Тәжірибелік конференциясының ЕҢбектері

165 
 
50
52
54
56
58
60
62
50
70
90
Принимаемая степень извлечения 
хрома из оборотных отходов при 
расчете расхода кокса , %
ф
ак
ти
ч
ес
ко
е 
в
ос
ст
ан
о
в
л
ен
и
е 
ок
си
д
а 
хр
ом
а 
и
з 
о
б
ор
от
н
ы
х 
от
хо
д
ов
, 
%
 
 
  
 
 
Кроме того, изучали влияние концентрации оксида кальция в шлаке на показатели  
процесса  переплава  ХМК.  Было  проведено  несколько  плавок  с  добавкой  извести.  Как 
показали результаты, это приводит к снижению температуры шлака и замораживанию металла на 
подине вследствие плохого прогрева. 
ВЫВОДЫ:    Результаты  проведенных  исследований  показали,  что  оптимальные  условия 
ведения процесса переплава ХМК в условиях АЗФ следующие: показатель MgO/ (SiO
2 
+ Al
2
O
3
) = 
0,95, кратность шлака 1,1, температура шлака на выпуске 1850-1860
0
С. 
 
 
УДК 669.187.15 
 
ОПТИМИЗАЦИЯ ВЛИЯНИЯ ШЛАКОВОГО РЕЖИМА И 
ВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПОТЕНЦИАЛА ШИХТЫ ПРИ ВЫПЛАВКЕ 
СИЛИКОМАРГАНЦА В УСЛОВИЯХ АКСУСКОГО ЗАВОДА ФЕРРОСПЛАВОВ 
 
Зобнин Н.Н., Колесников А.С., Таукебаева Г.И., Муртазина Е.Р., Овчинникова В.Н. 
ЮКГУ им. М. Ауэзова, Шымкент, Казахстан 
 
Резюме 
Статья  посвящена  проблеме  оптимизации  шлакового  режима  при  выплавке  силикомарганца  и 
подбору  восстановительного  потенциала  шихты  не  нарушающего  электрический  режим  процесса 
электротермической плавки в рудотермической печи. Установлены оптимальная основность шлака – 0,25-
0,30  для  переработки  марганцевого  концентрата  месторождения  Тур.  Подобрано  оптимальное 
соотношение угля и кокса в колоше для этого же рудного материала 
 
Түйін 
Мақала рудатермиялық пештің электртермиялық балқыту процесінің электрлі тәртібін бұзбайтын 
шихтаның  тотықсыздандыру  потенциалын  таңдау  және  силикомарганецті  балқыту    кезіндегі  шлак 
тәртібінің  оптимизациялы  мәселесіне  арналған.  Тур  кенорнындағы  марганец  концентратын  қайта  ӛңдеу 
үшін  шлактың  негізгі  оптималдылығы  –  0,25-0,30  кӛрсетілген.  Осы  кен  материалы  үшін  колошта  кӛмір 
мен кокстың оптималды қатынасы таңдалған 
 
Summary 
Как  известно  из  литературных  данных  [1,2]  ТЭП  процесса  выплавки  ферросиликомарганца,  такие 
как  извлечение  марганца  и  кремния  в  сплав,  в  значительной  степени  зависят  от  основности  конечного 
шлака. С увеличением основности вышеуказанные показатели улучшаются и выше определенного значения 
ухудшаются.  Это  вызвано  многими  факторами,  как  с  позиций  термодинамики  и  кинетики  процесса 
восстановления, так и с позиций электрических свойств шлаков различного химического состава. 
 
Рисунок 2 Зависимость фактической 
степени восстановления хрома из 
оборотных отходов от расхода кокса 
 
Рисунок 3  Зависимость удельного 
расхода электроэнергии от кратности 
шлака при переплаве оборотных 
отходов  
 
2000
2200
2400
2600
2800
3000
3200
3400
3600
3800
0.9
1.1
1.3
1.5
кратность шлака
у
д
е
л
ь
н
ы
й
 р
а
с
х
о
д
 
э
л
е
ктр
о
э
н
е
р
ги
и
, к
В
т*
ч
/т

166 
 
1.
 
