Доменное пр-во
Электрометаллургия
Конвертерное пр-во
Разливка стали
Популярные материалы

Технология производства малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома FeCr

Основное количество малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома производят различными силикотермическими способами, т. е. путем восстановления кремнием силикохрома окислов хромовой руды в присутствии флюса — извести.

Реакция восстановления окиси хрома кремнием может быть описана уравнением:

  • 2Cr2O3 + 3Si - 4Cr + 3SiO2;
  • G° = —45113 + 9,15Т.

Силикотермическое восстановление окиси хрома при производстве безуглеродистого феррохрома протекает по - схеме Cr2O3 —> CrO —> Cr по реакциям:

  • 2Cr2O3 + Si = 4CrO + SiO2,
  • G° = 21969 — 4,47 Г;

  • 2CrO + Si = 2Cr + SiO2;
  • G° = 10622 — 2,8 Т.

Так как по мере накопления в шлаке кремнезема дальнейшее восстановление окиси хрома затрудняется, в шлак вводят известь, связывающую SiO2 в прочные силикаты по реакциям:

  • СаО + SiO2 = СаО•SiO2;
  • 2СаО +SiO2 = 2CaO•SiO2.

Благодаря этому процесс восстановления протекает более полно.
Параллельно с рассмотренными в печи совершаются процессы восстановления окислов кальция, магния, фосфора, серы и других элементов, о чем свидетельствует присутствие их в сплаве.

При производстве рафинированного феррохрома шихта состоит из хромовой руды, 50%-ного силикохрома и извести.
Химический состав силикохрома Таблица. 1 - Распределение элементов между продуктами плавки малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома

Хромовую руду перед подачей на ферросплавные печи усредняют и дробят до размеров кусков не более 20 мм. В зимнее время руду сушат до тех пор, пока содержание влаги не будет равно 0,5—1,5%. Это предупреждает шлакование в печи и повышает надежность автоматического дозирования. Для производства феррохрома, содержащего 0,060% С и ниже, руду прокаливают для удаления карбонатного и элементарного углерода при температуре 1100° С. Содержание углерода в прокаленной руде не должно превышать 0,020%. Силикохром, предназначенный для выплавки феррохрома, содержащего 0,06% С и ниже, должен содержать 50—57% Si и до 0,027% С.

Известь, при производстве безуглеродистого феррохрома следует применять свежеобожженной в кусках размером 40 мм.

Состав шихты определяется расчетом на 100 кг сухой хромовой руды исходя из следующих условий:

  • восстановление Cr2O3 из руды должно составлять 85%;
  • FeO—95%;
  • P2O5—100%;
  • использование Si силикохрома — 86%;
  • восстановление Mg должно составлять 25%.

Производство малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома ведут периодическим процессом в стационарных или наклоняющихся и вращающихся ферросплавных печах мощностью 2500—5000 кВА с магнезитовой футеровкой при рабочем напряжении 300—350 В.

Чем ниже заданное содержание углерода в сплаве, тем выше должно быть рабочее напряжение. При выплавке феррохрома марок ФХО06 и ФХО10 обычно работают на вторичном напряжении, равном 330—350 В, и графитированных электродах. Феррохром остальных марок, как правило, производят, используя более низкое напряжение и самоспекающиеся электроды.

Выплавка металла в наклоняющихся и вращающихся печах складывается из следующих операций:

  • завалки силикохрома из двух первых колош шихты (обычный состав колоши: 1700 кг хромовой руды, 1500 кг извести и 650—680 кг силикохрома) на подину печи;
  • подъема мощности и завалки руды и извести первых двух колош;
  • проплавления первых двух колош;
  • выпуска шлака в стальной нефутерованный ковш;
  • завалки 80—90% силикохрома третьей колоши шихты;
  • подъема мощности и завалки руды и извести третьей колоши;
  • проплавления третьей колоши и завалки оставшейся части силикохрома;
  • выпуска феррохрома и шлака;
  • заправки ванны ферросплавной печи.

Полное проплавление шихты достигается при правильном обслуживании печи при расходе электроэнергии, составляющем 0,522 — 0,540 ГДж (145—150 кВт-ч) на 100 кг загруженной руды. После проплавления третьей завалки производится выпуск сплава и шлака. Температура шлака на выпуске должна быть равна примерно 1800° С, а сплава около 1760° С Перед выпуском плавки сплав контролируют на содержание кремния. Если взятые пробы покажут повышенное содержание кремния в сплаве, то выпуск задерживают, и сплав подвергают рафинированию, увеличивая длительность выдержки его в печи и дополнительно давая в расплавленную ванну шихту без силикохрома.

Причинами повышения содержания кремния в сплаве могут быть:

  • избыток силикохрома, о чем свидетельствует сильное разъедание ванны и горячий ход печи;
  • низкое содержание СаО в шлаке, нормальное содержание составляет 50—52% вследствие малой навески извести или низкого содержания СаО в извести;
  • холодный ход печи вследствие неправильного обслуживания ее работы на кусковой руде или после длительного простоя и чрезмерного переплава отходов.

