автореферат диссертации по металлургии, 05.16.02, диссертация на тему:Разработка и внедрение ресурсосберегающих технологий выплавки ферросиликоалюминия и ферробора углеродотермическим способом в рудовосстановительных электропечах

I м г. .и г!

Министерство образования Украины

ГОСУДАРСТВЕННАЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ АКАДЕМИЯ УКРАИНЫ

ОД

>!! 'П''" На правах рукописи

КИСЕЛЬГОФ Олег Лазаревич

РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИКОАЛЮМИНИЯ И ФЕРРОБОРА УГЛЕРОДОТЕРМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ В РУДОВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Специальность 05.16.02 - металлургия черных

металлов

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Днепропетровск 1996 г.

Диссертацией является рукопись

Работа выполнена на ОАО "Запорожский абразивный комбинат" Минмашпрома Украины и кафедре электрометаллургии Государственной металлургической академии Украины Минобразования Украины.

Научный руководитель академик НАН Украины, доктор технических наук, профессор

М.И.Гасик

Научный консультант академик ИАН Украины, доктор технических наук

Официальные оппоненты:

Доктор технических наук, профессор Кандидат технических наук

А.Н.Порада

В.В.Лунев В.М.Катунин

Ведущее предприятие - ОАО "Запорожский завод ферросплавов" Минпрома Украины

Защита состоится 1996 г. В 12-

30 на заседании специализированного ученого совета (шифр К.03.11.03, специальность - "Металлургия черных металлов") при Государственной металлургической академии Украины по адресу: 320635, г. Днепропетровск, ГСП, пр. Гагарина, 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГМетАУ. ~ . , _ л

Автореферат разослан , С( <А_ 1996 г.

Ученый секретарь специалширо-ваного ученого совета, каэдидат тщ щие-ских наук, доцент

Ю.С. Паниотов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Важнейшими задачами экономики Украины, черной металлургии, ее составных подотраслей - ферросплавной промышленности и сталеплавильного производства - является решение проблем минерально-сырьевого и энергетического сбережения при производстве и использовании раскислителей и легирующих. Электропечные мощности ферросплавных заводов Украины (НЗФ, ЗФЗ, СтахФЗ) составляют ~ 45 % всех 10 ферросплавных заводов бывшего СССР (ныне стран СНГ: России, Украины, Казахстана и Грузии). Однако видовой состав ферросплавов заводов Украины складывался на основе только двух элементов - марганца и кремния, Все остальные виды ферросплавов на базе более 15 элементов (в т. ч. Сг, Мо, В, Т1, Ъх, № и др.) поставлялись на Украину из России и Казахстана, хотя на территории нашего государства имеются разрабатываемые месторождения полиметаллических руд (Тх, 2,г), а также разведанные рудные месторождения хрома (Среднее Побужье). В аспекте изложенного актуальной задачей является разработка и внедрение в производство на действующих предприятиях, независимо от их ведомственной принадлежности, технологии выплавки отдельных видов ферросплавов и прежде всего на основе побочных материалов основных электротермических и др. производств.

Целью настоящей работы является разработка, научное обоснование и внедрение в производство ресурсо- и энергосберегающих технологий выплавки качественно новых видов ферросплавов - ферросиликоалюминия (ФСА), 15%-ного гранулированного ферросилиция и высокопроцентного фер-робора (ФВ) (20-25% В) на основе попутных продуктов, образующихся в электротермическом производстве абразивного электрокорунда, карбида кремния, карбида бора в условиях ОАО "Запоролсский абразивный комбинат" (ОАО ЗАК).

Научная новизна. Получены новые данные об особенностях электрометаллургических процессов получения ФСА и ФБ при углеродотермическом способе выплавки методом плавки "на выпуск". Научно обоснованы составы ФСА и ФБ, разработаны и введены в действие технические условия на их производство. Обобщены литературные данные по термодинамике реакций восстановления А1 и из их оксидов при наличии металлической фазы. Произведена термодинамическая оценка реакций получения ФБ при использовании в шихте утилизированной Н3ВО3 некондиционных фракций карбида бора (В4С). Произведены минералогические и рентгенографические исследования фазового состава ФСА и ФБ.

Исследован режим утилизации уловленных пылей при выплавке электрокорунда и ферробора. Выявлены особенности поведения ФБ и ФСА при раскислении и микролегировании ряда марок стали в условиях кислородно-конвертерных цехов меткомбината "Криворожсталь".

Практическая значимость. На основании выполненных теоретических и экспериментальных исследований и результатов опытно-промышленных работ созданы и внедрены в производство следующие технологии выплавки в дуговых электропечах "на выпуск" новых ферросплавов:

♦ технология выплавки ФСА с использованием в качестве шихтовых компонентов "сростков" электрокорунда и низкокремнистого ферросплава - попутного продукта передела слитков абразивного электрокорунда, а также вторичных материалов электротермического производства карбида кремния;

♦ технология выплавки 15 %-ного ферросилиция в дуговой электропечи ДСП-1,5 с применением попутного ферросплава производства абразивного электрокорунда;

♦ технология выплавки высокопроцентного ферробора (20-25% В) углеродотермическим способом в дуговой

электропечи мощностью 2000 кВ\А плавкой "на выпуск" с использованием вторичных борсодержащих материалов производства товарного карбида бора;

♦ разработаны и введены в промышленное производство технические условия на ФСА с обычным содержанием титана (до 3 %) и повышенным (7-12% И), а также ТУ на ФБ (от 10 до 20 % В);

♦ испытано качество ФСА и ФБ при выплавке ряда марок стали в условиях кислородно-конверторных цехов меткомбината "Криворожсталь";

♦ разработана технология, проведены крупнолабораторные опыты и промышленные плавки электрокорунда с подшихтовкой окускованой бокситной пыли, образующейся при агломерации боксита и выплавке абразивного электрокорунда.

