Використання і способи отримання феросплавів

 

Феросплави - це сплави заліза з легуючими елементами (V, W, Тi, Zг, Nb, Сr і ін.) або елементами-розкислювачами (Мn, Si і ін.). Їх використовують при виробництві сталі в якості розкислювачів і легуючих добавок для отримання необхідних властивостей металу і підвищення його якості.

В якості сировини для виробництва феросплавів використовують руди або концентрати, в яких необхідний метал міститься у вигляді оксидів. Процес отримання феросплавів полягає у відновленні оксидів різними відновниками -  елементами, що мають більшу хімічну спорідненість до кисню, ніж відновлюваний метал. Процес відновлення полегшується, якщо відновлюваний метал утворює розчин із залізом, тобто феросплав, тому в шихту разом з рудою або концентратом і відновником додають залізну (сталеву) стружку або оксиди заліза (залізняк або концентрати).

При відновленні легуючого елемента відбувається окислення відновника, тобто при виробництві феросплавів здійснюються окислювально-відновні реакції, які можна навести наступними стехіометричними рівняннями:

1. Me + ½ O₂ = MeO         ;

2. B + ½ O₂ = BO                       ;

3. МеО + B = BO + Me              = - ,

де Me - легуючий елемент; B - елемент-відновник.

Оскільки самочинно процес може протікати тільки у бік зменшення потенціалу Гіббса ( <0), то реакція відновлення легуючого елемента реалізується у випадку, якщо > . Вуглець, спорідненість до кисню у якого з підвищення температури зростає (на відміну від інших елементів), може відновлювати будь-який елемент в залежності від рівня температури.

В якості відновника можна використовувати вуглець, кремній і алюміній, що визначає назву процесів (вуглецевовідновний, силікотермічний і алюмотермічний). Для відновлення вуглецем потрібні витрати тепла, тому вуглецевовідновний процес проводять в електричних феросплавних печах. При надмірному вмісті вуглецю в шихті одержують феросплави зі значною концентрацією вуглецю. Ці феросплави називають високовуглецевими.

Силіко- і алюмотермічний способи застосовують для отримання низьковуглецевих феросплавів: феромарганцю, ферохрому, феровольфраму, ферованадію, феромолібдену, феробору і ін. Ці процеси, як правило, не вимагають витрат тепла, оскільки тепло при реакціях відновлення, що виділяється, достатнє для здійснення процесу. В цих випадках плавку ведуть так званим позапічним способом, в спеціальних шахтах з вогнетривкої цеглини. В шахту насипають подрібнену шихту з відновником, наприклад з порошком алюмінію, і запалюють за допомогою спеціальної суміші (селітри з магнієвою стружкою). Тепло, що виділяється при згоранні запальної суміші, достатньо для початку процесу відновлення, що розповсюджується на весь об'єм шихти. В результаті отримується рідкий метал і шлак.

 

Будова феросплавної печі

 

Феросплави отримують у спеціальних електричних печах - феросплавних або рудовідновних (руднотермічних) печах. За призначенням феросплавні печі можуть бути відновними або рафінувальними, по конструкції - відкритими або закритими. Ванни печей можуть бути стаціонарними або обертаючими; форма ванн може бути круглою, прямокутною або овальною.

Нагрів і плавлення шихти у феросплавній печі відбуваються під дією тепла електричних дуг, що виникають між вугільними електродами і металевою ванною. Металевий кожух печі в горизонтальному перетині зазвичай круглий (три електроди, розташовані трикутником) і іноді - прямокутний (електроди, розташовані в ряд). Електроди (так звані самоспікаючі) складаються з металевого кожуха великого діаметра (900-1500 мм), що заповнюється електродною масою. Маса складається з термоантрациту, коксу, кам'яновугільної смоли і пеку. По мірі опускання електродна маса нагрівається, розм'якшується і щільно заповнює кожух. В зоні високих температур відбувається спікання маси в щільний вугільний електрод. По мірі витрачання електрод поступово опускається, а верхню його частину нарощують (зваркою) черговою секцією без виключення струму. Самоспікаючі електроди значно дешевше вугільних.

Феросплавні печі є безперервно діючими агрегатами. З бункерів періодично зверху завантажують шихтові матеріали. З розвитком процесу рідкий метал накопичується на поді і періодично випускається з печі.

 

Виробництво феросиліцію

 

У електричних печах виплавляють переважно феросиліцій марок ФС45 і ФС75. Феросиліцій ФС45 містить 40-47 % Si, <0,8 % Мn, 0,05 % Р, 0,03 % S, решта заліза. Феросиліцій ФС75 містить 74-80 % Si, < 0,7 % Мn, 0,04 % Р,     0,03 % S. Феросиліцій застосовують для розкислювання і легування сталі, а також в якості відновника при виробництві інших феросплавів і кольорових металів, що одержують металотермічним (силікотермічним) способом.

Сировиною для виплавки феросиліцію є кварцити (крупністю 25-80 мм), що містять > 95 % SiO₂ і < 0,02 % Р₂О₅. В якості відновника використовують металургійний коксик (крупністю 10-25 мм). Для поліпшення умов відновлення і отримання сплаву з потрібною концентрацією кремнію в шихту вводять подрібнену стружку вуглецевих сталей.

В процесі плавки відбувається нагрів і плавлення шихти; при цьому кремнезем відновлюється твердим вуглецем за реакцією SiO₂ + 2С = Si + 2СО. Відновлений кремній розчиняється в рідкому залізі, утворюючи розплав з необхідною концентрацією кремнію. Окрім сплаву, утворюється невелика кількість шлаку (2-5 % від маси сплаву). Плавка ведеться безперервно, сплав випускають (12-15 разів на добу) в ківш і розливають в плоскі чавунні виливниці або в зливки на розливній машині.

 

⇐ Предыдущая12345

Поделиться: