WO2021221528A1 - Способ получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца - Google Patents

Способ получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца Download PDF

Info

Publication number
WO2021221528A1
WO2021221528A1 PCT/RU2020/000229 RU2020000229W WO2021221528A1 WO 2021221528 A1 WO2021221528 A1 WO 2021221528A1 RU 2020000229 W RU2020000229 W RU 2020000229W WO 2021221528 A1 WO2021221528 A1 WO 2021221528A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
melt
exhaust gas
slag
ferromanganese
gas
Prior art date
Application number
PCT/RU2020/000229
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Олег Валентинович ВИГДОРЧИКОВ
Анатолий Трофимович НЕКЛЕСА
Сергей Викторович СТАРОСТИН
Олег Владимирович ШАБАЛОВ
Original Assignee
Vigdorchikov Oleg Valentinovich
Neklesa Anatolij Trofimovich
Starostin Sergej Viktorovich
Shabalov Oleg Vladimirovich
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Vigdorchikov Oleg Valentinovich, Neklesa Anatolij Trofimovich, Starostin Sergej Viktorovich, Shabalov Oleg Vladimirovich filed Critical Vigdorchikov Oleg Valentinovich
Priority to PCT/RU2020/000229 priority Critical patent/WO2021221528A1/ru
Publication of WO2021221528A1 publication Critical patent/WO2021221528A1/ru

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D7/00—Casting ingots, e.g. from ferrous metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D9/00—Machines or plants for casting ingots