Экономический эффект от внедрения производства ферробора на ОАО ЗАК составил 2,12 млрд.крб; затраты на микролегирование стали у потребителя снизились в 1,5 раза.

Достоверность полученных в диссертации результатов, подтверждается соответствием термодинамических расчетов данным крупно-лабораторных исследований и показателям промышленного освоения технологий выплавки ФСА и ФБ, а высокое качество этих сплавов - успешным промыш-

ленным применением их для раскисления и микролегирования кислородно-конвертерной и электропечной стали.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международных конференциях:"Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных и черных металлов и неорганичесикх материалов Украины" (г.Днепропетровск, 1994 г), "Теория и практика электротермических ферросплавов" (г.Никополь, 1996 г), на научном семинаре кафедры электрометаллургии ГМетАУ, научно-технических советах ОАО ЗАК. По теме диссертации опубликовано 8 статей в журналах "Сталь", "Известия вузов.ЧМ", Бюллетень ЦНИИ и ТЭИ ЧМ",12 тезисов докладов на указанных выше конференциях, а также получено 1 авторское свидетельство.

Структура и объем. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на машинописного текста, содержит рис. и таблиц. Библиография насчитывает 113 наименований литературных источников.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ.

Во введении обоснована актуальность темы, изложены цель и задачи исследования, представлены результаты, вынесенные на защиту, и перечень опубликованных работ по теме диссертации.

ГЛАВА 1. РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИКОАЛЮМИНИЯ УГЛЕРОДО-ТЕРМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ В ДУГОВЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Обобщены и проанализированы данные о требованиях сталеплавильного производства к качеству ФСА. Разработаны ТУ на ФСА с различным содержанием титана до 3 % (табл. 1), и от 7% до 12 % (табл. 2)

Обоснована полезность титана в составе ФСА в аспекте стабилизации структуры против рассыпания сплава, а также использования шихтовых материалов для его выплавки. В качестве основного шихтового компонента для выплавки ФСА обосновано выбраны "сростки" - побочный продукт переработки слитков абразивного атектрокорунда, состоящие до 60% из А1оОз и 40 % попутного кремнистого ферросплава (10-12 % 81). Составлены материальный и тепловой балансы плавки электрокорунда в электропечах мощностью 10,5 МВ'А (плавка "на выпуск"). Установлено, что на 1 т электрокорунда образуется от 340 до 360 кг попутного ферросплава и 5-6 % "сростков".

Для получения титанистого электрокорунда (4-6 % ТЮ2)

Таблица 1

Требования ТУ 3-05-002222226-49-93 к химическому составу карботермического феросиликоалюминия

Марка Массовая доля элементов, %

А1 Т1 С Б р

не более

ФСА 10 8-11,9 7-11 3,5 4,0 0,06 од

ФСА 15 12-16,9 7-10 3,5 4,0 0,06 од

ФСА 20 17-21,9 6-10 3,5 4,0 0,06 од

ФСА 23 22-24 5-9 3,5 4,0 0,06 од

Таблица 2

Требования ТУ 3-05-022222-51-93 к химическому составу карботермического ферросиликоалюминия с повышением содержания титана

Марка Массовая доля элементов, %

А1 Т1 С Б р

не более

ФСА ЮТ 8-12 7-11 7-12 4,0 0,06 од

ФСА 15Т 12-17 7-10 7-12 4,0 0,06 од

ФСА 2 ОТ 17-22 6-10 7-12 4,0 0,06 од

ФСА 23Т 22-24 5-9 7-12 4,0 0,06 од

проведены плавки в печи 10,5 МВ.А с использованием иль-менитовых концентратов ВГМК. Показано, что 48 % валового содержания ТЮо в электрокорунде входит в твердый раствор (а - А^Оз), 52% - в другие примесные минералы. Получена аналитическая зависимость концентрации Т1гОз в твердом растворе альфа-корунда от содержания ТЮ2 в электрокорунде, имеющая вид (%Т1203) = 0,27 - 0,45 (% ТЮ2).Получены и испытаны шлифматериалы и абразивные кругииз титанисто-

го электрокорунда на Луганском заводе автомобильных клапанов, Минском ГПЗ 11, АвтоЗиле, Нижненовгородском автомобильном заводе. Стойкость абразивных инструментов и удельная производительность шлифкругов из титанистого электрокорунда оказались в 1,3-2 раза выше в сравнении с шлифкругами серийного производства. Повышенное содержание ТЮ2 в "сростках" позволяет получить ФСА с массовой долей Ti от 7 до 12 %. Обобщены термодинамические данные по восстановлению AI0O3 углеродом в присутствии кремнистого ферросплава (10-12 % Si). Взаимодействие АЬ>03 с углеродом сопровождается образованием промежуточных соединений оксикарбидов AI4O4C и AloOC и карбида алюминия AI4C3 . Сравнение термодинамических данных для реакций

А120зт + ЗСт =2 А1ж + ЗСО,

ДОт = 1344110 - 581,2 Т, Дж/моль,

2А120зт + 9СТ = A14C3T + 6СО,

AGT° = 2481320 - 1120,738 Т, Дж/моль,

свидетельствует о более низкой температуре начала восстановления А1203 до карбида, чем до чистого алюминия (2214 К и 2313 К соответственно). В присутствии кремнистого ферросплава восстанавливаемый алюминий растворяется в расплаве системы Fe - Si

2А120ЗТ + ЗС + [Fe - Si]->2 [Al][Fe. Si] + ЗСО,

что снижает активность алюминия и соответственно температуру начала реакции.

В дуговой электропечи мощностью 2000 к В-А освоено производство ФСА плавкой "на выпуск". Полученный сплав имел следующий химсостав:

11% А1, 6,9 % Si, 4,5 % Ti, 3,5 % С, 0,05 % Р, 0,01% S, ост. Fe, и соответствовал разработанным в настоящей работе ТУ-3-05-00222226-49-93 (табл.1). Партия ФСА массой 4,85 т успешно испытана при выплавке стали в кислородно-конвертерном цехе меткомбината "Криворожсталь".

ГЛАВА 2. ПРОМЫШЛЕННОЕ ИСПЫТАНИЕ ФЕРРОСИЛИКОАЛЮ-МИНИЯ ПРИ ВЫПЛАВКЕ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТЕРНОЙ СТАЛИ

Работами А.М.Самарина, Н.Н.Доброхотова, И.С.Куликова, С.И.Хитрика, Н.М.Чуйко, Ю.А.Шульте, В.И.Баптизманского и др. показано, что применение комплексных раскислителей повышает степень раскисления стали. По С.И.Куликову (Раскисление металлов.

М: Металургия, 1975-504с.)наличие кремния в стали существенно усиливает раскислительную способность алюминия. Аналитически эта связь имеет вид ^ [0] = -20684/Т + 6,593 - 0,4 ^ [А1] - 0,2 [в!] + 0,037[в1] + [А1]ехр(48300/Т - 25,48)

Испытания ФСА проводили в кислородно-конвертерном цехе меткомбината "Криворозксталь"при ковшем раскислении стали марок:

10 (0,03-0,15% С), 20 (0,06-0,22% С), Св08Г1НМА (0,012-0,043% С) при 1610-1650°С. Сплав ФСА в кусках - 50 мм вводили в ковш при наполнении его металлом на 1/3 - 1/2 высоты. Усвоение алюминия достигало 27-33% (табл.3). Исследовательский контроль металлопроката подтвердил хорошую раскисленность стали, высокое качество его поверхности. При прочих равных условиях достигнуто снижение расхода алюминия в 1,3-2 раза. Применение фракционированного ФСА позволило механизировать ввод раскислителя в жидкий металл в ковше.

Таблица 3.

Удельный расход ферросиликоалюминия, содержание алюминия в стали и его усвоение

Содержание углерода в стали перед сливом в ковш, % Расход ферросиликоалюминия, кг/т Содержание алюминия в стали, % Усвоение алюминия, %

0,03-0,05 3,0-4.0 5,0-5,5 0,007-0,017 0,015-0,020 17 - 39 27 - 33

0,07-0,09 1,8-2,5 4,0 0,005-0,009 0,009-0,019 25 - 33 20 - 33

0,11-0,15 4,0 0,009-0,011 20 - 25

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ОПЫТНО - ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИИ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ТОНКОДИСПЕРСНОГО 15-% -НОГО ФЕРРОСИЛИЦИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КРЕМНИСТОГО ФЕРРОСПЛАВА - ПОПУТНОГО ПРОДУКТА ПРОИЗВОДСТВА АБРАЗИВНОГО ЭЛЕКТРОКОРУНДА

Тонкодисперсный 15 %-ный ферросилиций (фракция - 40 мкм) применяется как утяжелитель водных суспензий при обогащении полезных ископаемых. В рабо-

те проанализированы литературные данные о выплавке этого сплава и методах его диспергирования.

В условиях ЗФЗ в печи ДСП-1,5 с кислой футеровкой получен ферросилиций: с использованием в шихте до 88% попутного кремнистого ферросплава и ферросплава ФС20. Диспергирование расплава производили путем распыления струи металла сжатым воздухом (20 атм) с последующим охлаждением частиц в проточной воде. Дисперсный порошок имел состав: 14.5 % 81, 0,8 % С, 0,14 % Р, 1,0 % Т1, 0,2 % А1, и 0,01 % Б. Полученный порошок испытан как инокулятор для повышения качества чугунных отливок и подтверждена возможность его использования и в литейном производстве.

Институтом "Гипросталь" (г. Харьков) выполнены техно-экономические расчеты, в которых показана целесообразность реконструкции участка цеха №2 ОАО ЗАК с установкой печи ДСП-3,0 и соответствующего оборудования для производства тонкодисперсного ферросилиция на базе попутного кремнистого ферросплава.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА И ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ КОМ-НЛЕКСНОЙ ТЕХНОЛОГИИ ВЫПЛАВКИ ВЫСОКОПРОЦЕНТНОГО ФЕРРОБОРА УГЛЕРОДОТЕРМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ

Традиционным способом получения ферробора для черной металлургии является алюминотермия. В России в 1994 г этим способом произведено 567 т ферробора (в пересчете на базовое содержание бора 5 % )Одним из положительных качеств алюмотермическо-го ферробора отмечают низкое содержание углерода. Однако ферробор используется также и для микролегирования стали крупнотонажного производства с 0,1 -0,25%С и 0,002-0,005 % В.

В работе обоснована целесообразность выплавки и применения карботермического ферробора с 20-25 % В и 0,3-0,5 % С с использованием вторичных материалов от выплавки товарного карбида бора (возгоны борной кислоты, мелкие фракции карбида бора и др. (см. рис.1). В связи с этим проанализированы фазовый состав сплавов системы Ре - В (рис.2) термодинамические условия выплавки ферробора (боридов железа Ре2В 8,8 % В, ГеВ 16,2 % В) при использовании двух групп шихт: 1) В203 (Н3В03) + Ре304 ( окалина) -I- С (коксик) ; 2) В4С + Ре304 + С. Выполнен термодинамический анализ реакций получения Ге2В и ЁеВ из шихты первой группы:

Фракция от <20 до > 0,4 мм

Сходы вентпыли на плавку РеВ

Фракция от <5 до > 0,3 мм товарная получение шлифпорошков

Шлифгюрошки N16-3, товарные, получение микропорошков

Стадия получение шлифпорошков

Стадия получение микропорошков

Фракция < 0,4 мм возвратная на плавку карбида бора

Фракция < 0,63 мкм товарная, плавка РеВ

Фракция <0,3 мм товарная

Сходы, вентпыль, шламы, плавка РеВ

Микропорошки М40-М1,товарные

Вентпыль, сходы, шламы, плавка РеВ

Рис.1. Схема переработки карбида бора с получением товарного зерна и возвратных материалов для выплавки высокопроцентного ферробора

г; и

2300, 21004 1900| 1700^ 1500^\ 1300, 1100900-3?

700 =

I I I I ! I И| I II I

ФБ10 ФБ20

8,83%В

16,23% В

16§0 °С

ТУ 3 - 05 - 00222226 - 40 - 93

10 20 30 40 50

В, масс%

; ......1ТГГПТ1ТТГГТТТЛТТТТ7ТРТП

60 10 80 90 ЮС

Рис.2. Диаграмма состояния системы железо-бор с указанием интервала содержания бора, соответствующего составу промышленного ферробора

+ С, ат%

с О 1,0

2800

30

30

40

тт^гптгт гттгтттт|тгттгптптгпт;ттт ггптугп т гттт рттшттггт'гтттртгптп-п

2450 С

ВЛС

ТОГ

~~5Т~

23754'

В4С -г ОгарМие

1000%,

О 5 10 15 20 25 30 35 40

тТТТТТТТТТТГГГ1ТТГП-ПТТТТПТГТГП I I I I I 1'ГТТТТТТТТТГГГГГГГ

С, масс%

Рис.3. Диаграмма состояния системы бор-углерод; интервал гомогенности карбидной фазы В^С от 10 до 21,6 мас% С

1/2 В20з + 2/3 Ге304 + 25/6 С = Ке2В + 25/6 СО, (А)

Д 0Т° (А) = 892729 - 730,124 Т, Дж/моль, 1/2 В203 + 1/8 Ре304 + 17/6 С = Ре В 17/6 СО, (Б) Л От° (Б) - 631468 - 502,150 Т, Дж/моль, Теоретические температуры начала этих реакций при АОт° = 0 соответственно равны (1223К и 1258К). При использовании в шихту материалов второй группы В4С + Ре304 + С с соответствующей стехиометрией химизм процесса можно описать реакциями:

1/4 В4С + 2/3 Ре304 + 29/12 С = Ре2В + 8/3 СО, (В)

А Ст° (В) = 437274 - 464,054 Т, Дж/моль 1/4 В4С + 1/3 Ре304 + 13/12 С = Ре2В + 4/3 СО, (Г) АОт°(Г) = 176013 - 236,08 Т, Дж/моль. В проведенных термодинамических расчетах принято, что карбид бора имеет стехиометрический состав В4С, хотя, как следует из нового варианта диаграммы состояния системы В-С (рис.3), карбид бора имеет широкий интервал гомогенности от 10 до 21,6 мас%С.

Это обстоятельство требовало учета содержания углерода при разработке рационального состава шихты для выплавки ферробора.

В работе проведены обширные исследования влияния различных методов плавок "на блок" и "на выпуск" ферробора в крупнолабораторной дуговой электропечи мощностью 150 кВ'А с угольной футеровкой.

На основании данных этих экспериментов разработаны рациональные составы шихтовок для выплавки ферробора в промышленной дуговой печи мощностью 2000 кВ*А с угольной футеровкой. Результаты плавок методом "на выпуск" обобщены в табл.4, а микроструктура ферробора приведена на рис.4

Полученный ферробор содержал 21,6-24,9 % В, 0,3 -0,8 % С, 0,1 - 0,2 % 81, 0,3 - 0,7 % А1, 0,003 - 0,004 % в, 0,012 - 0,018 % Р. Разработаны ТУ-3-05-00222226-40-93 на ферробор карботермический с содержанием от 10% до20% В (см.табл. 5)

борид железа

карбид бора В.С

фаза боридной эвтектики

Рис.4. Микроструктура ферробора промышленной плавки "на блок",увел. 100х

Таблица 4

Технико-экономические показатели выплавки ферробора одной из промышленных компаний в печи 2000 кВ-А "на

выпуск"

