книги из ГПНТБ / Кудрявцев, В. С. Металлизованные окатыши

электроэнергии и укорачивает период расплавления в

10— 100-т электропечах на 25—30% [94—97].

Опыты и расчеты [20, с. 157] показывают, что рас­ плавление горячих іметаллизованных окатышей требует меньшего по сравнению с холодным скрапом расхода электроэнергии, и лишь с повышением кратности шлака до весьма значительной величины (0,85 при к. п. д. пе­ чи 0,8) это преимущество исчезает.

Следовательно-, применение непрерывной загрузки горячей шихты позволяет использовать для выплавки стали металлизованные окатыши из обычных железо­ рудных концентратов, содержащих, например, 65% Fe, что соответствует кратности шлака 0,3. Поскольку рас­ ход электроэнергии при этом ниже, а производитель­ ность печи выше в сравнении с плавкой холодного скрапа, то содержание пустой породы в окатышах (в указанных пределах) ограничивается лишь организа­ цией уборки шлака.

Преимущества использования холодных окатышей заключаются в возможности организации их централи­ зованного изготовления на ГОКе и экономии в ряде случаев на транспортных расходах. Но при этом неиз­ бежны затраты на их охлаждение, рассев, хранение в закрытых складах как на ГОКе, так и на металлурги­ ческом заводе. В случае использования горячих окаты­ шей эти расходы отсутствуют. Однако в этом случае во

исключительно холодное губчатое железо. Применение горячих металлизованных окатышей, очевидно, будет следующей ступенью развития бескоксовой металлур­ гии. В течение последних лет на заводе «Сибэлектросталь» исследуется непрерывная плавка горячих метал­ лизованных окатышей, основные результаты которых обсуждаются в этом разделе.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

Экспериментальные электросталеплавильные печи имеют емкость ванны 0,5 и Ют. Однофазная двухэлектродная (диаметр электродов 150 імм) лабораторная

печь емкостью 0,5 т имеет трансформатор мощпостьіо 350 кВА с напряжениями на нижней стороне от 32 до 180 В, автоматический регулятор мощности дуги и меха­ низм наклона. Степы и подина ее футерованы магнези­ товым .кирпичом, свод хромо-магнезитовым. Две электро­ печи емкостью 10 т каждая отличаются от обычных ступенчатыми цилиндрическими кожухами конструкции завода «Сибэлектросталь», круговым вращением ванны

технология н е п р е р ы в н о й п л а в к и

ГОРЯЧИХ МЕТАЛЛ1ІЗОБЛННЫХ ОКАТЫШЕП

В опытах использовались горячие окатыши (до 1000°С), имеющие степень металлизации от 75 до 95% и содержащие от 70 до 90% Fe, чтосоответствует крат­ ности шлака от 1 до 0,2 т/т металла. В одной из серий опытов окатыши, отсеянные от мелочи, имели следую­ щий состав (кратность шлака 0,3 т/т):

После заправки подины и откосов в электропечь за­ гружается около 1 т нагретых до 1000°С металлизован-

ность, обеспечивающая отсутствие под электродами не­

ности контакта реагентов частицы угля восстанавлива­ ют в единицу .времени значительно больше окислов же­ леза по сравнению с углеродом, плавающим на поверх­ ности шлака.

Рнс. 7*1. Влияние содержания заки­ си железа в шлаке на удельную производительность электропечи по восстановленному из расплава же­ лезу при работе на нагретых до 100и°С и металлнзованных на 70—

95% окатышах:

/ — емкость печи 10 и 0,5 т, рудные

ние углерода до металлизации 14%;

степень металлизации 70%: -3 — то же, содержание углерода 21%, сте­ пень металлизации 90%: 4 — то же, степень металлизации 70%

Роль углерода, содержащегося в окатышах, проявля­ ется сильнее других факторов. Несмотря на то что кратность шлака менялась от 0,2 до 1, удельная произ­ водительность по восстановленному в печи железу соот­ ветствовала следующей зависимости (найденной мето­ дом корреляционного анализа):

Рв =■■0,22 (FeO) — 0,02 (FeO)2 + 0,14 + 0,15 X

Формула (44) выполнима в пределах содержания углерода до 21%, закиси железа в шлаке до 8% для рудных окатышей и до 3% рудо-угольных. Точность уравнения (44) составляет ±10% . Следовательно, зная содержание закиси железа в шлаке, исходное состояние углерода в окатышах и степень их .металлизации, мож­ но рассчитать и определить графически (рис. 74).сколько железа восстановится .в электропечи на единицу поверх-

114

ности ее ванны'. Например, при непрерывной загрузке в печь рудных и рудо-угольных окатышей, нагретых До 1000°С II ’метадлизованных на 70—95%, можно восста­ новить из шлака, имеющего 3% FeO, от 0,6 до 2,3 т Fe на 1 'М2 в сутки, в зависимости от содержания углерода в исходных окатышах .

