Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
АФАНАСЬЕВ Владимир Игоревич
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВЫСОКОУГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОХРОМА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РОССИЙСКОГО ХРОМОРУДНОГО СЫРЬЯ
Специальность 05.16.02 - Металлургия черных, цветных и редких металлов
Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Екатеринбург - 2012
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте металлургии Уральского отделения Российской академии наук и ОАО Серовский завод ферросплавов Научный руководитель доктор технических наук, профессор, заслуженный деятель науки РФ Жучков Владимир Иванович
Официальные оппоненты: Чернобровин Виктор Павлович, доктор технических наук, профессор, Южно-Уральский государственный университет (Национальный исследовательский университет), профессор кафедры пирометаллургических процессов Павлов Валентин Андреевич, кандидат технических наук, доцент, ФГАОУ ВПО УрФУ имени первого Президента России Б.Н.Ельцина, доцент кафедры металлургии железа и сплавов Ведущая организация ОАО Уральский институт металлов
Защита состоится 18 мая 2012 г. в 1300 на заседании диссертационного совета Д 004.001.01 при Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте металлургии Уральского отделения Российской академии наук по адресу: 620016, г. Екатеринбург, ул. Амундсена, 1
С диссертацией можно ознакомиться в Центральной научной библиотеке Уральского отделения Российской академии наук.
Автореферат разослан 12 апреля 2012 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, Дмитриев доктор технических наук Андрей Николаевич
Общая характеристика работы
Актуальность работы Хром является одним из самых важных легирующих элементов, применяемых в черной металлургии. Его добавки как к обычным, так и легированным сталям улучшают их физические характеристики, износостойкость, коррозионные, жаростойкие свойства и т.д. В общем мировом производстве ферросплавов на долю сплавов хрома приходится около 27 %, сплавов марганца 39 %, сплавов кремния 25 %, остальные ферросплавы - 9 %.
С середины 90х годов прошлого века в мире наблюдаются высокие темпы производства хромовых ферросплавов, особенно углеродистого феррохрома. ОАО Серовский завод ферросплавов (ОАО СЗФ) выпускает около 40 % хромовых ферросплавов РФ. При выплавке феррохрома самой актуальной проблемой для завода является обеспечение производства хроморудным сырьем.
ОАО СЗФ, ориентированное на казахстанские хромовые руды (Кемпирсайский массив), с начала 90х годов прошлого века оказалось зависимым от поставщиков сырья. В технологический процесс были вовлечены, кроме казахстанских, турецкие и индийские хромовые руды.
Количество балансовых хромовых руд России составляет 51,4 млн.т, в том числе разведанные 17,5 млн.т. Руды в основном бедные (от 21 до 39 % Cr2O3) при отношении Cr2O3/FeO равном 1,5-2,0. Для снижения сырьевой зависимости производителей хромовых ферросплавов РФ от зарубежного хроморудного сырья возникла необходимость разработки эффективных методов использования отечественных бедных хромовых руд.
Вовлечение в производство бедных хромитов актуально для производителей хромовых ферросплавов всего мира, поскольку из общемировых запасов хроморудного сырья на долю богатых приходится только 33 %.
Вместе с решением проблемы использования отечественного некондиционного рудного сырья в ОАО СЗФ необходимо было изучить и определить новые эффективные виды углеродистых восстановителей и улучшить качество электродной массы для обеспечения нормальной эксплуатации самообжигающихся печных электродов. Эти задачи непосредственно связаны с освоением нового хроморудного сырья, поскольку влияют на снижение фосфора в феррохроме, а также посадку и обломы электродов, мешающие освоению рациональной технологии плавки.
Таким образом, диссертационная работа, направленная на разработку и совершенствование технологии получения углеродистого феррохрома с использованием российского бедного хроморудного сырья, включающая изыскание и применение новых эффективных видов восстановителей и улучшение работы печных электродов, является актуальной.
Цель работы Разработка технологии получения высокоуглеродистого феррохрома с использованием бедного российского хроморудного сырья путем изучения физико-химических и металлургических характеристик руд, углеродистых восстановителей, электродной массы и феррохрома, а также промышленных исследований карботермического процесса плавки.
Задачи исследований:
1. Провести аналитический обзор литературных источников по технологии выплавки углеродистого феррохрома в мире и России, а также сырьевой базе отечественного и зарубежного хроморудного сырья.
2. Разработать методы улучшения качественных характеристик электродной массы, влияющих на механические свойства и электропроводность электродов, снижение количества их обломов.
3. Определить служебные характеристики, в том числе, электросопротивление, разных видов углеродистых восстановителей, найти наиболее благоприятное для технологии плавки их сочетание в зависимости от состава шихтовых материалов.
4. Изучить физико-химические свойства хроморудного сырья различных составов, которые влияют на работу печных агрегатов, и углеродистого феррохрома с пониженным (50-55 %) содержанием хрома (так называемого чардж-хрома).
