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

Nb20 5; 10% CaO; 1,7% MgO; 5,9% S i0 2; 0,9% FeO, 4,9% Z r0 2 и 4%!'N a20.

Низкокремнистый феррониобий выплавляют из технической пятиокиси и особо малофосфористой гематитовой железной руды. Состав шихты: 100 кг технической пятиокиси ниобия, 47—50 кг порошка первичного алюминия, 30—40 кг обогащенной железной руды и 10—20 кг извести. Максимальное извлечение ниобия дости­ гается при содержании в шихте 110% восстановителя к теоретиче­ ски необходимому и при содержании в сплаве 4,5% А1, при 30% извести в шихте от массы пятиокиси ниобия и при 72—76% ниобия в сплаве. Плавку ведут с нижним запалом в плавильном горне с магнезитовой футеровкой, приемная изложница состоит из чугун­ ного кольца и блока металлического хрома толщиной 200—850 мм, который служит подиной. При нормальном ходе плавка идет с за­ крытым шихтой зеркалом расплава. Скорость проплавления шихты ПО—140 кг/(см2-мйн). После окончания загрузки шихты загружают известь. После раскрытия зеркала расплава и растворения извести производят слив шлака и сплава с выдержкой 1—2 мин после слива части шлака для образования шлакового гарниссажа. После осты­ вания блока производится очистка, разделка и упаковка сплава.

Примерный состав шлака: 73,5% А120 3; 6,10% Nb20 5; 15,20% СаО; 3,21% MgO; 1,15% FeO; 0,42 S i0 2 и 0,18% Cr20 3.

При выплавке феррониобия на концентратах на 1 т базового сплава расходуется 2692 кг концентрата, 862 кг алюминия, 200 кг железа и 584 кг селитры. Извлечение ниобия в этом случае состав­ ляет 88,6%. При выплавке на пятиокиси ниобия цифры расхода будут следующими: 2573 кг Nb20 5, 386 кг алюминия, 285 кг железа и 80 кг извести; извлечение ниобия повышается до 92,6%.

Дальнейшее улучшение показателей производства обеспечивается ведением плавки в дуговой печи с магнезитовой футеровкой. Вы­ плавка феррониобия в дуговой печи со сводом без термитной добавки и с выпуском сплава, и шлака в изложницу позволяет повысить использование ниобия до 97% и сэкономить 300 кг алюминиевого порошка на 1 т феррониобия, при этом в феррониобии снижается

Бор обладает следующими физико-химическими свойствами:

В изученной области системы Fe—В существуют бориды железа Fe2B и Fe2B с температурой плавления соответственно 1389 и 1540° С. Сплавы с 12—16% В имеют температуру плавления 1480—1550° С, сплав с 20% В — около 1430° С. Бор применяют для микролегиро­

221

вания стали в виде ферробора, состав которого приведен в табл. 41, а также в виде комплексных сплавов.

Содержание бора в земной коре составляет 3 -10 “4%. Для место­

ной влаги и измельчают до крупности 1—2 мм. Для плавки чистых и богатых бором сплавов и лигатур используют химически чистые

Бор может быть восстановлен углеродом по следующим реакциям:

с теоретической температурой начала восстановления соответственно 1751 и 1702° С. Так как карбид бора является весьма стойким хи­ мическим соединением, то в случае углетермического восстановления бора полученные сплавы будут неизбежно содержать большое коли­ чество углерода и на практике углевосстановительный процесс рас­ пространения не получил.

Восстановление бора кремнием по реакции

2/3В20 3 + Si = 4/3В + S i0 2

возможно лишь при условии получения сплава с весьма высоким содержанием кремния при низком содержании бора. Восстановление алюминием происходит по реакции

При получении ферробора восстановление облегчается вследствие образования борида железа FeB. При восстановлении В 20 3 алюми­ нием выделяется 3290 кДж (785 ккал) на 1 кг борного ангидрида. Оптимальная величина удельной теплоты при выплавке ферробора из боратовых руд должна составлять 5770 кДж/кг (1375 ккал/кг)

222

шихты, и поэтому его выплавляют внепечным способом с использова­ нием значительного количества термитных добавок или в электро­ печи.

Выплавку ферробора ведут в электропечи с набивной футеровкой из электродной массы (толщина 150—180 мм), металлоприемник выкладывают из магнезитового кирпича. Ванна печи сменная и по­ мещена на выкатывающейся тележке. Состав шихты: 1) запал 250 кг железной окалины, 250 кг боратовой руды, 170 кг алюминие­

запальной шихты и прогрева расплава, в печь шнеком равномерно загружают основную шихту. Затем при поднятых электродах для более полного осаждения из шлака корольков сплава на поверх­ ность расплава дают осадитель. По окончании плавки через летку выпускают шлак. Сплав извлекают из печи после затвердевания. Полученный сплав содержит 10—12% В, 6—8% Si и 1,5—2,5% А1.

Низкокремнистый ферробор выплавляют внепечным способом из борного ангидрида или борной кислоты. В качестве восстанови­ теля используют смесь первичного алюминиевого и 50%-ного алю- миний-магниевого порошков. Вследствие бурного протекания про­

получают внепечной плавкой с нижним запалом, чаще электропечной плавкой в сменных шахтах. Состав шихты на плавку следующий: 3400 кг обожженной боратовой руды, 3400 кг железной руды, 2050 кг алюминия. В состав осадителя входит 600 кг железной руды, 200 кг алюминия и 120 кг извести. Применение железотермитного осадителя (его загружают на поверхность расплава после проплавления основ­ ной шихты) увеличивает извлечение бора с 50% до 71% при сокра­ щении расхода алюминия на 40%. Электропечную плавку ферроборала ведут аналогично электропечной плавке ферробора, но обычно в одной шахте после слива шлака от первой плавки проводят про­ плавление второй навески шихты, затем вновь сливают шлак и охлаждают блок сплава в течение 32 ч.

На 1 т сплава расходуется 1500 кг боратовой руды (20% В20 3), 550 кг алюминиевой стружки, 400 кг железной окалины и 800 кВт-ч электроэнергии.

Значительное улучшение показателей может быть достигнуто за счет плавки с предварительным проплавлением боратовой руды, что позволяет уменьшить потери руды с 17 до 3% и снизить расход алюминия за счет удаления сульфатной серы. При работе по схеме: расплавление боратовой руды, дача на поверхность расплава 40% восстановителя и затем железной окалины и остального количества

223

1. ПЛАНИРОВАНИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Основной производственной единицей в ферросплавной промыш­ ленности является завод, который возглавляется назначенными социалистическим государством руководителями, несущими полную ответственность за всю производственно-хозяйственную деятельность предприятия и за выполнение государственных плановых заданий по всем показателям. В состав ферросплавного завода обычно входит ряд основных и вспомогательных цехов. Задача основных плавиль­ ных цехов — производство ферросплавов. Вспомогательные цехи должны обеспечить высокопроизводительную бесперебойную работу основных цехов.

Наиболее эффективная система организации производства в фер­ росплавном цехе — это работа по регламентированному режиму — графику, предусматривающему выполнение производственных опера­ ций в последовательности и в сроки, обеспечивающие строгое вы­ полнение установленного плана производства и реализации готовой продукции. Основой цехового планирования является график вы­ пуска готовой продукции. График предусматривает порядок прове­ дения ремонтов и их характер, а также регламентацию работы подсобных участков цеха (подача шихты, обработка металла, уборка шлака и пр.). Основные операции на печах также строго регламен­ тированы или по времени (завалка шихты и выпуск металла, уборка металла из поддонов и т. п.), или по съему электроэнергии. Суточный график работы цеха доводится до бригад в виде сменного задания.

В зависимости от характера производственных процессов и усло­ вий их проведения в ферросплавном производстве применяют две основные формы организации труда — индивидуальную и бригад­ ную. Под индивидуальной понимают такую организацию труда, при которой производственный процесс от начала до конца выполняется одним рабочим. При бригадной форме производственный процесс выполняется группой рабочих различной квалификации. Каждый член бригады выполняет определенные возложенные на него опера­ ции, всей работой руководит бригадир. В ферросплавном производ­ стве преобладает бригадная форма работы: так, например, электро­ печь обслуживает бригада плавильщиков под руководством стар­ шего плавильщика.

Руководство работой плавильных бригад в смене осуществляет мастер, который должен обучать рабочих передовым методам труда, следить за соблюдением технологических инструкций и правил техники безопасности, обеспечивать высокое качество продукции, наблюдать за правильной эксплуатацией оборудования.

Руководство работой цеха осуществляется начальником цеха. Руководство работами в данной смене осуществляется начальником смены, на отдельных участках цеха работой руководят старшие мастера и начальники участков (блок печей, шихтовый двор и т. д.).

224

2. СЕБЕСТОИМОСТЬ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОСПЛАВОВ

Себестоимость в денежном выражении представляет затраты отдельного предприятия на производство единицы продукции. Си­ стематическое снижение себестоимости продукции и повышение рентабельности производства имеют важнейшее значение, так как являются источником роста накоплений в народном хозяйстве, повы­ шения материального и культурного уровня жизни советского на­ рода. Себестоимость ферросплавов определяется многими факторами, из которых главнейшие следующие:

1. Местоположение завода относительно источников энергии, сырья и потребителей. Решающим в выборе места расположения завода является объем перевозок сырых материалов и топлива на единицу продукции, а также удаленность от основных потребителей. Для большинства энергоемких ферросплавов завод наиболее вы­ годно располагать непосредственно у электростанций.

Производство ферромарганца и силикомарганца можно распо­ лагать как у источника энергии, так и у источников сырья. При этом с учетом расстояния до потребителей может оказаться выгоднее строить завод на равном расстоянии и от источников сырья, и от источников энергии, но ближе к потребителям.

Производство дорогостоящих и употребляемых в сравнительно небольших количествах ферросплавов и лигатур (ферровольфрам, ферромолибден, сплавы бора и т. д.) следует организовывать в со­ ставе заводов, производящих массовые ферросплавы, что позволяет уменьшить постоянные расходы по сравнению с теми, какие имели бы место при организации самостоятельных предприятий.

2. Большое значение имеет увеличение мощности завода и от­ дельных агрегатов. С увеличением мощности завода уменьшаются капитальные и эксплуатационные затраты по вспомогательным цехам, отнесенные к единице мощности завода, а также расходы, связанные с содержанием управленческого аппарата. С увеличением мощности электропечей уменьшаются капитальные затраты на еди­ ницу мощности и удельные расходы электроэнергии, а значит, уве­ личивается производительность печи на единицу ее электрической мощности. Растет также производительность труда персонала.

3. Решающее влияние на себестоимость ферросплавов оказывает уровень техники и организации производства. Использование новых технологических процессов, более совершенного оборудования, улуч­ шение качества шихтовых материалов и лучшая их подготовка к плавке, комплексная механизация и автоматизация всех произ­ водственных процессов — основные направления, на которых может быть достигнуто максимальное повышение рентабельности произ­ водства.

Необходимо вести работы в направлении комплексного исполь­ зования всех ценных материалов, содержащихся в рудах, и полной утилизации шлаков. Большое значение имеют также повышение стойкости и надежности работы оборудования, удешевление произ­ водства запасных частей и стоимости ремонтных работ.

В табл. 42 приведена структура себестоимости различных ферро­ сплавов, анализ которой показывает главные направления по сни­ жению себестоимости. Для таких ферросплавов, как ферромолибден, ферровольфрам, феррониобий и т. п. решающее значение имеет экономное расходование сырья. В себестоимости марганцевых и хромовых сплавов удельный вес стоимости сырья несколько ниже, но все же высок. Снижение себестоимости этих сплавов может быть достигнуто за счет повышения использования ведущих элементов, а также уменьшения расхода электроэнергии и затрат по переделу. При производстве 45- и 75%-ного ферросилиция решающее значение имеет снижение расхода электроэнергии и расходов по переделу. Но, конечно, необходимо, как и при производстве всех других сплавов, стремиться к экономии и на других статьях. В металло­ термическом производстве необходимо стремиться к максимальной экономии дорогостоящих восстановителей.

Рассмотренные пути снижения себестоимости, естественно, не охватывают полностью все возможности в деле удешевления про­ дукции. Для каждого коллектива, в каждой определенной обста-

226

новке возникают новые задачи по улучшению количественных и качественных показателей производства, решение которых есть важнейшая обязанность данного коллектива.

Важнейшей задачей является повышение производительности труда, поэтому следует уделять особое внимание развитию социа­ листического соревнования трудящихся, научной организации труда, совершенствованию управления производством.

