Углеродистые восстановители, применяемые в производстве ферросплавов

 

В процессе развития ферросплавной  промышленности были опробованы и применяются самые разнообразные  углеродистые восстановители: коксик (кокс-орешек), формованный кокс, полукокс, древесный уголь, антрацит, каменный уголь, пековый и нефтяной кокс, торфяной кокс и древесные опилки. Все эти материалы очень сильно отличаются друг от друга по своим свойствам.

Кокс-орешек (коксик) - является побочным продуктом при производстве металлургического кокса из каменных углей. Коксик наиболее дешевый и самый распространенный восстановитель. Он применяется во всех процессах, где допускается использование восстановителя с высокой зольностью (содержание золы 10-12 %). Качество коксика, его электросопротивление, пористость, химическая активность сильно колеблются в зависимости от сорта каменных углей и режима коксования. Удельное электрическое сопротивление коксика довольно низкое и для отдельных сортов отличается в десятки раз.(Удельное электросопротивление коксов, в засыпи кусков 3-6мм, Ом·см : Алчевский 9,89; Макеевский 3,65; Запорожский 2,99; Магнитогорский 2,36)

Коксик содержит много мелочи, которую приходится отсевать.

«Орешек коксовый.» ТУ У 322-00190443-120-97

По показателям качества орешек коксовый должен соответствовать нормам и требованиям, указанным в таблице .

Таблица .

Наименование показателя	Норма для класса и марки
	10 х 25мм			8 х25мм
	КО1	КО2	КО3	КО4
Зольность, %, не более	11,0	13,0	15,0	16,0
Массовая доля общей влаги, %, не более	20,0	20,0	20,0	22,0
Массовая доля кусков размером, %, не более:
более25мм	10,0	10,0	10,0	10,0
менее 10мм	9,0	12,0	15,0	-
менее 8мм	-	-	-	13,0

«Кокс каменноугольный класса крупности 25-40мм.» ТУ У 322-00190443-125-99 . По показателям качества кокс должен соответствовать нормам и требованиям, указанным в таблице .

Таблица

Наименование показателя	Норма для марки
	К1	К2
1.Зольность (Аd),% не более	13,0	14,0
2.Массовая, доля общей серы ( Sdt),% не более	2,0	1,4
3.Массовая доля, общей влаги ( Wrt ), % , не более	14,0	14,0
4.Массовая доля кусков, % размером, не более:
более 40 мм	6,0	6,0
Менее 25 мм	6,0	6,0

«Кокс каменноугольный класса крупности 25 мм и более» ТУ У 322-00190443-085-97

По показателям качества кокс должен соответствовать нормам и требованиям, указанным в таблице :

Таблица

Наименование показателя	Норма для марки
	КК1	КК2	КК3
1.Зольность (Аd),% не более	13,0	14,0	15,0
2.Массовая, доля общей серы ( Sdt),% не более	2,0	2,0	2,2
3.Массовая доля, общей влаги ( Wrt ), % , не более	5,0	8,0	8,0
5.Массовая доля кусков, % размером менее 25 мм не более	5,0	7,0	9,0

Несмотря на широкое распространение, каменноугольный коксик не является наилучшим восстановителем. С целью повышения удельного электрического сопротивления кокса, в шихту углей при коксовании вводят минеральные добавки (кварцит, песок, доломит, известняк). Наилучшие результаты получены при коксовании углей в смеси с 13 % кварцита. При выплавке ФС45 и ФС90 на коксе с 13 % кварцита производительность печей повысилась на 5,6-6,5 % и соответственно снизился расход энергии.

Газовый кокс. полученный из газовых углей, а также полукокс, полученный из некоксующихся длиннопламенных углей, по-видимому, также являются лучшими восстановителями, чем обычный кокс-орешек.( газовый 4,8; полукокс Ангарский низкозольный 296,5)

Удельное электрическое сопротивление полукокса в области низких температур, примерно, на два порядка выше, чем у других сортов кокса, но при нагреве сопротивление его резко падает и достигает значений удельного сопротивления обычных сортов кокса-орешка. Химическая активность полукокса выше обычного коксика-орешка.

Формованный кокс. Кокс-орешек и другие виды кокса по составу и свойствам обладают довольно значительной неоднородностью и, кроме того, содержат много мелочи. Поэтому для устойчивой работы печей желательно иметь однородный по составу и габаритам материал. Таким является формованный кокс, которому можно придать форму шара, диска и т.п.

Формованным кокс содержит мало мелочи и обладает более высоким удельным электросопротивлением . Применение формованного кокса при опытной выплавке ФС75 в промышленных условиях дало повышение производительности печи на 4 %. Учитывая это, надо полагать, что формованный кокс может явиться одним из лучших восстановителей при выплавке ферросплавов.

Торфяной кокс получается при нагреве торфа до 400-600°, о6ладает высоким удельным электросопротивлением, химически активен и является хорошим восстановителем, однако он не применяется в ферросплавном производстве, так как наша коксовая промышленность еще не приступила к производству такого кокса.

Антрацит. Плотный малозольный материал, обладает более низким удельным электросопротивлением (4190 Ом·см) и химической активностью, чем другие восстановители, растрескивается в области высоких температур. В ряде случаев при производстве ферросплавов применяется в смеси с другими восстановителями (древесный уголь и др.).

Каменные угли имеют значительно более высокое удельное электрическое сопротивление, чем другие восстановители, но содержат чрезвычайно много летучих и смолистых веществ, которые конденсируются на колошнике печи, засмаливают электрододержатели, газоходы и т.п., что сильно затрудняет работу печи. Кроме того, при нагреве они легко растрескиваются. В связи с этик каменные угли не нашли себе применения при выплавке ферросплавов.

Древесный уголь является наилучшим восстановителем. Он обладает высокий удельным электросопротивлением древесный уголь (2,1·10⁶ Ом·см) , сильно развитой пористостью, высокой химической активностью и содержит очень мало золы. Несмотря на эти несомненные преимущества, древесный уголь применяется в ограниченных размерах, что объясняется, главным образом, его дороговизной и необходимостью расходовать для выжига угля ценную древесину.

Древесный уголь применяется только в случаях, когда требуется малозольный восстановитель с высокой химической активностью, например, при выплавке кристаллического кремния, силикокальция, 90% ферросилиция. Обычно древесный уголь применяется в смеси с другими восстановителями.

Ведутся опыты по использованию лигнина - отходов гидролизной промышленности по переработке древесины(1960 Ом·см). Полученные результаты показывают, что после брикетирования и обжига из лигнина получается хороший древесный уголь.

При переработке древесины получается такое большое количество лигнина, что при его использовании можно будет обеспечить выплавку богатого ферросилиция и силикокальция древесноугольным восстановителем.

Нефтяной кокс - продукт коксования остатков при перегонке нефти. Содержит очень мало золы и летучих, но более электропроводен, чем древесный уголь(нефтяной 3,3·10⁶ Ом·см) . Обладает довольно большой пористостью и химической активностью. Из-за дороговизны применяется в ограниченных количествах, в смеси с другими восстановителями, только при выплавке чистых по примесям сплавов, как, например, кристаллического кремния.

Пековый кокс получается при коксовании каменноугольного пека. Содержит мало золы и летучих, является хорошим восстановителем, но из-за дороговизны применяется в ограниченных размерах. (3,12·10⁶ Ом·см)

Древесные опилки. В последнее время некоторые  ферросплавные заводы, с целью повысить электрическое сопротивление печи, сделать шихту более газопроницаемой, начади применять в шихту древесные опилки. Понятно, что роль такого материала является второстепенной.