5. Разработать промышленную технологию выплавки феррохрома с содержанием >60 % хрома при использовании смеси бедной отечественной и богатой казахстанской хромовых руд, а также нового сплава чардж-хром из 100 % бедной хромовой руды.
Научная новизна 1. Получены новые данные о физико-химических характеристиках процесса получения высокоуглеродистого феррохрома с применением бедного отечественного Сарановского концентрата - температурном интервале и температурах начала и конца размягчения, кинетике восстановления компонентов рудного сырья.
2. Определено удельное электросопротивление (УЭС) разных видов углеродистых восстановителей.
3. Определены температуры плавления и плотность феррохрома с различным содержанием кремния и хрома.
4. Экспериментально определено влияние виброобработки размягченной электродной массы на механические и физические характеристики самообжигающегося электрода.
Практическая ценность 1. Разработана технология получения стандартного феррохрома на смеси казахстанской руды Донского ГОКа (ДГОК) и концентрата сарановской бедной руды (КС) с обоснованием оптимального соотношения ДГОК/КС в шихте.
2. Разработана и внедрена технология получения сплава чардж хром с пониженным содержанием хрома и повышенным кремния при использовании 100 % КС.
3. Внедрены технологические режимы работы рудовосстановительной электропечи с применением низкофосфористых углеродистых восстановителей с повышенным электросопротивлением - Карагандинского угля, полукокса и спецкокса из Шубаркольского угля.
4. Предложена, опробована и внедрена новая конструкция ребер кожуха электродов.
5. Получены данные об экономической и экологической эффективности применения бедного отечественного хроморудного материала.
Апробация работы Основные положения диссертации доложены и обсуждены на II Международной ферросплавной конференции (г. Екатеринбург, 2007 г.), XIII и XIV Международных конференциях Современные проблемы электрометаллургии стали (г. Челябинск, 2007 и 2011 гг.); конференции Теория и практика ферросплавного производства (г. Серов, 2008 г.); III Международной ферросплавной конференции (г. Москва, 2008 г.); V и VI Международных научнопрактических конференциях Научно-технический прогресс в металлургии (г. Темиртау, Казахстан, 2009 и 2011 гг.); Всероссийской конференции с элементами школы для молодых ученых Исследования в области переработки и утилизации техногенных образований и отходов (г. Екатеринбург, 2009 г.); Международной научно-практической конференции Научнотехнический прогресс: техника, технология и образование (г. Актобе, Казахстан, 2010 г.); научно-технической конференции Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения (г. Екатеринбург, 2011 г.); Международной научно-практической конференции Гетерогенные процессы в обогащения и металлургии (г. Караганда, Казахстан, 2011 г.).
Публикации По теме диссертационной работы опубликовано 14 научных работ, из них: 3 статьи в рецензируемых журналах по перечню ВАК РФ, 11 статей в других журналах и сборниках научных трудов, получено 2 патента на изобретения.
Структура и объем диссертации Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и приложений.
Материал изложен на 113 страницах машинописного текста, содержит 15 рисунков, 21 таблицу, библиографический список включает 94 источника.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснован выбор направления исследований, освещена сущность проблемы по теме диссертации, показана актуальность темы.
В первой главе приведен аналитический обзор литературных источников по состоянию технологии выплавки углеродистого феррохрома в мире, России и ОАО СЗФ. Рассмотрены данные по сырьевой базе отечественного и зарубежного хромового сырья и применению бедных отечественных руд для производства феррохрома. Сформулированы задачи исследований.
Показано, что проблемы обеспечения производства высокосортным хроморудным сырьем являются самыми актуальными в металлургии хромовых ферросплавов не только для России, но и для всего мира. Для условий ферросплавных предприятий в нашей стране характерно отсутствие крупных месторождений богатого хроморудного сырья и наличие в своих регионах бедных хромовых руд.
Наиболее рациональным способом использования бедных хромовых руд является получение из них без обогащения и окускования хромсодержащих ферросплавов, пригодных для обработки стали или для дальнейшего передела. Это позволяет расширить сферу использования бедных хромовых руд отечественных месторождений с пониженным отношением Сr2О3/FеО.
Во второй главе проведен анализ состава и изучение характеристик углеродистых восстановителей, применяемых при получении феррохрома.
Восстановители для получения углеродистого феррохрома с использованием бедного Сарановского концентрата были выбраны с учетом их высокого УЭС и низкого содержания фосфора.
Высокое электросопротивление углеродистых восстановителей (УВ) определяет сопротивление всей шихты, воздействуя на посадку электродов, электрический режим процесса плавки. Использование Сарановского концентрата, имеющего повышенное содержание фосфора (0,0028 против 0,0015 % в руде Донского ГОКа), приводит к необходимости применения низкофосфористых УВ.
Применяемый в качестве УВ Магнитогорский кокс-орешек класса 10-мм (коксик) не соответствует в должной мере по своему составу и физикохимическим характеристикам специфическим требованиям производства феррохрома. Полная или частичная замена дорогого и дефицитного коксика другими видами УВ, обладающими повышенными служебными характеристиками, позволяет не только снизить объем его потребления, но и существенно улучшить показатели выплавки ферросплавов.
Состав исследуемых углеродистых восстановителей приведен в табл. 1.
Таблица 1. Технический состав используемых восстановителей Содержание, % Материал Зола восстановителя W Aс Vг S P Cтв SiO2 CaO MgO Al2O3 FeO Кокс Магнитогор- 1,75 12,65 1,05 0,49 0,071 85,81 46,2 5,9 1,7 22,7 16,ский Полукокс 12,3 11,2 12,9 0,10 0,035 75,79 39,5 8,0 3,6 22,4 14,ЛенинскКузнецкий 13,6 7,0 4,1 0,32 0,020 88,57 37,6 6,6 2,8 21,3 21,Спецкокс Кокс Китай9,83 10,65 2,3 0,34 0,008 86,7 2,6 39,2 14,9 25,6 9,ский Уголь Кара6,8 48,7 16,6 0,41 0,014 34,3 66,97 0,16 0,24 23,89 1,гандинский В лабораторных условиях на высокотемпературной установке ИМет УрО РАН изучено электрическое сопротивление этих восстановителей (рис. 1).
Рисунок 1 - Зависимость УЭС углеродистых восстановителей от температуры: 1 - Ленинск-Кузнецкий полукокс; 2 - казахстанский спецкокс; 3 - китайский кокс; 4 - магнитогорский кокс.
Показано, что высокое удельное электросопротивление во всем температурном интервале измерений имеет Ленинск-Кузнецкий полукокс, затем спецкокс, полученный из Шубаркольского угля (Казахстан). Кокс китайского производства имеет большее УЭС, чем кокс Магнитогорский. Самое высокое электросопротивление у Карагандинского угля (как у всех углей), которое составляет, lg , Омсм: при комнатной температуре 6,0; при 1000 0С 2,7; при 1100 0С 1,5; при 1400 0С 1,0.
Все УВ имеют в два и более раз меньшее содержание фосфора, чем у Магнитогорского кокса, что позволяет компенсировать повышение в сплаве фосфора, вносимое Сарановским концентратом.
енинск-Кузнецкий полукокс, Карагандинский уголь и Казахстанский спецкокс были испытаны в ОАО СЗФ при выплавке углеродистого феррохрома вместе с Магнитогорским коксиком. Полученные результаты подтвердили целесообразность их использования. Максимальная навеска спецкокса и полукокса составляла соответственно 33 и 27 % от общего количества УВ.
Их применение позволило углубить посадку электродов и переключиться на повышенную ступень напряжения, увеличив тем самым активную мощность и производительность печи.
При применении спецкокса извлечение хрома повысилось на 3,2 %, расход электроэнергии снизился на 1,4 %, содержание фосфора в сплаве понизилось с 0,033 до 0,029 %; при работе на полукоксе извлечение хрома повысилось незначительно, фосфор понизился с 0,035 до 0,030 %.
Увеличение навески спецкокса и полукокса сверх указанных выше пределов нарушало технологический ход печи из-за низкой прочности этих УВ, приводящей к образованию мелких фракций и снижению газопроницаемости шихты.
Для увеличения объема использования полукокса и спецкокса предложено изготовление и использование хроморудных брикетов, образующих мало мелочи.
В третьей главе приведены результаты изучения металлургических характеристик бедного Сарановского концентрата и руды Донского ГОКа, традиционно используемой в ОАО СЗФ (температуры размягчения, восстановимость).
В табл. 2 и 3 приведен химический состав и характеристики размягчения КС и ДГОК и шихт с их участием и флюсующими добавками в виде шлака ферросиликохрома (ШСХ), который содержал, %: 50 SiO2; 15 Al2O3;
10 MgO; 15 Siмет; 10 Crмет.
Определение температур начала, конца и интервала размягчения этих материалов производили по методике в соответствии с требованиями ГОСТ 26136-84. Материал крупностью 3-5 мм помещали в алундовый тигель, высота слоя 50 мм, давление на пробу 0,1 МПа. Скорость нагрева составляла 10 град./мин. За температуру начала размягчения принималась та, при которой шток погружался в пробу на 1 %. За температуру конца размягчения - когда шток погружался в пробу на 40 % от начальной высоты слоя пробы.
Результаты измерений приведены в табл. 2 и 3 и на рис. 2.
Установлено, что КС обладает более благоприятным (более коротким) интервалом размягчения. Флюсующие добавки шлака от производства ферросиликохрома существенно снижают температуру конца размягчения (~ на 200 0С). Увеличение содержания в навеске шихты КС приводит к стабильному увеличению температуры начала размягчения от 1160 до 1375 С и сокращению интервала размягчения от 450 до 205 0С. Наименьшим интервалом размягчения характеризуется смесь КС и ДГОК в соотношении 75/25.
Рассмотрена кинетика восстановления образцов хромовых руд (рис. 3).
Исследования проводили гравиметрическим методом по убыли массы навески (руда + кокс) при нагреве до 1550 0С. Скорость нагрева 10 град/мин. Достоинство этого метода - простота аппаратурного оформления и возможность использования при высоких температурах.