Definitions

  • An interconnected group of inventions relates to ferrous metallurgy, in particular to a method for producing ingots of low-carbon ferromanganese, as well as by-products in the form of silicon carbide and metallic manganese powder using plasma technology, as well as to a device for implementing this method.
  • a known method of smelting a low-phosphorous manganese slag to obtain a commercial low-phosphorous carbon ferromanganese in which the manganese concentrate is melted in an electric furnace and the subsequent dephosphorization of the manganese-containing oxide melt by blowing the melt with gaseous carbon monoxide in the melt, after reducing the content of 0.01 to 0 02% are loaded into the furnace bath of coke in an amount based on the reduction of iron and a part of manganese from the oxide melt to obtain the mentioned manganese-containing products (Russian patent M> 2711994, C 22 C 33/04, C 21C 7/064, app. 10.10.2018 , publ. Bull. 3, 23.01.2020).
  • This technology does not provide a high quality of the final carbon ferromanganese, because provides for the use of coke, and this leads to an increase in impurities in the ferromanganese melt and an increase in harmful emissions into the atmosphere.
  • FCA - area of the outlet nozzle of the plasmatron, m 2 Patent of Russia N ° 2295421, B 22 D 7/00, filed 01.06.2005, publ. Bull. N ° 8, 2007).
  • Periodic heating of the melt in the known method begins after a predetermined time, which reduces the productivity of the process.
  • the low consumption of the plasma-forming gas and its composition, as well as the impossibility of reusing the exhaust gas for the formation of a plasma jet cannot provide a high degree of removal of oxygen, carbon and other impurities from the metal melt.
  • the exhaust gas is not utilized, which reduces the environmental performance of the process.
  • a device for producing ingots from metals and alloys including a vertical sprue and a reflector of a stream of liquid metal, a metal reflector, hollow inside, equipped with pipes for supplying and removing water.
  • a vertical sprue and a reflector of a stream of liquid metal a metal reflector, hollow inside, equipped with pipes for supplying and removing water.
  • the device is designed to cool the metal melt and crystallize it, while improving the quality of the ingot by its volumetric uniform cooling and enhancing the crystallization effect.
  • the use of the device cannot improve the quality of the composition of the melt and ingot, because it does not provide means for removing impurities from the melt.
  • emergency situations may occur associated with the burnout of pipes for the supply and removal of water.
  • contacting with a high-temperature melt water instantly, in the form of an explosion, turns into steam with a simultaneous ejection of the melt from the mold.
  • the closest in technical essence and the achieved result is an installation for processing the head part of ingots in a composition with molds, containing a bearing part and a self-propelled track bogie, the longitudinal axis of which is parallel to the rail tracks of the composition with molds in the place of metal casting, characterized in that the composition with molds contains pallets with siphon guides, molds with profitable extensions installed on them, centering for pouring metal, the supporting structure contains racks with horizontal cantilever beams fixed at two levels, a base plate with a rail bed located on the cantilever beams of the lower level, on which a track is installed bogie, while the track bogie is equipped with electrical cabinets, power transformers, a compressor, a pump, a gas-water console, a control panel and fixed at the side board of the bogie, from the side of the train with molds, stationary columns with crossbars, free ends cat They are equipped with rollers installed with the ability to move along a horizontal guide fixed on the lower plane of the upper level cantilever beam
  • the chute for cooling the covers with water is equipped with a cover with a longitudinal slot, arcuate pipes for water intake and drainage, located in the longitudinal slot of the cover, rigidly connected to the track carriage and hydraulically connected to the pump, gas-water console, plasmatrons and cover cooling channels.
  • a collector is made, consisting of through longitudinal slots parallel to the sides of the lid, having a length limited by the length of the inner edges of the profitable extension, and closed from above by a common box-shaped casing with nozzles for the outlet of hot gases (Russian Patent N ° 2325968, B 22 D 9/00, filed 06.07.2006, publ. Bull. N ° 16, 2008).
  • This device does not contain a waste gas utilization system, purification, CO2 release and its reuse, which reduces the operational and environmental parameters of the installation.
  • the metal cover with the plasma torch is made movable, with the possibility of installation on the ladle, and this does not allow connecting the branch pipes of the high-temperature exhaust gas with the system for its purification and utilization.
  • the design of the installation does not provide for the introduction of the nozzle of the plasmatron into the melt for mixing it with a plasma jet and for the effective flow of chemical processes.
  • the first of the group of inventions is based on the task of improving the method for producing low-carbon ferromanganese ingots by blowing a high-carbon ferromanganese melt with a plasma jet with an increased content of impurities using several stages of exhaust gas processing to increase the carbon dioxide content in the plasma jet while ensuring the control of the melt composition for adjusting the components of the plasma jet and also, and due to these techniques, carbon removal is achieved, a reduction energy and material costs, the productivity of the process is increased, emissions into the atmosphere are reduced, the quality of the metal is improved and its cost is reduced, and the efficiency of the process is significantly increased as a result of the additional production of metal powder of manganese and silicon carbide.
  • the second of the group of inventions is based on the task of improving the installation for processing a metal melt with a plasma jet, in which, by arranging the structure and additional equipment, including two melting furnaces, a fixed cover with a plasmatron installed with the possibility of immersion in the melt in the processing mode, carbon monoxide conversion systems , which is part of the exhaust gas, into carbon dioxide to replace part of the plasma-forming gas of the plasmatron, as well as systems for extracting metal manganese powder from the exhaust gas, and silicon carbide from the high-carbon manganese melt, and due to this, it is possible to obtain low-carbon ferromanganese with a reduced content of impurities, high productivity and efficiency of the device, utilization and recycling of CO2, saving natural resources, as well as reducing greenhouse gas emissions into the atmosphere.
  • the first task is solved by the fact that in the method of producing ingots of low-carbon ferromanganese, including the treatment of the metal melt with a hydrocarbon-containing plasma jet with a given ratio of redox components, pouring the metal into a mold, according to the invention, a high-carbon ferromanganese melt with a carbon content of 7 % and above, phosphorus 0.7%, silicon 6%, carbon 7%, manganese 70%, and at the initial stage of processing the ferromanganese melt, air with the addition of natural gas is used as a plasma-forming gas, and one part of the exhaust gas in the form of CO is utilized by cooling, purified, compressed to predetermined temperature and pressure values and served to generate a plasma jet in an amount that ensures the reaction of CO with oxygen in the air supplied to the plasmatron, with the formation of CO2 until the specified oxygen is completely replaced by CO2, while the remaining part of the exhaust gas in the form of CO is sent for cleaning and utilization, after utilization, CO 2 is emitted from the exhaust gas
  • the claimed method provides processing of high-carbon ferromanganese, for example, grade FM70 with a composition,%:%: Mn-70; C - 7; Si - 6; S 0.02; P - 0.7. C - 7; Si - 6; S 0.02; ⁇ - 0.7 as a result of using plasma technology with minimal impact on the environment, without the use of solid additives, operating only with harmful components of the ferromanganese melt, to obtain low-carbon ferromanganese of the following composition,%: Mn-79; C - 0.14, without harmful impurities of silicon, sulfur and phosphorus.
  • the method makes it possible to additionally obtain expensive and valuable products in the form of a powder of metallic manganese and silicon carbide.
  • This technology does not provide for the use of solid additives, since they do not fully react with the melt and partially remain in the melt in the form of slags.
  • a high-temperature plasma jet is used, enriched in carbon dioxide extracted from the exhaust gas, to a concentration that provides a given mass balance with carbon and manganese in the metal melt.
  • the efficiency of the claimed method is significantly higher than traditional melt processing technologies.
  • the method provides for the separation of carbon dioxide from the purified and utilized waste gas to replace part of the air in the composition of the plasma-forming gas, which is used in the process of processing the metal melt, thus reducing the harmful impact on the environment.
  • the activity of the plasma jet increases, as a result of which the amount of impurities in the finished metal decreases and the concentration of manganese in the final melt is 79-80%, and the carbon concentration does not exceed 0.14% in the complete absence of silicon, phosphorus and sulfur.
  • the second task is solved by the fact that in a device for producing ingots of low-carbon ferromanganese containing rail tracks with a composition of molds in the place of metal casting, a self-propelled carriage, a fixed vertical movement drive, a lined water-cooled metal cover with branch pipes for exhaust gas, as well as with a through hole, in which an indirect plasma torch, electrical cabinets, power transformers, a compressor, a pump, a gas-water control panel, a control panel, a unit for pouring melt into molds are installed, according to the invention, the device contains two melting furnaces, a plasma melt treatment unit, a unit for settling and downloading slag and a unit pouring the melt into molds, connected in series with each other by rail tracks, on which two self-propelled carts with ladles equipped with slide gates are installed, while the installation for plasma processing of the melt contains a platform equipped with a rail whose horizontal axes coincide with the longitudinal axes of the rail tracks, and the tilt drive of the trolley with the lad
  • the main distinguishing features of the device are the presence of a lined water-cooled metal cover fixed on the stand, the fixed position of which allows the exhaust gas pipes located in the cover to be connected to the exhaust gas CO preparation line, to the COg generation line from the exhaust gas, to the metal manganese powder production line.
  • the self-propelled platform is equipped with a drive for its fixed vertical movement together with a cart and a bucket, as well as a tilt drive for a cart with a bucket.
  • the device additionally contains a silicon carbide processing section.
  • FIG. 1 is a graph of changes in the concentration of the main components of the pheromarganese melt depending on the temperature during its plasma treatment, taking into account the optimized composition of the gas components supplied to the plasma jet;
  • FIG. 2 is a diagram of a device for producing ingots of low-carbon ferromanganese, metal manganese powder and silicon carbide powder.
  • the claimed method is implemented as follows.
  • High carbon ferromanganese ingots are charged and melted in two smelting furnaces.
  • the ferromanganese melt obtained in one of the furnaces is poured into a ladle.
  • a high-carbon ferromanganese melt is blown with a high-temperature plasma jet formed by a mixture of natural gas and air, with further replacement of natural gas with CO and its conversion in a plasmatron with CO2.
  • the flow rate of the plasma-forming gas and the composition of the ferromanganese melt are monitored.
  • CO gas, effluent in the process of blowing and saturated with sublimed manganese is directed to purification and subsequent separation of metallic manganese powder. Further, the CO gas purified from manganese together with the CO gas exiting the ladle is sent for cleaning and utilization, COg is taken from the exhaust gas after utilization, which is cooled and compressed to predetermined values and supplied to generate a plasma jet. Based on the data from the control of the composition of the ferromanganese melt, the supply of CO2 to the plasma jet is controlled.
