Патент на изобретение №2167952

(54) СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ФЕРРОХРОМА ИЗ БЕДНЫХ ЖЕЛЕЗОСОДЕРЖАЩИХ ХРОМОВЫХ РУД

(57) Реферат:

Изобретение относится к производству феррохрома высокого качества. Способ получения феррохрома осуществляют в последовательно расположенных плавильных агрегатах, например конвертерах. При этом в первый конвертер загружают смесь, состоящую из руды и угля, подают кислород для создания восстановительной атмосферы и последовательно расплавляют и нагревают смесь до заданной температуры. Затем из нижней части первого конвертера осуществляют выпуск металла, а шлак, содержащий 55,0-65,0 мас.% Cr₂O₃ и 5,0-15,0 мас.% FeO, направляют во второй конвертер, в котором осуществляют обработку шлака смесью кислорода и угля до получения металла с содержанием хрома 65,0-70,0 мас.% и шлака с содержанием оксида железа 0,5-1 мас.% и оксида хрома 2,0-3,0 мас. %. Причем количество угля, подаваемого в первый и второй конвертеры, определяют по заявляемой формуле. Изобретение позволяет разработать энергосберегающую технологию получения феррохрома, обеспечивающую высокое содержание хрома в сплаве.

Изобретение относится к черной металлургии, конкретно к производству феррохрома высокого качества.

Известен способ производства феррохрома, включающий загрузку шихты, состоящей из руды, коксика и флюсов, в электропечь, последующий нагрев до заданной температуры и расплавление шихты и раздельный выпуск из печи расплава металла и шлака (см. Книгу Крамарова А.Д. и Соколова А.Н. Электрометаллургия стали и ферросплавов. – М: Металлургия, 1976, с. 337-347).

Недостатками известного способа являются высокие энергозатраты на получение товарного феррохрома за счет энергоемких операций и высокой стоимости электроэнергии, а также низкое содержание хрома (до 55-60%) в товарном продукте в результате того, что восстановление металла по известному способу происходит в один этап, что ведет к неполному разделению металла и шлака, а следовательно, к значительной потере металла с отвальным шлаком в виде оксидов хрома.

Наиболее близким аналогом является способ получения феррохрома из железосодержащих хромовых руд в последовательно расположенных плавильных агрегатах, включающий загрузку в первый агрегат смеси, состоящей из руды и угля, подачу кислорода для создания восстановительной атмосферы, последовательный нагрев до заданной температуры и расплавление смеси, направление во второй агрегат продуктов плавки, раздельный выпуск металла и шлака. При этом смесь хромовой руды, угля и шлакообразователей в атмосфере, содержащей CO, нагревают до 1500^oC, а затем, перед загрузкой в электропечь, охлаждают до 600 – 1000^oC (см. Патент СССР N 1713440, C 22 B 5/10, C 22 C 33/04).

Недостатками известного способа являются высокие затраты электроэнергии на получение товарного феррохрома за счет наличия энергоемких операций нагрева и расплавления материала вначале во вращающейся печи (с последующим охлаждением), а затем – в электропечи, а также низкое содержание хрома в товарном продукте за счет того, что в шихту подают большое количество флюсов в виде известняка (сырого доломита), что приводит к снижению содержания соединения Cr₂O₃ в расплаве, а следовательно, к уменьшению содержания хрома в металле.

В основу изобретения поставлена задача разработать энергосберегающую технологию получения феррохрома, обеспечивающую высокое содержание хрома в сплаве.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе получения феррохрома из бедных железосодержащих хромовых руд в последовательно расположенных плавильных агрегатах, включающем загрузку в первый агрегат смеси, состоящей из руды и угля, подачу кислорода для создания восстановительной атмосферы, последовательный нагрев до заданной температуры и расплавление смеси, направление во второй агрегат продуктов плавки, раздельный выпуск расплава металла и шлака, в качестве плавильного агрегата используют конвертер, расплав металла выпускают из нижней части первого конвертера, а полученный шлак направляют во второй конвертер, в котором осуществляют обработку шлака смесью кислорода и угля до получения расплава металла с содержанием в нем хрома 65-70 мас.% и шлака с содержанием оксида железа 0,5-1,0 мас.% и оксида хрома 2,0-3,0 мас.%, причем количество угля, подаваемого в первый и второй конвертеры для восстановления расплава, определяют по формуле