Нормально шлак должен содержать 3,5—4,5% окиси хрома. Повышение содержания окиси хрома в шлаке свидетельствует о холодном ходе печи, недостатке извести или силикохрома. При повышении содержания кремния в сплаве нужно соответствующим образом скорректировать шихтовку или при необходимости увеличить расход электроэнергии на плавку.

Малоуглеродистоый или безуглеродистый феррохром и шлак выпускают через сливной носок или летку в стальной ковш, заполненный для образования шлакового гарниссажа шлаком от предыдущего выпуска. Сплав разливают в чугунные или стальные плоские изложницы, покрытые известковым раствором: толщина слитка должна составлять — 100 мм.

Для получения плотного слитка и снижения содержания газов феррохром перед разливкой вакуумируют в специальной камере в течение 3—5 мин при остаточном давлении 400—533 Па (30—40 мм рт. ст ) или разливают его под слой шлака.

Примерный химический состав шлака определяется следующими данными: 50—53% СаО, 26—29% SiO2, 5—7% Аl2O2, 8—11% MgO, 0,5—0,8% FeO и 3,5—5,5% Cr2O3. При остывании такой шлак рассыпается в тонкий порошок (90% фракции 2 мм) из-за перехода бета-2CaO.SiO2 в альфа-2CaO.SiO , сопровождающегося увеличением объема на 12%. Шлак используют для нужд литейного производства, известкования кислых почв и для других целей.

В настоящее время наиболее перспективным процессом производства безуглеродистого феррохрома является процесс смешения рудноизвесткового расплава с жидким силикохромом вне печи, в ковше или в специальном смесителе. Этот способ обеспечивает получение феррохрома с очень низким содержанием углерода при высоких технико-экономических показателях

Технологическая схема этого процесса приведена на рисунке.
Схема производства безуглеродистого феррохрома Рисунок. 1 - Схема производства безуглеродистого феррохрома методом смешения жидких расплавов

В наклоняющейся электропечи при рабочем напряжении — 150 В получают из хромовой руды (куски до 20 мм) и извести (куски до 40 мм) рудно-известковый расплав, содержащий ~30% Cr2O3, 7—8% MgO, 7—8% Аl2O3, 10—12% FeO, 1—3% SiO2, 40—45% СаО. Такой расплав обладает довольно большой активностью при восстановлении кремнием и содержит достаточное количество СаО для связывания образующегося кремнезема в двухкальциевый силикат. Расплав сливают в ковш (смеситель), куда затем заливают вторичный силикохром, содержащий ~25% Si, из второго ковша.

В результате реакция, протекающей в условиях большого избытка окислителя, получают феррохром, содержащий около 70% Cr, 0,01 — 0,04% С и — 0,8% Si, и промежуточный расплав, содержащий 14— 16% Cr2O3, который во втором ковше смешивают с силикохромом, содержащим — 45% Si и 0,01—0,02% С, получаемом в рудовосстано- вительной печи. В процессе, осуществляемом во втором ковше, применяют избыток восстановителя по отношению к окислам расплава, поэтому в результате смешения получают отвальный шлак, содержащий 2—3 % Cr2O3, и промежуточный силикохром, используемый в первой стадии процесса. В целом процесс характеризуется очень высоким использованием кремния силикохрома (до 98%) и хрома (до 95%), а также низким расходом извести и электроэнергии.

Для повышения технико-экономических показателей производства феррохрома прибегают к совместному обжигу хромовой руды и известняка и загрузке горячей смеси (—1100° С) в печь для выплавки рудноизвесткового расплава. Это также обеспечивает снижение температуры плавления расплава вследствие образования хромитохромата кальция — 9СаО • 4CrО3 • Cr2О3.

Следует отметить, что температура плавления промышленных рудноизвестковых расплавов при содержании в них 28—31% Cr2О3 минимальна.

Процесс можно вести в одну стадию. В этом случае расплав выпускают при 1900—1970° С в футерованный магнезитом ковш. Количество заливаемого в тот же ковш 50%-ного силикохрома рассчитывают на 100%-ное полезное использование кремния.

Значительного повышения технико-экономических показателей процесса можно достичь, присаживая во время смешения твердую шихту необходимого состава.
безуглеродистый и малоуглеродистый ферохром, содержащий 70—76% Cr, 0,01—1,0% Si, до 0,04% С и до 0,03% Р, разливают в металлические поддоны.(толщина слитка 70 мм) или в ошлакованную емкость под слоем шлака толщиной 250 — 300 мм (толщина слитка 200 мм).

Кратность шлака равна примерно 2,5. Он содержит, %: 2—5 Cr2O3, 40—47% СаО, 8—10% MgO, 6—8% Аl2O3, 24—28% SiO2, 0,2% FeO и 1—2% металлических корольков.