  • silicon carbide is formed in the melt, which is removed from the melt in the form of slag.
  • the melt is treated with a plasma jet until a carbon value of 0.14% or less is reached and all impurities are removed.
  • the melt is defended, and since the density of the slag is 2-4 times less than the density of the ferromanganese melt, then all the slag floats up during settling and concentrates on the surface of the melt. Then the slag is downloaded, and the melt of low-carbon ferromanganese is poured into molds.
  • the induction melting furnace is loaded in the form of ingots of 8 t of high-carbon ferromanganese grade FM70 containing the following components,%: Mn-70; C - 7; Si - 6; S 0.02; P - 0.7.
  • a high-carbon ferromanganese melt is obtained.
  • the resulting melt is poured from an induction furnace into a ladle, which is fed to plasma treatment.
  • the high-carbon ferromanganese melt is blown with a plasma jet consisting of a mixture of air and natural gas.
  • the consumption of air and natural gas is respectively 0.12 kg / sec and 0.01 kg / sec.
  • the consumption of the components of the plasma-forming gas and the composition of the ferromanganese melt are monitored.
  • natural gas is replaced with CO off-stream from the melt (Fig. 1).
  • the exhaust gas is cleaned, utilized, then carbon dioxide CO2 is emitted, cooled, compressed and fed into the plasma jet in an amount of 0.1 kg / sec.
  • Off-gas containing sublimated manganese is purified, quenched, and powder is isolated from it manganese, which is further purified, cooled and packaged.
  • the processing of the melt is stopped by lowering the ladle with the melt to the lower position, and the slag is poured in the form of silicon carbide.
  • the ladle After draining the slag and removing it for further processing, the ladle is raised, and the blowing of the melt with a plasma jet is resumed. When the carbon concentration in the melt reaches 0.14% and below, the treatment of the melt with a plasma jet is stopped. Then the melt is defended. Since the density of the slag is several times less than the density of the ferromanganese melt, the slag floats up during settling. The slag layer formed on the surface of the melt is downloaded. As a result, 7.2 tons of low-carbon melt of ferromanganese grade FM80S0.5 without impurities were obtained, which in the gaseous state went for utilization, and the silicon passed into silicon carbide and was removed in the form of slag. Also, valuable products were obtained in the form of silicon carbide 0.75 tons and manganese powder 0.09 tons. Next, the resulting melt of low-carbon ferromanganese is poured into molds for crystallization and production of ingots.
  • Figure 1 shows the change in the state of the main components of the ferromanganese melt, which have predominant mass values, and the remaining components with low concentrations not exceeding 0.0001 mol / kg are not shown in the graph or turn into a gaseous state and are removed in the form of off-gas ...
  • carbon monoxide CO is formed in the melt at a temperature of 1300 ° K. With an increase in the melt temperature, the CO concentration gradually increases to 1.5 mol / kg and it is completely removed from the melt in a gaseous state.
  • Nitrogen N 2 reacts with carbon to form a gaseous compound N 2 C, and is removed from the melt in gaseous form.
  • N 2 C gaseous compound
  • the resulting SiC compound reaches its maximum value at a temperature of 1800 ° K and, in accordance with the method, is downloaded for further processing.
  • Phosphorus and sulfur are gaseous and removed with off-gas.
  • Condensed manganese MshCz at a temperature of 1800 ° K decomposes into its constituents manganese and carbon monoxide.
  • iron-carbon compounds do not interact with the components of the melt, they remain in melt in the condensed phase in the form of ResS, which results in a carbon content in the final product of 0.14%.
  • Condensed manganese reaches an optimal value of 11.5 mol / kg at a temperature of 1800 ° K, and part of the manganese begins to sublimate at a temperature of 1600 ° K, and reaches a maximum value in a gaseous state of 2 mol / kg at a temperature of 1800 ° K and is then removed with the exhaust gas for processing in accordance with the claimed method.
  • the device for producing ingots of low-carbon ferromanganese includes two melting furnaces 1, an installation 2 for plasma treatment of a melt of high-carbon ferromanganese, a block 3 for settling and downloading slag and a block 4 for casting a melt of low-carbon ferromanganese into molds, while melting furnaces 1, unit 2, block 3 and block 4 are connected in series by rail tracks 5.
  • melting furnaces 1, unit 2, block 3 and block 4 are connected in series by rail tracks 5.
  • Installation 2 for plasma processing of the melt contains a platform 8 with a rail bed 9, while the longitudinal axes of the rail bed 9 coincide with the longitudinal axes of the rail tracks 5.
  • the platform 8 is equipped with a drive 10 designed for its fixed vertical movement together with the trolley 6 and the bucket 7 installed on it ...
  • Installation 2 for plasma processing of the melt also includes a stand 11, on the edge of which a lined water-cooled metal cover is fixedly fixed 12.
  • An indirect plasmatron 13 is installed in the through hole of the cover 12 in such a way that the cut of its nozzle protrudes from the cover 12 downward with the possibility of immersion into the ferrochrome melt into ladle 7 to a depth of 2-4 diameters of the nozzle of the plasmatron 13.
  • Stand 11 also contains equipment 14 for ensuring the operation of the plasmatron 13 in the specified modes, including electrical cabinets, power transformers, compressor, pump, control panel, device for express analysis of the composition of the melt and gas-water console 15.
  • On the stand 11 there is a lined metal cover 16 and a means (not shown) for its installation and removal from the bucket 7.
  • Nozzles 17 are mounted on a lined water-cooled metal cover 12.
  • Pipeline 18 connects nozzles 17 to a CO preparation line, which includes system 19 connected in series by pipelines. utilization and cooling of exhaust gas, a system 20 for cleaning the cooled exhaust gas, a system 21 for compressing the cleaned and cooled exhaust gas, connected by a pipeline 22 to the gas-water control panel 15.
  • the exhaust gas branch pipes 17 are connected by a pipeline 23 to a COg generation line, which includes a purification system 24 connected in series with each other, an exhaust gas utilization system 25, a CO2 extraction system 26 from the exhaust gas after utilization, a cooling system 27 and a system 28 for compromising the released CO2 connected by a pipeline 29 to the gas-water control panel 15.
  • the exhaust gas branch pipes 17 are connected by a pipeline 30 to a line for obtaining a powder of metallic manganese, including a series-connected system 31 for cleaning an exhaust gas, a system 32 for quenching a cleaned exhaust gas, a system 33 for separating a powder of metallic manganese, a system 34 for cleaning a powder of manganese, a system 35 for cooling the powder manganese and a system 36 for filling powder of metallic manganese.
  • the gas purified from manganese is fed to the off-gas purification system 24 and its further use along the technological chain.
  • the platform 8 is also equipped with a drive 37 for tilting the trolley 6 with the bucket 7 towards the tank 38 for receiving slag in the form of SiC.
  • the device also contains a SiC slag processing section, including a SiC slag cooling system 39, an SiC slag crushing system 40, a SiC crushed slag cleaning system 41 and a SiC slag packaging system 42.
  • the device works as follows.
  • High-carbon ferromanganese is loaded into one of the melting furnaces 1 in the form of ingots.
  • the loaded material is melted to form a high-carbon ferromanganese melt, which is poured into a ladle 7, fixed on a self-propelled carriage 6.
  • the loading of the second melting furnace is started. And after draining the melt from the first furnace, its re-loading and melting of ferromanganese ingots are started, while the production of melt in the second furnace is controlled.
  • the melting furnaces are constantly working with shifted relative to each other modes of loading, melting and pouring the melt into the ladle.
  • the trolley 6 with the bucket 7 is moved onto the rail 9, placed on the platform 8.
  • the platform 8 is lifted vertically upward until the bucket 7 is docked with the lined water-cooled metal cover 12.
  • the equipment 14 is turned on, the plasma torch 13 is started and start blowing the high-carbon ferromanganese melt with a plasma jet consisting of a mixture of air and natural gas.
  • the nozzle of the plasmatron 13 is located below the cover 12 and is immersed in the melt at a distance of 2-4 diameters of the nozzle of the plasmatron 13.
  • the exhaust gas formed during the blowing of the melt through the nozzles 17 through the pipeline 18 is directed to the exhaust gas utilization and cooling system 19, the cooled exhaust gas purification system 20, the purified and cooled exhaust gas compression system 21, connected by the pipeline 22 to the gas-water control panel 15.
  • the gas exhaust through the nozzles 17 is also directed through the pipeline 23 to the purification system 24 and the exhaust gas utilization system 25, the system 26 for extracting carbon dioxide from the cleaned and recovered exhaust gas, the CO2 cooling system 27, and the cooled CO2 compression system.
  • Compressed carbon dioxide with predetermined values of temperature and pressure is directed through the pipeline 29 to the gas-water control panel 15 as a plasma-forming gas for generating a plasma jet.
  • the content of silicon carbide SiC in it is determined and, upon reaching its maximum specified value, the processing is stopped, the platform 8 is lowered by the drive 10, the plasmatron 13 is turned off, the melt is defended until a layer of SiC slag is formed on its surface.
  • the drive 37 tilts the platform 8 with the trolley 6 and the ladle 7 and the SiC slag is loaded into the tank 38.
  • the downloaded SiC slag is processed in the cooling system 39, the crushing system 40, the cleaning system 41 and the SiC slag filling system 42.
  • the platform 8 is returned by the drive 37 to the platform 8 to the vertical initial position and the drive 10 is lifted up to dock the ladle 7 with the cover 12, simultaneously the plasmatron 13 is started.
  • the exhaust gas containing sublimated manganese Mn is directed through the pipeline 30 to the cleaning systems 31 and quenching 32 off-gas, into the system 33 for the separation of Mn powder, the cleaning system 34, cooling 35 and packaging 36 of the powder of metallic manganese.
  • the manganese-free gas from the system 33 is directed to the off-gas purification system 24.
  • the platform 8 with the ladle 7 is lowered by the drive 10.
  • a lined metal cover 16 is installed on the ladle 7 using a special mechanism, and the trolley 6 with the ladle 7 is moved along the rail tracks 5 to the block 3 for settling and downloading the slag. After settling, the slag is downloaded, and the trolley 6 with a ladle 7 of the low-carbon ferromanganese melt is moved along the track 5 to block 4, in which the melt is poured into molds.
  • Cover 16 is removed from the ladle 7, which was released after pouring the melt into the molds, and returned to stand 11, and the ladle 7 is moved with the help of a crane to the rail tracks 5 under the second melting furnace for subsequent filling with the melt of high-carbon ferromanganese obtained in it during the cycle processing the high carbon ferromanganese melt produced in the first furnace; and casting the low carbon ferromanganese melt into molds. Then the process is repeated.
  • the implementation of the invention provides for the production of high-quality low-carbon ferromanganese grade FM80S0.5 without impurities in the form of phosphorus, sulfur and silicon, an increase in the economic and environmental components of the process as a result of the use of plasma technology using part of the prepared exhaust gas for generating a plasma jet, the production of additional valuable silicon carbide products and manganese powder, as well as through the operation of two melting furnaces, guarantees the continuity of technological modes and a high level of efficiency. devices.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Treatment Of Steel In Its Molten State (AREA)

Abstract

Заявлены способ получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца и устройство для его осуществления. Расплав высокоуглеродистого ферромарганца продувают высокотемпературной плазменной струей, используя на начальном этапе смесь воздуха и природного газа. Далее из отходящего газа через линию подготовки СО, линию генерирования С02, линию получения порошка металлического марганца в плазменную струю дополнительно подают углекислый газ. Параметры обработки расплава ферромарганца взаимосвязаны с изменением концентрации элементов расплава, которые контролируют до достижения заданных значений низкоуглеродистого ферромарганца. Наличие двух плавильных печей и двух ковшей обеспечивает непрерывность процесса получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца. Наличие дополнительного оборудования позволяет получать порошок металлического марганца и карбида кремния.

Description

СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЛИТКОВ НИЗКОУГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОМАРГАНЦА
Взаимосвязанная группа изобретений относится к черной металлургии, в частности к способу получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, а также побочных продуктов в виде карбида кремния и порошка металлического марганца с помощью плазменной технологии, а также к устройству для осуществления данного способа.
Известен способ выплавки передельного малофосфористого марганцевого шлака с получением товарного низкофосфористого углеродистого ферромарганца, в котором осуществляют расплавление марганцевого концентрата в электропечи и последующую дефосфорацию марганецсодержащего оксидного расплава путем продувки расплава газообразным монооксидом углерода, при этом после снижения содержания фосфора в расплаве до 0,01-0,02% осуществляют загрузку в ванну печи кокса в количестве из расчета восстановления железа и части марганца из оксидного расплава с получением упомянутых марганецсодержащих продуктов (патент России М>2711994, С 22 С 33/04, С 21С 7/064, заявл. 10.10.2018, опубл. Бюл. 3, 23.01.2020).
Данная технология не обеспечивает высокое качество конечного углеродистого ферромарганца, т.к. предусматривает применение кокса, а это приводит к увеличению примесей в расплаве ферромарганца и увеличению вредных выбросов в атмосферу.
Известен способ получения металлического марганца и/или малоуглеродистого ферромарганца, включающий смешивание марганецсодержащего сырья с его восстановителем, окомкование шихты и плавку, в качестве марганецсодержащего сырья в шихту вводят химический концентрат карбоната марганца, а в качестве восстановителя - отсев кристаллического кремния фракцией не более 5 мм, взятых в соотношении (6-10) : 1, соответственно (патент России N°2104322, С 22 С 33/04, заявл. 19.07.1996, опубл. 10.02.1998).
Для удаления углерода и фосфора из марганецсодержащего сырья применяют дорогостоящие химические добавки. Наличие примесей снижает качество получаемых продуктов и оказывает повышенное вредное воздействие на окружающую среду. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) принят способ получения стального слитка, включающий разливку металла в изложницу, периодический подогрев головной части слитка струей низкотемпературной плазмы через заданный интервал времени с момента наполнения изложницы, отличающийся тем, что подогрев начинают углеводородсодержащей плазменной струей с массовым соотношением кислорода к восстановителю w =0, 8-0,9 по истечении времени t , составляющего (0,05-0,06)т к, где у к - длительность времени кристаллизации слитка в естественных условиях, а продолжительность времени действия плазменного подогрева составляет у =(0,03-0,04)т к, затем подогрев прекращают, выдерживают паузу с временным интервалом у =(0,05-0,06)у к и повторно ведут подогрев головной части слитка плазмой в течение у =(0,06-0,08)у к, при этом осевую плотность теплового потока q0 устанавливают с учетом зависимости q0 = 0,375qs(T) ' (Вт/м2), где 0,375 - эмпирический коэффициент, учитывающий тепломассоперенос при воздействии плазменной струи; qs - средняя плотность теплового потока на срезе сопла плазмотрона, Вт/м2; j - приведенная длина плазменной струи, а среднюю плотность теплового потока qs на срезе сопла плазмотрона определяют по формуле qs=Ghs/FcA (Вт/м2 ), где G - расход плазмообразующего газа, кг/с; h s - среднемассовая энтальпия плазменной струи, Дж/кг;
FCA - площадь выходного сопла плазмотрона, м2 (Патент России N°2295421, В 22 D 7/00, заявл. 01.06.2005, опубл. Бюл. N°8, 2007).
Периодический подогрев расплава в известном способе начинают по истечении заданного времени, что снижает производительность процесса. Низкий расход плазмообразующего газа и его состав, а также невозможность повторного использования отходящего газа для образования плазменной струи не могут обеспечить высокую степень удаления кислорода, углерода и других примесей из расплава металла. В известном способе отходящий газ не утилизируется, что снижает экологические показатели процесса.
Известно устройство для получения слитков из металлов и сплавов, включающее вертикальный литниковый ход и отражатель струи жидкого металла, металлический отражатель, полый внутри, снабженный трубами для подвода и отвода воды. При стекании охлажденного расплава с отражателя достигается объемное затвердевание его в изложнице (Патент России N°2151661, В 22 D 7/12, заявл. 30.12.1997, опубл. Бюл. N» 18, 27.06.2000).
Устройство предназначено для охлаждения расплава металла и его кристаллизации, при этом повышается качество слитка путем его объемного равномерного охлаждения и усиления эффекта кристаллизации.
Однако использование устройства не может повысить качество состава расплава и слитка, т.к. в нем не предусмотрены средства для удаления примесей из расплава. В процессе затвердевания слитка возможно возникновение аварийных ситуаций, связанных с прогоранием труб для подвода и отвода воды. Контактируя с высокотемпературным расплавом, вода мгновенно, в виде взрыва превращается в пар с одновременным выбросом расплава из изложницы.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату (прототип) является установка для обработки головной части слитков в составе с изложницами, содержащая несущую часть и самоходную путевую тележку, продольная ось которой параллельна рельсовым путям состава с изложницами в месте разливки металла, отличающаяся тем, что состав с изложницами содержит поддоны с сифонными проводками, установленные на них изложницы с прибыльными надставками, центровые для заливки металла, несущая конструкция содержит стойки с закрепленными на двух уровнях горизонтальными консольными балками, расположенную на консольных балках нижнего уровня опорную плиту с рельсовым полотном, на котором установлена путевая тележка, при этом путевая тележка снабжена электрическими шкафами, силовыми трансформаторами, компрессором, насосом, газоводяным пультом, пультом управления и закрепленными у бокового борта тележки, со стороны состава с изложницами, стационарными колоннами с поперечинами, свободные концы которых снабжены роликами, установленными с возможностью перемещения вдоль горизонтальной направляющей, закрепленной на нижней плоскости консольных балок верхнего уровня, прижимной рамой, смонтированной в плоскости, нормальной к осям стационарных колонн, кинематически связанной с приводом ее фиксированного вертикального перемещения и содержащей две независимые секции, установленные с возможностью перемещения в горизонтальной плоскости, при этом установка снабжена футерованными водоохлаждаемыми металлическими крышками со сквозным центральным отверстием каждая, установленными по две в направляющих независимых секций, плазмотронами косвенного действия, установленными в центральном отверстии металлических крышек, желобом для охлаждения крышек водой, закрепленным на верхней плоскости балок верхнего уровня, и длина которого определена максимальной величиной пути перемещения тележки. Желоб для охлаждения крышек водой снабжен крышкой с продольной щелью, дугообразными трубами для забора воды и ее слива, расположенными в продольной щели крышки, жестко соединенными с путевой тележкой и гидравлически связанными с насосом, газоводяным пультом, плазмотронами и с каналами охлаждения крышки. В футерованной водоохлаждаемой металлической крышке выполнен коллектор, состоящий из сквозных продольных щелей, параллельных боковым сторонам крышки, имеющих длину, ограниченную длиной внутренних граней прибыльной надставки, и закрытых сверху общим коробчатым кожухом с патрубками для выхода горячих газов (Патент России N°2325968, В 22 D 9/00, заявл. 06.07.2006, опубл. Бюл. N°16, 2008).
Данное устройство не содержит системы утилизации отходящего газа, очистки, выделения СО2 и его повторного использования, что снижает эксплуатационные и экологические параметры установки. Металлическая крышка с плазмотроном выполнена подвижной, с возможностью установки на ковш, а это не позволяет подсоединить патрубки отходящего высокотемпературного газа с системой его очистки и утилизации. Конструкция установки не предусматривает ввод сопла плазмотрона в расплав для его перемешивания плазменной струей и эффективного протекания химических процессов. Отсутствие узлов, обеспечивающих выделение из отходящего газа сублимированного марганца и получение порошка металлического марганца, а также невозможность получения карбида кремния, значительно снижают эффективность устройства в целом.
В основу первого из группы изобретений поставлена задача усовершенствования способа получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца путем продувки плазменной струей расплава высокоуглеродистого ферромарганца с повышенным содержанием примесей с использованием нескольких этапов обработки отходящего газа для повышения содержания двуокиси углерода в плазменной струе при обеспечении контроля состава расплава для регулировки компонентов плазменной струи и также, и за счет этих приемов достигается удаление углерода, обеспечивается сокращение энергетических и материальных затрат, увеличивается производительность процесса, уменьшаются выбросы в атмосферу, улучшается качество металла и снижается его себестоимость и значительно повышается эффективность процесса в результате дополнительного получения металлического порошка марганца и карбида кремния.
В основу второго из группы изобретений поставлена задача усовершенствования установки для обработки расплава металла плазменной струей, в которой путем компоновки конструкции и дополнительного оборудования, включающего две плавильные печи, фиксированную крышку с плазмотроном, установленным с возможностью погружения в расплав в режиме обработки, систем преобразования окиси углерода, входящей в состав отходящего газа, в двуокись углерода для замены части плазмообразующего газа плазмотрона, а также систем извлечения из отходящего газа порошка металлического марганца, а из расплава высокоуглеродистого марганца - карбида кремния, и за счет этого обеспечивается получение низкоуглеродистого ферромарганца с пониженным содержанием примесей, высокая производительность и эффективность устройства, утилизация и рециркуляция СО2, экономия природных ресурсов, а также снижение выбросов парникового газа в атмосферу.
Первая поставленная задача решается тем, что в способе получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, включающем обработку расплава металла углеводородсодержащей плазменной струей с заданным соотношением окислительно- восстановительных компонентов, разливку металла в изложницу, согласно изобретению, в качестве расплава металла используют расплав высокоуглеродистого ферромарганца с содержанием углерода от 7% и выше, фосфора 0,7%, кремния 6%, углерода 7%, марганца 70%, причем на начальном этапе обработки расплава ферромарганца в качестве плазмообразующего газа используют воздух с добавкой природного газа, причем одну часть отходящего газа в виде СО утилизируют путем охлаждения, очищают, компримируют до заданных значений температуры и давления и подают для генерирования плазменной струи в количестве, обеспечивающем реакцию СО с кислородом в воздухе, подаваемом на плазмотрон, с образованием СО2 до полного замещения указанного кислорода на СО2, при этом оставшуюся часть отходящего газа в виде СО направляют на очистку и утилизацию, после утилизации из отходящего газа выделяют СО2, охлаждают и компримируют его до заданных значений температуры и давления, и, в зависимости от контролируемого состава ферромарганца, дополнительно вводят в плазмообразующий газ, причем в процессе обработки расплава определяют в нем содержание SiC и, при достижении его максимального заданного значения, обработку расплава плазменной струей прекращают, расплав отстаивают и шлак в виде SiC скачивают, а скачанный шлак в виде SiC охлаждают, дробят до заданной фракции, очищают и расфасовывают, и начинают следующий этап обработки уже очищенного от SiC расплава высокоуглеродистого ферромарганца плазменной струей с повышенным содержанием СО2, при этом Мп, который сублимируется из расплава, вместе с отходящим газом направляют на очистку от примесей, осуществляют его закалку, выделяют Мп в виде мелкодисперсного порошка, порошок очищают, охлаждают и отправляют на расфасовку, а оставшийся после выделения Мп газ в виде СО направляют на очистку и утилизацию, после утилизации из отходящего газа выделяют СО2, охлаждают и компримируют его до заданных значений температуры и давления и, в зависимости от контролируемого состава ферромарганца, дополнительно вводят в плазменную струю, причем, при достижении концентрации углерода в расплаве от 1% и менее обработку плазменной струей завершают, расплав отстаивают, образующийся слой шлака после отстаивания скачивают, и расплав низкоуглеродистого ферромарганца очищенный от кремния и фосфора разливают в изложницы.
Заявленный способ обеспечивает переработку высокоуглеродистого ферромарганца, например, марки ФМ70 с составом, %: %: Mn-70; С - 7; Si - 6; S- 0,02; Р - 0,7. С - 7; Si - 6; S- 0,02; Р - 0,7 в результате использования плазменной технологии с минимальным воздействием на окружающую среду, без применения твердых добавок, оперируя только вредными компонентами расплава ферромарганца, с получением низкоуглеродистого ферромарганца следующего состава, %: Mn-79; С - 0,14, без вредных примесей кремния, серы и фосфора. Способ позволяет дополнительно получить дорогостоящие и ценные продукты в виде порошка металлического марганца и карбида кремния.
Данная технология не предусматривает применение твердых добавок, так как они не полностью реагируют с расплавом и частично остаются в расплаве в виде шлаков.
Для обработки расплава используют высокотемпературную плазменную струю, обогащенную двуокисью углерода, извлеченной из отходящего газа, до концентрации, обеспечивающей заданный массовый баланс с углеродом и марганцем в расплаве металла.
В условиях повышенной по отношению к расплаву температуры плазменной струи, возрастает эффективность взаимодействия соединений углерода с кислородом плазменной б. струи с образованием газообразного оксида углерода, который удаляется из расплава в виде отходящего газа.
Эффективность заявленного способа значительно выше традиционных технологий обработки расплава.
Способ предусматривает выделение двуокиси углерода из очищенного и утилизированного отходящего газа для замещения части воздуха в составе плазмообразующего газа, который применяют в процессе обработки расплава металла, сокращая т.о. вредное воздействие на окружающую среду.
Вдувание двуокиси углерода не снижает эффективность окисления углерода в расплаве, так как окислительный потенциал струи поддерживается в пределах, обеспечивающих удаление из расплава углерода и других примесей.
За счет перечисленных действий повышается активность плазменной струи, вследствие чего снижается количество примесей в готовом металле и концентрация марганца в конечном расплаве имеет значение 79-80%, а концентрация углерода не превышает 0,14% при полном отсутствии кремния, фосфора и серы.
Вторая поставленная задача решается тем, что в устройстве для получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, содержащем рельсовые пути с составом изложниц в месте разливки металла, самодвижущуюся тележку, привод фиксированного вертикального перемещения, футерованную водоохлаждаемую металлическую крышку с патрубками для отходящего газа, а также со сквозным отверстием, в котором установлен плазмотрон косвенного действия, электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, блок разливки расплава в изложницы, согласно изобретению, устройство содержит две плавильные печи, установку плазменной обработки расплава, блок отстаивания и скачивания шлака и блок разливки расплава в изложницы, последовательно соединенные между собой рельсовыми путями, на которых установлены две самодвижущиеся тележки с ковшами, снабженными шиберными затворами, при этом установка плазменной обработки расплава содержит платформу, снабженную рельсовым полотном, продольные оси которого совпадают с продольными осями рельсовых путей, и приводом наклона тележки с ковшом в сторону емкости для приема шлака в виде SiC, размещенного возле платформы, платформа также снабжена приводом ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой и ковшом, с возможностью соединения ковша с неподвижно закрепленной на краю стенда футерованной водоохлаждаемой металлической крышкой, в сквозном отверстии которой установлен плазмотрон косвенного действия, причем срез сопла плазмотрона выступает из крышки вниз с возможностью погружения в расплав ферромарганца в ковше на глубину 2-4 диаметров сопла плазмотрона, на стенде также установлены электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, устройство экспресс-анализа состава расплава и футерованная металлическая крышка с возможностью установки и снятия ее на/с ковша, при этом установленные на футерованной водоохлаждаемой металлической крышке патрубки отходящего газа подсоединены к линии подготовки СО, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему утилизации и охлаждения отходящего газа, систему очистки отходящего газа, систему компримирования очищенного отходящего газа, подключенную к газаводяному пульту плазмотрона, патрубки отходящего газа также подсоединены к линии генерирования ССЬ из отходящего газа, включающей последовательно соединенные трубопроводами системы очистки и утилизации отходящего газа, систему выделения СО2, систему охлаждения СО2 и систему компримирования СОг, подключенную к газоводяному пульту плазмотрона, также патрубки отходящего газа подсоединены к линии получения порошка металлического марганца, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему очистки отходящего газа, систему закалки очищенного отходящего газа, систему выделения порошка марганца, систему очистки порошка марганца, систему охлаждения порошка марганца и систему расфасовки порошка марганца, причем система выделения марганца также подключена к системе очистки отходящего газа линии генерирования СО2, при этом устройство также содержит участок переработки шлака SiC, включающий систему охлаждения шлака SiC, систему дробления шлака SiC, систему очистки шлака SiC и систему расфасовки шлака SiC.
Основными отличительными особенностями устройства является наличие неподвижно закрепленной на стенде футерованной водоохлаждаемой металлической крышки, фиксированное положение которой позволяет подсоединить патрубки отходящего газа, расположенные в крышке, к линии подготовки СО отходящего газа, к линии генерирования СОг из отходящего газа, к линии получения порошка металлического марганца. Кроме того, самодвижущаяся платформа снабжена приводом ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой и ковшом, а также приводом наклона тележки с ковшом. Устройство дополнительно содержит участок переработки карбида кремния. Использование указанной совокупности признаков позволяет замещать часть воздуха, используемого для генерирования плазменной струи, на углекислый газ, полученный из утилизированного отходящего газа в процессе обработки расплава ферромарганца, что улучшает экологические показатели устройства и повышает качество получаемого металла и позволяет производить дополнительные ценные продукты.
Благодаря погружению сопла плазмотрона в расплав в процессе его продувки на глубину от 2 до 4 диаметров сопла плазмотрона осуществляется эффективное перемешивание расплава. Газодинамика процесса продувки на глубине менее 2 диаметров сопла плазмотрона недостаточна для перемешивание нижних слоев расплава. Увеличение глубины погружения сопла плазмотрона свыше 4 его диаметров, с одной стороны, ведет к повышению теплопотерь в плазмотрон, а с другой стороны, возрастают теплопотери расплава. Оптимальная глубина погружения плазмотрона в расплав обеспечивает эффективное удаление углерода и примесей из расплава ферромарганца при соблюдении заданных параметров расхода и состава плазмообразующего газа.
Наличие двух плавильных печей с разнесенными во времени циклами каждой печи от загрузки слитков высокоуглеродистого ферромарганца, получения расплава и до слива его в ковш, в целом повышает производительность установки, т.к. цикл работы одной печи соизмерим с длительностью процессов получения расплава низкоуглеродистого ферромарганца, отстаивания расплава ферромарганца, удаления двух видов шлака, получения порошка марганца и слива низкоуглеродистого ферромарганца в изложницы.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 - график изменения концентрации основных компонентов расплава феромарганца в зависимости от температуры при его плазменной обработке с учетом оптимизированного состава газовых компонентов, подаваемых в плазменную струю; на фиг. 2 - схема устройства получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, порошка металлического марганца и порошка карбида кремния.
Заявленный способ реализуется следующим образом.
Слитки высокоуглеродистого ферромарганца загружают и плавят в двух плавильных печах. Полученный в одной из печей расплав ферромарганца переливают в ковш. В ковше расплав высокоуглеродистого ферромарганца продувают высокотемпературной плазменной струей, образованной смесью природного газа и воздуха, с дальнейшим замещением природного газа на СО и преобразования его в плазмотроне на СО2. На протяжении продувки проводят контроль расхода плазмообразующего газа и состав расплава ферромарганца.
Газ СО, отходящий в процессе продувки и насыщенный сублимированным марганцем, направляют на очистку и последующее выделение порошка металлического марганца. Далее очищенный от марганца газ СО вместе с газом СО, отходящим из ковша, направляется на очистку и утилизацию, из отходящего после утилизации газа отбирают СОг, который охлаждают и компримируют до заданных значений и подают для генерирования плазменной струи. На основании данных контроля состава расплава ферромарганца регулируют подачу СО2 в плазменную струю.
Как видно из фиг.1, при заданных исходных параметрах в расплаве образуется карбид кремния, который в виде шлака удаляется из расплава. Обработку расплава плазменной струей осуществляют до достижения значения углерода 0,14% и менее и удаления всех примесей. По окончании обработки расплав отстаивают, а поскольку плотность шлака в 2-4 раза меньше плотности расплава ферромарганца, то весь шлак за время отстаивания всплывает и концентрируется на поверхности расплава. Затем шлак скачивают, а расплав низкоуглеродистого ферромарганца разливают в изложницы.
Пример конкретного выполнения способа.
В плавильную индукционную печь загружают в виде слитков 8т высокоуглеродистого ферромарганца марки ФМ70 с содержанием следующих компонентов, %: Mn-70; С - 7; Si - 6; S- 0,02; Р - 0,7. В результате плавления получают расплав высокоуглеродистого ферромарганца. Полученный расплав переливают из индукционной печи в ковш, который подают на плазменную обработку. Расплав высокоуглеродистого ферромарганца продувают плазменной струей, состоящей из смеси воздуха с природным газом. Расход воздуха и природного газа соответственно составляет 0,12 кг/сек и 0,01кг/сек. На протяжении всего времени обработки контролируют расход компонентов плазмообразующего газа и состав расплава ферромарганца. После запуска плазмотрона природный газ замещают отходящим из расплава СО (фиг.1 ). Отходящий газ очищают, утилизируют, далее выделяют двуокись углерода СО2, охлаждают, компримируют ее и в количестве 0,1 кг/сек подают в плазменную струю. Отходящий газ, содержащий сублимированный марганец, очищают, закаляют, выделяют из него порошок марганца, который далее очищают, охлаждают и расфасовывают. При достижении заданной концентрации карбида кремния обработку расплава прекращают, опуская ковш с расплавом в нижнее положение, и сливают шлак в виде карбида кремния. После слива шлака и удаления его на дальнейшую обработку, ковш поднимают, и возобновляют продувку расплава плазменной струей. При достижении концентрации углерода в расплаве 0,14% и ниже, обработку расплава плазменной струей прекращают. Затем расплав отстаивают. Поскольку плотность шлака в несколько раз меньше плотности расплава ферромарганца, то шлак за время отстаивания всплывает. Образовавшийся на поверхности расплава слой шлака скачивают. В итоге получили 7,2т низкоуглеродистого расплава ферромарганца марки ФМ80С0,5 без примесей, которые в газообразном состоянии ушли на утилизацию, а кремний перешел в карбид кремния и был удален в виде шлака. Также дополнительно получили ценные продукты в виде карбида кремния 0,75т и порошка марганца 0,09т. Далее полученный расплав низкоуглеродистого ферромарганца разливают в изложницы для кристаллизации и получения слитков.
На фиг.1 изображено изменение состояния основных компонентов расплава ферромарганца, которые имеют преимущественные массовые значения, а остальные компоненты с малыми концентрациями, не превышающими значения 0,0001 моль/кг, на графике не показаны или переходят в газообразное состояние и удаляются в виде отходящего газа.
При обработке высокоуглеродистого ферромарганца, согласно изобретению, в расплаве при температуре 1300°К образуется оксид углерода СО. С повышением температуры расплава концентрация СО постепенно увеличивается до 1,5моль/кг и он полностью удаляется из расплава в газообразном состоянии.
Также за время продувки расплава, согласно данным экспресс-анализа, установлено, что разлагаются следующие соединения и примеси.
Азот N2 вступает в реакцию с углеродом с образованием газообразного соединения N2C И В газообразном виде удаляется из расплава. В расплаве при температуре 1800°К Si02 полностью переходит в SiC. Образовавшееся соединение SiC достигает максимального значения при температуре 1800°К и, в соответствии со способом, скачивается для дальнейшей обработки. Фосфор и сера переходят в газообразное состояние и удаляются с отходящим газом. Конденсированный марганец МщСз при температуре 1800°К разлагается на составляющие марганец и оксид углерода. А соединения железа с углеродом не взаимодействуют с компонентами расплава, остаются в расплаве в конденсированной фазе в виде РезС, что в результате дает содержание углерода в конечном продукте 0,14%.
Конденсированный марганец достигает оптимального значения 11,5моль/кг при температуре 1800°К, а часть марганца начинает сублимироваться при температуре 1600°К, и достигает максимального значения в газообразном состоянии 2моль/кг при температуре 1800°К и далее удаляется с отходящим газом на переработку в соответствии с заявляемым способом.
Устройство для получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца включает две плавильные печи 1, установку 2 плазменной обработки расплава высокоуглеродистого ферромарганца, блок 3 отстаивания и скачивания шлака и блок 4 разливки расплава низкоуглеродистого ферромарганца в изложницы, при этом плавильные печи 1 , установка 2, блок 3 и блок 4 последовательно соединены между собой рельсовыми путями 5. На рельсовых путях 5 установлены две самодвижущиеся тележки 6 с ковшами 7, снабженными шиберным затвором (вторая тележка, второй ковш и шиберные затворы на фиг.2 не показаны).
Установка 2 плазменной обработки расплава содержит платформу 8 с рельсовым полотном 9, при этом продольные оси рельсового полотна 9 совпадают с продольными осями рельсовых путей 5. Платформа 8 оборудована приводом 10, предназначенным для ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой 6 и установленным на ней ковшом 7.
Установка 2 плазменной обработки расплава также включает стенд 11, на краю которого неподвижно закреплена футерованная водоохлаждаемая металлическая крышка 12. В сквозном отверстии крышки 12 установлен плазмотрон 13 косвенного действия таким образом, что срез его сопла выступает из крышки 12 вниз с возможностью погружения в расплав феррохрома в ковше 7 на глубину 2-4 диаметров сопла плазмотрона 13. Стенд 11 также содержит оборудование 14 для обеспечения эксплуатации плазмотрона 13 в заданных режимах, включающее электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, пульт управления, устройство экспресс-анализа состава расплава и газоводяной пульт 15. На стенде 11 имеется футерованная металлическая крышка 16 и средство (не показано) ее установки и снятия с ковша 7.
На футерованной водоохлаждаемой металлической крышке 12 смонтированы патрубки 17. Трубопроводом 18 патрубки 17 подсоединены к линии подготовки СО, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему 19 утилизации и охлаждения отходящего газа, систему 20 очистки охлажденного отходящего газа, систему 21 компримирования очищенного и охлажденного отходящего газа, подключенную трубопроводом 22 к газоводяному пульту 15.
Патрубки 17 отходящего газа трубопроводом 23 подключены к линии генерирования СОг, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему 24 очистки, систему 25 утилизации отходящего газа, систему 26 выделения СО2 из отходящего после утилизации газа, систему 27 охлаждения и систему 28 компромирования выделенного СО2, подключенную трубопроводом 29 к газоводяному пульту 15.
Патрубки 17 отходящего газа трубопроводом 30 подсоединены к линии получения порошка металлического марганца, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему 31 очистки отходящего газа, систему 32 закалки очищенного отходящего газа, систему 33 выделения порошка металлического марганца, систему 34 очистки порошка марганца, систему 35 охлаждения порошка марганца и систему 36 расфасовки порошка металлического марганца. Очищенный от марганца газ подается в систему 24 очистки отходящего газа и дальнейшего его использования по технологической цепочке.
Платформа 8 также оборудована приводом 37 наклона тележки 6 с ковшом 7 в сторону емкости 38 для приема шлака в виде SiC. Устройство также содержит участок переработки шлака SiC, включающий систему 39 охлаждения шлака SiC, систему 40 дробления шлака SiC, систему 41 очистки дробленного шлака SiC и систему 42 расфасовки шлака SiC.
Устройство работает следующим образом.
В одну из плавильных печей 1 загружают в виде слитков высокоуглеродистый ферромарганец. Загруженный материал плавят с образованием расплава высокоуглеродистого ферромарганца, который переливают в ковш 7, закрепленный на самодвижущейся тележке 6.
Одновременно с началом плавки слитков в первой плавильной печи, начинают загрузку второй плавильной печи. А после слива расплава из первой печи начинают ее повторную загрузку и плавление слитков ферромарганца, одновременно контролируют получение расплава во второй печи. Плавильные печи постоянно работают со смещенными относительно друг друга режимами загрузки, плавления и слива расплава в ковш.
По рельсовым путям 5 тележку 6 с ковшом 7 перемещают на рельсовое полотно 9, размещенное на платформе 8. С помощью привода 10 платформу 8 поднимают вертикально вверх до момента стыковки ковша 7 с футерованной водоохлаждаемой металлической крышкой 12. Одновременно включают оборудование 14, запускают плазмотрон 13 и начинают продувку расплава высокоуглеродистого ферромарганца плазменной струей, состоящей из смеси воздуха и природного газа. В процессе обработки расплава сопло плазмотрона 13 находится ниже крышки 12 и погружено в расплав на расстояние, составляющее 2-4 диаметров сопла плазмотрона 13.
Образующийся при продувке расплава отходящий газ через патрубки 17 по трубопроводу 18 направляют в систему 19 утилизации и охлаждения отходящего газа, систему 20 очистки охлажденного отходящего газа, систему 21 компримирования очищенного и охлажденного отходящего газа, подключенную трубопроводом 22 к газоводяному пульту 15.
Отходящий через патрубки 17 газ также направляют по трубопроводу 23 в систему 24 очистки и систему 25 утилизации отходящего газа, систему 26 выделения углекислого газа из очищенного и утилизированного отходящего газа, систему 27 охлаждения СОг, систему 28 компримирования охлажденного СО2. Компримированный углекислый газ с заданными значениями температуры и давления по трубопроводу 29 направляют в газоводяной пульт 15 в качестве плазмообразующего газа для генерирования плазменной струи.
В процессе продувки расплава ферромарганца плазменной струей определяют содержание в нем карбида кремния SiC и, при достижении его максимального заданного значения, обработку прекращают, приводом 10 опускают платформу 8 вниз, плазмотрон 13 отключают, расплав отстаивают до образования на его поверхности слоя шлака SiC. Приводом 37 наклоняют платформу 8 с тележкой 6 и ковшом 7 и скачивают шлак SiC в емкость 38. Скачанный шлак SiC подвергают обработке в системе 39 охлаждения, системе 40 дробления, системе 41 очистки и системе 42 расфасовки шлака SiC.
После слива шлака SiC платформу 8 приводом 37 возвращают платформу 8 в вертикальное исходное положение и приводом 10 поднимают вверх для стыковки ковша 7 с крышкой 12, одновременно запускают плазмотрон 13. Отходящий газ, содержащий сублимированный марганец Мп, по трубопроводу 30 направляют в системы очистки 31 и закалки 32 отходящего газа, в систему 33 выделения порошка Мп, системы очистки 34, охлаждения 35 и расфасовки 36 порошка металлического марганца. Газ, очищенный от марганца из системы 33 направляют в систему 24 очистки отходящего газа.
На протяжении всего времени обработки расплава ферромарганца плазменной струей осуществляют контроль его состава с помощью устройства экспресс-анализа. При достижении компонентов расплава ферромарганца заданных значений платформу 8 с ковшом 7 приводом 10 опускают вниз. На ковш 7 с помощью специального механизма устанавливают футерованную металлическую крышку 16, и тележку 6 с ковшом 7 по рельсовым путям 5 перемещают в блок 3 отстаивания и скачивания шлака. После отстаивания шлак скачивают, а тележку 6 с ковшом 7 расплава низкоуглеродистого ферромарганца перемещают по рельсовым путям 5 в блок 4, в котором расплав разливают в изложницы.
С ковша 7, освободившегося после разливки расплава в изложницы, снимают крышку 16 и возвращают ее на стенд 11, а ковш 7 с помощью подъемного крана переставляют на рельсовые пути 5 под вторую плавильную печь для последующего наполнения расплавом высокоуглеродистого ферромарганца, полученного в ней за время цикла обработки высокоуглеродистого расплава ферромарганца, произведенного в первой печи, и разливки расплава низкоуглеродистого ферромарганца в изложницы. Далее процесс повторяется.
Реализация изобретения обеспечивает получение высококачественного низкоуглеродистого ферромарганца марки ФМ80С0,5 без примесей в виде фосфора, серы и кремния, повышение экономических и экологических составляющих процесса в результате применения плазменной технологии с использованием части подготовленного отходящего газа для генерирования плазменной струи, получение дополнительных ценных продуктов карбида кремния и порошок марганца, а также за счет эксплуатации двух плавильных печей гарантирует непрерывность технологических режимов и высокий уровень к.п.д. устройства.

Claims

Формула изобретения
1. Способ получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, включающий обработку расплава металла углеводородсодержащей плазменной струей с заданным соотношением окислительно-восстановительных компонентов, разливку металла в изложницу, отличающийся тем, что в качестве расплава металла используют расплав высокоуглеродистого ферромарганца с содержанием углерода от 7% и выше, фосфора 0,7%, кремния 6%, серы 0,02%, марганца 70%, причем на начальном этапе обработки расплава ферромарганца в качестве плазмообразующего газа используют воздух с добавкой природного газа, причем одну часть отходящего газа в виде СО утилизируют путем охлаждения, очищают, компримируют до заданных значений температуры и давления и подают для генерирования плазменной струи в количестве, обеспечивающем реакцию СО с кислородом в воздухе, подаваемом на плазмотрон, с образованием СО2 до полного замещения кислорода воздуха на СО2, при этом оставшуюся часть отходящего газа в виде СО направляют на очистку и утилизацию, после утилизации из отходящего газа выделяют СО2, охлаждают и компримируют его до заданных значений температуры и давления, и, в зависимости от контролируемого состава ферромарганца, дополнительно вводят в плазмообразующий газ, причем в процессе обработки расплава определяют в нем содержание SiC и, при достижении его максимального заданного значения, обработку расплава плазменной струей прекращают, расплав отстаивают и шлак в виде SiC скачивают, а скачанный шлак в виде SiC охлаждают, дробят до заданной фракции, очищают и расфасовывают, и начинают следующий этап обработки уже очищенного от SiC расплава высокоуглеродистого ферромарганца плазменной струей с повышенным содержанием СО2, при этом Мп, который сублимируется из расплава, вместе с отходящим газом направляют на очистку от примесей, осуществляют его закалку, выделяют Мп в виде мелкодисперсного порошка, порошок очищают, охлаждают и отправляют на расфасовку, а оставшийся после выделения Мп газ в виде СО направляют на очистку и утилизацию, после утилизации из отходящего газа выделяют СО2. охлаждают и компримируют его до заданных значений температуры и давления и, в зависимости от контролируемого состава ферромарганца, дополнительно вводят в плазменную струю, причем, при достижении концентрации углерода в расплаве от 1% и менее обработку плазменной струей завершают, расплав отстаивают, образующийся слой шлака после отстаивания скачивают, и расплав низкоуглеродистого ферромарганца очищенный от кремния, серы и фосфора разливают в изложницы.
2. Устройство для получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца, содержащее рельсовые пути с составом изложниц в месте разливки металла, самодвижущуюся тележку, привод фиксированного вертикального перемещения, футерованную водоохлаждаемую металлическую крышку с патрубками для отходящего газа, а также со сквозным отверстием, в котором установлен плазмотрон косвенного действия, электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, блок разливки расплава в изложницы, отличающееся тем, что устройство содержит две плавильные печи, установку плазменной обработки расплава, блок отстаивания и скачивания шлака и блок разливки расплава в изложницы, последовательно соединенные между собой рельсовыми путями, на которых установлены две самодвижущиеся тележки с ковшами, снабженными шиберными затворами, при этом установка плазменной обработки расплава содержит платформу, снабженную рельсовым полотном, продольные оси которого совпадают с продольными осями рельсовых путей, и приводом наклона тележки с ковшом в сторону емкости для приема шлака в виде SiC, размещенною возле платформы, платформа также снабжена приводом ее фиксированного вертикального перемещения совместно с тележкой и ковшом, с возможностью соединения ковша с неподвижно закрепленной на краю стенда футерованной водоохлаждаемой металлической крышкой, в сквозном отверстии которой установлен плазмотрон косвенного действия, причем срез сопла плазмотрона выступает из крышки вниз с возможностью погружения в расплав ферромарганца в ковше на глубину 2-4 диаметров сопла плазмотрона, на стенде также установлены электрические шкафы, силовые трансформаторы, компрессор, насос, газоводяной пульт, пульт управления, устройство экспресс-анализа состава расплава и футерованная металлическая крышка с возможностью установки и снятия ее на/с ковша, при этом установленные на футерованной водоохлаждаемой металлической крышке патрубки отходящего газа подсоединены к линии подготовки СО, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему утилизации и охлаждения отходящего газа, систему очистки отходящего газа, систему компримирования очищенного отходящего газа, подключенную к газоводяному пульту плазмотрона, патрубки отходящего газа также подсоединены к линии генерирования СО2 из отходящего газа, включающей последовательно соединенные трубопроводами системы очистки и утилизации отходящего газа, систему выделения СО2, систему охлаждения СО2 и систему компримирования СО2, подключенную к газоводяному пульту плазмотрона, также патрубки отходящего газа подсоединены к линии получения порошка металлического марганца, включающей последовательно соединенные между собой трубопроводами систему очистки отходящего газа, систему закалки очищенного отходящего газа, систему выделения порошка марганца, систему очистки порошка марганца, систему охлаждения порошка марганца и систему расфасовки порошка марганца, причем система выделения марганца также подключена к системе очистки отходящего газа линии генерирования СОг, при этом устройство также содержит участок переработки шлака SiC, включающий систему охлаждения шлака SiC, систему дробления шлака SiC, систему очистки шлака SiC и систему расфасовки шлака SiC.
PCT/RU2020/000229 2020-04-29 2020-04-29 Способ получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца WO2021221528A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2020/000229 WO2021221528A1 (ru) 2020-04-29 2020-04-29 Способ получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/RU2020/000229 WO2021221528A1 (ru) 2020-04-29 2020-04-29 Способ получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2021221528A1 true WO2021221528A1 (ru) 2021-11-04

Family

ID=78373747

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2020/000229 WO2021221528A1 (ru) 2020-04-29 2020-04-29 Способ получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2021221528A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114606431A (zh) * 2022-03-02 2022-06-10 黄靖元 一种利用感应电炉生产低微碳锰铁的工艺

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1084105A1 (ru) * 1982-09-22 1984-04-07 Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Им.И.П.Бардина Способ разливки ферросплавов
CA2431136A1 (en) * 2000-12-12 2002-06-20 Netanya Plasmatec Ltd. Treating molten metals by moving electric arc
RU2295421C2 (ru) * 2005-01-24 2007-03-20 Анатолий Тимофеевич Неклеса Способ получения стального слитка
RU2325968C2 (ru) * 2006-03-24 2008-06-10 Анатолий Тимофеевич Неклеса Установка для обработки головной части слитка в изложнице

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1084105A1 (ru) * 1982-09-22 1984-04-07 Центральный Ордена Трудового Красного Знамени Научно-Исследовательский Институт Черной Металлургии Им.И.П.Бардина Способ разливки ферросплавов
CA2431136A1 (en) * 2000-12-12 2002-06-20 Netanya Plasmatec Ltd. Treating molten metals by moving electric arc
RU2295421C2 (ru) * 2005-01-24 2007-03-20 Анатолий Тимофеевич Неклеса Способ получения стального слитка
RU2325968C2 (ru) * 2006-03-24 2008-06-10 Анатолий Тимофеевич Неклеса Установка для обработки головной части слитка в изложнице

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114606431A (zh) * 2022-03-02 2022-06-10 黄靖元 一种利用感应电炉生产低微碳锰铁的工艺

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6438154B2 (en) Method and apparatus for recovering metal values from liquid slag an baghouse dust of an electric arc furnace
RU2160316C2 (ru) Способ производства нержавеющих сталей
CA2988472A1 (en) Continuous process steel mill
KR20010101798A (ko) 스틸의 연속적인 예열, 용해, 정련 및 주조를 위한 장치및 방법
EA018279B1 (ru) Способ очистки медного концентрата
WO2007082030A9 (en) Use of an induction furnace for the production of iron from ore
CZ303288B6 (cs) Zpusob zpetného získávání kovového chrómu ze strusek, obsahujících oxidy chrómu
WO2021221528A1 (ru) Способ получения слитков низкоуглеродистого ферромарганца
KR100252708B1 (ko) 용융금속을 생산하기 위한 방법 및 장치
RU2346056C2 (ru) Способ прямого производства стали из железосодержащих материалов
RU2296166C2 (ru) Способ прямого восстановления металлов из дисперсного рудного сырья и устройство для его осуществления
EA014399B1 (ru) Восстановление свинцового шлака
WO2021221530A1 (ru) Способ получения слитков низкоуглеродистого феррохрома и устройство для его осуществления
US4434003A (en) Steel making method
KR100566177B1 (ko) 연속적 상부-취입 구리 전환로 안의 온도 피이크를 조절하고/조절하거나 그의 작업처리량을 증가시키는 방법
RU2051180C1 (ru) Способ получения стали в жидкой ванне
KR100544422B1 (ko) 용강제조방법
CN1069700C (zh) 在电炉中装入熔融生铁料的炼钢方法
JP2016501987A (ja) 鎔鉄処理装置およびその処理方法
JP6152830B2 (ja) 溶鋼の利用方法
KR20200136909A (ko) 금속 제련 장치에서 오프가스 조성의 제어 방법
JPH09263811A (ja) 錫めっき鋼板スクラップの溶解方法
WO2021221529A1 (ru) Способ прямого восстановления железорудного концентрата и получения расплава магнито-мягкого железа (armco) и установка для его осуществления
KR100250672B1 (ko) 주석도금 철계 스크랩의 용해방법(method of melting iron scrap)
JP5581760B2 (ja) 鋼屑中の銅の除去方法及び鋼屑を鉄源とした溶鋼の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 20933841

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 15/03/2023)

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 20933841

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1