Формирование металлической фазы феррохрома начинается с восстановления железа (900-1000 0С), а затем хрома.
Показано, что по скорости и степени восстановления Сарановский концентрат не уступает руде ДГОК. Высокая скорость изменения массы образцов КС и ДГОК в интервале температур 1150-1500 0С свидетельствует о хорошей восстановимости компонентов этих хромовых руд (рис. 3). По Таблица 2. Химический состав и характеристики размягчения хроморудных материалов Темпера- Темпера- ТемпераХимический состав, мас. % Наименование № п/п тура на- тура кон- турный хроморудных чала раз- ца раз- интервал Cr2O3 FeO Al O3 SiO2 MgO CaO P мягче- мягче- размягчематериалов ния, 0С ния, 0С ния, 0С Донского ГОКа 1 52,0 13,3 8,2 5,3 18,3 1,4 0,0015 1410 1820 4 (мелкая) 2 Концентрат Са38,1 19,5 14,6 5,2 14,7 2,1 0,0028 1425 1795 3рановский (рядовой) Таблица 3. Состав и характеристики размягчения шихтовых материалов № Состав шихты, % Характеристики размягчения, С п/п Концентрат Хромовая руда Шлак Магне- Температура на- Температура Температурный Сарановский Донского ГОКа ферро- зит* чала размягче- конца размягче- интервал раз(рядовой) силико- ния, 0С ния, 0С мягчения, 0С (мелкая) хрома (ШСХ) 1' 29,0 68,0 3 - 1300 1590 22' 48,5 48,5 3 - 1345 1600 23' 72,8 24,2 3 - 1365 1570 24' - 97 3 - 1160 1610 45' 97 - 3 - 1375 1630 26' 72,8 24,2 3 1315 1550 27' 72,8 24,2 3 1350 1560 2* Добавка магнезита осуществлялась в % от общей массы руды Температура, 0С Рисунок 2 - Изменение размягчения образцов хромовых руд и шихт на их основе в зависимости от температуры Номера у кривых соответствуют номерам хромовых руд и шихт в табл. 2 и Температура, 0С Рисунок 3 - Изменение массы образцов хроморудных материалов в зависимости от температуры.
Номера у кривых соответствуют номерам хромовых руд в табл. 2.
Усадка, % Изменение массы, % результатам эксперимента и расчетам степень восстановления железа и хрома при 1550 0С для КС составляет соответственно 98 и 98 %, для ДГОК 98 и 89 %.
Изучено электрическое сопротивление КС в сравнении с ДГОК при нагреве от 20 до 1500 С. Выявлено, что по электросопротивлению эти хромовые руды не имеют существенных отличий друг от друга. С увеличением температуры в указанном интервале электросопротивление обеих хромовых руд снижается от 80 000 до 2-10 Омсм.
Результаты проведенных физико-химических исследований хромового сырья указывают на возможность успешного технологического использования Сарановского концентрата.
Четвертая глава посвящена разработке технологии получения высокоуглеродистого феррохрома с использованием бедного Сарановского хромового концентрата.
Расчеты показали, что Сарановский концентрат (КС) по стоимости на единицу хрома для ОАО СЗФ дешевле другого хромового сырья (турецкого, казахстанского, отечественного) в 2-3 раза.
Решались задачи использования КС совместно с рудой Донского ГОКа (ДГОК) и получения углеродистого феррохрома с содержанием > 60 % Cr и использования 100 % КС с получением бедного высокоуглеродистого феррохрома (лчардж хрома).
Использование смеси руд проходило поэтапно с разным соотношением хроморудного сырья ДГОК/КС: 1 этап - 100/0; 2 этап 75/25; 3 этап 50/50; этап 25/75. Для снижения содержания фосфора в сплаве из-за повышенного его содержания в КС использовались низкофосфористые восстановители (спецкокс, уголь Карагандинский). Плавки проводились в рудовосстановительных печах ОАО СЗФ мощностью 22 МВА.
Основные технико-экономические показатели работы печи приведены в табл. 4.
Технологический ход печи с увеличением навески КС улучшался, содержание хрома снижалось с 69 % при работе без КС в шихте до 57 % при 75 % концентрата КС. Содержание в сплаве 60 % Cr, которое требует основное количество заказчиков, обеспечивается при соотношении ДГОК/КС равном 35/65.