где g_уг – количество угля, необходимое для процесса восстановления в первом и втором конвертерах, кг; Q_прих – суммарный приход тепла, кДж; Q_расх – суммарный расход тепла, кДж; t_кал^уг калориметрическая температура горения угля, ^oC; C_i^г – теплоемкости i-того компонента продуктов горения топлива, кДж/(кгград); g_i^г – количество i-того компонента продуктов горения топлива, кг; – физическое тепло кислорода на процесс, кДж; q_г^физ – физическое тепло угля, кДж.

Для выплавки феррохрома заявляемым способом используют бедные железосодержащие хромовые руды следующего химического состава, мас.%:
Cr₂O₃ – 18,5…30,0; FeO – 15,0…20,0; MgO – 19,0…25,0; Al₂O₃ – 9,0.. . 14,0; SiO₂ – 20,0…28,0; MnO – 1,0…1,5; H₂O – 1,0…2,0; P₂O₅ – 1,0… 2,0; прочие – 0,5…1,5.

В качестве восстановителя используют уголь Карагандинского месторождения, качественные характеристики которого следующие, мас.%: C – 85,0…88,0; O^г – 8,0. ..9,0; H^г – 4,0…6,0; S_общ^г – 0,8…1,0; N^г – 1,0…1,5. Состав золы, мас. %: SiO₂ – 58…60; CaO – 4,0…6,0; Al₂O₃ – 27,0…29,0; MgO – 1,0…2,0; Fe₂O₃ – 6,0…8,0; H₂O – 5,0…6,0; летучие – 25,5…26,5.

Заявляемый способ получения феррохрома из бедных железосодержащих хромовых руд осуществляют следующим образом. Смесь, состоящую из предварительно измельченной хромовой руды и угля, загружают в первый плавильный агрегат, в качестве которого используют конвертер, в который одновременно подают кислород для создания восстановительной атмосферы. При этом количество подаваемого угля рассчитывают по формуле

где g_уг – количество угля, необходимое для процесса восстановления оксидов железа и хрома в первом конвертере, кг; Q_прих – суммарный приход тепла, кДж; Q_расх – суммарный расход тепла, кДж; t_кал^уг – калориметрическая температура горения угля, ^oC; C_i^г – теплоемкости i-того компонента продуктов горения топлива, кДж/(кгград); g_i^г – количество i-того компонента продуктов горения топлива, кг; – физическое тепло кислорода на процесс, кДж; q_г^физ – физическое тепло угля, кДж.

В конвертере устанавливают температуру 1600^oC, при которой часть угля, сгорая в кислороде, обеспечивает последовательный нагрев и расплавление смеси, а другая, оставшаяся часть угля, обеспечивает предварительное восстановление из расплава руды хрома до 18,0…20,0 мас.% и железа до 70,0… 80,0 мас. %. Одновременно с этим подача угля в количестве, рассчитанном по вышеприведенной заявляемой формуле (1), позволяет уже на этапе предварительного восстановления перераспределить содержание оксидов железа (FeO) и оксидов хрома (Cr₂O₃) в шлаке: так содержание оксидов железа в шлаке снижается с 20,0…30,0 мас.% до 5,0…15,0 мас.%, а содержание оксидов хрома напротив повышается до 55,0…65,0 мас.%. Это происходит за счет того, что на данном этапе подача угля в заявленном количестве позволяет осуществлять металлургическое обогащение бедной хромовой руды путем значительного снижения в ней оксидов железа. При этом одновременно достигается снижения содержания оксидов кремния в расплаве. Кроме того, уже в первом конвертере заявляемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает снижение энергозатрат за счет использования в процессе менее дорогих, чем электроэнергия и коксик, угля и кислорода.

Полученный в первом конвертере расплав металла, содержащий 18,0…20,0 мас. % хрома и небольшое количество углерода (менее 2,0%), выпускают из нижней части конвертера, а шлак с высоким содержанием оксида хрома (Cr₂O₃ – 55,0. . .65,0 мас.%) направляют во второй плавильный агрегат, в качестве которого используют аналогичный первому агрегату конвертер.

Затем во втором конвертере шлак обрабатывают смесью кислорода и угля. Причем уголь берут в количестве, обеспечивающем получение расплава металла с содержанием хрома 65,0…70,0 мас.% и углерода 6,0…8,0 мас.% и получения шлака с содержанием оксида железа (FeO) – 0,5…1,0 мас.% и оксида хрома (Cr₂O₃) – 2,0…3,0 мас.%. Это количество угля определяют по заявленной формуле

где g_уг – количество угля, необходимое для процесса восстановления оксидов хрома из шлака во втором конвертере, кг.

Такое высокое содержание хрома в расплаве на втором этапе восстановления обеспечивается за счет того, что в шлаковом расплаве, поступившем из первого конвертера, имеется высокое содержание оксидов хрома, в это время значительная часть оксидов железа уже восстановлена, т.е. весь восстановительный потенциал подаваемого угля во второй агрегат используется преимущественно на получение сплава с высоким содержанием хрома и требуемым содержанием железа. При этом во втором конвертере обеспечивается снижение энергозатрат за счет использования в качестве топлива угля и кислорода, стоимость которых значительно ниже стоимости электроэнергии и коксика, применяемых при выплавке феррохрома.

После процесса восстановления осуществляют раздельный выпуск расплава металла и шлака из второго конвертера.

Таким образом, заявляемый способ получения феррохрома позволяет снизить расход электроэнергии на 10. ..15% при одновременном повышении содержании хрома в товарном продукте до 65,0…70,0 мас.%.

Кроме того, заявляемый способ обеспечивает утилизацию бедных железосодержащих хромовых руд, улучшая тем самым экологию окружающей среды за счет снижения объемов отвалов.

На основании выше изложенного можно сделать вывод, что заявляемый способ получения феррохрома из бедных железосодержащих хромовых руд работоспособен и устраняет недостатки известных способов, что подтверждается примером осуществления. Соответственно заявляемый способ может быть промышленно применен для получения высококачественных сплавов. Следовательно, заявляемый способ получения феррохрома из бедных железосодержащих хромовых руд соответствует условию патентоспособности “промышленная применяемость”.

Формула изобретения

Способ получения феррохрома из бедных железосодержащих хромовых руд в последовательно расположенных плавильных агрегатах, включающий загрузку в первый агрегат смеси, состоящей из руды и угля, подачу кислорода для создания восстановительной атмосферы, последовательный нагрев до заданной температуры и расплавление смеси, направление во второй агрегат продуктов плавки, раздельный выпуск расплава металла и шлака, отличающийся тем, что в качестве плавильного агрегата используют конвертер, расплав металла выпускают из нижней части первого конвертера, а полученный шлак направляют во второй конвертер, в котором осуществляют обработку шлака смесью кислорода и угля до получения расплава металла с содержанием в нем хрома 65,0 – 70,0 мас.% и шлака с содержанием оксида железа 0,5 – 1,0 мас.% и оксида хрома 2,0 – 3,0 мас.%, причем количество угля, подаваемого в первый и второй конвертеры для восстановления расплава, определяют по формуле

где g_уг – количество угля, необходимое для процесса восстановления в первом и втором конвертерах, кг;
Q_приx – суммарный приход тепла, кДж;
Q_расx – суммарный расход тепла, кДж;
t_кал^уг – калориметрическая температура горения угля, °С;
C_i^г – теплоемкости i-того компонента продуктов горения топлива, кДж/(кг град);
g_i^г – количество i-того компонента продуктов горения топлива, кг;
– физическое тепло кислорода на процесс, кДж;
q_уг^физ – физическое тепло угля, кДж.