При  увеличении  основности  избыточный  оксид  кальция  разрушает  сложно 
восстановимые силикаты марганца MnO * SiO
2
 – родонит и MnO * 2SiO
2
 – тефроит по реакциям, 
что способствует увеличению скорости восстановления и улучшает показатели плавки 
 
MnO * SiO
2
 + СаО  =  MnO +  СаО * SiO
2
 
MnO * 2SiO
2
 + 2СаО  = MnO +  2(СаО * SiO
2
) 
 
2.
 
Дальнейшее  увеличение  основности  приводит  к  связыванию  марганца  в  сложное 
соединение – марганцовистый оливин по реакции 
 
MnO * SiO
2
 + СаО  =  MnO * СаО * SiO
2
 
 
Поскольку  восстановление  оливина  требует  еще  большего  восстановительного  потенциала 
газовой фазы, чем при восстановлении силиката, показатели плавки снова ухудшаются.  
 
3.
 
Увеличение  и  уменьшение  основности  приводит  к  изменению  электрического 
сопротивления  шлака.  В  кислых  низкоосновных  шлаках  возникают  условия  образования 
полимерных структур на базе кремнекислородного тетраэдра (SiO
4
)
4- 
(рисунок 1). Такие структуры 
приводят к тому, что шлак становиться вязким и низко электропроводным. Такие шлаки снижают 
ток  дуги,  затрудняют  обслуживание  летки  и  приводят  к  угару  металла  на  выпуске.  Добавка 
основного оксида в такие системы способствует разрушению полимерных цепочек и образованию 
сложных  низкомолекулярных  ионов.  Однако  при  определенных  условиях  избыток  основных 
оксидов в шлаке может привести к возникновению таких сложных полимерных образований как 
гроссуляр, диортосиликат со сдвоенным кремнекислородным тетраэдром и т.д. [3]. 
    
                          
 
 
 
Рисунок 1. Полимерные структуры на базе кремнекислородного тетраэдра (SiO
4
)
4-
 
 
В результате показатели плавки снова ухудшаются по тем же причинам, что и при низких 
основностях.  Теоретические  исследования  с  привлечением  метода  термодинамического 
диаграммного  анализа  (ТДА)  и  отчасти  практические  данные  показывают,  что  оптимальное 
отношение  основных  оксидов  к  кислым  в  конечных  шлаках  следует  рассматривать  в  двух 
вариантах. С учетом содержания глинозема и без учета. [1] 
 
1.
 
Отношение СаО / SiO
2
 = 0,33 – 0,48 (без учета глинозема) 
2.
 
Отношение СаО / SiO
2
 = 1,0 – 1,9 (с учетом глиноземом) 
 
Данные значения основности базируются на необходимости образования в конечных шлаках 
минерала  анортита,  который  обеспечивает  при  температуре  процесса  наилучшую 
электропроводность и жидкоподвижность шлака.  
Как  видно  теоретически  обоснованные  пределы,  в  которых  варьируется  основность, 
довольно  широки,  что  затрудняет  использование  данных  на  практике.  Конкретное  значение 
основности, при которой достигается наилучшие показатели плавки, зависят от многих факторов – 
профиля  рабочего  пространства  печи,  электрического  режима,  наличия  примесей  в  исходном 
сырье, содержания марганца в рудном материале и от многих других. 

167 
 
Для  адаптации  результатов  теоретических  исследований  к  практическим  условиям  были 
изучены  результаты  плавок  на  промышленной  трехэлектродной  печи  №  13  РКЗ  –  33  М 
мощностью 33 МВ*А цеха №1 Аксуского завода ферросплавов. Профиль рабочего пространства и 
габариты печи характеризуются следующими размерами: 
 
Диаметр электрода…………………………………….1500 мм 
Внутренний диаметр рабочего пространства……….. 9200 мм 
Высота рабочего пространства………………………. 3180 мм 
Диаметр распада электродов ………………………… 3900 мм 
Высота кожуха …………………………………………5970 мм 
Диаметр кожуха ……………………………………….. 12200 мм   
 
 
Проведение  любых  исследований  в  промышленных  масштабах  сопряжено  с  рядом 
трудностей  организационного  порядка  и  серьезным  экономическим  риском.  В  чистом  виде 
данную  работу  нельзя  назвать  исследованием,  но  пассивным  экспериментом,  когда 
стохастические изменения состава шихты позволяют судить о влиянии некоторых параметров на 
ход  процесса.  На  данной  печи  производили  плавку  силикомарганца  непрерывным 
углетермическим  способом  при  включенной  системе  УПК.  В  качестве  шихтовых  материалов 
использовались  марганцевые  руды  месторождений  Тур  и Темир  с  содержанием  марганца  -  35%, 
оксида кремния - 16%, оксида кальция  -3%, флюсы – кварцит Тектурмасского и Первоуральского 
месторождения,  известняк  Южно-Топарского  месторождения,  углеродистый  восстановитель  – 
Заринский  и  Кемеровский  кокс,  и  уголь  Экибастузкого  месторождения.  Рудный  материал 
использовался  не  сортированный  с  высокой  долей  (до  30  –  40%)  мелкой  фракции  0  –  10  мм, 
восстановитель – кокс фракции 10-25 мм (коксовый орешек) соответствовал ТУ 14-7-130-91, уголь 
использовали  не  сортированный  с  содержанием  фракции  менее  10  мм  до  50%,  кварцит 
поставлялся сортированный, фракции 10-60 мм, известняк не дробленный кусковой 0-300 мм.  
 
Состав шихты был следующий: 
 
Руда месторождения Тур…………… 300 кг 
Руда месторождения Темир………… 300 кг 
Кварцит………………………………. 35 кг 
Уголь…………………………………. 200 кг 
Кокс……………………………………60 кг 
Оборотные отходы……………………100 кг 
Известняк………………………………20 кг 
 
Руды Тур и Темир примерно одинаковы по химическому составу, но соотношение основных 
и  кислых  оксидов  СаО  /  SiO
2
  несколько  отличается.  Пустая  порода  руды  Темир  более 
высокоосновная. Содержание оксида алюминия в обеих рудах незначительно и составляет около 
1-2%.  Путем  увеличения  расхода  более  высокоосновной  руды  Темир  увеличивали  основность 
исходной шихты от 0,08 до 0,25.  
В  ходе  плавки  силикомарганца  по  состоянию  на  1.06.2002  наблюдалось  затруднение 
выпуска  шлака  на  фоне  повышенного  содержания  кремнезема  в  конечном  шлаке  –  46-49%, 
основность    шлака  –  0,16.  Фиксировалась  устойчивая  тенденция  роста  удельного  расхода 
электроэнергии  более  5000  кВт*ч/т.  Согласно  техническому  регламенту  при  данном  нарушении 
следует повышать расход известняка для разжижения шлака, но в данный момент не было такой 
возможности и было принято решение об увеличении доли более высокоосновной руды Темир в 
рудной части шихты. Другой возможностью по регламенту являлось снижение расхода кварцита, 
но  при  критическом  содержании  кремния  в  готовом  металле  (16,9  –  17,0%)  эта  мера  не 
представлялась  приемлемой.  Такая  ситуация  продолжалась  в  течение  2-3  суток  на  фоне 
устойчивой  положительной  динамики.  К  4.06.2002  при  расходе  руды  Темир  420  кг  основность 
конечного шлака увеличилась до 0,24. Шлак стал выходить значительно активнее, обслуживание 
летки значительно облегчилось, кратность шлака резко снизилась. Кремний в металле повысился, 
металл  выходил более  горячий.  С  целью  проверки  того, как  в  дальнейшем  повлияет  увеличение 
основности,  с  4.06.2002  продолжили  снижение  доли  руды  Тур  в  рудной  части  шихты, 
ориентируясь  в  дальнейшем  отказаться  от  использования  этого  сырья,  к  9.06.2002  в  печи 

