САЛИХОВ Зуфар Гарифуллинович (ул. Ивана Бабушкина, д. 9 кв. 106, Москв, 2 Moscow, 117292, RU)
ISHMET'EV, Evgeniy Nikolaevich (ul. Kalinina, 3-41Magnitogorsk, 455000, RU)
ИШМЕТЬЕВ Евгений Николаевич (ул. Калинина, д. 3 кв. 41, Магнитогорс, 0 Magnitogorsk, 455000, RU)
САЛИХОВ Зуфар Гарифуллинович (ул. Ивана Бабушкина, д. 9 кв. 106, Москв, 2 Moscow, 117292, RU)
ISHMET'EV, Evgeniy Nikolaevich (ul. Kalinina, 3-41Magnitogorsk, 455000, RU)
ИШМЕТЬЕВ Евгений Николаевич (ул. Калинина, д. 3 кв. 41, Магнитогорс, 0 Magnitogorsk, 455000, RU)
формула изобретения
1. способ выплавки ферросплавов, включающий загрузку шихты и углеродистого восстановителя в первую камеру печи, расплавление шихты, восстановление оксидов, подачу расплава оксидного шлака во вторую камеру печи, выпуск продуктов плавки, отличающийся тем, что в первой камере восстанавливают оксиды с термодинамической прочностью ниже, чем у закиси марганца, металлы выпускают, при этом во второй камере формируют слой углеродистого восстановителя, нагретого до температуры 1850-2200 0 C, и обеспечивают непрерывное перетекание расплава оставшегося оксидного шлака из первой камеры на слой углеродистого восстановителя во второй камере, где проводят восстановление оксидов расплава с термодинамической прочностью равной или выше, чем у закиси марганца, после чего жидкие ферросплавы и конечный шлак выпускают.
2. способ по п.l, отличающийся тем, что в состав шихты вводят флюс, обеспечивающий получение расплава вязкостью в пределах 0,3-10 пуаз.
3. способ по п.l или п.2, отличающийся тем, что во вторую камеру одновременно с оксидным шлаком подают углеродистый восстановитель и флюс для достижения отношения в шлаке CaO/ SiO 2 в пределах 0,2 - 1,4.
4. способ по п.l или п.2, отличающийся тем, что жидкие ферросплавы и конечный шлак выпускают из печи одновременно и раздельно.
5. способ по п. 3, отличающийся тем, что жидкие ферросплавы и конечный шлак выпускают из печи одновременно и раздельно.
6. дуплекспечь для выплавки ферросплавов, состоящая из первой камеры для плавления шихты и восстановления оксидов, содержащей отверстия для загрузки шихты и углеродистого восстановителя, отверстия для отвода печных газов, нижний и верхний ряды фурм для подачи газо-воздушной смеси, подину с каналом для выпуска металла, и второй камеры с каналами для выпуска ферросплавов и конечного шлака, содержащей, по крайней мере, один электрод, погруженный в расплав, причем камеры соединены между собой с возможностью перетекания расплава из первой во вторую камеру, отличающаяся тем, что вторая камера содержит отверстия для загрузки углеродистого восстановителя с целью формирования его слоя, печь содержит средства, обеспечивающие направленное перетекание расплава из первой камеры на слой нагретого углеродистого восстановителя во второй камере, при этом печь выполнена с возможностью отвода газов из-под свода второй камеры в первую камеру на уровне не выше верхнего ряда фурм.
7. дуплекспечь по п.6, отличающаяся тем, что первая и вторая камеры соединены между собой через основную перегородку и сплошную перегородку; причем сплошная перегородка установлена на расстоянии от основной перегородки и параллельно ей и полностью отделяет нижнюю часть второй камеры от первой камеры, а направленное перетекание расплава на слой нагретого углеродистого восстановителя во второй камере обеспечено через окно в основной перегородке, расположенное не выше уровня нижнего ряда фурм, и через верхнюю кромку сплошной перегородки, расположенную выше уровня расплава и слоя углеродистого восстановителя во второй камере; при этом основная перегородка выполнена с окном на уровне не выше верхнего ряда фурм для отвода газов из-под свода второй камеры.
8. дуплекспечь по п.7, отличающаяся тем, что окно в основной перегородке для отвода газов расположено ниже уровня верхнего ряда фурм на расстоянии, составляющем 8-12 размеров диаметра выходного отверстия фурмы.
9. дуплекспечь по п. 7, отличающаяся тем, что вторая камера содержит один электрод, установленный вертикально.
10. дуплекспечь по п.6, отличающаяся тем, что первая и вторая камеры соединены между собой через трубу или жёлоб, примыкающие одним концом к отверстию, выполненному в нижней части боковой стенки первой камеры, а вторым концом примыкающие к отверстию, выполненному на своде второй камеры, причем уровень свода второй камеры расположен ниже уровня отверстия в боковой стенке первой камеры, при этом для отвода газов из-под свода второй камеры печь снабжена газопроводом, соединяющим отверстие, выполненное на своде второй камеры, и отверстие, выполненное в верхней части боковой стенки первой камеры на уровне не выше верхнего ряда фурм.
11. дуплекспечь по п.10, отличающаяся тем, что угол наклона части газопровода, которая примыкает к отверстию в боковой стенке первой камеры, составляет 20-45 град.
12. дуплекспечь по п.10, отличающаяся тем, что содержит два электрода, установленных во второй камере горизонтально. |
способ выплавки ферросплавов и дуплекспечь для его реализации
(i) область техники изобретение относится к области черной металлургии, в частности, к переработке бедных руд и концентратов с получением ферросплавов высокого качества и может быть использовано при выплавке углеродистого ферромарганца и феррохрома, силикомарганца и ферросиликохрома.
(ii) предшествующий уровень техники известны способ и устройство для получения ферромарганца и силикомарганца из бедных кварцитных, марганцевых руд, содержащих фосфор. сначала в отражательной печи при температуре 1250-1300 0 C расплавляют руду, затем шлак переливают в электропечь, футерованную
• угольными блоками, и в ней при температуре 1350-1450 0 C восстанавливают железо и фосфор, а из оставшегося шлака при температуре 1560-1650 0 C получают ферромарганец или силикомарганец [патент австралии, кл. 15.4,
JYo 254219; рж «Meтaллypraя», 1967, JNb 3 (г200)].
недостатками известного способа и устройства являются: необходимость использования трех печных агрегатов, в каждом из которых выдерживается определённая температура; высокий расход энергоресурсов из-за потери тепла при транспортировке расплавов и значительной суммарной площади теплопроводящих поверхностей печных агрегатов; - . низкое сквозное использование марганца. также следует отметить, что при использовании установок, включающих несколько агрегатов, появляется необходимость точного согласования времени загрузки, пребывания и выгрузки материала по каждому агрегату.
известен способ получения марганцевых ферросплавов в электропечах (авторское свидетельство JNb 1038366, с 21C 5/52, опубликован 30.08.83, бюлл. JYs 32). процесс включает загрузку и проплавление шихты, состоящей из марганецсодержащих материалов и флюсующих добавок, и выпуск расплава. на поверхность шлакового расплава предыдущей плавки загружают углеродистый восстановитель в количестве, необходимом для восстановления ведущих элементов шихты последующей плавки, затем загружают и проплавляют смесь
марганецсодержащих материалов и флюсующих добавок. образовавшийся после восстановления ведущих элементов шлак нагревают до 1550-1800 C 0 и на его поверхность загружают новую порцию углеродистого восстановителя, причем выпуск металла и шлака предыдущей плавки проводят в промежутке между окончанием загрузки углеродистого восстановителя и началом проплавления шихты. отличием способа является также то, что в образующийся после восстановления ведущих элементов шлак добавляют разжижитель. недостатками данного технического решения являются:
- низкая степень извлечения марганца из передельного шлака в ферромарганец; процесс ведут в одной электропечи, поэтому невозможно снизить концентрацию фосфора и железа при переработке бедного высокофосфористого сырья;
- трудность синхронизации выпуска металла и шлака предыдущей плавки в промежутке между загрузкой углеродистого восстановителя и началом проплавления шихты;
- высокое энергопотребление (до 1000 квтч электроэнергии на тонну передельного шлака);
- высокая кратность шлака; - плавающий углеродистый восстановитель теряет свою активность и использует свой потенциал не полностью; - возникают трудности в поддержании стабильного электрического режима.
кроме того, общим недостатком всех известных процессов для выплавки ферросплавов является то, что они сопровождаются значительными выбросами мелкодисперсных материалов и диоксидов в окружающую среду, в связи с чем необходимо включение в технологическую схему сложной системы газоочистных установок.
в качестве прототипа заявляемого способа и устройства для выплавки ферросплавов принята жидкофазная печь для плавки материалов, содержащих черные и цветные металлы (патент Ka 2348881, F 27B17/00, бюл. Ns 7 от 10.03.09 по заявке Ne 2006109262, опубл. 27.09.2007 г.;). печь содержит первую камеру, представляющую собой прямоугольную кессонированную шахту, расширяющуюся в верхней части, с футерованными стенками внизу, содержащую фурмы нижнего и верхнего рядов. шахта разделена поперечной перегородкой на
плавильный и восстановительный отсеки, сообщающиеся между собой через окно для перетока расплава в нижней зоне поперечной перегородки. снизу шахта содержит ступенчатую или наклонную подину и канал для выпуска металлов. печь снабжена второй камерой для накопления и выпуска шлака, причем камеры соединены между собой с возможностью перетекания расплава из первой камеры во вторую. вторая камера содержит электроды, тепловыделяющие концы которых погружены в расплав на границе раздела шлаковой и металлической фаз. шихту с флюсующими добавками и углеродистым топливом загружают в плавильный отсек на поверхность барботируемого дутьем шлакового расплава. за счет интенсивного перемешивания и выделения тепла сжигания топлива твердая шихта быстро расплавляется и формирует гомогенный шлак, который по мере его накопления под нижней кромкой перегородки перетекает в отсек восстановления. в данный отсек подают твердый углеродистый восстановитель в виде угля, и если необходимо, дополнительные флюсующие материалы. уголь вводят в количестве, необходимом для восстановления оксидов извлекаемых металлов и компенсации тепловых затрат. в результате восстановительных реакций образуется металлическая фаза, капельки которой опускаются на дно отсека восстановления и их выпускают из печи через канал для выпуска металла. шлаки с мелкими металлическими частицами переходят во вторую камеру, где при успокоении слоя шлакового расплава основная часть металлических частиц выпадает на дно печи, а часть (до (0,01í0,20)% от общего веса) увлекается отвальным шлаком. газы из отсека восстановления, содержащие со и H 2 , для экономии топлива и снижения их токсичности дожигают, подавая кислородосодержащее дутье через ряд фурм, расположенных в верхней зоне печи. после дожигания газы удаляют из печи через газоход.
к недостаткам данной жидкофазной печи относятся:
- низкая степень извлечения металлов из шихты;
- высокий расход энергоресурсов из-за большой суммарной площади поверхностей печи и связанных с этим потерей тепла (размеры восстановительного отсека сопоставимы, или даже больше, размеров плавильного отсека);
- плавающий углеродистый восстановитель теряет свою ' активность и использует свой потенциал не полностью;
- недостаточная утилизация тепла от окисления газов со, выделяющихся при
работе второй камеры в режиме электродуговой печи;
- значительные выбросы со и пылей из второй камеры печи в окружающую среду.
технической задачей настоящего изобретения является повышение выхода ведущих элементов, снижение расхода энергоресурсов, снижение выбросов вредных веществ в окружающую среду.
(iii) раскрытие изобретения
решение указанных выше технических задач достигается тем, что в способе выплавки ферросплавов, включающем загрузку шихты и углеродистого восстановителя в первую камеру печи, расплавление шихты, восстановление оксидов, подачу расплава оксидного шлака во вторую камеру печи, выпуск продуктов плавки, согласно изобретению, в первой камере восстанавливают оксиды с термодинамической прочностью ниже, чем у закиси марганца, металлы выпускают, при этом во второй камере формируют слой углеродистого восстановителя, нагретого до температуры 1850-2200 0 C, и обеспечивают непрерывное перетекание расплава оставшегося оксидного шлака из первой камеры на слой углеродистого восстановителя во второй камере, где проводят восстановление оксидов расплава с термодинамической прочностью равной или выше, чем у закиси марганца, после чего жидкие ферросплавы и конечный шлак выпускают.
в частном случае осуществления изобретения в состав шихты вводят флюс, обеспечивающий получение расплава вязкостью в пределах 0,3-10 пуаз.
в другом частном случае во вторую камеру одновременно с оксидным шлаком подают углеродистый восстановитель и флюс для достижения отношения в шлаке CaO/ SiO 2 в пределах 0,2 - 1,4.
жидкие ферросплавы и конечный шлак можно выпускать из печи одновременно и раздельно.
при температуре слоя углеродистого восстановителя ниже, чем 1850 C 0 , ухудшаются условия восстановления ведущих элементов. повышение температуры слоя углеродистого восстановителя свыше 2200 C 0 может привести к потерям марганца из-за возможного его улёта в газовую фазу, так как упругость пара марганца при таких температурах близка к 1 атм.
снижение вязкости расплава ниже 0,3 пуаза приводит к перерасходу флюса и разбавлению расплава оксидного шлака по ведущему элементу, а повышение вязкости свыше 10 пуаз затрудняет перетекание расплава оставшегося оксидного шлака из первой камеры на нагретый слой углеродистого восстановителя во второй камере и снижает скорость его прохождения через слой восстановителя.
при снижении отношения CaO/SiO2 в конечном шлаке ниже 0,2 увеличивается степень перехода кремния в ферросплав, что приводит, как следствие, к снижению концентрации марганца в ферросплаве за счёт его разбавления и к переходу сплава в разряд, не отвечающий существующим стандартам. повышение отношения CaO/SiO2 свыше 1,4 придаёт расплаву шлака пониженную жидкоподвюкность, возникают затруднения в его прохождении через слой углеродистого восстановителя, в результате чего снижается извлечение ведущего элемента в ферросплав. решение указанных выше технических задач достигается также тем, что в дуплекспечи для выплавки ферросплавов, состоящей из первой камеры для плавления шихты и восстановления оксидов, содержащей отверстия для загрузки шихты и углеродистого восстановителя, отверстия для отвода печных газов, нижний и верхний ряды фурм для подачи газо-воздушной смеси, подину с каналом для выпуска металла, и второй камеры с каналами для выпуска ферросплавов и конечного шлака, содержащей, по крайней мере, один электрод, погруженный в расплав, причем камеры соединены между собой с возможностью перетекания расплава из первой во вторую камеру, согласно изобретению, вторая камера содержит отверстия для загрузки углеродистого восстановителя с целью формирования его слоя; печь содержит средства, обеспечивающие направленное перетекание расплава из первой камеры на слой нагретого углеродистого восстановителя во второй камере, при этом печь выполнена с возможностью отвода газов из-под свода второй камеры в первую камеру на уровне, не выше верхнего ряда фурм. в одном из частных случаев выполнения дуплекспечи первая и вторая камеры соединены между собой через основную перегородку и сплошную перегородку, причем сплошная перегородка установлена на расстоянии от основной перегородки и параллельно ей и полностью отделяет нижнюю часть второй камеры от первой камеры, а направленное перетекание расплава на слой
б нагретого углеродистого восстановителя во второй камере обеспечено через окно в основной перегородке, расположенное не выше уровня нижнего ряда фурм, и через верхнюю кромку сплошной перегородки, расположенную выше уровня расплава и слоя углеродистого восстановителя во второй камере; при этом основная перегородка выполнена с окном на уровне не выше верхнего ряда фурм для отвода газов из-под свода второй камеры.
в данной конструкции дуплекспечи окно в основной перегородке для отвода газов из-под свода второй камеры может быть расположено ниже уровня верхнего ряда фурм на расстоянии, составляющем 8-12 размеров диаметра выходного отверстия фурмы.
вторая камера может содержать один электрод, установленный вертикально.
в другом частном случае выполнения дуплекспечи первая и вторая камеры соединены между собой через трубу или жёлоб, примыкающие одним концом к отверстию, выполненному в нижней части боковой стенки первой камеры, а вторым концом, примыкающие к отверстию, выполненному на своде второй камеры, причем уровень свода второй камеры расположен ниже уровня отверстия в боковой стенке первой камеры; при этом для отвода газов из-под свода второй камеры печь снабжена газопроводом, соединяющим отверстие, выполненное на своде второй камеры, и отверстие, выполненное в верхней части боковой стенки первой камеры на уровне не выше верхнего ряда фурм.
угол наклона части газопровода, которая примыкает к отверстию в боковой стенке первой камеры, может составлять 20-45 град. при таких углах наклона частицы пыли углеродистого восстановителя, мелкодисперсных оксидов и капельки барботирующего расплава, которые могут попадать из второй камеры вместе с восходящим потоком со в газопровод, стекают из газопровода в первую камеру, предотвращая его закупоривание.
дуплекспечь может содержать два электрода, установленных во второй камере горизонтально. (iv) описание чертежей
сущность изобретения поясняется чертежами.
на фиг. 1 представлен общий вид дуплекспечи для выплавки ферросплавов по п.7 формулы изобретения.
на фиг.2 представлен общий вид душiекспечи для выплавки ферросплавов по п.10 формулы изобретения.
дуплекспечь содержит первую жидкофазную камеру 1; фурмы низшего ряда - 2; фурмы верхнего ряда - 3. свод данной камеры содержит отверстия 4 для загрузки шихты и углеродистого восстановителя, а также отверстие 5 для отвода печных газов. камера 1 имеет подину 6 (ровную, наклонную, ступенчатую или другой формы) с каналом 7 для выпуска жидкого металла. печь содержит вторую камеру 8, снабженную, по крайней мере, одним электродом 9. вторая камера 8 снабжена каналами 10 для раздельного выпуска жидкого ферросплава и конечного шлака. в конструкции дуплекспечи, представленной на фиг.l, камеры соединены между собой через основную перегородку 11 , верхняя кромка которой опирается на свод камеры 1, а нижняя - на ее подину 6. основная перегородка 11 в нижней части содержит окно 12 для перетекания расплава из первой камеры на слой нагретого углеродистого восстановителя во второй камере. окно 12 расположено не выше уровня нижнего ряда фурм 2. основная перегородка 11 в верхней части содержит окно 13, расположенное на уровне не выше верхнего ряда фурм 3, которое служит для отвода газов из-под свода второй камеры 8. свод второй камеры 8 выполнен с отверстиями 14 для подачи углеродистого восстановителя и флюса. в нижней части второй камеры 8 на расстоянии от основной перегородки 11 и параллельно ей установлена сплошная перегородка 15, которая полностью отделяет нижнюю часть второй камеры 8 от первой камеры 1. верхняя кромка сплошной перегородки 15 расположена выше уровня расплава и слоя углеродистого восстановителя во второй камере 8.
в конструкции дуплекспечи, представленной на фиг.2, перетекание расплава из первой камеры 1 на слой нагретого углеродистого восстановителя во второй камере 8 обеспечено через трубу 16. труба 16 примыкает одним концом к отверстию 17, выполненному в нижней части боковой стенки первой камеры 1, а вторым концом примыкает к отверстию 18, выполненному на своде второй камеры 8. при этом уровень свода второй камеры 8 расположен ниже уровня отверстия 17 в боковой стенке первой камеры 1. вторая камера 8 содержит два горизонтально расположенных электрода 9. для отвода газов из-под свода второй камеры установлен газопровод 19 между отверстием 20 на своде второй камеры и отверстием 21 в верхней части боковой стенки первой камеры, расположенным на уровне не выше верхнего ряда фурм 3. при этом угол наклона части газопровода,
которая примыкает к отверстию в боковой стенке первой камеры, составляет
20-45 град.
получение ферросплавов по предлагаемому техническому решению осуществляют следующим образом. первую камеру 1 нагревают до определенной температуры по заранее заданному временному графику. затем загружают ее расплавленным шлаком (мартеновским, доменным или другим легкоплавким шлаком) до уровня нижнего ряда фурм 2. после прогрева свода первой камеры через отверстие 4 постепенно начинают загружать шихту, нефракционированный уголь и флюс для придания необходимой вязкости расплаву. через нижний ряд фурм 2 и пусковые горелки (на фигурах не показаны) подают газо-воздушную смесь (например, кислород- воздух-метан) с созданием барботирующей жидкофазной среды по всему объему первой камеры 1. происходит «кyчнoe» (в виде плотного потока) движение шихты с последующим погружением в расплав при отсутствии высоких скоростей отходящих газов в надшлаковом пространстве. это обеспечивает смачивание шихты и снижение выноса пылей при переработке мелкодисперсных материалов до 1 - 1,5% от общей загружаемой массы.
поскольку шихта (железомарганцевое сырье, отходы обогащения и прочее), уголь, флюс активно перемешиваются, то тепло от сгорания угля и метана расходуется на нагрев и расплавление шихты, а продукты их неполного сгорания - оксид углерода и водород используются в качестве восстановителя оксидов, термодинамическая прочность которых ниже, чем у закиси марганца (т.е. тех оксидов, которые можно восстановить с помощью оксида углерода). реакция восстановления этих оксидов идет достаточно интенсивно. образование со и H 2 происходит в верхней зоне первой камеры 1, при этом они дожигаются фурмами верхнего ряда 3. тепло, выделяющееся при дожигании со и H2, мельчайшими частицами металла и шлака возвращается обратно в барботирующую жидкофазную среду. оксиды марганца в этих условиях не восстанавливаются. в таблице 1 представлена термодинамическая прочность некоторых оксидов металлов, которые чаще всего присутствуют в виде примесей во многих рудах и концентратах, из которых плавят ферросплавы.
таблица 1
основные реакции, которыми характеризуется технологический процесс в первой камере: FeO + со = Fe + CO 2 ; P 2 O 5 + 5/2CO = P 2 + 5/2CO 2 .
восстановленное железо, фосфор, цветные металлы осаждаются на подину 6 и непрерывно выпускаются из первой камеры через канал 7. данный сплав металлов (90% Fe, 0,5-3,0% Mn; 0,3-0,5% Si; 3,5-4,0% с; 2,5-4,0% P) пользуется большим спросом у металлургов. оставшийся оксидный шлак, освобожденный от примесей железа, фосфора, цветных металлов и содержащий в основном оксиды марганца и оксиды, чья термодинамическая прочность выше, чем у закиси марганца (оксиды кремния, кальция, магния, алюминия, бария и другие), непрерывно перетекает во вторую камеру 8 на слой углеродистого восстановителя, нагретого до температуры 1850- 2200 0 C. основные реакции, которыми характеризуется технологический процесс во второй камере: 2 MnO + с = 2 Mn + CO 2 ; SiO 2 + с = Si + CO 2 .
непрерывное перетекание расплава из первой камеры во вторую камеру осуществляется через окно 12 в основной перегородке 11 и верхнюю кромку сплошной перегородки 15 (фиг.l), либо по трубе 16 (фиг.2). слой углеродистого восстановителя во второй камере 8 создают заранее загрузкой углеродистого восстановителя через отверстия 14, расположенные на своде второй камеры.
с целью получения требуемой номенклатуры ферросплава в процессе плавки во вторую камеру через отверстия 14 могут дополнительно подавать углеродистый восстановитель и флюс, обеспечивая в шлаке отношение CaO/SiO 2 в пределах 0,2-1,4. проходя слой углеродистого восстановителя, оксиды марганца и кремния восстанавливаются в разной степени, в зависимости от требуемой номенклатуры ферросплава (углеродистый ферромарганец или силикомарганец), что определяется температурой, толщиной слоя углеродистого восстановителя и основностью шлака: для углеродистого ферромарганца отношение CaO/SiO2 должно быть в пределах от 0,6 до 1,4; для силикомарганца - в пределах от 0,2 до
0,5. эти параметры поддерживаются средствами высокоточной автоматики (на фигурах не показаны).
газы CO 5 образующиеся при восстановлении оставшегося оксидного шлака во второй камере 8, непрерывно отводятся через окно 13 в основной перегородке 11 (фиг.l) или через газопровод 19 (фиг.2) в первую камеру и дожигаются фурмами верхнего ряда 3 до CO 2 . в результате исчезает особо опасный для экологии со, а полученное дополнительное тепло передается в барботирующую среду первой камеры 1, что обеспечивает возможность сокращения расхода топлива, подаваемого в первую камеру, на 20-30%.
(v) лучший вариант осуществления изобретения
в качестве шихты использовались карбонатные и окисленные железомарганцевые концентраты (см. таблицу 2).
таблица 2
шихту, содержащую смесь окисленного концентрата и карбонатного концентрата, взятых в соотношении 7:3, флюс (флюорит, поваренная соль NaCl, кварцит - SiO 2 - 98,5%; Al 2 O 3 - 0,5%, CaO - 0,3%, известь - CaO - 98,0%; SiO 2 - 1,5%; Al 2 O 3 - 0,5%) и мелкий уголь постепенно загружают в первую камеру печи 1 (фиг.l). через нижний ряд фурм 2 и пусковые горелки (на фигуре не показаны) подают смесь кислород-воздух-метан с созданием барботирующей жидкофазной среды по всему объему первой камеры. тепло от сгорания угля и метана расходуется на нагрев и расплавление шихты, а продукты неполного его сгорания - оксид углерода и водород используются в качестве восстановителя оксидов с термодинамической прочностью ниже, чем у закиси марганца (железо,
фосфор, цветные металлы), которые осаждаются на подину б и в виде сплава непрерывно выпускаются из канала 7. усредненный состав выпускаемого металла, вес. %: P 3,5 - 5,7; с 3,3 - 4,0; Mn -0,5-1,1; железо-остальное .
оставшийся оксидный шлак содержит оксиды марганца и оксиды с термодинамической прочностью выше, чем у закиси марганца (оксиды кремния, кальция, магния, алюминия, бария и другие). в таблице 3 представлены результаты экспериментов по составу оставшегося оксидного шлака.
таблица 3
по мере накопления оставшегося оксидного шлака и достижения температуры 1410 0 C шлак через нижнее окно 12 основной перегородки 11 и верхнюю кромку сплошной перегородки 15 (фиг.l) непрерывно перетекает во вторую камеру печи 8 на нагретый до температуры 1850-2200 0 C слой углеродистого восстановителя, где проходит окончательное восстановление марганца и кремния. одновременно во вторую камеру через загрузочные отверстия 14 подают углеродистый восстановитель и флюс для достижения в восстанавливаемом оксидном шлаке отношения CaO/ SiO 2 в пределах 0,2 - 1,4. температура, толщина слоя углеродистого восстановителя и отношение CaO/ SiO 2 в оксидном шлаке поддерживаются автоматически. при отношении CaO/ SiO 2 в оксидном шлаке в пределах 0,2 - 0,5, продуктом плавки будет силикомарганец с различным содержанием кремния. если отношение CaO/ SiO 2 будет в пределах 0,6 - 1,4, продуктом будет углеродистый ферромарганец. полученные продукты плавки в виде ферросплава и конечного шлака выпускаются раздельно и одновременно через каналы 10. выделяющиеся при восстановлении газы со с мелкодисперсными пылями непрерывно отводятся через окно 13 в основной перегородке 11 в верхнюю часть первой камеры, где
смачиваются брызгами расплава и дожигаются фурмами верхнего ряда до CO 2 .
в результате исчезает особо опасный для экологии со, а дополнительное тепло передается материалам в барботирующей среде первой камеры 1.
в таблице 4 представлены результаты экспериментов по окончательному восстановлению оксидного шлака во второй камере печи.
таблица 4
анализ полученных результатов показывает, что предлагаемый способ и дуплекспечь для выплавки ферросплавов позволяют получить извлечение ведущего элемента, в частности, марганца на 5-8% выше, чем показатели, достигнутые на сегодняшний день с применением известных передовых технологий. следует при этом отметить, что абсолютное извлечение ценных компонентов из добытой руды составляет не менее 25-28%. это связано с тем, что в известных устройствах в камеру плавления сырье подают после предварительной подготовки (магнитное обогащение и т.п.), при которой теряется до 30-40% ценных компонентов. в предлагаемом техническом решении предварительной подготовки сырья не требуется. это связано также с тем, что в первой камере печи происходит более полное восстановление оксидом углерода элементов, оксиды которых имеют термодинамическую прочность ниже, чем у закиси марганца, которые непрерывно выводятся из процесса. при этом марганец и другие элементы с термодинамической прочностью выше, чем у закиси марганца, практически полностью остаются в оставшемся оксидном шлаке и переходят в готовый ферросплав за счет создания заявленных условий их восстановления во второй камере печи.
таким образом, предлагаемые способ выплавки ферросплавов и
дуплекспечь для его реализации позволяют существенно повысить извлечение ведущих элементов (в частности, марганца). за счет конструктивных особенностей печи тепло отходящих газов практически без потерь возвращается обратно в процесс, что снижает энергозатраты по сравнению с известными устройствами на 15-25%, а затраты электроэнергии снижаются на 8-20% за счет работы электродов в среде с почти постоянной электропроводимостью. при этом также снижается на 3-5% расход электродов во второй камере за счет того, что они окружены благоприятным для них углеродсодержащим слоем. при этом удается практически полностью избавиться от особо опасных для здоровья оксидов. данную технологию можно успешно применять для производства ферромарганца или селикомарганца, а также других видов ферросплавов из бедных руд без использования кокса.