Показатели Численные значения Показатели Численные значения

Количество плавок,шт 11 железной стружки 2955

Длительность кампании, ч 38,4 Электроэнергии, кВт-ч 31920

Средняя длительность плавки, ч 3,49 Получено ферробора, кг 8150

Израсходовано, кг: Отсортировано ферробора, кг 7200

фракции В4С минус 63 мкм 1950 Средняя масса слитка ферробора, кг:

шламов карбида бора 280 Выплавленного 740

ферробора некондиционного 1125 ОгсортироБанного 655

отходов карбида бора 1340 Прсизводиельносгь печи, кг ФБ/ч 213

железной окалины 4335 Расход эл.энергии на 1 т. ФВ, кВ-ч 4420

Таблица 5

Требования ТУ 3-05-00222226-40-93 к химическому составу карботермического ферробора

Наименование показателей Норма для марок

ФБ10 ФБ20

Массовая доля бора, % не менее 10 20

Массовая доля кремния, % не более 2 2

Массовая доля алюминия, % не более 3 3

Массовая доля углерода, % не более 6 6

Массовая доля серы, % не более 0,02 0,02

Массовая доля фосфора, % не более 0,03 0,03

Массовая доля меди, % не более 0,1 0,1

ГЛАВА 5. ПРОМЫШЛЕННОЕ ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ МИКРОЛЕГИРОВАНИЯ КИСЛОРОДНО-КОНВЕРТОРНОЙ СТАЛИ УГЛЕ-РОДОТЕРМИЧЕСКИМ ФЕРРОБОРОМ

Термодинамический анализ реакций взаимодействия различных элементов - раскистлителей показывает, что рас-кислительная способность А1, Т1, и (при их содержании в стали 0,01-0,1 %) выше, чем бора. Поэтому присадка ферробора в жидкую сталь должна производиться в хорошо раскисленный металл. Выявлено также, что эффект микролегирования жидкой стали бором с целью повышения ее прока-ливаемости тем выше, чем меньше в стали растворенного азота, посколько последний активно взаимодействует с бором по реакции:

[В](1%-„ый раствор в К;;) + ¡Х1=[ВЫ],

Двт0 = -219419 + 73,36 Т, Дж/моль.

Освоение технологии микролегирования жидкой стали проводили в условиях кислородно-конвертерных цехов меткомбината "Криворожсталь". Партии ферробора имели химсостав: 20-22%В, 0,3-0,8% С, 0,1-0,2% 0.3-0.7% А1, 0.003-0.004% 8 и 0,012-0,018% Р. Опыты проводили на плавках стали в конвертерах 50 т и 160 т. Марочный состав сталей и режимы микролегирования были следующими: кипящая (группа 1), спокойная кремниевомарганцевая без присадки А1 (группа 2) и спокойная кремниевомарганцевая с присадкой А1 (группа 3) (см. таблицу 3). Ферробор в кусках крупностью 50 мм в количестве 0,12-0,13 кг/т стали приса-

живали в ковш при наполнении на 1/3 его высоты, сразу после ввода силикомарганца, ферромарганца, ферросилиция и алюминия. Сталь разливали сифоном в уширенные книзу изложницы на слитки массой 8,7 т и 12,5 т. Установлено (см.табл.З), что усвоение бора из карботермического ферробо-ра существенно повышается при предварительном раскислении стали алюминием. Ферробор был испытан также при выплавке электростали Х18Н10Т (4 плавки). Его присаживали в ковш из расчета 2,8 кг/т стали (при 33,9 %В) и 4,4 кг на 1 т стали (при 21,5 % В). Остаточное содержание бора в стали составило 0,0022 %, усвоение 94,6%.

Таким образом, карботермический высокопроцентный ферробор может эффектно применяться при выплавке кислородно-конвертерного металла и электростали.

Таблица 6

Технологические параметры и усвоение бора при микролегировании стали ферробором

Груп -па стали Содержание С в стали перед выпуском, % Температу ра металла перед выпуском, % Расход ферро-бора (20% В), кг/т Содержание в ковшевой пробе, % Усвоение бора, %

алюминия бора

1 0,10-0,18 1625-1630 0,12-0,18 - 0,00150,0027 21-47

2 0,10-0,25 1600-1620 0,18-0,33 - 0,0030,006 55-76

3 0,05-0,24 1610-1620 0,22-0,26 0,100,02 0,6040,006 68-77

ГЛАВА 6. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕКТРОТЕРМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА В УСЛОВИЯХ ОАО ЗАК, ИССЛЕДОВАНИЕ ПЫЛЕЙ, УЛОВЛЕННОЙ ГАЗООЧИСТКАМИ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИХ УТИЛИЗАЦИИ В ПРОИЗВОДСТВЕ БОКСИТОВОГО АГЛОМЕРАТА И ПРИ ВЫПЛАВКЕ ЭЛЕКТРОКОРУНДА

Электротермическое производство ОАО ЗАК является многопрофильным. На комбинате производится бокситовый агломерат, выплавляется нормальный электрокорунд, карбид

бора, производится карбид кремния, нитрид бора и с внедр« нием результатов настоящей работы - ферросиликоалюминий и ферробор.

Бокситовый агломерат спекается в аглоцехе (агломашина с площадью аглоленты 50 м-). Установлено, что газоочистное оборудование аглоцеха позволяет улавливать пыль боксита в следующих объемах: на стадии дробления боксита - 7-8 т/сут, при спекании боксита 8-9 т/сут, в отделении возврата агломерата 5-6 т/сут. Побочные материалы образуются также в производстве карбида кремния, плавки электрокорунда и карбида бора. При работе двух электропечей цеха 2 при плавке электрокорунда электрофильтрами улавливается до 7 т пыли в сутки.

