книги из ГПНТБ / Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов

дующий разогрев печи. Поэтому необходимо всячески снижать про­ стои печей, увеличивать надежность работы оборудования, сокра­ щать время и одновременно увеличивать периодичность ремонтов печей.

Значительный резерв для улучшения технико-экономических показателей производства кремнистых ферросплавов имеется в уве­ личении мощности печных агрегатов, с ростом которой сокращаются как капитальные вложения, так и эксплуатационные расходы на тонну продукции.

2. ФЕРРОХРОМ

Хром является одним из наиболее широко используемых легирую­ щих элементов. Сортамент хромовых сплавов и металлического хрома приведены в табл. 18, 19. Сплавы, содержащие менее 2% С, называют рафинированным феррохромом.

Сырые материалы для выплавки сплавов хрома. Среднее содержа­ ние хрома в земной коре составляет 0,035%. Основными хромсодер­ жащими минералами являются хромшпинелиды, часто называемые хромитами, в которых находится около 99,9% всего хрома, содержа­ щегося в земной коре.

Хромиты образуют несколько разновидностей: собственно хромит

FeCr20 4 (46,5% хрома), магнохромит (Mg, Fe) Cr20 4 (42% хрома)

и т. д.

СССР располагает крупнейшими в мире запасами хромовых руд. Потребности отечественной ферросплавной промышленности пол­ ностью покрываются хромовыми рудами Донского месторождения (Актюбинская обл. Казахской ССР), примерный состав которых при­ веден в табл. 20.

Технология выплавки феррохрома различных марок требует при­ менения определенных сортов хромовых руд, которые значительно отличаются по поведению в плавке. Так, например, при выплавке углеродистого и среднеуглеродистого феррохрома бесфлюсовым мето­ дом доля богатых кусковых руд в шихте должна составлять около

171

Т А Б Л И Ц А 18

172

50%. Эти руды трудновосстановимы, тугоплавки и плохо растворимы в шлаках и образуют в печи на разделе шлак—металл рудный слой.

Руды для выплавки рафинированного феррохрома должны быть порошковыми и содержать минимальное количество кремнезема, поскольку чем выше содержание кремнезема в руде, тем больше тре­ буется окиси кальция для связывания кремнезема и тем больше будут потери хрома в шлак. Особенно нежелательно применение кусковых руд с содержанием окиси магния, так как при этом повышается на 5—8% расход электроэнергии и силикохрома. Хромовые руды с по­ вышенным содержанием кремнезема целесообразно использовать при выплавке углеродистого и передельного феррохрома и одностадий­ ного силикохрома.

Легковосстановимые руды с железистым цементом рационально употреблять в смеси с другими рудами, что обеспечивает улучшение восстановимости рудной смеси.

Порошковые руды целесообразно окомковывать, например, в ока­ тыши размером 20 мм. Не встречает затруднений изготовление пред­ варительно восстановленных рудоугольных окатышей, использова­ ние которых снижает расход электроэнергии при выплавке углеро­ дистого феррохрома на 35%.

Требования к углеродистому восстановителю и кварциту анало­ гичны предъявляемым при производстве ферросилиция, кроме более жестких требований по содержанию серы в коксике при производстве углеродистого феррохрома.

Известь, используемая при выплавке сплавов хрома, должна со­ держать не менее 90% СаО и не более 0,01% Р.

в твердом и жидком состоянии (рис. 60). С углеродом и кремнием хром образует соответственно ряд карбидов (Сг,С3, Сг2С3 и т. д.) и сили­ цидов (Cr3Si, CrSi и др.), отличающихся относительно высокой тем­ пературой плавления (1550—1810° С).

173

Силициды хрома прочнее его карбидов. Поэтому в железохромкремниевых сплавах повышение содержания кремния понижает со­ держание углерода. В железохромуглеродистых сплавах имеются

хромовых сплавах образуются сложные силициды и одновременно имеются растворы кремния и хрома.

С кислородом хром образует три окисла: СгО, Сг20 3 и Сг03. Первый окисел разлагается при температуре около 870° С, а второй

Рис. 60. Диаграмма состояния системы F e —Cr

итретий плавятся соответственно при 2265 и 1950° С. Наиболее проч­ ным является окисел Сг20 3; в таком виде хром в основном и находится в рудах и шлаках. С серой и фосфором хром образует ряд сульфидов

ифосфидов (CrS, Cr2S3, Сг3Р и т. д.), а с азотом — прочные нитриды

(Cr2N и CrN).

Производство углеродистого феррохрома. Процесс основан на восстановлении окислов хрома и железа, содержащихся в хромовой руде, углеродом. Технологическая схема производства передельного углеродистого феррохрома приведена на рис. 61.

Восстановление окиси хрома идет по реакциям:

Теоретическая температура начала восстановления окиси хрома углеродом до карбида равна 1130° С, а до элементарного хрома — соответственно 1240° С. Поэтому при восстановлении окиси хрома углеродом нельзя избежать науглероживания сплава из-за образова­ ния карбидов. Идущее параллельно восстановление окислов железа облегчает процесс плавки. Также идет частичное восстановление кремния, о чем свидетельствует его наличие в сплаве.

При производстве углеродистого феррохрома необходимо обеспе­ чить рафинирование сплава от кремния и углерода, что достигается за счет создания над сплавом так называемого рудного слоя, пред­ ставляющего смесь частично расплавившихся кусков руды со шлаком.

174

При производстве передельного феррохрома, наоборот, нужно обес­ печить условия для получения высокого содержания кремния в сплаве, что обеспечивается использованием легковосстановимых руд, избыт­ ком восстановителя и дачей в шихту кварцита.

Шлак должен иметь температуру плавления 1650° С. Оптималь­ ный состав шлака: 30—35% S i0 2; 32—36% MgO; 22—28% А120 3 и 3—6% Сг20 3. Кратность шлаков составляет 0,8—1,2.

Рис. 61. Технологическая схема производства углеродистого передельного феррохрома:

Выплавку углеродистого феррохрома ведут непрерывным процес­ сом в открытых и закрытых печах мощностью от 10 до 20 MBA и более при рабочем напряжении 140—200 В. Футеровка печей магнезитовая.

При расчете шихты исходят из следующего: использование хрома составляет 92%, железа 95%, избыток восстановителя 11% для от­ крытых и 2% для закрытых печей. В качестве восстановителя ис­ пользуют металлургический коксик, реже — каменный уголь, полу­ кокс и древесные отходы. Сдозированную шихту загружают в печь по мере проплавления в основном к электродам.

Закрытые печи должны работать на усредненных хромовых рудах и на коксике с постоянной влажностью (8—10%). Количество куско­ вой хромовой руды фракции 70—10 мм должно быть не менее 50%. При нормальной работе печи давление под сводом колеблется в пре­ делах 5—11 Н/м2 (0,5—1,1 мм вод. ст.), температура газов под сводом 100—200° С. Примерный состав газа следующий: 70—90% СО,

175

а) образование сплава железа с ограниченным содержанием угле­ рода

FeCr 20 4 + С = Fe + Сг20 3 -f- СО; (XV-6)

б) усвоение хрома сплавом с повышением содержания в нем угле­

г) образование наряду со сплавом Fe—Сг—Si после достижения в нем 50% Si (ат) карборунда.

Обслуживание колошника печи, в которой выплавляют силикохром, не отличается от обслуживания при производстве ферросили­ ция. Выпуск сплава производят 4—5 раз в смену в ковш, футерован­ ный шамотным кирпичом. Следует помнить, что содержание углерода в сплаве повышается при частых выпусках и недостаточно тщательном отделении сплава от шлака, всегда содержащего значительно больше углерода.

Содержание углерода в сплаве снижается по мере увеличения

внем содержания кремния и времени выдержки сплава в ковше, так как карбид кремния нерастворим в силикохроме и постепенно всплывает из сплава. Поэтому снижение содержания углерода дости­ гается выдержкой сплава (около 1,5 ч) в ковше перед разливкой. После удаления шлаковой корки сплав гранулируют или разливают

вслитки. Когда требуется особо чистый по содержанию углерода сплав, среднюю часть сплава в ковше, наименее загрязненную углеро­ дом, гранулируют отдельно.

Снижение содержания фосфора в силикохроме примерно в два раза может быть достигнуто за счет обработки жидкого сплава от­ вальными шлаками производства рафинированного феррохрома. При этом одновременно происходит довосстановление хрома из отвальных шлаков примерно на 70% от начального его содержания, что улучшает технико-экономические показатели выплавки сплава.

Выплавку ФС18 ведут на пониженном колошнике при толщине слоя шихты 1300—1500 мм и глубине посадки электродов 500—700 см и избытке твердого углерода в шихте 3—6%.

Сравнительно невысокая температура восстановления низкопро­ центного сплава и хорошая газопроницаемость колошника опреде­ ляют спокойный ход плавки. Сплав выпускают из печи 5—7 раз в смену и после 15—20-мин выдержки в ковше и удаления шлака гранулируют или разливают по слиткам.

В последнее время находит все более широкое применение шла­ ковый метод производства силикохрома, который обеспечивает повы­ шение качества сплава; для получения сплава с-—0,02% С достаточно, чтобы в сплаве содержалось около 45% Si вместо 53 при бесшлаковом способе. Соответствующее увеличение содержания хрома в сплаве, снижение трудовых затрат за счет исключения добавочного передела и повышенное использование хрома обеспечивают экономичность про­ цесса.

Процесс ведется в открытых печах мощностью примерно 10 MBA при рабочем напряжении 130—140 В. В табл. 23 приведены технико­ экономические показатели производства силикохрома.

Т А Б Л И Ц А 23

ТЕХН И КО -Э КО НО М И ЧЕСКИ Е П О К А ЗА ТЕЛ И П РОИЗВОДСТВА СИЛИКОХРОМА В Р А С Ч Е Т Е НА 1 т БАЗОВОГО СПЛАВА С 40% Si

Выплавка среднеуглеродистого феррохрома. Выплавка среднеугле­ родистого феррохрома в ферросплавных печах осуществляется в ос­ новном по трем технологическим схемам. При бесфлюсовом методе, основанном на рафинировании кусковой хромовой рудой бедного силикохрома, содержащего 27—34% Sin 40—46% Сг, и обеспечиваю­ щем создание в печи рафинирующего рудного слоя, плавку осуще­ ствляют в печах с магнезитовой футеровкой мощностью 3,0—5,0 MBA при рабочем напряжении 260—300 В. Процесс идет по реакции

Параллельно идет восстановление окиси железа. По мере накопле­ ния в шлаке кремнезема затрудняется дальнейшее восстановление окиси хрома и в конечных шлаках содержится 27—35% Сг20 3.

178

После Заливки задают 0,5—0,8% алюминия (от массы плавки), что обеспечивает резкий подъем температуры до значений, обеспечиваю­ щих окисление углерода.

В1-ом периоде после заливки сплава кислородное дутье подают

всплав. При этом идут экзотермические реакции окисления кремния, железа, хрома и его карбидов. Это обеспечивает разогрев сплава до 1725—1825° С и повышение концентрации окиси хрома в шлаке. Окисление углерода в этот период незначительно и идет преимуще­ ственно за счет взаимодействия с окисью хрома.

Во 2-ом периоде наклоняют конвертер на угол до 20° и дают дутье сверху. При этом интенсивно окисляется углерод и его содержание снижается с 5—8 до 1,0—1,7%; расход кислорода 250—400 м3/ч, расход воды 1 л/мин. В конце плавки в конвертер задают 200—600 кг отходов среднеуглеродистого феррохрома и температура расплава поднимается еще на 30—40° С. Затем прекращают подачу кислорода

исплав выдерживают в конвертере 7—10 мин для лучшего отделения шлака, после чего его сливают в изложницу.

Конечные шлаки содержат 70—80% Сг 20 3 и используются для вы­ плавки углеродистого феррохрома.

Выплавка малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома.

Основное количество мало- и безуглеродистого феррохрома произво­ дят силикотермическим способом, т. е. путем восстановления силикохромом окислов хромовой руды в присутствии флюса-извести. Техно­ логическая схема процесса приведена на рис. 62.

Реакция восстановления окиси хрома кремнием описывается урав­

Так как по мере накопления в шлаке кремнезема затрудняется дальнейшее восстановление окиси хрома, то в шлак вводят известь, связывающую S i02 в прочный силикат 2Ca0Si02. Благодаря этому процесс восстановления будет протекать более полно. Параллельно в печи идут процессы восстановления окислов кальция, магния, фос­ фора, серы и т. д.

При производстве рафинированного феррохрома шихта состоит из хромовой руды, 50%-ного силикохрома и извести. Хромовую руду перед подачей на печь усредняют и дробят до размеров кусков не бо­ лее 20 мм. В зимнее время руду сушат до содержания влаги 0,5— 1,5%. Это предупреждает шлакование в печи и повышает надежность автоматического дозирования. Для производства феррохрома с с 0,060% С и ниже руду прокаливают при температуре 1100° С для удаления карбонатного и элементарного углерода. Содержание угле­ рода в прокаленной руде не должно превышать 0,020%. Силикохром для выплавки феррохрома с содержанием 0,06% С и ниже должен содержать 50—57% Si и до 0,027% С. Известь необходимо применять свежеобожженной в кусках ^ 4 0 мм.

Выплавка мало- и безуглеродистого феррохрома ведется периоди­ ческим процессом в стационарных или наклоняющихся вращаю-

180