Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПЕРЕПЛАВА БРИКЕТОВ ЭКСТРУЗИОННЫХ (БРЭКС-ОВ), СОДЕРЖАЩИХ ОКСИДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И ТВЕРДЫЙ УГЛЕРОД, В ИНДУКЦИОННОЙ ТИГЕЛЬНОЙ ПЕЧИ

Изобретение относится к металлургии, в частности к способам переплава брикетов из железорудного сырья и твердого углерода, и может быть использовано при выплавке чугуна и стали в индукционных тигельных печах.

Известно техническое решение, в котором в шихту добавляли оксидные брикеты, содержащих окалину, пыль аспирации, мелкий кокс, электродный бой, бой графитовых блоков, и переплавляли их в промышленных электродуговых и индукционных печах вместимостью 0,5-150 тонн (Гоник И.Л., Лемякин В.П., Новицкий Н.А. Особенности применения брикетируемых железосодержащих отходов, Металлург, №6, 2011). В результате получали сталь, практически не отличающуюся от стали, выплавляемой без брикетов. Недостатки способа: малое количество брикетов в шихте, малая доля железа, вносимого брикетами; наличие «холодного» неактивного шлака, большое количество шлака.

Отдельные недостатки устраняются в другом известном техническом решении, которым является переплав железоуглеродсодержащих брикетов в индукционной печи (Патент США №2007/0157761 А1, 12.07.2007). Брикеты из железорудной мелочи и восстановителя добавляют в шихту индукционной печи для выплавки чугуна. Доля брикетов в шихте такой печи существенно выше, чем в предыдущем техническом решении.

Недостатком данного технического решения является необходимость наведения «жидкого болота» и связанный с этим повышенный удельный расход электроэнергии; слабое перемешивание ванны; значительный пылевынос.

В наших исследованиях с целью использования физического тепла ванны для восстановления железа окалины брикетов, последние вводили в жидкое металлическое «болото». Это позволило получать сталь заданного состава. Однако индуктор использовался лишь для разогрева жидкого металла и его перемешивания, что резко ограничивает долю брикетов в шихте и ванне. Коэффициент использования мощности составлял лишь 20-40%.

Технической задачей изобретения является устранение указанных недостатков известных технических решений-аналогов и обеспечение высоких металлургических и энергетических показателей процесса переплава брикетов различного состава в индукционной тигельной печи.

Решение данной технической задачи достигается тем, что в индукционной тигельной печи расплавление электропроводной шихты на дне тигля осуществляют энергией дуги с последующим включением индуктора и добавлением брикетов порциями с образованием защитного слоя шихты между дугой и стенкой тигля со снижением мощности разряда по мере восстановительной металлизации брикета твердым углеродом и образования горячего активного шлака. Доля брикетов может достигать 90% от массы шихты, а сами брикеты должны быть изготовлены методом жесткой экструзии (брикет экструзии - БРЭКС), с тем чтобы восстановление оксидов железа проходило в нем по мере повышения его температуры.

Решение указанной технической задачи достигается также тем, что размеры брэксов увеличивают или уменьшают путем увеличения или уменьшения площади отверстий в фильере.

Решение указанной технической задачи достигается дополнительно тем, что сначала зажигают дополнительный источник нагрева - дугу (переменного, постоянного тока с графитированного электрода и плазматрона) на электропроводную шихту, расположенную на дне тигля (или остаток стали от предыдущей плавки), после расплавления которой порциями загружают вокруг электрода брикеты и включают индуктор. Слой брэксов защищает стенки тигля от излучения дуги, а железо брэксов восстанавливается твердым углеродом. По мере достижения температуры брэксов 1200°С и появления 1/3 садки жидкой ванны мощность дуги снижают.

Дополнительное решение данной технической задачи достигается тем, что энергией дуги формируется активный горячий шлак, что позволяет осуществлять рафинирование чугуна/стали от серы, газов и неметаллических включений.

Сущность изобретения заключается в следующем. Промышленную индукционную тигельную печь оснащают устройством, обеспечивающим горение электрической дуги между графитированным электродом и шихтой. На дно тигля загружают электропроводную шихту (лом, остаток стали от предыдущей плавки) и зажигают дугу. После расплавления стартовой металлической ванны (примерно 2% от массы садки) устанавливают длину дуги и ее мощность такой величины, чтобы загружаемые неэлектропроводные брикеты не обрывали разряд и образовывали защитный слой между стенкой тигля и дугой. По мере прогрева брэксов излучением и теплопроводностью от дуги и теплом отходящих газов развиваются процессы их восстановительной металлизации, после чего включают индуктор. В образовавшемся металлическом «каркасе» брэкса начинают выделяться токи внутренних источников от поля индуктора. Одновременно «каркас» брэкса нагревается за счет прохождения через него электрического тока силовой цепи дуги. Над жидкой металлической ванной образуется горячий активный шлак с более высокой температурой, чем температура металлической ванны, что способствует ускорению расплавления и рафинированию расплава от серы, газов и неметаллических включений. С этого момента снижают мощность дуги, а мощность индуктора увеличивают, что интенсифицирует процессы перемешивания, затягивания в ванну брэксов шихты и их расплавление.

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.

Пример 1. (Steele R.B., Bizhanov A. Stiff Extrusion Agglomeration of Arc Furnace Dust and Ore Fines for Recovery at a Ferro Alloy Smelter: In Proc. of 32 Nd Biennial Conf. (September, 2011. New Orleans, Louisiana) Institute for Briquetting and Agglomeration. Vol.32.) На промышленной дуговой ферросплавной печи мощностью дуг 17 MBА при выплавке ферросиликомарганца в шихту добавляли свыше 40% (массовых) брэксов, изготовленных методом жесткой экструзии на цементной связке из 70% рудной мелочи и 30% пыли сухой газоочистки, содержащей до 15% (от общей массы пыли) углерода. Это позволило снизить удельный расход электроэнергии на 9%, повысить утилизацию марганца на 3.5% и производительность печи на 9.3%. Таким образом, использование дугового разряда позволило плавить неэлектропроводные брэксы.

Пример 2. В лабораторной индукционной печи емкостью 8 кг проведены плавки с применением брикетов, которые давали в ванну жидкого металла. Показана принципиальная возможность растворения их в жидком металле с ограниченным восстановлением железа углеродом и низкой эффективностью плавления и рафинирования по сравнению с плавкой энергией электрической дуги.

Пример 3. В лабораторной индукционной печи емкостью 60 кг с одновременным использованием дуги постоянного тока переплавляли брикеты. Это позволило выплавить сталь, довести содержание брикетов в шихте до 80%, сократить время расплавления в 2,5 раза, снизить удельный расход электроэнергии, рафинировать ванну от серы горячим шлаком.

Таким образом, способ в соответствии с изобретением позволяет достичь высоких металлургических и энергетических показателей, позволяющих успешно проводить процесс плавки брикетов в промышленных индукционных тигельных печах.