По химсоставу уловленные пыли близки к перерабатываемым кусковым шихтовым материалам. Поэтому решение задачи использования пылей в основных производствах является весьма важной и в экономическом аспекте. Основная трудность использования пылей заключается в исключительно дисперсном их грансоставе ; пыль аглоцеха содержит 75-78% фракции 40-0 мкм, в пыли плавки электрокорунда этой фракции до 17%. В исследовании пыль электроплавки использовали в аглошихту для получения бокситового агломерата. Установлены параметры агломерации шихты с различным количеством пыли. При содержании в шихте до 5 % пыли качество агломерата удовлетворительное. Более сложная задача утилизаций пыли аглоцеха. Широкомасштабные лабораторные опыты позволили установить, что наилучшие результаты были достигнуты при предварительном окатывании пыли с последующим использованием окатышей (размер до 10 мм) в аглошихту.

Исследована технология брикетирования пыли аглоцеха на вальцевом прессе. При вводе в шихту связующего (сульфидно-дрожжевой бражки) до 5 % прочность брикетов на раздавливание повышается в 2-3 раза. Без СДБ брикеты разрушаются при нагрузке 15-21 кг/брикет, а с добавкой 5 % СДБ - при 35-57 кг/брикет.

Пыль, уловленная электрофильтрами цеха плавки электрокорунда, используется в собственном производстве.

ВЫВОДЫ

Главный итог настоящей диссертационной работы состоит в том, что в ней получил решение ряд актуальных задач черной металлургии и абразивной промышленности Украины. В условиях социально-экономических преобразований на данном этапе реструктуирования металлургического про-

изводства и военно-промышленного комплекса в короткие сроки разработаны, научно обоснованы и внедрены в промышленность принципиально новые технологии выплавки комплексного раскислителя стали - ферросиликоалюминия с широким интервалом содержания титана, получения гранулированного ферросилиция (утяжелителя водных сред для обогащения полезных ископаемых, инокулятора для отливки чугунных деталей) и высокопроцентного ферробора многофункционального назначения - от использования его в качестве модификатора стали с целью повышения прокаливае-мости до применения его в специальных отраслях техники для биологической защиты от тепловых нейтронов.

При этом следует особо отметить, что разработанные технологии получения новых видов металлопродукции основаны на использовании в основном побочных продуктов электротермического производства электрокорунда, карбида бора (торговой марки тетрабора углерода) и карбида кремния в условиях ОАО "Запорожский абразивный комбинат". Успешное решение этой главной задачи стало возможным благодаря проведению лично автором настоящей работы, под его непосредственным руководством и с его участием органически связанных общими научными и технологическими разработками, включающими научно-исследовательские, опытно-конструкторские и проектные работы, а на завершающих этапах и освоение новых электротермических технологий в промышленныых условиях. Основные итоги выполненной законченной работы следующие.

1. Научно обоснована, разработана и освоена промышленная технология выплавки комплексного раскислителя плавкой "на выпуск" в дуговой электропечи мощностью 2000 кВ'А с углеродистой футеровкой и пользованием в качестве шихтовых компонентов "сростков" - передела слитков нормального электрокорунда (40-60% AI2O3 плюс 60-40% ферросплава: 9-12% Si; 1,5-2,5% Ti; 1,5-2,0% AI; 1,5-2,0% С), "сростков" передела продуктов плавки карбида кремния (66% SiC, 15% Si02, 15% С, 0,5% А1203, 0,3% СаО, 1,5% Fe^Oj) и углеродистого восстановителя алюминия.

2. Разработаны и утверждены технические условия на ферросиликоалюминий со сравнительно низким содержанием титана (до 3,5% Ti) ТУ-3-05-00222226-49-93 и повышенным количеством его (7-12% Ti) ТУ-3-05-00222226-51-93.

3. С учетом потребности черной металлургии, сталеплавильного производства в ферросиликоалюмишш с повышенным содержанием титана, абразивной (инструментальной) промышленности в высокогита-ниеггом электроруыде разработана и освоена технология выплавки в печи

мощностью 10,5 МВ*А высокотнтанистого нормального электро-рунда с использованием в шихту, наряду с бокситовым агломератом, ильменитового концентрата Вольногорского горнометаллургического комбината. Установлено, что абразивные инструменты (шлифкруги, шлифовальная лента) обладают более высокими абразивными свойствами, при этом необходимая концентрация Т^Оз в твердом растворе корунда может быть рассчитана по формуле (%Т1о03) = 0,27— 0,45% ТЮо. Восстановление ГП из "сростков" высокотитанистого электрокорунда обеспечивает получение ферросиликоалюминия с повышенным содержанием титана.

4. В уловиях конвертерных цехов меткомбината "Кривожсталь" проведено промышленное освоение использования ферросиликоалюминия для раскисления стали в ковшах вместимостью 50 и 160 т. Поставленная партия ферросиликоалюминия имела следующий химсостав (в маес%: 11 А1; 6,9 вг; 4,5 И; 3,5 С; 0,05 Р; 0,01 8; ост. Ее). Установлено, что применение ферросиликоалюминия для раскисления спокойнной стали марок 10, 20, Се - 08ГНМА и дорас-кисления кипящей стали Ст2 Кп в сравнении с использованием чушкового алюминия обеспечивает снижение расхода алюминия в 1,3-2 раза, стабилизирует степень раскисления металла и позволяет механизировать трудоемкую операцию ввода добавок раскислителей в ковш.