При отсутствии на заводе ферросплавных печей, предназначенных для получения силикохрома, или при затруднении с его транспортировкой в жидком состоянии из одного цеха в другой, а также при необходимости снизить содержание в сплаве азота, который переходит в сплав при контакте жидкого силикохрома с воздухом, для проведения процесса используют дробленый силикохром.

Технико-экономические показатели производства малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома при применении различных разновидностей силикотермического процесса приведены в таблице.

Таблица. 2 - Технико-экономические показатели производства феррохрома Технико-экономические показатели производства малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома

Феррохром с особо низким содержанием углерода производят вакуумированием жидкого малоуглеродистого феррохрома. Плавку ведут в индукционной печи периодического действия тиглем емкостью по стали в 1 т. В период расплавления остаточное давление поддерживают на уровне 66,6 Па (0,5 мм рт. ст.), а вакуумирование жидкой ванны печи ведут при 1640—1680° С и давлении 133—266 Па (1—2 мм рт. ст.) в течение 1 ч 10 мин — 1 ч 20 мин. Ванна ферросплавной печи в процессе вакуумирования периодически перемешивается токами промышленной частоты.

Плавка длится 5 ч при расходе около 6,48 ГДж (1800 кВт-т) электроэнергии. Разливку сплава ведут максимально быстро при остаточном давлении ~ 1,333 кПа (10 мм рт. ст.) в горизонтальную стальную изложницу. Выход феррохрома с содержанием - 0,01 % С и менее составляет 80%, сплав очень чист по содержанию газов и цветных металлов.

Вакуумтермический метод позволяет получать относительно дешевый феррохром (называемый симплексом), содержащий 0,01—0,03% С в результате окисления углерода, находящегося в сплаве, окислителями (окисью хрома, кремнеземом, окисью железа и т. п.) в вакууме при температуре 1250—1400° С.

В общем виде обезуглероживание феррохрома при его нагреве с окислителями в вакууме может быть описано следующим уравнением:

  • [(Cr, Fe)nCm]тв + m/y MexOутв = [nCr + nFe + mx/y *Me + {СО}

Для получения металла с требуемым содержанием углерода (менее 0,02%) необходимо вводить в брикет до 2% избыточных окислов, что неизбежно вызывает загрязнение феррохрома неметаллическими включениями.

Загрязненность получаемого феррохрома в значительной степени зависит от рода применяемого окислителя. Если в качестве окислителя будут применены руды или концентраты, то сплав будет загрязняться как избытком восстановителя, так и окислами пустой породы (MgO, Аl2O3, СаО и др.), которые в условиях процесса не могут восстанавливаться. Лучшие результаты достигаются при использовании окисленного углеродистого сплава, получаемого прокаливанием тонкоизмельченного сплава или распылением жидкого сплава кислородом. Окисленный феррохром характеризуется примерно следующим составом: 59—65% Cr; 2,5—5,6% С; 0,8% Si; 19—21% Fe; до 0,03% P и 0,03 S и 8—13% кислорода.

Шихту для производства феррохрома рассчитывают из условия получения в ней 2,5% избытка кислорода. Примерно на 100 кг передельного феррохрома шихтуют 100 кг окисленного сплава.

Исходные материалы тщательно перемешивают всухую, а затем со связкой, в качестве которой служит 10%-ный раствор хромового ангидрида или раствор сахарной патоки. Подготовленную шихту брикетируют и полученные брикеты (масса — 14 кг) сушат при температуре 300—400° С. Высушенные брикеты загружают на тележки вакуумной печи слоем толщиной 350 мм. Общая масса садки составляет около 7 т. Процесс ведут в печах сопротивления с футеровкой из периклазошпинелидного кирпича.

Технологический процесс обезуглероживания феррохрома состоит из трех периодов: нагрева садки, изотермической выдержки и охлаждения. Оптимальная температура обезуглероживания брикетов близка к 1300—1340° С. Процесс ведут при остаточном давлении 66,6— 133 Па (0,5—1 мм рт. ст.) в течение 80—100 ч. По окончании обезуглероживания печь выключают и ведут охлаждение в вакууме (около 30 ч). После снижения температуры до 400—500° С в печь впускают воздух и выгружают сплав.

Если необходимо получить азотированный феррохром, в печь после обезуглероживания при температуре — 1100° С и давлении 100 кПа (1 ат) вводят газообразный азот чистотой выше 99,5% и поддерживают избыточное давление азота на уровне 3,34—4,00 кПа (25—30 мм рт. ст.). Садку в печи охлаждают до 500—550° С и затем впускают в печь воздух.

На производство 1 базовой (60% Cr) т вакуум термического феррохрома расходуется 1100 кг передельного FeCr и 28,1 ГДж (7800 кВт-ч) электроэнергии. При производстве азотированного феррохрома расход азота составляет - 150 м3/т и расход электроэнергии на получение 1 т сплава повышается до 34,2 ГДж (9500 кВт-ч). Использование хрома составляет — 90%. Читать далее >>

Источник [4] → список литературы.



Читайте также:


Вернуться в начало раздела: Производство ферросплавов
Вернуться на главную: Черная металлургия