Рис. 75. Содержание серы в металле в зависимости от ко­ личества закиси железа в шлаке и его основности:

/—0,9—1,2; И — 1,6—2,2

Суммарная производительность электропечи в пери­ од плавления может быть определена из следующего вы­ ражения:

100 — ф — л ’

115

ность и окисленность шлака определяют состав металла, в частности содержание в нем серы, фосфора, углерода, кремния. Для получения металла, содержащего по рас­ плавлении до 0,04% S, из шихты, в которой содержится 1,5 кг серы в тонне, при кратности шлака 0,5 и основно­ сти около 1, содержание закиси железа в не,м должно быть не более 2%. Снижение содержания серы до 0,010% возможно путем повышения основности до 2 при прочих равных условиях (рис. 75). Опыты проводили в печи емкостью 10 т, исходное содержание серы в шихте составляло 0,15%.

Содержание фосфора в металлизованных окатышах определяется чистотой железорудного концентрата и восстановителя. В соколовско-сарбайскнх окатышах оно не превышает 0,026%- Под шлаком, характеризующим­

расплавления обезуглероживание железа шлаком отста­ ет от насыщения его углеродом. Чем больше избыток восстановителя в печи, тем больше превышение факти­ ческого содержания углерода в металле над равновес­ ным. В плавках с высокой степенью металлизации ддя поддержания заданного содержания закиси железа в шлаке требуется меньший избыток восстановителя, бла­ годаря этому в металл вносится меньшее количество углерода. Регулируя подачу восстановителя в печь, мож­ но науглероживать металл с достаточной точностью.

Содержание кремния в металле с повышением окисленности шлака круто понижается и при 5% FeO не превышает 0,2%. При низком содержании закиси железа

116

в шлаке (< 1 % ) кремний восстанавливается до уровня содержания его в доменном чугуне (рис. 77).

Газонасыщенность раскисленного металла по азоту и водороду находится на уровне содержания их в стали, полученной из скрапа, несмотря на то, что дегазации с помощью кипения в первом случае не проводится. Низ­ кое содержание водорода в расплавленной стали

Рис. 76. Влияние содержания закиси железа н избытка восстанови­ теля в электропечи па содержание углерода в металле (Соколов­ ские рудные окатыши, печь емкостью 10 т):

1 — слон угля толщиной 5—20 мм по всей поверхности шлака; 2 — поверхность шлака покрыта углем примерно на 50%; 3 — равновес­ ная кривая

(<0,0004% ), полученной из горячих металлизованных окатышей, объясняется ничтожно малым временем кон­ такта металла с влагой. В отношении азота можно отме­ тить следующее. В металлизованных окатышах содер­ жится до 0,03% N2. В процессе расплавления происхо­ дит слабое кипение шлака и металла, вызванное обез­ углероживанием ванны и опускающихся через шлак корольков металла. Очевидно, это кипение обеспечивает снижение содержания азота в стали до 0,006—0,009%. Высокая чистота железорудного концентрата и восстано­ вителя по примесям цветных металлов обусловливает их низкое содержание в металле. Например, в стали, вы-

117

плавленной из металлизованных соколовско-сарбайских окатышей, содержится, %:

степень металлизации, заданное содержание серы, фос­ фора, углерода, креімния в «металле определяют произ­ водительность, размеры печей и расход электроэнергии.

Удельная производитель- _ ность,т/(мг -сут)

10 15 го 30 50

Пользуясь формулами (44, 45), можно определить необходимые размеры электропечи в зависимости от этих параметров. Суточная производительность печи равна

где D — диаметр зеркала ванны, м.

118

Диаметр ванны уменьшается с повышением степени металлизации шихты. Например, для достижения произ­ водительности 100 т/сут на печи диаметром 2,8 м нужно иметь степень металлизации окатышей 92%, что совпа­ дает с результатами наших экспериментов. Для получе­

тенденция повышения удельной мощности электропечей

удельного расхода электроэнерии от степени предвари­ тельной металлизации окатышей, кратности шлака и су­ точной производительности, отнесенной к единице пло­ щади поверхности ванны, оказалась достаточно универ­ сальной. Для плавок на различных шихтах в печах ем­ костью 0,5 и Ю т она выразилась семейством кривых (рис. 79), а это значит, что определенному съему метал­ ла с 1 м2 поверхности ванны соответствует почти одина­ ковый к. п. д. печей независимо от их размеров.

Тепловой к .п.д. электропечи определяется потерями тепла с газами, через футеровку, отверстия и т. д. Поте­ ри тепла с газами, отнесенные к единице площади ван­ ны, .можно найти по формуле

119

У д е л ь н а я п р о и зв о д и т е л ь н о с т ь , т /( м г • сут)

При^=1600°С формула (50) примет вид:

Суточные тепловые потери, отнесенные к единице площади поверхности ванны для различных электро­ печей, подсчитанные по данным [102], с ростом их емко­ сти снижаются (рис. 80) и могут быть выражены сле­ дующими уравнениями:

для печей с новой футеровкой

120