5. Разработана и промышленно освоена технология выплавки и гранулирования 15%-ного ферросилиция с использованием попутного ферросплава от выплавки нормального электрорунда. В условиях цеха ОАО "Запорожский завод ферросплавов" в печи емкостью 1,5 тс применением в шихте до 88,6% попутного ферросплава выплавлен, а затем програнулирован 15%-ый ферросилиций. Полученный утяжелитель (инокулятор) имел состав (в масс%): 14,5-14,7% 81, 1,0-1,4% "И, 0,2-0,3% А1, 0,8% С, 0,01% Б и 0,13% Р и по химическому и гранулометрическому составам соответствовал требованиям ТУ 14-5-120-79 на гранулированный 15%-ный ферросилиций.

6. Установлено, что 15%-ный ферросилиций наряду с использованием его как утяжелителя можно применять и как инокулятор, что подтверждено испытаниями при отливке деталей из чугуна в условиях завода "Большевик" (г.Киев) при научном сопровождении опытов научными сотрудниками ИПЛ НАН Украины (ныне ФТИМиС НАН Украины).

7. По выданным исходным данным институтом "Гипросталь" разработано технико-экономическое обоснование целесообразности реконструкции участка цеха N2 ОАО

"Запорожский абразивный комбинат" для организации выплавки и гранулирования 15%-ного ферросилиция с использованием попутного ферросплава и вторичных материалов ("сростков") карбидкремниевого производства.

8. Разработана, научно-обоснована и внедрена в промышленное производство технология выплавки в дуговой электропечи мощностью 2000 кВ*А с углеродистой футеровкой высокопроцентного ферробора (20-25% В) с содержанием

природных изотопов В (19%) и В (81%), что позволяет

использовать его не только для микролегирования стали, чу-гунов, но и в специальных отраслях техники для защиты от тепловых нейтронов. Выплавка ферробора ведется с использованием вторичных материалов, образующихся при получении карбида бора электротермическим способом. Разработаны и утверждены технические условия (ТУ 3-05-00222226-4093) в соответствии с которыми осуществлляется поставка ферробора потребителям. По ряду показателей (содержанию AI, Si, цветных металлов) получаемый ферробор имеет более высокое качество в сравнении с ферробором алюминотерми-ческого производства Новолипецкого металлургического комбината.

9. Произведена оценка металлургического качества высокопроцентного ферробора, при выплавке стали. Отработаны параметры технологии микролегирования конвертерной стали (мегкомбинат "Криворожсталь") высокопроцентным ферробором при научном контроле исследователей Института черной металлургии им.З.И.Некрасова HAH Украины. Проведены испытания ферробора при выплавке электростали на заводе "Днепроспецсталь". Установлено, что присадка ферробора микролегирующего ферросплава в предварительно раскисленную сталь сильным раскислителем (алюминиеем) обеспечивает высокое усвоение бора (до 70%) при стабильном его содержании в ней (0,0020-0,0025% В).

10. Определены пути, выполнены исследования и оценены возможности вовлечения в производство уловленных газоочистками пылей, образующихся при агломерации боксита, выплавке электрорунда, товарного карбида бора, что позволит улучшить экологическую обстановку и сберечь материальные и энергетические ресурсы.

11. Внедрение разработанной технологии производства ферробора обеспечило получение экономического эфекта в период освоения на ОАО ЗАК 2,12 млрд. крб; снижение затрат на микролегирование стали у потребителя в 1,5 раза. Освоенная в промышленных масштабах технология позволяет

удовлетворять потребность сталеплавильного производства в этом ферросплаве.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

1. Титов А.К., Руденко В.К., Порада А.Н., Кисельгоф О.Л. //Получениее кондиционного низкокремнистого ферросилиция из ферросплава электрокорундового производства/ /Известия вузов. Черная металлургия. - 1978, N10, -С.84-87.

2. Кисельгоф О.Л., Титов А.К., Продан В. А. //Исследование влияния концентрации триоксида дититана в твердом растворе корунда на экспллуатационные показатели абразивного инструмента//Проблемы металлургического производства. Киев: Техника, 1993, - выпуск 109, - С.93-94.

3. Кисельгоф О.Л., Петрунов B.C., Руденко В.К., Мики-тас Г.А. //Исследование процесса плавки нормального элек-трорунда, легированного оксидами титана//Проблемы металлургического производства. Киев: Техника, - 1993, - вып.109, - С.95-99.

4. Порада А.Н., Кисельгоф О.Л., Гасик М.И., Руденко В.К., Петрунов B.C. //Промышленное освоение технологии выплавки ферросиликоалюминия углеродовосстановительным методом в дуговых электропечах//Металлургическая и горнорудная промышленность. - 1994, - N3, С.42-44.

5. Кисельгоф О.Л., Порада А.Н., Гасик М.И., Руденко В.К. //Получение тонкодисперсного порошка 15%-ного ферросилиция с использованием попутного кремнистого ферросплава - продукта электроплавки абразивного электрорун-да//Металлургическая и горнорудная промышленность -1994, - N4. - С.43-44.

6. Порада А.Н., Кисельгоф О.Л., Куркин А.И. //Современная электротермическая технология производства нормального электрорунда в дуговых печах в условиях концерна "Запорожабразив"//Тезисы докладов международной научно-практическойй конференции "Современное состояние и перспективы развития электротермического производства цветных металлов, ферросплавов и других материалов", Днепропетровск, 1994 г, С.12-13.

7. Порада А.Н., Кисельгоф О.Л., Чиркин Г.В., Грабовой А.И., Сокульский Г.П. //Эксплуатационные характеристики системы рукавных фильтров для улавливания и очистки пылега-зовых образований при выплавке карбида бора и ферробора в дуговых электропечах//Там же. - С.54-55.

8. Гасик М.И., Порада А.Н., Кисельгоф О.Л., Чиркин Г.В., Руденко В.К., Петрунов B.C. //Разработка и промышленное освоение технологии выплавки высокопроцентного

ферробора карботермическим процессом.//Сталь. - 1995 - N -С.31-34.

9. Порада А.Н., Кисельгоф O.JL, Гасик М.И., Бигеев А.А., Сокульский Г.П., Руденко В.К. //Электротермическая технология производства карбида крем-ния//Металлургическая и горнорудная промышленность. -1995. - N4 - С.18-21.

10. Вихлещук В.А., Поляков В.А., Омесь Н.М., Порада А.Н., Кисельгоф O.JL, Гасик М.И.//Промьппленное освоение технологии микролегирования конвертерной стали высокопроцентным ферробором карботермического способа выплавка/Бюллетень ЦНИИИиТЭП ЧМ. - 1995. - N5. - С.16-19.

11. А.С. СССР 657052, кл. С 09 К 3/14. Шихта для получения электрорунда//Карлин В.В., Лебедев В.А., Хиж-няк Н.П., Качарава Д.Д., Зетлер Я.И., Порада А.Н., Малышев В.И., Кисельгоф О.Л., Ковальчук Ю.М., Полонский С.М. Заявлено 14.04.77. Опубликовано 15.04.79., Бюллетень N14.

O.L.KISELGOF. ELABORATION AND INTRODUCTION OF THE

RESOURCE-SAVING TECHNOLOGY OF SMELTING FERROSILICO ALU MINIUM AND FERROBORON BY THE CARBOTHERMAL METHOD IN THE ORE-REDUCING ELECTROOVENS.

Engineer Kiselgof's O.L. dissertation for a doctor's degree, specialization 05.16.02 - Metallurgy of Black Metals, State Metallurgical Academy of Ukraine, Dnepropetrovsk.

Engineer Kiselgof's O.L. dissertation and one author's certificate which containe the results of theooretical analysis, laborratory ressearches of the industrial elaboration and introduction of the resource-saving technology of smelting new types of ferroalloys-ferrosilicoaluminium (FSA) and ferroborron (FB) by the carbothermal method in the ore-reducing electro-ovens on the base of secondary materials (regular brown aluminium oxide, silicon carbide and boron carbide) at the Joint Stock Society "Zaporozsky Abrasivny Kombinat" is defending.

The technical conditions for FSA and FB are elaborated and put into operation.

The Introduction of the elaborated technologies made it possible to produce new ferroalloys - FSA and FB (20%) - in Ukraine and CIS. The widescaled tests of this ferroalloys in the time of smelting the oxigen cjnverter steel and electrosteel confirm their high quality and economic effectiveness of utilization of the gas purified dusts are determined in the main electrothermal productions at the JSS "Zaporozhsky Abrasivny Kombinat".

КИСЕЛЬГОФ ОЛ. РАЗРАБОТКА И ВНЕДРЕНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ВЫПЛАВКИ ФЕРРОСИЛИКОАЛЮМИ-ИИЯ И ФЕРРОЮРА УГЛЕРОДОТЕРМИЧЕСКИМ СПОСОБОМ В РУДОЮС-СГАНОВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОПЕЧАХ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.16.02. - металлургия черных металловв, Государственная металлургическая академия Украины, г.Днепропетровск.

Защищается научная работа и одно авторское свидетельство, которые содержат результаты теоретического анализа, крупно-лабораторных исследований, промышленного освоения и внедрения ресурсосберегающих технологий выплавки новых видов ферросплавов - ферросиликоалгоминия (ФСА) и ферробора (ФБ) в дуговых электропечах на основе вторичных материалов электротермических производств (нормального электрорунда, карбида кремния и карбида бора) на ОАО "Запорожский абразивный комбинат".

Разработаны и введены в действие технические условия на ФСА и ФБ.

Установлено, что внедрение разработанных технологий позволило производить ранее невыплавлявшиеся в Украине и СНГ ферросплавы - ФСА и ФБ (20% В). Широкомасштабные испытания этих ферросплавов при выплавке кислородно-конвертерной стали и электростали подтвердили высокое их качество и экономическую эффективность выплавки ферросплавов и использование их в сталеплавильной промышленности. Определены основные направления и эффективность утилизации уловленных газоочисткой пылей основных электротермических производств ОАО "Запорожский абразивный комбинат".

Кючевые слова: электротермия рудовосстанови-тельных процессов, бокситовый агломерат, нормальный электрокорунд, карбид кремния, карбид бора, ферросили-коалюлиний, ферробор, экология электротермического производства, ресурсосбережение.

Подписано к печати 16.04.96 г. Формат 60 х 84/116. Тираж 100 экз. Объем 24 печ. л. Заказ N 564. Выполнено на полиграфическом оборудовании "ЭТТА-ПРЕСС". Набор и верстка - "ЭТТА-ПРЕСС".