Раздел 4. Производство ферросплавов

 

Цель раздела:

Ознакомиться с современными технологиями производства ферросплавов

 

План раздела:

4.1. Способы производства ферросплавов

4.2. Основы технологии производства различных видов ферросплавов

 

4.2. Основы технологии производства различных видов ферросплавов

 

Основы технологии производства ферромарганца и феррохрома с низким содержанием углерода

Для производства стали необходимы не только углеродистые раскислители и легирующие, но и сплавы с низким содержа­нием углерода. Различают средне- и низкоуглеродистые фер­ромарганец и феррохром, соответственно среднеуглеродистые сплавы содержат 0,9-2,0 и 0,6-4,0% С, а низкоуглеродис­тые - 0,1-0,5 и 0,01-0,5 % С; выплавляют также металли­ческий марганец (0,06-0,2% С). Эти сплавы производят несколькими способами.

Средне- и низкоуглеродистый ферромарганец получают силикотермическим методом, восстанавливая марганец из руд и марганцевых шлаков кремнием силикомарганца. При выплав­ке среднеуглеродистого ферромарганца шихта состоит из концентрата марганцевых руд, силикомарганца, содержащего более 19% Si и извести; при выплавке низкоуглеродистого ферромарганца - из смеси марганцевого концентрата и мар­ганцевого низкофосфористого шлака, содержащего > 50 % МnО и < 0,02 % Р; силикомарганца, содержащего > 26 % Si и извести. Плавку ведут в рафинировочных ферросплавных пе­чах мощностью 2,5-5 MB×А с магнезитовой футеровкой пе­риодическим процессом, выпуская сплав и шлак после про-плавления загруженной шихты.

Металлический марганец содержит > 96,5-99,95 % Мn. Существуют три способа производства металлического мар­ганца:

-       алюминотермический

-       электротермический

-       электро­литический.

Основное количество металлического марганца производят электротермическим способом. Этот способ называют трех-стадийным.

Первая стадия заключается в выплавке низкофос­фористого маложелезистого марганцевого шлака (50-60% МnО, < 0,02 % Р, < 0,6 % FeO) из марганцевой руды в рафинировочной ферросплавной печи. Процесс ведут так, чтобы в проплавляемой руде полностью восстанавливались железо, фосфор и незначительная часть марганца, в результате чего получается расплав (шлак) с низким содержанием железа и фосфора в нем, что в последующем обеспечит получение ме­таллического марганца с минимальным содержанием этих при­месей.

Вторая стадия заключается в выплавке силикомарганца, содержащего > 26 % Si и < 0,2 % С.

Третья стадия - выплавка металлического марганца силикотермическим методом в рафинировочных ферросплавных печах мощ­ностью до 5,5 МВ×А с магнезитовой футеровкой. Процесс периодический, шихтой служат марганцевый низкофосфористый шлак, силикомарганец (~ 25 % Мn) и известь. За время проплавления шихты обеспечивается восстановление марганца кремнием силикомарганца из МnО шлака.

Особо чистый от примесей электролитический марганец получают электролизом сернокислых солей марганца. Для этого марганцевые руды (концентраты) подвергают восстано­вительному обжигу во вращающихся трубчатых печах при 700 °С, переводя высшие оксиды марганца в МnО, хорошо растворимый в серной кислоте. Далее, обрабатывая руду серной кислотой, переводят МnО в раствор (в MnSO4). Затем после сложной очистки раствор подвергают электролизу в ваннах из винипласта. В процессе электролиза марганец осаждается на катоде в виде тонкого хрупкого слоя. После снятия с катода чешуйки металлического марганца переплав­ляют в индукционных печах и разливают в чушки.

Средне углеродистый феррохром в основном производят по трем технологическим схемам. Первые две - это силикотермические способы, заключающиеся в восстановлении хромовой руды силикохромом или, иными словами, в рафинировании силикохрома от кремния (окислении кремния силикохрома) кислородом оксида Сr2Оэ хромовой руды. Силикохром - это выплавляемый в ферросплавных печах непрерывным процессом сплав, различные марки которого содержат 11-55 % Si, 24-64 % Сr и от 0,01 до 4,5-6,0 % С; содержание углерода тем ниже, чем больше в сплаве кремния.

Оба эти способа выплавки, феррохрома осуществляют в рафинировочных ферросплавных печах с магнезитовой футе­ровкой периодическим процессом. В одном из способов (бес­флюсовом) шихта состоит из хромовой руды и силикохрома, при флюсовом - из хромовой руды, силикохрома, извести и небольшого   количества   передельного   феррохрома.   Применяют силикохром, содержащий 30-50 % Si и менее 1-3 % С. В результате реагирования руды и кремния силикохрома:

 

2Сr2О3 + 3Si = 4Cr + 3SiО2

 

получают сплав с содержанием кремния менее 2%, извлечение хрома из руды составляет при флюсовом" методе около 87 %, при бесфлюсовом 60 %.

Третий метод получения среднеуглеродистого феррохрома заключается в обезуглероживании жидкого углеродистого феррохрома, проводимом кислородом в конвертере с боковой подачей дутья или с верхней подачей через водоохлаждаемую фурму.

Низкоуглеродистый феррохром производят несколькими способами. Основное его количество получают силико­термическим методом. Выплавку ведут пе­риодическим процессом в печах с магнезитовой футеровкой. Шихтой служат хромовая руда, низкоуглеродистый силикохром с содержанием ~ 50 % Si и известь. В процессе проплавле­ния шихты также, как и при выплавке среднеуглеродистого феррохрома силикотермическим методом, происходит восста­новление Сr2О3 руды кремнием силикохрома (окисление крем­ния). Известь в образующемся шлаке связывает поступающий из руды оксид SiO2 в прочный силикат 2СаО×SiO2, благо­даря чему из шлака более полно восстанавливается Сr2О3.

Низкоуглеродистый феррохром производят также силико­термическим методом вне печи путем смешения в ковше рудо-известкового расплава с жидким силикохромом. В электро­печи из хромовой руды и извести получают расплав, содер­жащий ~30% Сг203 и 40-45% СаО, его выпускают в ковш, куда сливают жидкий силикохром. При смешивании расплавов протекает восстановление Сr2О3 кремнием с повышением тем­пературы и окисление углерода. Получаемый феррохром со­держит < 0,04 % С.

Алюминотермический способ получения низкоуглеродистого феррохрома заключается в восстановлении оксида хрома руд­ного концентрата алюминием в электропечи.

Феррохром с очень низким содержанием углерода (< 0,02 %) получают вакуумированием жидкого малоуглеро­дистого феррохрома. В индукционной печи с емкостью тигля ~ 1 т расплавляют кусковой феррохром с содержанием 0,06-0,10 % С, после чего расплав выдерживают в печи в течение 60-80 мин при температуре 1640-1680 °С, при этом протекает обезуглероживание расплава.

Вакуумированием тонких (20-40 мм) пластин феррохрома, содержащего 0,06-1,0 % С, в вакуумных печах сопро­тивления при температуре ~ 400 °С получают очень чистый по углероду (< 0,02 % С), кислороду и азоту феррохром.

Относительно дешевый феррохром с содержанием 0,01-0,03% С получают способом вакуумирования сбрикетированной смеси углеродистого феррохрома и твердых окислителей, в качестве которых используют окисленный феррохром (из­мельченный углеродистый феррохром после окислительного обжига при ~ 1000 °С), оксиды хрома, железную руду и т.п. Брикеты выдерживают в вакуумной печи сопротивления в те­чение 80-100 ч при температуре 1300-1400 °С.