Дипломная работа: Исследование причин повышения концентрации серы в ферросиликомарганце и разработка способов ее снижения
%, не менее
массовая доля влаги,
%, не более
Концентрат марганцевый
оксидно-карбонатный (ОК)
1.1.2 Восстановители
Правильный выбор восстановителя и соответствующая его подготовка в значительной степени определяют технико-экономические показатели производства. По химическим свойствам в качестве восстановителей оксидов руды при выплавке ферросплавов можно применять многие элементы. Однако экономически выгодно применять углерод, кремний и алюминий. Наиболее широко используют углерод, а если необходимо предотвратить науглероживание выплавляемого сплава, то применяют более дорогие кремний и алюминий.
В качестве углеродсодержащего восстановителя могут быть использованы различные материалы: древесный, бурый и каменный уголь, нефтяной, пековый или каменноугольный кокс, различные полукоксы, древесные отходы и др.
Углеродистые восстановители, применяемые при выплавке ферросплавов, должны обладать хорошей, реакционной способностью, высоким удельным электрическим сопротивлением, соответствующим для каждого сплава химическим составом золы, достаточной прочностью, оптимальным размером куска, хорошей газопроницаемостью и термоустойчивостью, невысокой стоимостью [11].
Почти все углеродистые материалы при нагревании до высоких температур (1800—2300 К) выравнивают свою химическую активность, приближаясь к так называемому графитовому пределу, однако в процессе плавки различные углеродистые материалы проявляют свои специфические свойства и присущую им реакционную способность, так как скорости графитизации для различных материалов различны и проходят в печи эти процессы до разной степени полноты.
На реакционную способность кокса определенное влияние оказывают минеральные включения, содержащиеся в золе угля, а также искусственно внесенные. Так, отмечено повышение реакционной способности при внесении в угольную шихту для изготовления кокса или в готовый кокс солей щелочных металлов, железной руды и др.
В реальных условиях ферросплавного процесса (высокие температуры, низкий столб шихты в ферросплавной печи, неизбежный процесс образования карбидов металлов и газообразных низших оксидов металлов и т.д.) наиболее правильной характеристикой является восстановительная способность углеродистого материала с учетом его электрического сопротивления и других параметров.
С этой точки зрения наиболее оптимальным углеродистым восстановителем является древесный уголь (табл.1.4). В последние годы, в связи с постоянно растущим дефицитом, все большее распространение получают такие углеродистые восстановители как газовый уголь, нефтяной кокс и полукокс [ 12,13] .
Таблица 1.4 Характеристика углеродистых восстановителей
| Показатель | Металлургический кокс | Кокcик | Полукокс | Нефтяной кокс | Древесный уголь |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Содержание по техническому анализу, %: | |||||
| Зола Аd | 10,65 | 10,80 | 27,00 | 0,71 | 1,45 |
| Летучие Vdaf | 1,44 | 1,20 | 5,60 | 8,08 | 14,54 |
| Влага Wp | 0,44 | 1,30 | 1,90 | 0,80 | 2,10 |
| Сера Sd I | 0,89 | 1,34 | 0,91 | 0,58 | 0,04 |
| Твердый углерод CT | 87,02 | 86,66 | 71,49 | 86,98 | 83,97 |
| Реакционная способность при 1323 К, мл/(г∙с) | 0,69 | 0,92 | 8,00 | 0,42 | 11,1 |
 уд ,Ом∙м (фракция 3-6 мм) | 1,21 | 1,48 | 7500 | 3∙I06 | 2∙106 |
| Структурная прочность,% | 83,0 | 85,0 | 63,7 | 64,3 | 39,0 |
| Плотность, г/см3 : | |||||
| истинная | 1,82 | 1,95 | 1,58 | 1,41 | 1,40 |
| кажущаяся | 0,91 | 0,93 | 0,93 | 1,12 | 0,40 |
| Пористость, % (см3 /г) | 53,1(0,49) | 49,7(0,51) | 55,0(0,67) | 20,1(0,18) | 63,8 (1,1) |
| Состав золы, %: | |||||
| SiO2 | 35,4 | 36,5 | 75,7 | 46,3 | 1,90 |
| Al2 O3 | 23,3 | 22,2 | 11,2 | 24,3 | 3,40 |
| CaO+MgO | 3,8 | 3,9 | 3,0 | 10,5 | 41,1 |
| Fe2 O3 , | 33,8 | 33,7 | 7,6 | 14,2 | 0,85 |
| Р2 О5 | 0,24 | 0,24 | 0,03 | 0,75 | 5,12 |
| К2 О + Na2 O | 2,13 | 2,64 | 1,18 | 0,13 | 0,29 |
Древесный уголь, обладает высокими удельными электрическим сопротивлением и реакционной способностью, чистотой. Древесный уголь уменьшает спекание шихты, что особенно важно при выплавке высокопроцентных сплавов кремния. Древесный уголь—пористый высокоуглеродистый продукт, получаемый из древесины в результате ее нагрева без доступа или с очень ограниченным доступом воздуха в ретортах или углевыжигательных печах различных систем. Состав древесного угля зависит от конечной температуры переугливания и от вида использованной древесины. Древесный уголь имеет достаточную прочность и малую истираемость, лучшим является уголь из твердых пород дерева. Высокая пористость древесного угля обеспечивает его высокую реакционную способность.
В качестве восстановителя также используются торфяные брикеты и торфяной кокс , характеризующиеся высокой реакционной способностью- пористостью, чистотой и низкой электрической проводимостью.
