4.5.7. Виробництво феровольфраму

Вольфрам використовують для легування сталей і сплавів з метою збільшення опору розриву та опору зношування й удару, підвищення межі текучості, наданню властивості самогартування і зменшення можливості утворення гарячих тріщин. Для легування сталей використовують феровольфрам таких марок %:

Марка W Mo Mn Si З P S Al

ФВ80 > 80 < 6,0 < 0,2 0,8 0,1 0,03 0,02 3,0

ФВ70 > 70 < 7,0 < 0,3 2,0 0,2 0,06 0,01 —

Сировинні матеріали. Для виплавки феровольфраму застосовують вольфрамитовий концентрат, який містить 55—65 % 4—5 2—3 СаО та інші домішки. Для отримання сплавів із вмістом вольфраму близько 70 % як відновник використовують нафтовий або пековий коксик і феросиліцій марок (ФС65 або ФС75), а для виробництва сплавів з великим вмістом вольфраму — алюміній.

Фізико-хімічні умови процесу. Вольфрам має невелику хімічну спорідненість до кисню, тому може бути відновлений з оксидів силіцієм, вуглецем і алюмінієм:

Технологія вуглецево-силікотермічної плавки. Сплави із вмістом вольфраму близько 70 % виплавляють у рудовідновлювальних печах потужністю 2,5—5 МВ  А. Ванну печі футерують магнезитовою цеглою; у процесі плавки магнезитова футерівка частково заміщається феровольфрамом, тобто робочою футерівкою є металевий гарнісаж.

Умовно виділяють три періоди плавки, що різняться за характером фізико-хімічних процесів і технологічних операцій. У ході першого періоду «свіжу» шихту задають на сплав, що залишився від попередньої плавки, який має підвищений вміст Si (3—8 %), С (0,2—2 %), Mn (3—5 %) і знижений вміст W (50—55 %). В цей період відбувається рафінування сплаву від цих домішок завдяки окисненню їх киснем, що міститься в оксидах «свіжої» шихти, тобто в печі утворюється окисний шлак, що містить 16—23 % 15—20 FeO, 26—32 10—15 MnO, 8—10 CaO, 1—3 MgO, 2—4 % Для збільшення швидкості рафінування температуру металу й шлаку підвищують, включаючи піч на максимальну потужність.

Наприкінці першого періоду починають завалення у ванну печі концентрату з коксиком, добиваючись отримання робочого шлаку другого періоду, який містить 10—12 % У другому періоді відбувається відновлення вольфраму переважно вуглецем коксика. Отже, до кінця другого періоду метал має стандартний вміст вольфраму і домішок. Після аналізу сплаву починають вичерпування сплаву зі печі з використанням змінних ложок з вуглецевої сталі, що вміщують до 50 кг металу. Ложку з металом потім занурюють у бак з водою, охолоджують на спеціальному пристрої і вибивають з неї зливок металу. Випускати сплав через льотку печі, як це відбувається під час виплавки інших феросплавів, не можна внаслідок високої в’язкості феровольфраму (температура плавлення близько 2600 °С).

Мета третього періоду — довідновлення зі шлаку силіцієм феросиліцію. Метал при цьому збагачується силіцієм та іншими домішками, а вміст у ньому вольфраму знижується до 52—54 %. Кінцевий шлак третього періоду містить 0,05—0,2 % 0,3—2 FeO, 45—50 15—20 MnO, 25—32 % CaO. Після випускання шлаку в печі залишається метал такого складу, %: W — 66—70, Si — 5—7, Mn — 0,7—2,5. Якщо шлак містить понад 0,3 % вольфраму, то його повертають на переплавку.

Технологія алюмотермічної плавки. Сплави із вмістом понад 80 % вольфраму виплавляють алюмінотермічним способом. До складу шихти входить вольфрамитовий концентрат, залізна окалина, первинний алюміній і вапно. Плавка ведеться в печі потужністю 1 МВ  А, обладнаної знімною ванною з магнезитовою футерівкою.

У початковий період плавки на подину печі завантажують порцію шихти і запальну суміш (алюмінієвий порошок і залізна окалина), яку підпалюють під електродами печі. Якщо на подині утворюється розплав, опускають електроди і набирають електричне навантаження, потім подають нові порції шихти. При цьому прагнуть підтримувати глибоке занурення електродів у шлак для забезпечення його прогрівання та осадження крапель відновленого металу.

Шлак довідновлюють, вводячи на поверхню алюмінієву крупу, після чого його випускають із печі. У печі залишається злиток стандартного феровольфраму і невеликий шар сплаву з підвищеним вмістом домішок, який потім направляють для рафінувальної переплавки.

Техніко-економічні показники. Для отримання 1 т феровольфраму витрачається:

Склад Вуглецевосилікотермічна плавка Алюмотермічна плавка

Вольфрамітовий концентрат (60 % ), кг 1530 1555

Феросиліцій ФС75, кг 108 —

Первинний алюміній, кг — 345

Коксик, кг 87 —

Сталева стружка, кг 102 45

Залізна окалина, кг — 80

Вапно, кг — 20

Електроенергія, кВт  ч 3550 425

Слід зазначити, що вилучення вольфраму у феровольфрам становить понад 99 %.