2.3 Технология выплавки ферросиликохрома двухстадийным методом

2.3.1 Печи для производства ферросиликохрома

Ферросиликохром выплавляют в электрических рудовосстановительных трехфазных печах мощностью 16,5-40,0 ква с круглой ванной, с расположением электродов по вершинам равностороннего треугольника. Печи для силикохрома (кремнистого сплава) футеруют угольными блоками, способными выдерживать высокие температуры до 2000-2200 °С. Характерным для футеровки силикохромовой печи является большая толщина подины, что обеспечивает значительную тепловую инерцию печи и способствует сохранению устойчивой температуры в плавильной зоне при кратковременных простоях.

Другой особенностью силикохромовой печи является то, что фактически рабочим слоем футеровки стен печи является гарнисаж, представляющий собой настыль из спекшейся шихты, расплавленной футеровки, карбида кремния и корольков металла.

Выпускное отверстие изготовляют из фасонных угольных блоков, сливной желоб также футеруют угольными блоками. Арку выпускного отверстия набивают электродной массой примерно раз в неделю, угольный блок на сливном желобе меняют по мере надобности.

2.3.2 Электрический режим выплавки ферросиликохрома

Электрический режим плавки оказывает решающее влияние, как на величину потерь кремния, так и на результаты работы печи. Электрический режим печи определяется главным образом величиной вторичного напряжения. Однако повышение вторичного напряжения допустимо лишь до некоторого предела (при определенной мощности печи), выше которого результаты плавки начинают ухудшаться, несмотря на уменьшение электрических потерь. Это происходит потому, что с увеличением вторичного напряжения глубина погружения электрода в шихте уменьшается, зона высоких температур приближается к колошнику и потери тепла через колошник начинают возрастать. Кроме того, при высоко расположенных электродах в результате увеличения сопротивления газового промежутка доля мощности, выделяющаяся в газовой полости, возрастает. Это в свою очередь приводит к более интенсивному испарению кремния и развитию реакций с образованием легколетучего монооксида кремния. Наоборот, при работе на низких ступенях напряжения возрастают электрические потери, и уменьшается зона высоких температур, необходимых для успешного восстановления кремнезема. Это также приводит к ухудшению показателей плавки.

Таким образом, для каждой конструкции печи и определенной шихты существует оптимальное вторичное напряжение, которое обеспечивает успешное протекание необходимых физико-химических процессов при максимально возможном общем к. п. д. печи.

В настоящее время нет достаточно надежной методики определения оптимального электрического режима печи, поэтому в большинстве случаев оптимальное вторичное напряжение обычно определяют из тепловых и материальных балансов печи при работе ее на разных ступенях напряжения. В каждом отдельном случае необходимы длительные эксперименты по установлению оптимального напряжения.

При производстве силикохрома бесшлаковым способом применяют следующие шихтовые материалы:

1. кварцит (рудная часть шихты);

2. передельный феррохром и железную стружку (металлическая часть);

3. коксик металлургический и уголь (восстановитель);

Для получения силикохрома можно использовать только те кварциты, которые содержат не менее 96-97 % SiO₂. Содержание посторонних примесей - глинозема, оксидов магния и кальция не должно превышать 2-3 %, так как эти соединения способствуют образованию тугоплавких шлаков, затрудняющих нормальный ход процесса. Вредное влияние на качество силикохрома оказывает фосфор, который, переходя в процессе плавки почти полностью в жидкий силикохром, в дальнейшем при выплавке рафинированного феррохрома затрудняет получение стандартного по фосфору сплава. Кварцит при дроблении не должен рассыпаться на слишком мелкие фракции, которые затрудняют нормальное ведение плавки.

Кроме того, кварцит должен обладать необходимой термостойкостью при нагревании в ванне печи. Перед плавкой кварцит дробят до фракции 50-80 мм; после дробления рабочую фракцию отсортировывают на вибрационных грохотах с размером ячеек нижнего сита 25x25 мм.

Следует отметить, что попадание мелочи в печь крайне нежелательно не только из-за ухудшения газопроницаемости шихты, но и потому, что в мелких фракциях содержится большое количество пустой породы. Так, фракция 10-15 мм содержит кремнезема 92-95 %, а фракция 1-3 мм только 85-87 %.

Передельный феррохром представляет собой специальный сплав железа с хромом, выпускаемый для производства силикохрома бесшлаковым способом. Передельный феррохром поставляется в гранулированном виде (90 %) и в дробленом (не более 10 % от всего объема поставки); размер кусков не должен превышать 40 мм. Следует также обращать внимание на количество примесей шлака, которое в гранулированном феррохроме не должно превышать 0,5 %, а в кусковом - 1,5 %. В последнее время в качестве передельного феррохрома начали применять металлоконцентрат, извлеченный из шлаков высокоуглеродистого феррохрома.

Углеродистый восстановитель, используемый при производстве силикохрома, должен иметь низкое содержание золы и летучих; оксиды золы, особенно глинозем, оксид кальция и магния, способствуют образованию шлаковой фазы, что является нежелательным при выплавке силикохрома. Летучие обусловливают повышенное содержание водорода в жидком силикохроме, что снижает его качество.

Восстановитель должен обладать высоким удельным электросопротивлением, что обеспечивает глубокую посадку электродов и позволяет работать на более высоких ступенях напряжения. В этом отношении перспективными являются специальные виды восстановителей: формованный кокс, газовый кокс, полукокс и низкозольные газовые угли.