Наиболее широко используют при выплавке ферросплавов наиболее дешевый сорт восстановителя — "орешек" металлургического кокса ("коксик"), получающийся как отсев при сортировке доменного кокса. В зависимости от качества использованного для производства угля и условий получения кокса на коксохимическом заводе свойства коксика различны, но общим его недостатком являются невысокие электрическое сопротивление и реакционная способность, относительно большое содержание золы, серы и фосфора и высокое, нестабильное содержание влаги. Коксик имеет губчатую структуру с большим количеством трещин, пористость его колеблется в пределах 35—55 %. Кажущаяся плотность кокса составляет 800—1000 кг/м3 . Теплоемкость кокса возрастает с повышением конечной температуры коксования и уменьшается с увеличением зольности кокса, колеблясь в интервале 1,38—1,53 кДж/(кг∙К) [14].
В зависимости от сырьевой базы, кокс условно разделен на марки: К1 - кокс из углей Донбасса или в смеси с углями других бассейнов, отсеянных от доменного кокса; К2 - кокс из углей Донбасса или в смеси с углями других бассейнов, отсеянный от литейного кокса; К3 - кокс из смеси углей Кавказа и Донбасса, отсеянный от доменного кокса.
Качественные показатели орешка коксового, используемого для производства сплавов, должны отвечать требованиям ТУУ 322-00190443-120-97 для марок K01, K02, К03 (табл.1.5).
Таблица 1.5 Качественные показатели орешка коксового, % (ТУУ 322-00190443-120-97)
| Наименование показателей | Норма для класса и марки | |||
| 10-25 мм | 8-25 мм | |||
| К01 | К02 | К03 | К04 | |
| Зольность А, 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 | ||||
| более 25 мм | 10,0 | 10,0 | 10,0 | 10,0 |
| менее 10 мм | 9,0 | 12,0 | 15,0 | - |
| менее 8 мм | - | - | - | 13,0 |
Качественные показатели кокса доменного фракции 25-40 мм должны соответствовать требованиям ТУУ 322-00190443-085-96 "Кокс каменноугольный класса крупности 25 мм и более" (табл.1.6).
Таблица 1.6 Качественные показатели каменноугольного доменного кокса класса крупности 25 мм и более, % (ТУУ 322-00190443-085-96)
| Наименование показателя | Норма для марки | |
| КК1 | КК2 | |
| Зольность А, не более | 13,0 | 15,0 |
| Массовая доля общей серы, не более | 2,0 | 2,2 |
| Массовая доля общей влаги | 8,0 | 8,0 |
| Показатель прочности | ||
| М25, не более | 80,0 | 76,0 |
| М10, не более | 9,0 | 10,0 |
| Массовая доля кусков размером менее 25 мм, не более | 7,0 | 9,0 |
В ферросплавном производстве могут быть также использованы отсевы металлургического кокса фракции более 10 мм (табл.1.7) и коксовая мелочь (табл.1.8) [15,16].
Таблица 1.7 Отсевы металлургического кокса фракции более 10 мм (ТУУ 322-00190443-048-97)
| Показатели | Норма | ||
| Размер кусков, мм | 10-35 | ||
| Массовая доля кусков размером менее 10 мм, %, не более | 15 | ||
| Массовая доля кусков размером более 25 мм, %, не более | 32 | ||
| Зольность А, %, не более | 13 | ||
| Массовая доля общей влаги, %, средняя | 18 | ||
| Наименование показателя | Норма для марки | ||
| МК1 | МК2 | МК3 | |
| Зольность, Ас, % не более | 13,0 | 16,0 | 18,0 |
| Массовая доля общей влаги, % не более | 22,0 | 22,0 | 24,0 |
| Массовая доля кусков размером, % не более | 9,0 | 8,0 | 6,0 |
| Размер кусков, мм | 0-10, 0-8 | 0-10, 0-8 | 0-8 |
1.1.3 Кварцит
Известно более двухсот разновидностей природного кремнезема: песок, кварц, кварцит, горный хрусталь, опал и многие другие. Для выплавки кремния и его сплавов используют наиболее дешевые и в то же время богатые кремнеземом материалы: кварцит, кварц и кварцевый песчаник. Главным минералом кварцитов и большей части песчаников является кварц — широко распространенный минерал, представляющий собой более или менее чистый кремнезем SiO2 .
Кварцитами называют кремнистые песчаники, в которых цементируемое вещество и цемент представлены минералами кремнезема. Кварциты обычно характеризуются высокой плотностью и значительным сопротивлением сжатию (100—140 МПа), имеют светлую окраску с различными оттенками серого, желтого, розового и других тонов. С увеличением содержания SiO2 в кварците увеличивается извлечение кремния и производительность печи и снижается удельный расход электроэнергии.
Коренные заложи кварцита встречаются в виде пластов, гнезд или линз, состоящих из несцементированных кристаллов различной крупности.
Перед выплавкой кремния кварциты дробят, и часть примесей удаляется с мелочью. Дробление необходимо совмещать с промывкой для удаления глинистых примазок, пылевидных наносов и хрупких включений. Кварциты должны обладать высокой термостойкостью, при нагревании мало растрескиваться, иметь небольшую кажущуюся пористость (<2%), низкое водопоглощение (0,1—0,5%). Температура начала интенсивного разрушения должна быть как можно выше [17].
Кварциты должны соответствовать требованиям ТУУ 001911879-011-97.
Стандарт предусматривает две марки кварцита — КФ и КШ. Кварцит КФ используется в основном для производства ферросплавов (ферросилиция, силикокальция, кристаллического кремния, силикомарганца, ферросиликохрома и др.). Кварцит КШ предназначен в первую очередь для получения шлака определенного состава.