3. ПЛАНИРОВКА ФЕРРОСПЛАВНЫХ ЦЕХОВ

Основными факторами, принимаемыми во внимание при плани­ ровке ферросплавного цеха, являются:

1 ) планируемый объем производства и принятая технология производства;

2 ) характер и количество подлежащих хранению шихтовых ма­ териалов;

3)способ подготовки шихтовых материалов к плавке, метод их дозировки и способ подачи на печи;

4)способ разливки и разделки ферросплавов, уборка шлака и складирование готовой продукции;

5)создание надлежащих условий труда.

В соответствии с этим ферросплавный цех должен состоять из следующих основных отделений:

1 ) шихтового двора с участком подготовки шихты; 2 ) помещения (бункерной галереи) для хранения подготовленной

шихты и дозировки ее (обычно размещается в плавильном корпусе или может быть отделением шихтового двора);

3)плавильного корпуса;

4)шлакового двора или отделения переработки шлаков;

5)отделения разделки и складирования сплавов.

При выборе места расположения отдельных участков цеха следует стремиться к тому, чтобы сократить до минимума дальность транс­ портировки сырья и, кроме того, обеспечить возможность расшире­ ния как плавильного корпуса, так и шихтового двора. Это может быть удачно решено путем параллельного расположения шихтового двора и плавильного корпуса с поперечным транспортом всех шихто­ вых материалов по наклонной галерее в плавильный корпус.

В цехах, предназначенных для выплавки ферровольфрама, ферро­ молибдена ит. п., где объем производства, а следовательно, и потреб­ ность в шихтовых материалах сравнительно малы, шихтовый двор выполняется в виде пролета плавильного корпуса. Шихтовый двор в условиях сурового климата должен быть крытым и иметь отапли­ ваемое помещение подготовки шихты. Объем бункеров шихтового двора определяется в зависимости от производительности цеха, расстояния его от источников сырья и периодичности поставки сырья. Принятые нормы хранения запасов сырья колеблются от 15 до 120 суток в зависимости от дальности поставок. Бункера должны быть расположены таким образом, чтобы исключалась возможность смешивания различных видов сырых материалов при разгрузке и

должны быть механизированы и, по возможности, автоматизированы. Дозировочное отделение может быть расположено либо в транс­ форматорном пролете плавильного корпуса, либо в виде самостоя­

рой, более дешевый, вариант. Дозировочные устройства должны быть автоматизированы.

Плавильный корпус состоит из пролета печных трансформаторов, печного и разливочного пролетов.

В трансформаторном пролете на первом или втором этаже рас­ полагаются трансформаторы печей, маслоохладители, масляные выключатели; на втором этаже помещаются пульты управления, комнаты отдыха и т. д.; третий этаж занят дозировочными (печными) бункерами и на четвертом этаже расположены горизонтальные транс­ портеры, распределяющие по дозировочным бункерам шихтовые материалы, поступающие из шихтового двора.

Впоследнее время трансформаторы, как правило, устанавливают

впечной пролет. Это объясняется стремлением сократить длину короткой сети и потери в ней. В этом случае трансформаторный пролет отсутствует.

Печной пролет состоит из нескольких этажей, в которых раз­ мещаются печи, площадки для обслуживания колошника, нара­ щивания электродов, дозировки шихты, размещения устройств для перемещения и перепуска электродов. При размещении над печами мостовых кранов имеется площадка для обслуживания колошника печи и площадка для наращивания электродов.

Ввиду относительно небольших размеров газоочистку для за­ крытых рудовосстановительных печей можно устанавливать как внутри плавильного корпуса, так и в отдельно стоящем здании. Газоочистку мощных открытых печей располагают в отдельно стоя­ щем здании. Рафинировочные ферросплавные печи также должны иметь газоочистку. При наличии в отходящих газах ценных пылей и возгонов, как, например, при выплавке ферровольфрама, необ­ ходимо устанавливать электрофильтры, которые монтируют в отдель­ ном помещении.

Разливочный пролет оборудуют мостовыми кранами с двумя подъемами (для кантования разливочного ковша), грузоподъемность которых определяется в зависимости от сортамента выплавляемых сплавов и мощности печей. Через пролет прокладывают (или только заводят в него) железнодорожный путь. В пролете устанавливают разливочные устройства и грануляционные установки. Во вновь строящихся мощных ферросплавных цехах устанавливают разли­ вочные машины конвейерного типа, аналогичные применяемым в до­ менном производстве.

В разливочном пролете отводят место для хранения текущего запаса огнеупоров и ремонта разливочной посуды. Шлак вывозят

228

для сепарации и улавливания металлических корольков, скрапин и т. п. Шлаки необходимо утилизировать: перерабатывать на плав­ ленный цементный клинкер, кислотоупорную плитку, использовать для известкования кислых почв, в литейном производстве и т. п. В этих целях отделение оборудуют соответствующими технологи­ ческими и грузоподъемными устройствами для переработки шлаков.

Склад готовой продукции должен иметь площадь достаточную для охлаждения слитков, и, кроме того, он должен быть оборудован устройствами для механизированной разделки и отгрузки сплавов.

Транспортные связи между отдельными пролетами цеха осуще­ ствляются передаточными тележками различных типов. В отдельных случаях эта связь может осуществляться технологическим обору­ дованием, например выдача металла на склад непосредственно раз­ ливочной машиной. На рис. 69 показан разрез цеха для выплавки ферросилиция.

Металлотермические цехи строят двухпролетными. В шихтовом пролете располагают закрома для хранения шихтовых и вспомога­ тельных материалов и оборудование для подготовки шихты. В пла­ вильном пролете либо на специальной площадке под вытяжными зонтами, либо на тележках, закатываемых в плавильные камеры, устанавливают плавильные шахты. Для переплава богатых шлаков и утилизации различных металлсодержащих отходов в цехе обычно устанавливают дуговую электропечь мощностью 1,5—2,5 MBA.

229

В плавильном пролете предусматривают площадь для хранения готовой продукции.

При плавильном цехе имеются санитарно-бытовые помещения (красный уголок, столовая, душевые, помещения для сушки и обес­ пыливания спецодежды, контора и т. д.). Для лучшей аэрации цеха бытовые помещения необходимо располагать в отдельно стоящем здании, соединенном с главным корпусом теплым переходом.

4.ОСНОВНЫЕ ВОПРОСЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАС

ИПРОМЫШЛЕННОЙ САНИТАРИИ В ФЕРРОСПЛАВНЫХ ЦЕХАХ

Задачей всей работы по технике безопасности и промышленной санитарии является предупреждение несчастных случаев, создание благоприятных и безопасных условий труда в цехе и на рабочем месте. В этих целях проводится комплекс технических и организа­ ционных мероприятий, ведется соответствующее обучение эксплуа­ тационного персонала.

Основными причинами промышленного травматизма и профес­ сиональных заболеваний являются нарушения технических и орга­ низационных требований, а также правил личного поведения ра­ ботающих. Например, работа на технически неисправной машине может привести к несчастному случаю, так же как и плохая орга­ низация работы, несогласованность действий отдельных рабочих или неправильное ношение спецодежды, выполнение непорученной работы и т. д. Поэтому нарушение правил техники безопасности недопустимо. На виновных в нарушениях могут накладываться взыскания в соответствии с правилами внутреннего распорядка. Взыскания накладываются и на должностных лиц, по вине которых имеют место нарушения или несчастные случаи. В особо тяжелых случаях виновные привлекаются к уголовной ответственности.

Каждый вновь поступивший или переведенный на другую работу рабочий обязан получить инструктаж и пройти соответствующее обучение, особенно подробное при работе с механизмами, электро­ током, расплавленным металлом, со сдачей экзамена квалифика­ ционной комиссии. Проверка знаний правил техники безопасности проводится ежегодно. Если проверяемый имеет неудовлетворитель­ ные знания, он отстраняется от работы до сдачи экзамена.

Расположение цехов должно быть таким, чтобы не нарушалось общее направление транспортирования грузов и обеспечивалась надлежащая их аэрация. Здания шихтового и дозировочного отде­ ления должны быть огнестойкими, крытыми и оборудованы желез­ нодорожными путями вдоль продольной оси. Загрузка материалов в бункера и выгрузка из них должны быть механизированы. Дро­ бильные и дозирующие установки, дающие при работе большое количество пыли, должны быть герметизированы и снабжены мест­ ной вытяжной вентиляцией. Все трудоемкие операции механизи­ руются и по возможности автоматизируются.

Здания плавильных цехов возводят из огнестойких материалов, полы выстилают рифлеными чугунными плитами. Рабочие площадки

230