Производство углеродистого феррохрома

Из всех легирующих элементов в сталях наибольшее примене­ние находит хром. Для легирования стали хромом в нашей стране производят 17 марок феррохрома. Эти сплавы в основном отличаются по содержанию углерода, которое изме­няется от 0, 01 до 9 %. Углеродистый феррохром производят четырех марок: ФХ650, ФХ800, ФХ850 и ФХ900, которые со­держат более 65 % Сг и соответственно углерода менее 6, 5; 8; 8, 5 и 9%. Они содержат до 2 % Si, до 0, 05% Р и до 0, 06% S.

Для выплавки углеродистого феррохрома применяют хромовые руды в основном Донского месторождения (Казахстан), кото­рые содержат 30-58% Сг₂0₃, остальное FeO, MgO, Al₂0₃, Si0₂. В связи с истощением богатых руд в последние годы используют бедные (с содержанием до 30% Сг₂О_э) руды, подвергая их обогащению и иногда агломерации. К рудам и концентратам предъявляют следующие требования: содержание Сг₂О_э не менее 47%; отношение Cr₂0₃/FeO не менее 3, 0, такое соотношение обеспечивает получение сплава с содер­жанием хрома более 60 %; содержание Si0₂ не более 7—9 %. Высокое содержание Сг₂0₃ и низкое содержание Si0₂ позво­ляют уменьшить количество шлака и потерь хрома со шлаком, снизить расход электроэнергии. Иногда в шихту добавляют шлак производства среднеуглеродистого феррохрома, содер­жащий 27—32 Сг₂0₃ и иногда оборотные отходы сплава. В качестве флюса применяют кварцит, необходимый для получения требуемых свойств и состава (27—32 % SiО₂) шлака. В качестве восстановителя применяют отсортированный коксик размером 10—25 мм, содержащий не более 0, 5 % S и не более 0, 04% Р. В состав хромовой руды входят оксиды железа, они вно­сят в сплав требуемое количество железа.

Углеродистый феррохром выплавляют непрерывным процессом в открытых и закрытых печах с магнезитовой футеровкой мощ­ностью до 40 MB * А и более при рабочем напряжении 140— 250 В. Шихту, содержащую хромовую руду, коксик и кварцит рас­считывают, исходя из того, что восстанавливаются и пере­ходят в сплав 92 % хрома и 95 % железа и так, чтобы шлак содержал, %: SiO₂ 27-32, MgO 30-34, Al₂О₃ 26-30, Сr₂О₃ < 8. Такой шлак имеет высокую температуру плавления (рас­плавляется при ~ 1650 °С), что необходимо для достаточно­го нагрева сплава. Примерная пропорция между составляющи­ми шихты: хромовой руды 700 кг, коксика 160—170 кг, квар­цита до 250 кг (иногда оборотных отходов сплава до 180 кг). Хромовую руду (или ее часть) берут тугоплавкую, трудновосстановимую (содержащую магнохромит MgO * Cr₂О₃, восстанавливающийся углеродом при 1546 °С) и плохо раст­воримую в шлаке, что обеспечивает формирование над расп­лавом феррохрома так называемого " рудного слоя", необхо­димого для окисления избыточных углерода и кремния в образующемся феррохроме (см. ниже).

Шихту загружают равномерно по поверхности колошника. Процесс плавки характеризуется следующим строением ванны по высоте: слой твердой шихты с проходящими здесь процес­сами твердофазноговосстановления, зона плавления пустой породы и восстанавливающегося металла со слоем жидкого шлака внизу (у конца электродов), " рудный слой", слой жидкого сплава. Газовых полостей под электродами нет.

Восстановление хрома протекает по следующим реакциям:

1/ЗСr₂О₃ + С = 2/ЗСr + СО - 270100 Дж; (169)

l/3Cr₂O₃ + 9/7С = 2/21Сr₇С₃ + СО - 250200 Дж. (170)

Температура начала восстановления по первой реакции равна 1240 °С, по второй 1130 °С; сопоставление этих температур и тепловых эффектов показывает, что термодинами­чески легче идет восстановления с образованием карбида хрома Сr₇С₃, и эта реакция наиболее вероятна. Из оксидов железа руды углеродом легко восстанавливается железо, причем этот процесс опережает восстановление хрома; желе­зо, растворяясь в карбиде хрома, облегчает восстановление последнего. Процессы восстановления протекают в основном в твердой фазе, начиная с 1100—1200 °С, и с возрастающей скоростью в более горячих зонах. Основная часть хрома оказывается восстановленной при 1400—1600 °С, при этих температурах идет восстановление кремния. В связи с образованием кар­бидов хрома формирующийся сплав содержит до 8—12 % С.

При температурах ~ 1550 °С происходит плавление вос­становленного металла с образованием феррохрома, капли которого стекают вниз; при температурах ~ 1650 °С начи­нают расплавляться невосстановленные оксиды с образова­нием жидкого шлака. Благодаря тому, что хромовая руда тугоплавка, трудно­восстановима и плохо растворима в шлаке, на границе раз­дела шлак — жидкий феррохром формируется " рудный слой" — вязкий слой шлакового расплава с множеством кусочков руды. Во время прохождения капель сплава через " рудный слой" происходит частичное окисление углерода и кремния сплава за счет реагирования с кислородом оксидов руды (например, Сr₇С₃ + Сr₂О₃ = 9Сr + ЗСО) с одновременным восстановлени­ем хрома из рудного слоя. В результате этого снижается содержание углерода и кремния в сплаве (например, в спла­ве ФХ650 получается менее 6, 5 % С и менее 2 % Si).

Содержащийся в руде фосфор восстанавливается и перехо­дит в сплав; основная часть серы кокса переходит в сплав, часть ее улетучивается. Количество шлака равно 0, 8— 1, 3 т/т шлака. Сплав и шлак выпускают через одну летку одновременно три-четыре раза в смену в футерованный ковш или в сталь­ной ковш со шлаковым гарнисажем от предыдущего выпуска, избыток шлака из ковша перетекает в чугунные шлаковни. Сплав разливают в чугунные изложницы (толщина слитка должна быть менее 200 мм для удобства дробления) или в чушки на разливочных машинах конвейерного типа.

Расход материалов и электроэнергии при выплавке 1 т углеродистого феррохрома: хромовой руды (50% Сг₂О_э) 1900, хромового шлака (30% Сг₂О_э) 100, коксика 450, кварцита 40 кг, электроэнергии 3300—3400 кВт*ч.

 

Производство ферромарганца и феррохрома с низким содержанием углерода

Для производства стали необходимы не только углеродистые раскислители и легирующие, но и сплавы с низким содержа­нием углерода. Различают средне- и низкоуглеродистые фер­ромарганец и феррохром, соответственно среднеуглеродистые сплавы содержат- 0, 9-2, 0и 0, 6-4, 0% С, а низкоуглеродис­тые — 0, 1—0, 5 и 0, 01—0, 5 % С; выплавляют также металли­ческий марганец (0, 06—0, 2% С). Эти сплавы производят несколькими способами.

Средне- и низкоуглеродистый ферромарганец получают силикотермическим методом, восстанавливая марганец из руд и марганцевых шлаков кремнием силикомарганца. При выплав­ке среднеуглеродистого ферромарганца шихта состоит из концентрата марганцевых руд, силикомарганца, содержащего более 19 % Si и извести; при выплавке низкоуглеродистого ферромарганца — из смеси марганцевого концентрата и мар­ганцевого низкофосфористого шлака, содержащего > 50 % MnО и < 0, 02 % Р; силикомарганца, содержащего > 26 % Si и извести. Плавку ведут в рафинировочных ферросплавных пе­чах мощностью 2, 5—5 MB*А с магнезитовой футеровкой пе­риодическим процессом, выпуская сплав и шлак после проплавления загруженной шихты.

Металлический марганец содержит > 96, 5—99, 95 % Mn. Существуют три способа производства металлического мар­ганца — алю^инотермический, электротермический и электро­литический. Первый способ в нашей стране не применяют, и основное количество металлического марганца производят электротермическим способом. Этот способ называют трех-стадийным. Первая стадия заключается в выплавке низкофос­фористого маложелезистого марганцевого шлака (50—60 % MnО, < 0, 02 % Р, < 0, 6 % FeO) из марганцевой руды в рафи­нировочной ферросплавной печи. Процесс ведут так, чтобы в проплавляемой руде полностью восстанавливались железо, фосфор и незначительная часть марганца, в результате чего получается расплав (шлак) с низким содержанием железа и фосфора в нем, что в последующем обеспечит получение ме­таллического марганца с минимальным содержанием этих при­месей. Вторая стадия заключается в выплавке силикомарган­ца (см. выше), содержащего > 26 % Si и < 0, 2 % С. Третья стадия — выплавка металлического марганца силикотермичес-ким методом в рафинировочных ферросплавных печах мощ­ностью до 5, 5 MB • А с магнезитовой футеровкой. Процесс периодический, шихтой служат марганцевый низкофосфористый шлак, силикомарганец (~ 25 % Mn) и известь. За время проплавления шихты обеспечивается восстановление марганца кремнием силикомарганца из MnО шлака.

Особо чистый от примесей электролитический марганец получают электролизом сернокислых солей марганца. Для этого марганцевые руды (концентраты) подвергают восстано­вительному обжигу во вращающихся трубчатых печах при 700 °С, переводя высшие оксиды марганца в MnО, хорошо растворимый в серной кислоте. Далее, обрабатывая руду серной кислотой, переводят MnО в раствор (в MnS0₄). Затем после сложной очистки раствор подвергают электролизу в ваннах из винипласта. В процессе электролиза марганец осаждается на катоде в виде тонкого хрупкого слоя. После снятия с катода чешуйки металлического марганца переплав­ляют в индукционных печах и разливают в чушки.

Средне углеродистый феррохром в основном производят по трем технологическим схемам. Первые две — это силикотермические способы, заключающиеся в восстановлении хромовой руды силикохромом или, иными словами, в рафинировании силикохрома от кремния (окислении кремния силикохрома) кислородом оксида Сг₂О_э хромовой руды. Силикохром — это выплавляемый в ферросплавных печах непрерывным процессом сплав, различные марки которого содержат 11—55 % Si, 24—64 % Сг и от 0, 01 до 4, 5—6, 0 % С; содержание углерода тем ниже, чем больше в сплаве кремния.

Оба эти способа выплавки феррохрома осуществляют в рафинировочных ферросплавных печах с магнезитовой футе­ровкойпериодическим процессом. В одном из способов (бес­флюсовом) шихта состоит из хромовой руды и силикохрома, при флюсовом — из хромовой руды, силикохрома, извести и небольшого количества передельного феррохрома. Применяют силикохром, содержащий 30—50 % Si и менее 1—3 % С. В результате реагирования руды и кремния силикохрома: 2Сг₂0₃ + 3Si = 4Cr + 3Si0₂ получают сплав с содержанием кремния менее 2 %, извлечение хрома из руды составляет при флюсовомг методе около 87 %, при бесфлюсовом 60 %.

Третий метод получения среднеуглеродистого феррохрома заключается в обезуглероживании жидкого углеродистого феррохрома, проводимом кислородом в конвертере с боковой подачей дутья или с верхней подачей через водоохлаждаемую фурму.

Низкоуглеродистый феррохром производят несколькими способами. Основное его количество получают силикотермическим методом. Выплавку ведут пе­риодическим процессом в печах с магнезитовой футеровкой. Шихтой служат хромовая руда, низкоуглеродистый силикохром с содержанием ~ 50 % Si и известь. В процессе проплавления шихты также, как и при выплавке среднеуглеродистого феррохрома силикотермическим методом, происходит восста­новление Сr₂О₃ руды кремнием силикохрома (окисление крем­ния). Известь в образующемся шлаке связывает поступающий из руды оксид SiO₂ в прочный силикат 2СаО • SiO₂, благо­даря чему из шлака более полно восстанавливается Сr₂О₃.

Низкоуглеродистый феррохром производят также силико­термическим методом вне печи путем смешения в ковше рудо-известкового расплава с жидким силикохромом. В электро­печи из хромовой руды и извести получают расплав, содер­жащий ~ 30 % Сr₂О₃ и 40—45 % СаО, его выпускают в ковш, куда сливают жидкий силикохром. При смешивании расплавов протекает восстановление Сr₂О₃ кремнием с повышением температуры и окисление углерода. Получаемый феррохром со­держит < 0, 04 % С.

Алюминотермический способ получения низкоуглеродистого феррохрома заключается в восстановлении оксида хрома руд­ного концентрата алюминием в электропечи.

Феррохром с очень низким содержанием углерода (< 0, 02 %) получают вакуумированием жидкого малоуглеро­дистого феррохрома. В индукционной печи с емкостью тигля ~ 1 т расплавляют кусковой феррохром с содержанием 0, 06—0, 10 % С, после чего расплав выдерживают в печи в течение 60—80 мин при температуре 1640—1680 °С, при этом протекает обезуглероживание расплава.

Вакуумированием тонких (20—40 мм) пластин феррохрома, содержащего 0, 06—1, 0 % С, в вакуумных печах сопро­тивления при температуре ~ 400 °С получают очень чистый по углероду (< 0, 02 % С), кислороду и азоту феррохром.

Относительно дешевый феррохром с содержанием 0, 01— 0, 03 % С получают способом вакуумирования сбрикетированной смеси углеродистого феррохрома и твердых окислителей, в качестве которых используют окисленный феррохром (из­мельченный углеродистый феррохром после окислительного обжига при ~1000°С), оксиды хрома, железную руду и т.п. Брикеты выдерживают в вакуумной печи сопротивления в те­чение 80-100 ч при температуре 1300-1400 °С.

Контрольные вопросы:

1. Рассказать о назначение и видах ферросплавов, классификация ферросплавных процессов

2. Объяснить устройство ферросплавной печи

3. Рассказать о производстве ферросилиция

4. Рассказать о производстве углеродистого феррохрома

5. Рассказать о производстве ферромарганца и феррохрома с низким содержанием углерода

6. Рассказать об основах производства малой группы ферросплавов на основе вольфрама, титана, молибдена, ванадия и других.

Лекция 12. Производство цветных металлов Классификация и стандартизация цветных металлов. Пиро- гидро- и электрометаллургические способы получения цветных металлов. Металлургия меди. Схемы пирометаллургического производства: обжиг руд и концентратов, плавка на штейн, конвертирование медных штейнов, огневое и электролитическое рафинирование.

План лекции:

1.Классификация металлургических процессов

2. Металлургия меди

3. Схемы пирометаллургического производства

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. АДМИНИСТРАТИВНО-ЮРИСДИКЦИОННОЕ ПРОИЗВОДСТВО: ПОНЯТИЕ, ЧЕРТЫ, ВИДЫ.
2. АДМИНИСТРАТИВНОЕ СУДОПРОИЗВОДСТВО
3. Административные правонарушения и административная ответственность. Органы, осуществляющие производство по делам об административных правонарушениях.
4. Анализ общей суммы затрат на производство продукции
5. Анализ структуры затрат на производство
6. Апелляционное производство в цивилистическом процессе
7. Апуск в производство и проведение подготовительного периода.
8. Аудит учета затрат на производство продукции и калькуляции ее себестоимости
9. Воспроизводство и ремонт основных фондов
10. Воспроизводство, его виды и типы.
11. Выделение в отдельное производство материалов уголовного дела
12. Глава 6 Собственное производство