Таблица 4. Технико-экономические показатели кампаний производства углеродистого феррохрома на смеси руд Руда ДГОК/концентрат КС Показатели 1 этап 2 этап 3 этап 4 этап 100/0 75/25 50/50 25/Продолжительность этапа, ном.сутки 28 20 30 Состав колоши, кг:
Концентрат Сарановский, (38,9 % Cr2O3) - 200 395 602,Руда ДГОКа, (52,1 %, Cr2O3) 800 600 405 197,Коксик НТМК 116,8 145,6 132,1 84,Спецкокс 31,2 19,7 - - Уголь Карагандинский - - 54,7 49,Шлак ШХС 40 40 35 Содержание Cr2O3 в смеси, % 52,1 48,8 45,6 42,Отношение Cr2O3/FeO в хроморудной смеси 4,3 3,7 3,2 2,Содержание в сплаве, % Cr 68,8 65,9 62,8 57,Si 0,4 0,4 0,5 0,Р 0,026 0,031 0,034 0,0Кратность шлака 1,20 1,26 1,33 1,Извлечение Cr, % 78,3 77,2 76,6 75,Производительность, т Cr/сут 56,6 51,7 52,2 45,Удельный расход:
Концентрат Сарановский б.кг/т Cr - 817 1756 28Руда ДГОКа, б.кг/т Cr 3731 2969 2050 10Расход электроэнергии, кВтч/т Cr 6526 6576 6686 71При повышении доли КС в шихте с нуля до 75 % извлечение хрома в сплав понизилось всего на 2,5 %, что ниже ожидаемого при переходе на шихту с более низким содержанием Cr2O3. Это можно объяснить благоприятным химическим и фазовым составом КС.
Содержание фосфора в сплаве росло с увеличением доли КС в шихте, но не превышало установленных заказчиком норм (до 0,05 % Р). Увеличение фосфора в сплаве в значительной степени подавлялось применением в составе восстановителей низкофосфористых материалов (спецкокса, угля).
Чардж хром широко применяется во всем мире в связи с возможностью его выплавки из бедного хромового сырья. Однако в России опыта получения и применения указанного товарного сплава практически не было.
В значительной степени это связано с отсутствием сведений о служебных характеристиках чардж хрома, необходимых потребителям сплава.
В связи с этим было проведено изучение температуры плавления (Тп) и плотности чардж хрома в сравнении с обычно выплавляемым на заводах РФ стандартным углеродистым феррохромом марки FeCr65.
Температуру начала плавления Тп определяли методом фиксирования температурных кривых при охлаждении расплава, а плотность пикнометрическим способом.
Состав полученных сплавов и результаты исследований приведены в табл. 5.
Таблица 5. Состав и характеристики углеродистого феррохрома Истиная Содержание в сплаве, % № Тп, С плотность, сплава Cr Si C кг/м1 53,3 0,6 8,1 1600 752 52,2 4,8 7,5 1560 723 53,0 10,3 6,8 1530 684 62,3 0,1 8,3 1620 77Рассматривая зависимость температуры плавления чардж хрома (образцы 1-3) от содержания в нем кремния при относительно постоянном содержании хрома (~ 53 % Cr), можно отметить, что увеличение содержания о кремния от 0,6 до 10,3 % приводит к уменьшению Тп от 1600 до 1530 С.
Увеличенное количество в сплаве хрома в стандартном феррохроме (62,3 %) по сравнению с чардж хромом (53,3 %) при близком содержании кремния о (сплавы 1 и 4, табл. 5) повысило Тп незначительно (на 20 С). Пониженные значения Тп у чардж хрома позволяют поднять степень усвоения хрома при легировании стали.
Плотность феррохрома в значительной степени зависит от содержания кремния и в меньшей степени от количества в сплаве хрома. Так увеличение кремния с 0,56 до 10,32 % привело к снижению плотности с 7590 до 6800 кг/м3 (на 10,4 %), а увеличение хрома на 9 % повышает плотность всего на 2,6 %. При рекомендуемой плотности в пределах 5000-7000 кг/м3 чардж хром имеет более благоприятные её значения.
Исследования показали, что чардж хром имеет лучшие служебные характеристики, чем более богатый по хрому ферросплав.
Промышленные опытные плавки чардж хрома проводились двумя кампаниями на печи РКО-22. Для снижения содержания в сплаве фосфора использовались низкофосфористые восстановители (<0,03 % P).
Основные технико-экономические показатели получения чардж хрома с использованием 100% Сарановского концентрата приведены в табл. 6.
Таблица 6. Основные технико-экономические показатели производства чардж-хрома Кампания Показатели I II Продолжительность, сут 14 Состав колоши, кг:
Концентрат Сарановский (38,9 % Cr2O3) 800 8Коксик НТМК 91,9 42,Полукокс 40 - Спецкокс - 60,Уголь Карагандинский - 100,Шлак ШХС 20,1 59,Содержание в сплаве, % Cr 56,73 56,Si 1,84 3,Р 0,037 0,0Кратность шлака 1,4 1,Извлечение Cr, % 73,45 74,Производительность, т Cr/сут 38,6 39,Удельный расход:
Концентрат Сарановский б.кг/т Cr 3 980 3 9Расход электроэнергии, кВтч/т Cr 8 046 7 9Вторая кампания плавок прошла более успешно, чем первая, что связано в основном с использованием большего количества низкофосфористых спецкокса и угля, обладающих высоким электросопротивлением. Посадка электродов стала более глубокой, газопроницаемость шихты удовлетворительной, сход материалов равномерным по всей площади колошника.
Проведенные испытания технологии выплавки товарного чардж хрома показали возможность и целесообразность его производства в условиях ОАО СЗФ. Технология принята к внедрению.
Основным результатом проделанной работы является положительный пример возможности широкого использования бедных отечественных хромовых руд при получении феррохрома с высокими технико-экономическими показателями.
Полученный товарный чардж хром был отправлен за рубеж, а часть успешно использована в ОАО Металлургический завод им. А.К. Серова (г. Серов) вместо традиционного углеродистого феррохрома.
Была предложена и испытана технология получения передельного чардж хрома, который в дальнейшем использовался при выплавке передельного ферросиликохрома. Последний применяли при производстве низкоуглеродистого феррохрома в плавильном цехе №2 ОАО СЗФ.
Производство передельного чардж-хрома, отличающегося от товарного более высоким содержанием кремния ( 5 %), проводилось в плавильном цехе №1 на рудовосстановительной печи с мощностью трансформатора МВА.
Плавки проводились на 100 % КС и других шихтовых материалах, применяемых ранее при производстве товарного феррохрома. Процесс плавки проходил при нормальном технологическом ходе печи с высокими показателями. Сплав содержал в среднем, %: 53,4 Cr; 6,3 C; 4,7 Si; 0,03 P. В шлаке находилось, %: 10,2 Cr2O3; 31,1 SiO2; 22,3 MgO; 26,5 Al2O3; 6,4 FeO.
Производство передельного ферросиликохрома марки FeCrSi48 осуществлялось в рудовосстановительной печи РКО 22 цеха №1. Шихта состояла из передельного чардж хрома, кварцита и углеродистого восстановителя.
Полученный ферросиликохром содержал, %: 49,8 Si; 30,7 Cr; 0,1 C; 0,029 P.
Применение передельного чардж хрома с повышенным содержанием кремния позволило снизить удельный расход электроэнергии на 8,4 %, восстановителя на 24,7 %, кварцита на 7,7 %. Себестоимость ферросиликохрома снизилась на 13,5 %.
Передельный ферросиликохром был успешно использован при получении низкоуглеродистого феррохрома. Себестоимость его производства снизилась на 5 %.
Несмотря на то, что при работе на бедном хромовом сырье КС увеличиваются технологические затраты (сырьё, электроэнергия) и снижается производительность агрегата, себестоимость феррохрома понижается за счет невысокой стоимости рудного сырья.
Таким образом, показана целесообразность перехода на бедное отечественное хроморудное сырьё в условиях ОАО СЗФ.
Оценена экологическая сторона применения КС в цехе №1 ОАО СЗФ.
Основным источником загрязнения в цехе являются пылегазовые выбросы, которые в среднем составляют 53-55 тыс.м3 газа в час при содержании в 1 мгаза 400-700 мг пыли. Применение кускового концентрата КС по статистическим данным работы газоочистки печи №6 цеха №1 позволило сократить объем пылевых выбросов при выплавке чардж хрома в 1,8 раза В пятой главе приведены результаты исследований по улучшению характеристик самообжигающихся электродов (СЭ) рудовосстановительных печей.
Разработана новая конструкция кожуха СЭ, состоящая в том, что к внутренней поверхности кожуха вместо радиально расположенных прямых ребер длиной 220 мм привариваются по периметру ребра Г-образной конфигурации длиной 170 мм.
Результатом разработки новой конструкции кожуха явилось изменение направления развития термотрещин в теле скоксованного электрода после простоев электропечи. Направление развития термотрещин изменяется от осевого к радиальному. Результаты опытно-промышленных экспериментов представлены в табл. 7.
Таблица 7. Результаты испытаний электродов № Длина Количество об- Производи- Удельный Конфигурап/п ребра, ломов электро- тельность расход элекция ребра мм дов в месяц печи, % троэнергии, % 1 220 Прямая 3,6 100,0 100,2 140 Г-образная 2,5 104,7 98,3 170 Г-образная 1,8 105,9 98,Экономическая эффективность от применения новой конструкции кожуха достигается, в основном, за счет снижения количества обломов электродов при работе печи.
Проведены исследования по изучению влияния виброобработки электродной массы на служебные характеристики СЭ.
Испытания по виброобработке жидкой электродной массы проводились на крупных образцах массой 210-310 кг в полупромышленных условиях непосредственно в смесительно-формовочном отделении участка электродной массы (УЭМ) ОАО СЗФ. Для проведения опытно-промышленных испытаний применен глубинный вибратор с частотой 200 Гц. Температура массы во время обработки составляла 185 С. Продолжительность виброобработки изменяли от 3 до 15 минут.
Образцы необожженной электродной массы исследовали на пластичность. У обожженной массы определяли истинную и кажущуюся плотности, пористость, удельное электросопротивление (УЭС), статический модуль упругости, коэффициент Пуассона, прочность на разрыв и критерий термостойкости.
Электродная масса производства ОАО СЗФ содержала, % : антрацита 37, кокса 36, и пека 27.
Основные результаты лабораторных исследований качества электродной массы в зависимости от виброобработки представлены в табл. 8.
Наилучшие показатели критерия термостойкости получены на образцах, обрабатываемых в течение 15 мин.
Таблица 8. Характеристики электродной массы до и после виброобработки Статиче- Удельное Продолжи- Коэффици- Коэффициский мо- электросо- Кажущаяся Прочность Критерий тельность- ент Пуас- Пористость, Пластич- ент теплодуль упру- противле- плотность, на разрыв, термостойвиброобра- сона % ность, % проводногости, ние, кг/м3 кг/см2 кости ботки сти кг/см2 10 -6 Омм 0 9400 0,228 224,4 1318 28,0 17,2 57,04 9 253 11764 0,234 188,3 1414 19,3 17,1 61,72 16 355 16234 0,103 170,9 1411 19,6 22,4 60,78 23 5610 14171 0,201 133,7 1395 20,9 18,2 60,79 37 7515 12784 0,222 151,7 1400 20,5 26,1 57,76 32 101Пористость виброобработанных образцов снизилась на 25-31 %, статический модуль упругости увеличился на 30-70 %, а прочность на разрыв на 10-50 %.
После виброобработки критерий термостойкости массы возрос от 1,до 4 раз. Пластичность массы после виброобработки почти не изменилась.
Виброобработка массы значительно снижает УЭС (на 20-70 %) пропорционально продолжительности виброобработки.
Главной причиной улучшения всех служебных характеристик электродной массы при виброобработке является увеличение ее плотности за счет снижения пористости. Кроме того, достигается более глубокое проникновение связующего в пустоты, микротрещины и поры.
Эти показатели свидетельствуют о том, что виброобработка электродной массы улучшает ее прочностные характеристики и позволяет полагать, что механическая стойкость электродов возрастет, а количество их обломов во время эксплуатации снизится.
В результате проведенной работы были разработаны рекомендации для внедрения виброобработки в технологическую цепочку производства на участке электродной массы.
Заключение Разработана технология получения углеродистого феррохрома с применением бедного отечественного хроморудного сырья на основе изучения физико-химических и металлургических характеристик руд, углеродистых восстановителей, феррохрома и электродной массы, а также проведения опытнопромышленных испытаний карботермического процесса плавки.
1. Проведен аналитический обзор работ по выплавке углеродистого феррохрома в мире, дана оценка хроморудной базы РФ и мира, обосновано использование в условиях ОАО Серовский завод ферросплавов бедного хромового концентрата Сарановского месторождения.
2. Проведены исследования, позволяющие повысить служебные характеристики электродной массы, стойкость и долговечность работы печных электродов за счет виброобработки размягченной массы и применения новой конструкции кожуха электрода.
3. Изучены электросопротивление, вещественный и гранулометрический составы применяемых в ОАО СЗФ углеродистых восстановителей;
проведены их опытно-промышленные испытания. Показано, что целесообразно использование при выплавке углеродистого ферохрома на бедном рудном сырье (КС) Ленинск-Кузнецкого полукокса, угля и казахстанского спецкокса, имеющих повышенное электросопротивление и пониженное содержание фосфора.
4. В лабораторных условиях изучены важные физико-химические характеристики применяемых в ОАО СЗФ хроморудных материалов ДГОК и КС, которые указывают на возможность успешного использования Сарановского концентрата.
5. Исследованы плотность и температура начала плавления бедного углеродистого феррохрома (53 % Cr) с разным содержанием кремния (от 0,6 до 10 %), показано, что снижение хрома и повышение кремния в сплаве улучшает его характеристики и способствует лучшему усвоению в стали.
6. Разработана и применяется в ОАО СЗФ технология получения углеродистого феррохрома на смеси руд КС и ДГОК с использованием низкофосфористых полукокса и угля, показано, что для получения в сплаве более 60 % хрома соотношение ДГОК/КС должно быть не менее 35/65.
7. Впервые разработана и внедрена в ОАО СЗФ технология выплавки товарного и передельного феррохрома с пониженным содержанием хрома и повышенным кремния (лчардж-хром) при использовании 100% бедного сырья (КС) 8. Проведенными технико-экономическими расчетами по результатам промышленных плавок показано, что несмотря на более значительные технологические затраты (расход сырья, электроэнергии) при работе на бедном хроморудном сырье, общая себестоимость хрома в чардж хроме снижается за счет более низкой цены КС.
9. Установлено, что при выплавке чардж хрома на кусковом концентрате КС запыленность атмосферы плавильного цеха по сравнению с существующей технологией снижается в 1,8 раза за счет понижения выбросов пыли в атмосферу.
Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Жучков В.И., Заякин О.В., Афанасьев В.И./ Перспективны использования бедных хромитовых руд // Материалы ХIII Международной конференции: Современные проблемы электрометаллургии стали - Челябинск:
Изд-во ЮУрГУ, 2007. - Ч. 1. - С. 152-155.
2. Есенжулов А.Б., Островский Я.И., Веселовский И.А., Афанасьев В.И., Жучков В.И., Заякин О.В. Производство высокоуглеродистого феррохрома из бедных уральских хромитовых руд / Тезисы докладов II Международной ферросплавной конференции // Сталь, - 2007. № 8. - С. 54.
3. Есенжулов А.Б., Островский Я.И., Веселовский И.А., Афанасьев В.И.,Заякин О.В., Жучков В.И. / Использование хромитовых руд различных месторождений при производстве высокоуглеродистого феррохрома // Материалы ХIII Международной конференции: Современные проблемы электрометаллургии стали - Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2007. - Ч. 1.Ц С. 155-157.
4. Есенжулов А.Б., Островский Я.И., Афанасьев В.И., Заякин О.В., Жучков В.И. / Использование российского хроморудного сырья при выплавке высокоуглеродистого феррохрома в ОАО СЗФ // Сталь. - 2008. - № 4. - С.
32-36.
5. Фадеев В.И., Островский Я.И., Веселовский И.А., Афанасьев В.И., Жучков В.И., Заякин О.В. / Испытания новых видов углеродистых восстановителей при производстве ферросплавов // Сталь. - 2008. - № 8. - С. 67.
6. Есенжулов А.Б., Островский Я.И., Веселовский И.А., Афанасьев В.И., Заякин О.В., Жучков В.И. / Особенности производства высокоуглеродистого феррохрома в современных условиях // Сборник научных трудов:
Теория и практика ферросплавного производства - Нижний Тагил:
Медиа-Принт - 2008. - С. 107-110.
7. Заякин О.В., Жучков В.И., Лазарева С.В., Афанасьев В.И. / Получение и свойства высокоуглеродистого феррохрома с пониженным содержанием хрома // Сборник научных трудов: Теория и практика ферросплавного производства - Нижний Тагил: Медиа-Принт - 2008. - С. 116-119.
8. Фадеев В.И., Островский Я.И., Веселовский И.А., Афанасьев В.И., Божин С.Н., Заякин О.В., Жучков В.И. / Использование шубаркольского угля при производстве ферросиликохрома // Сборник научных трудов Научно-технический прогресс в металлургии, г.Алматы: РИК по учебной и методической литературе, 2009. - С. 265-268.
9. Афанасьев В.И., Фадеев В.И., Островский Я.И., Веселовский И.А., Заякин О.В., Жучков В.И. / Совершенствование технологии производства высокоуглеродистого феррохрома на ОАО СЗФ // Сб. тр. международной научно-практической конференции Научно-технический прогресс: техника, технология, образование, 2010. Казахстан, г.Актобе, С. 21-23.
10. Афанасьев В.И., Фадеев В.И., Островский Я.И., Веселовский И.А., Заякин О.В., Жучков В.И. / Совершенствование технологии изготовления самообжигающихся электродов на ОАО Серовский завод ферросплавов // Материалы ХIV международной конференции "Современные проблемы электрометаллургии стали". Челябинск: Издательский центр ЮУрГУ.Ч 1.
2010. - С. 220-224.
11. Фадеев В.И., Островский Я.И., Веселовский И.А., Афанасьев В.И., Заякин О.В., Жучков В.И. / Производство передельного чардж хрома и его использование при выплавке ферросиликохрома // Электрометаллургия - 2011. № 1. - С. 7-8.
12. Заякин О.В., Жучков В.И., Афанасьев В.И. / Изучение процессов восстановления компонентов хроморудных материалов в рудовосстановительных электропечах // Материалы международной научно-практической конференции Абишевские чтения -2011 "Гетерогенные процессы в обогащении и металлургии". Караганды: АО Карагандинская полиграфия.
2011. - С. 110-112.
13. Заякин О.В., Афанасьев В.И., Жучков В.И. / Карботермические процессы получения феррохрома в рудовосстановительных электропечах // Сборник научных трудов Научно-технический прогресс в металлургии. Алматы: РИК по учебной и методической литературе, 2011. - С. 149-154.
14. Заякин О.В., Жучков В.И., Афанасьев В.И. / Перспективные направления переработки отечественных бедных хромитовых руд // Труды научнопрактической конференции "Проблемы и перспективы развития металлургии и машиностроения с использованием завершенных фундаментальных исследований и НИОКР". Том 1. Екатеринбург: УрО РАН.
2011. - С. 193-197.
15. Пат. № 2424342 Российская Федерация, МПК С22С 33/04. Способ получения низкоуглеродистого феррохрома / Фадеев В.И., Островский Я.И., Бобкова О.С., Барсегян В.В., Веселовский И.А., Церникель А.А., Афанасьев В.И., Губин В.А., Заякин О.В., Жучков В.И. - Опубл. 2011, Бюлл.
№ 25.
16. Пат. №2403305 Российская Федерация, МПК С22С 33/04. Шихта для получения высокоуглеродистого феррохрома / Островский Я.И.,Заякин О.В., Жучков В.И., Веселовский И.А., Афанасьев В.И. - Опубл. 2010, Бюл. № 31.
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям