RU2366723C2

RU2366723C2 - Method of steel production and installation for implementation of this method

Info

Publication number: RU2366723C2
Application number: RU2007135939/02A
Authority: RU
Inventors: Игорь Георгиевич Сапченко (RU); Игорь Георгиевич Сапченко; Сергей Геннадьевич Жилин (RU); Сергей Геннадьевич Жилин; Олег Николаевич Комаров (RU); Олег Николаевич Комаров
Original assignee: Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН; ООО "Амуртермит"
Priority date: 2007-09-27
Filing date: 2007-09-27
Publication date: 2009-09-10
Also published as: RU2007135939A

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: method consists in preparation of thermite mixture consisting of scale, aluminium chips and modifiers, in charging mixture into reaction chamber, in igniting mixture and in carrying out reducing reaction producing liquid metal and slag. Ignition of thermite mixture is performed in a reaction pan located in the reaction chamber, wherein thermite mixture is continuously charged via a movable hopper installed in the reaction chamber. Method is implemented at the installation consisting of the reaction chamber with two notches arranged at different levels, of a removable cover and of an actuator for igniting thermite mixture. The movable hopper is installed in the port of the removable cover; the hopper is made in form of a tube for supply of thermite mixture into the reaction pan placed inside the case of the reaction chamber and used for tapping of slag and for clarification of metal surface.

EFFECT: increased share of reduced iron and raised efficiency.

1 dwg

Description

Изобретение относится к способам восстановления стали из окалины и может быть использовано в металлургии.The invention relates to methods for the recovery of steel from scale and can be used in metallurgy.

Наиболее близким по технической сути к достигаемому результату является способ непрерывного прямого восстановления железа по патенту US 4701213 А (опубл. 20.10.1987), где в термитной смеси, содержащей окислы железа, в качестве его восстановителя используется алюминий. Смесь зажигают, и в результате экзотермической реакции происходит восстановление железа.The closest in technical essence to the achieved result is a method of continuous direct reduction of iron according to patent US 4701213 A (publ. 20.10.1987), where aluminum is used as a reducing agent in a thermite mixture containing iron oxides. The mixture is ignited, and iron is reduced as a result of the exothermic reaction.

Рассмотренный способ обладает следующими недостатками. Восстановление железа из термитной смеси, находящейся в сыпучем состоянии, является низкопроизводительным процессом с малой долей восстановления железа, т.к. в сыпучей среде не обеспечивается плотного контакта между окислами железа и восстановителем. Кроме того, сыпучая термитная смесь, первоначально попадая на разделительный слой реагента, восстанавливается не полностью, т.к. активно окисляется восстановитель (алюминий), что также снижает производительность процесса.The considered method has the following disadvantages. The reduction of iron from a thermite mixture in a loose state is a low-productivity process with a small fraction of reduction of iron, because in a granular medium, there is no close contact between the iron oxides and the reducing agent. In addition, the loose thermite mixture, initially falling on the separation layer of the reagent, is not completely restored, because the reducing agent (aluminum) is actively oxidized, which also reduces the productivity of the process.

Данные недостатки устраняются заявляемым способом. В способе получения стали, который включает подготовку термитной смеси, состоящей из окалины, алюминиевой крошки и модификаторов, ее загрузку в реакционную камеру, зажигание смеси и осуществление восстановительной реакции с образованием жидкого металла и шлака, зажигание термитной смеси производят в реакционной чаше, которая расположена в реакционной камере и в которую термитную смесь непрерывно загружают через подвижный дозатор, расположенный в реакционной камере.These disadvantages are eliminated by the claimed method. In the method of producing steel, which includes preparing a thermite mixture consisting of scale, aluminum chips and modifiers, loading it into the reaction chamber, igniting the mixture and performing a reduction reaction to form liquid metal and slag, igniting the thermite mixture is carried out in the reaction bowl, which is located in the reaction chamber and into which the thermite mixture is continuously charged through a movable dispenser located in the reaction chamber.

Новым в заявленном способе является то, что зажигание термитной смеси производят в реакционной чаше, которая расположена в реакционной камере и в которую термитную смесь непрерывно загружают через подвижный дозатор, расположенный в реакционной камере.New in the claimed method is that the ignition of the thermite mixture is carried out in the reaction bowl, which is located in the reaction chamber and into which the thermite mixture is continuously charged through a movable batcher located in the reaction chamber.

Так как в заявляемом способе зажигание термитной смеси производят в реакционной чаше, расположенной в реакционной камере, производительность процесса и доля восстановленного железа возрастают. Благодаря тому что термитная смесь непрерывно загружается через подвижный дозатор, образуется столб термитной смеси с плотностью, большей, чем насыпная плотность, поэтому железо из термитной смеси восстанавливается в большем объеме, и производительность процесса увеличивается.Since in the claimed method, the ignition of the thermite mixture is carried out in a reaction bowl located in the reaction chamber, the productivity of the process and the proportion of reduced iron increase. Due to the fact that the thermite mixture is continuously loaded through a movable batcher, a column of thermite mixture with a density higher than the bulk density is formed, therefore, iron from the thermite mixture is restored in a larger volume, and the productivity of the process increases.

Наиболее близким по технической сути к достигаемому результату является устройство для непрерывного прямого восстановления железа по патенту US 4701213 А (опубл. 20.10.1987), содержащее герметичный футерованный конвертер, в котором располагается труба подачи термитной смеси, в корпусе конвертера выполнены отверстия для слива образующихся в результате экзотермической реакции шлака и железа.The closest in technical essence to the achieved result is a device for continuous direct reduction of iron according to the patent US 4701213 A (publ. 10/20/1987), containing a sealed lined converter, in which the pipe for supplying the thermite mixture is located, in the converter case there are holes for draining formed the result of an exothermic reaction of slag and iron.

Рассмотренное устройство обладает следующим недостатком. Образовавшийся в результате реакции вязкий слой шлака препятствует поступлению восстановленного расплавленного железа в зону его слива.The considered device has the following disadvantage. The viscous slag layer formed as a result of the reaction prevents the recovered molten iron from entering the discharge zone.

Данный недостаток устраняется заявляемым устройством. В устройстве для получения стали, включающим реакционную камеру с двумя летками, расположенными на разных уровнях, съемную крышку и активатор для поджигания смеси, в отверстии съемной крышки установлен подвижный дозатор, выполненный в виде трубы, для подачи термитной смеси в реакционную чашу, расположенную внутри корпуса реакционной камеры и используемую для слива шлака и очищения зеркала металла.This disadvantage is eliminated by the claimed device. In the device for producing steel, including a reaction chamber with two notches located at different levels, a removable lid and an activator for igniting the mixture, a movable batcher, made in the form of a pipe, is installed in the opening of the removable lid to supply the thermite mixture to the reaction bowl located inside the case reaction chamber and used to drain the slag and clean the metal mirror.

Новым в заявленном устройстве является то, что в отверстии съемной крышки установлен подвижный дозатор, выполненный в виде трубы, для подачи термитной смеси в реакционную чашу, расположенную внутри корпуса реакционной камеры и используемую для слива шлака и очищения зеркала металла.New in the claimed device is that in the opening of the removable cover there is a movable batcher, made in the form of a pipe, for feeding the thermite mixture into the reaction bowl located inside the body of the reaction chamber and used to drain the slag and clean the metal mirror.

Благодаря тому что экзотермическая реакция происходит в реакционной чаше, появившийся в результате восстановления железа расплав стали сливается в реакционную камеру, продавливая слой шлака, который не препятствует поступлению расплава стали в зону слива.Due to the fact that the exothermic reaction takes place in the reaction bowl, the steel melt resulting from the reduction of iron merges into the reaction chamber, forcing a slag layer that does not impede the flow of steel melt into the discharge zone.

Заявленный способ осуществляется при помощи устройства, представленного на фиг.1. Устройство содержит съемную крышку 1 и корпус реакционной камеры 2 с леткой для скачивания шлака 3 и расположенной ниже леткой для скачивания стали 4. Внутри корпуса реакционной камеры 2 расположена реакционная чаша 5 (используемая для слива шлака и очищения зеркала металла с целью продолжения восстановительного процесса). Через отверстие 6 в крышку 5 введен дозатор 7, выполненный в виде трубы, причем дозатор 7 выполнен с возможностью перемещения по вертикальной оси для управления термитной реакцией. Бункер 8, заполняемый термитной смесью 9, соединен с дозатором 7. Получаемый в результате экзотермической реакции шлак 10 вследствие меньшей плотности располагается над слоем расплавленного металла 11. Для воспламенения в реакционной чаше 5 термитной смеси 9 применяется активатор 12. В качестве активатора 12 реакции может использоваться электрическая дуга или специальный запал.The claimed method is carried out using the device shown in Fig.1. The device comprises a removable cover 1 and a reaction chamber 2 body with a notch for downloading slag 3 and a lower notch for downloading steel 4. A reaction bowl 5 (used to drain the slag and clean the metal mirror in order to continue the recovery process) is located inside the case of the reaction chamber 2. Through the hole 6, the dispenser 7, made in the form of a pipe, is introduced into the cover 5, and the dispenser 7 is arranged to move along the vertical axis to control the termite reaction. The hopper 8, filled with a thermite mixture 9, is connected to the batcher 7. Due to the lower density, the slag 10 resulting from the exothermic reaction is located above the layer of molten metal 11. For ignition in the reaction bowl 5 of the thermite mixture 9, an activator 12 is used. As an activator 12 of the reaction, electric arc or special fuse.

Способ получения стали осуществляют следующим образом. Дозатор 7 подводят к реакционной чаше 5. В подвижный дозатор 7 из бункера 8 подается термитная смесь 9, состоящая из алюминиевого порошка и окалины (Fe₃O₄), содержащей не менее 25% О и 70% Fe и модификаторы. В качестве модификаторов могут быть использованы, например, для получения стали по химическому составу, соответствующей Ст45, порошок ферросилиция ФС-45 фракции 0,5 мм, с содержанием кремния 44%, остальных элементов не более: S=0,02%, P=0,05%, Al=2%, Mn=0,6%, Cr=0,5%, C=0,2%. Термитную смесь 9 в реакционной чаше 5 воспламеняют активатором 12. Процесс восстановления стали протекает в реакционной чаше 5 быстро, последовательно распространяясь на весь объем термитной смеси, заполняющей реакционную чашу 5, и проходит по реакции:The method of producing steel is as follows. The dispenser 7 is brought to the reaction bowl 5. In the movable dispenser 7 from the hopper 8 is fed a thermite mixture 9, consisting of aluminum powder and scale (Fe ₃ O ₄ ) containing at least 25% O and 70% Fe and modifiers. As modifiers can be used, for example, to obtain steel by the chemical composition corresponding to St45, FS-45 ferrosilicon powder of a fraction of 0.5 mm, with a silicon content of 44%, other elements no more: S = 0.02%, P = 0.05%, Al = 2%, Mn = 0.6%, Cr = 0.5%, C = 0.2%. The thermite mixture 9 in the reaction cup 5 is ignited by the activator 12. The process of steel recovery proceeds in the reaction cup 5 quickly, sequentially spreading over the entire volume of the thermite mixture filling the reaction cup 5, and passes through the reaction:

3Fe₃O₄+8Al=4Al₂O₃+9Fe.3Fe ₃ O ₄ + 8Al = 4Al ₂ O ₃ + 9Fe.

В процессе прохождения термитной реакции образуется шлак 10, который всплывает в полном объеме к поверхности образующегося металла 11. Шлак непрерывно скачивается из реакционной камеры через летку 3, а металл через летку 4. При выведении дозатора 7 из зоны реакции процесс горения прекращается.In the process of the termite reaction, slag 10 is formed, which floats in full to the surface of the formed metal 11. Slag is continuously downloaded from the reaction chamber through the groove 3, and the metal through the groove 4. When the dispenser 7 is removed from the reaction zone, the combustion process stops.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство для его осуществления позволяют в непрерывном режиме получать сталь однородной структуры без применения плавильных печей.Thus, the proposed method and device for its implementation allow continuous production of steel of a homogeneous structure without the use of melting furnaces.

Claims

1. A method of producing steel, including preparing a thermite mixture consisting of scale, aluminum chips and modifiers, loading it into the reaction chamber, igniting the mixture and performing a reduction reaction to form liquid metal and slag, while igniting the thermite mixture is carried out in the reaction bowl, which located in the reaction chamber, and into which the thermite mixture is continuously charged through a movable dispenser located in the reaction chamber.

2. A device for producing steel, comprising a reaction chamber with two tap holes located at different levels, a removable lid and an activator for igniting the thermite mixture, and in the opening of the removable lid there is a movable batcher, made in the form of a pipe, for feeding the thermite mixture into the reaction bowl, located inside the body of the reaction chamber and used to drain the slag and clean the metal mirror.