168 
 
перерабатывалась  только  руда  Темир  (600  кг  в  колошу).  В  течение  всего  этого  времени  работа 
печи  была  не  стабильной,  и  об  определенной  тенденции  было  говорить  трудно.  Возможно,  это 
объяснялось  резким  переходом  от  рудной  смеси  на  моношихту.  К  10.06.2002  основность 
конечного  шлака  стабилизировалась  на  уровне  0,4.  Показатели  плавки  при  этом  резко 
ухудшились,  увеличилась  кратность  шлака  и  расход  электроэнергии,  печь  шла  с 
многочисленными  свищами.  Характерно,  что  резко  уменьшилось  (до  14-14,5%)  содержание 
кремния  в  металле.  В  ходе  последующих  2  суток  были  сделаны  попытки  выправить  положение 
путем увеличения расхода кокса и подачи под электроды кварцита. Однако это не давало эффекта, 
что  косвенно  подтверждало  блокирование  процесса  восстановления  кремния  при  данной 
основности.  С  11.06.2002  восстановили  исходный  расход  флюсов  и  постепенно  снижали  долю 
руды Темир и увеличивали долю Тур, до соотношения, которое в настоящее время является «ноу – 
хау»  Аксуского  завода  ферросплавов.  При  данном  соотношении  рудных  материалов  основность 
конечного  шлака  составила  0,28-0,31.  В  наиболее  благоприятный  режим  работы  печь  вошла  к 
13.06.2002.  Результаты  изучения  влияния  основности  на  технологические  показатели 
представлены  в  форме  графиков  зависимости  соответствующих  показателей  от  основности  на 
рисунке 2. 
Помимо  того,  что  на  показатели  плавки  ферросплавов  углетермическим  способом  влияет 
шлаковый режим, существенное влияние оказывает и восстановитель.  
4500
5000
5500
6000
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
Основность шлака
У
де
ль
н
ы
й
 р
ас
хо
д 
эле
кт
р
о
эн
ер
ги
и
, 
кВт
*ч
/т
 
 
14
15
16
17
18
19
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Основность шлака
С
о
д
ерж
ан
ие
 к
ре
м
н
ия
 в 
гот
о
во
м
 м
ет
ал
л
е,
 %
 
 
6
8
10
12
14
16
18
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Основность шлака
С
о
д
ерж
ан
ие
 м
ар
га
н
ц
а 
в 
от
ва
л
ьн
ом
 ш
л
ак
е,
 %
 
 

169 
 
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
0
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
Основность шлака
Кр
ат
н
ос
ть
 ш
л
ак
а
 
 
Рисунок 
2- 
Зависимость 
основных 
технологических 
показателей 
плавки 
феррросиликомарганца от основности конечного шлака 
Его удельное количество в 
шихте  и  ряд  физико-химических  свойств.  Одно  из  наиболее  значимых  свойств  –  электрическое 
сопротивление  углеродистого  восстановителя  [4,  5,  6].  Высокое  сопротивление  обеспечивает 
улучшение  показателей  восстановительной  плавки.  Уголь  по  сравнению  с  коксом  обладает 
большим сопротивлением, но его использование затрудняется тем, что, как правило, поступает он 
на завод с большой  долей пылевидной фракции. Это приводит к нарушению газодинамического 
режима,  забиванию  газоходов,  как  вынесенной  пылью,  так  и  продуктами  коксования  угля. 
Поэтому  подбор  соотношения  углеродистых  восстановителей  различного  типа  сложная  задача, 
требующая  учета  большого  числа  различных,  часто  взаимно  противоположных  требований    и 
факторов процесса плавки. 
Для  определения  состава  шихты  в  каждом  конкретном  случае  приходится  проводить 
кропотливую  дорогостоящую  оптимизацию.  Для  этого  устанавливают  определенный  расход 
восстановителя одного типа (на АЗФ, как правило, угля), а затем постепенно увеличивают расход 
второго  восстановителя  –  кокса.  Находят  такой  расход  кокса,  при  котором  достигаются 
наилучшие  показатели  плавки.  Если  показатели  не  удовлетворительны,  то  увеличивают  расход 
угля  и  повторяют  подбор  расхода  кокса.  Для  каждой  новой  руды,  особенно  если  существенно 
изменяется  содержание  основного  элемента,  проводится  подобного  рода  оптимизация.  Также 
проверяется  возможность  использования  нового  типа  восстановителя  с  учетом  предполагаемых 
объемов поставки. 
Здесь представлены результаты части процедуры определения наилучшего состава шихты. 
Исследования проводились на промышленной трехэлектродной печи № 13 РКЗ – 33 М мощностью 
33  МВ*А  цеха  №1  Аксуского  завода  ферросплавов.  На  данной  печи  производили  плавку 
силикомарганца  непрерывным  углетермическим  способом  при  включенной  системе  УПК.  В 
качестве  шихтовых  материалов  использовались  марганцевый  концентрат  из  руды  Жайремского 
месторождения (Mn = 42%, SiO
2
 = 14%) и прочие вспомогательные материалы, использованные в 
ходе  исследования  влияния  шлакового  режима  на  показатели  плавки.  Основность  конечного 
шлака поддерживали на уровне 0,3. Следует отметить, что для данного рудного материала данная 
основность не является оптимальной, т.к. содержание кремния в готовом металле на протяжении 
всего  исследования  не  поднималось  выше  15,6%.  Это  дополнительно  подтверждается  тем,  что 
увеличение расхода кварцита не дает роста концентрации кремния. 
 
Состав шихты был следующий: 
Жайремский концентрат.…………… 600 кг 
Кварцит………………………………. 55 кг 
Уголь…………………………………. 200 кг 
Оборотные отходы……………………100 кг 
Известняк………………………………20 кг 
Кокс…………………………………….100 кг 
 
 

170 
 
4650
4700
4750
4800
4850
4900
4950
5000
5050
98
100
102
104
106
108
110
112
Расход кокса, кг
У
д
ел
ьн
ы
й
 ра
сх
о
д
 
эл
ек
тр
оэ
н
ер
ги
и,
 к
В
т*
ч
/т
 
 
14
14.5
15
15.5
16
98
100
102
104
106
108
110
112
Расход кокса, кг
С
оде
р
ж
ан
и
е 
кр
ем
ни
я 
в
 
го
то
во
м
 м
ет
ал
ле
, %
 
 
4
6
8
10
12
14
98
100
102
104
106
108
110
112
Расход кокса, кг
С
о
д
ерж
ан
ие
 м
ар
га
н
ц
а 
в 
от
ва
л
ьн
ом
 ш
л
ак
е,
 %
 
 
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
98
100
102
104
106
108
110
112
Расход кокса, кг
К
р
а
тн
о
с
ть
 шл
а
ка
 
Рисунок 
3-Зависимость 
основных 
технологических 
показателей 
плавки 
феррросиликомарганца от расхода кокса при фиксированном расходе угля (200 кг в колошу) 
 
Расход  кокса  увеличивали  от  100  кг  до  110  кг  с  1.05.2002  по  4.05.2002.  По  мере 
стабилизации  показателей  фиксировали  результат  воздействия.  Результаты  исследований 
представлены  в  форме  графиков  зависимости  технологических  показателей  плавки  от 
соотношения кокса и угля в шихте (рисунок 3). 

171 
 
Как видно из всего вышеизложенного оптимизация хода плавки ферросплавов по факторам 
основности  и  электрического  сопротивления  шихты  сложный  и  не  однозначный  процесс. 
Идентифицировать результаты подобных исследований на крупных объектах и делать какие-либо 
обобщения  следует  делать  крайне  осторожно,  обязательно  привязывая  к  большому  числу 
характеристик  как  самого  процесса  как-то  газопроницаемость  шихты,  электрическое 
сопротивление, характер изменения характеристик от температуры, кинетические характеристики 
шихты геометрии рабочего пространства и т.д. В целом же следует отметить, что теоретические 
разработки  по  оптимизации  шлакового  режима  в  рамках,  указываемых  разработчиками,  могут 
быть использованы на практике. Однако в каждом конкретном случае необходим индивидуальный 
подход  к  решению  проблемы  оптимизации,  который  требует  от  производственников  не 
стандартных  ходов  и  творческой  адаптации  теории.  И  представленный  здесь  опыт  вовсе  не 
универсален. Что касается оптимизации по типу углеродистого восстановителя, то теоретическая 
проработка вопроса еще предстоит, и представленные здесь пути решения на основе эксперимента 
еще  далеко  не  гарантируют  оптимальных  параметров  плавки.  Если  конечно  таковые  решения 
вообще  могут  существовать,  в  чем  усомниться  позволяют  внутренние  противоречия  самого 
процесса. 
 

жүктеу/скачать 9,36 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: