Подготовка шихтовых материалов

Наиболее эффективным средством повышения производительности печи и улучшения всех технико-экономических показателей является подготовка шихты к плавке.

На данном этапе развития отечественной ферросплавной промышленности подготовка шихты на наших заводах заключается, в основном, только в дроблении крупных кусков и отсева мелочи иногда - в сушке коксика и руды. При плавке марганцевых ферросплавов применяют агломерат.

Много работ было посвящено вопросу, какая фракция того или другого материала должна быть принята для нормальной работы печи. В результате этих работ и данных практики заводов считается, что оптимальный размер кусков кварцита при выплавке ФС45 должен быть 25-60 мм и 40-100 мм при выплавке ФС75. Коксик необходимо рассеивать и фракцию ниже 5 мм удалять. В печь должен поступать коксик 5-20 мм (до 25 мм). При выплавке кристаллического кремния нефтяной и пековый коксик имеют размер кусков 5-15 мм. При этом размер кусков коксика должен быть в 3-7 раз меньше кусков кварцита, а отношение размеров кусков верхнего и нижнего предела кварцита и коксика должно составлять примерно 2,2.

При выборе фракции восстановителя исходят из тex соображений, что до высоких температур в печи главным регулятором электросопротивления шихты в печи является восстановитель чем мельче восстановитель, тем большим электросопротивлением он обладает. Но далеко идти в сторону измельчения его нельзя, т.к. это приведет к резкому снижению газопроницаемости шихты и к ее спеканию.

В последние годы, в связи с более глубоким обогащением марганцевых руд, концентраты гравитационно-магнитного обогащения получаются фракции 0-3 мм, а флотоконцентраты 0-0,25 мм.

Вместе с тем, практика работы ферросплавных печей на шихте с большим количеством мелочи показывает, что при этих условиях резко ухудшается газопроницаемость шихты, происходит ее спекание и нарушается нормальный ход печи. Вопрос выбора метода подготовки шихты к плавке должен решаться с точки зрения механизма процесса восстановления ведущего элемента в печи. Возможные процессы восстановления оксидов углеродом в ферросплавной печи могут быть представлены следующими схемами:

I. Восстановление оксида твердым углеродом из газовой фазы при сублимации или испарении оксида.

МеО_(пар) + С_(тв) = Ме_(тв) + СО_(газ)

2. Восстановление твердого оксида твердым углеродом при непосредственном их контакте.

МеО_(тв) +С_(тв) = Ме_(тв) +СО_(газ)

Этот процесс хотя и лимитируется диффузионными барьерами появлением промежуточного продукта на границе контакта оксида и восстановителя, безусловно получает определенное развитие в печи, т.к. при перемещении шихты в процессе плавки контакты оксида и восстановителя все время обновляются, что создает необходимые условия для твердофазных реакций.

3. Восстановление оксида из жидкого расплава твердым углеродом при непосредственном их контакте.

МеО_(ж) + С_(тв) = Ме_(ж) + СО_(газ)

Этот процесс идет тем лучше, чем лучше смачиваемость восстановителя жидким расплавом.

4. Восстановление твердого (или жидкого) оксида углеродом через газовую фазу.

Этот механизм, по-видимому, является основным и получает развитие при температурах выше 700°, когда становится возможной регенерация оксида углерода.

5. Восстановление оксида при его диссоциации

2МеО = 2Ме + О₂; mO₂ + nC = pCO₂ + qCO

Какова удельная значимость перечисленных схем процессов восстановления окислов углеродом, пока неизвестно, но совершенно ясно, что все они имеют место при получении ферросплавов.

Какой бы механизм ни действовал, известно, что при мелкой фракции реагирующих компонентов, хорошем их перемешивании и уплотнении смеси, процесс восстановления идет лучше, чем при крупной фракции и свободном насыпном состоянии. Это объясняется, прежде всего, тем, что чем меньше фракция, тем больше общая поверхность зерен и больше контактов между ними.

Таким образом, для достижения максимального эффекта при восстановлении оксидов шихты необходимо работать на возможно более мелкой шихте, подвергая ее окускованию.

В металлургической промышленности применяются следующие методы окускования: агломерация, окатывание и брикетирование.

Наибольшее распространение получила агломерация как наиболее высокопроизводительный метод окускования. Однако этот способ целесообразно применять только для концентратов крупностью 3-10 мм. Для более тонких концентратов (флотоконцентраты, концентраты химического обогащения и т.п.) применение агломерации является нерентабельным из-за очень низкой производительности аглолент.