt pulverformig järnråvara inblåses ned- till i reaktorn 1 genom formor 5,6 med hjälp av en inert eller reducerande gas. Formorna 5,6 mynnar framför en plas- magenerator 7 i en -av denna genererad plasmagas.

Samtidigt kan kolväten inblåsas och eventuellt även syrgas, företrädesvis genom samma formor. Järnet tillsättes före-A trädesvis i metallisk form i reaktionszonen. Dock kan, så- som nämnts tidigare, järnoxid tillsättas; vilken reduceras i reaktionszonen till järn, som sedan förenas med kisel till ferrokisel.

I den nedre delen av det med ett styckeformigt reduktions- medel 2 fyllda schaktet 1 förefinnes ett reaktionsrum 8, som väsentligen allsidigt omgives av nämnda styckeformiga reduktionsmedel 2. Reaktionsrummet 8 bildas genom att den heta blandningen bränner ut ett rum, som hela tiden nybil- das allteftersom dess väggar av reduktionsmedel rasar in.

' I denna reduktionszon sker reduktionen av kiseldioxiden och eventuellt järnoxiden_och smältning momentant.

Den framställda flytande legeringsmetallen avtappas invid 8205086-5 reaktorns botten genom en ränna 9 och samlas upp på lämpligt sätt, exempelvis i en behållare 10.

Den utgående reaktorgasen, som består av en blandning av -koloxid och väte i hög koncentration, recirkuleras före- trädesvis och användes för generering av plasmagasen samt som transportgas eller bärgas för den pulverformiga char- gen.

För att ytterligare belysa uppfinningen återges nedan tvâ utföringsexempel av uppfinningen.

Exempel 1 Ett försök genomfördes i halvstor skala. Som kiselråvara användes sjösand med en partikelstorlek understigande 1,0 mm och som järnråvara användes järnspåm- "Reaktionsrummet" bestod av koks. Som reduktionsmedel användes propan (gasol) och som bärgas och plasmagas användes tvättad reduktions- gas bestående av CO och H2. , Den inmatade elektriska effekten var 1000 kW, 2,5 kg SiO2/- minut och 0,4 kg Fe/minut inmatades som råvaror och som reduktionsmedel inmatades 1,5 kg kol per minut. fl .

Vid försöket producerades totalt cirka 500 kg ferrokisel med 75 % Si. Den genomsnittliga elförbrukningen var cirka kWh/kg producerad ferrokisel.

Genom att försöket kördes i relativt liten skala blev värmeförlusten stor. Med gasåtervinning kan elförbruk- ningen sänkas ytterligare och värmeförlusterna minskar också betydligt i en större anläggning.

Exempel 2 Under i övrigt samma betingelser som i exempel 1 framställ- 'des ferrokisel med hjälp av pulverformig järnoxid som järn- 8205086-5 8 råvara. 0,5 kg järnoxid per minut tillfördes.

Vid detta försök.producerades 300 kg ferrokisel med 75 % Si. Den genomsnittliga elförbrukningen var cirka 11 kWh/- kg producerad ferrokisel.

Claims (6)

10 15 20 25 30 szososees P att e n t k r a v 1. Sätt att framställa ferrokisel ur ett kiseldioxid innehållande utgångsmaterial, reduktionsmedel samt ett järninnehållande material genom direkt reduktion av kisel- dioxiden och samtidig reaktion mellan kisel och järn, k ä n n e t e cyk n a t av att det pulverformiga kisel- dioxidhaltiga materialet och järnråvaran,eventuellt till- sammans med ett reduktionsmedel,med hjälp av en bärgas injiceras i ett av en plasmagenerator genererad plasmagas, _varefter den sålunda upphettade kiseldioxiden och järnrå* varan tillsammans med det eventuella reduktionsmedlet och den energirika plasmagasen införes i ett reaktionsrum, som är i huvudsak allsidigt omgivet av ett fast styckeformigt reduktionsmedel, varigenom nämnda kiseldioxid bringas till lsmältning och reduktion till kisel, som förenar sig med järnet till ferrokisel.

2. Sätt enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t av att nämnda gasplasma genereras genom att plasmagasen får passera en elektrisk ljusbåge i en så kallad plasmagenera- tor.

3. Sätt enligt krav 1 och 2,'k ä n n e t e c k n a t av att ljusbågen i plasmageneratorn genereras induktivt.

4. Sätt enligt krav 1 - 3, k ä'n n e t e c k n a t av att det fasta styckeformiga reduktionsmedlet tillföres kontinuerligt till reaktionszonen.

5. Sätt enligt krav 1 - 4, k ä n n e t e c k n a t av att det fasta styckeformiga reduktionsmedlet utgöres av trä, kol eller koks.

6. Sätt enligt krav 1 - 5, k ä n n e t e c k n a t av att plasmagasen utgöres av från reaktionszonen recirkulerad processgas. 10 15 20 8205086-5 10 7. f Sätt enligt krav 1 - 6, k äun n e t e c k n a t av att det fasta styckeformiga reduktionsmedlet valts ur en grupp bestående av bricketterad petroleumkoks, bricketterat träkolspulver och styckeformigt träkol. s. sätt enligt krav 1 - 7,'k ä n n e t e C k_n a t av att det injicerade reduktionsmedlet valts ur en grupp bestående av träkolspulver, pulverrormig petroleumkoks; kolväten i gas-_och vätskeform, såsom naturgas, propan, lättbensin. 9. Sätt enligt krav 1 ~,8, k ä n n_e t e c k n a t av att som det kiseldioxidhaltiga utgångsmaterialet an- vändes kvartssand. 10. sätt en1igt_krav 1"- 9; k ä n n e t e c k n a tg av att som järnråvara användes ett material innehållande fritt järn, såsom järnpellets, järnspân o s v. 11. Sätt enligt krav 1 -19, k ä n n e t e c k n a t av att som järnråvara användes ett järnoxidinnehållande utgångsmaterial. Å 12. Sätt enligt krav 1 - 9, k ä n n e t e c k n a t av att som järnråvara användes kisbränder. 13. Sätt enligt krav 1 - 12, k ä n n e t e c k n a t av att som utgångsmaterial utnyttjas fayalite-slagger, huvudsakligen innehållande 2 Feö . Si02.