Для легирования стали азотом в основном применяют азотированные ферросплавы. Производство последних основано на способности ряда металлов (Al, V, Ti, Сг, Мn) образовывать с азотом термодинамически стойкие нитриды.

Потребность сталеплавильщиков в азоте как легирующем элементе удовлетворяется за счет производства азотированных марганца, феррохрома и феррованадия. Наибольшее распространение получил способ азотирования порошкообразных сплавов в твердом состоянии, обеспечивающий получение в готовом сплаве до 8 % азота. Наряду с этим применяется азотирование сплавов в жидком состоянии, при котором содержание азота в сплаве не превышает 3 %.

Для производства азотированного марганца используется электротермический металлический марганец марок Mpl и Мр2 фракции менее 3 мм, а для получения азотированного феррованадия — феррованадий марок ФВд 35А, ФВд 35В, ФВд 35С фракции менее 0,8 мм. Требуемая крупность достигается следующим образом. Металлический марганец и феррованадий предварительно измельчаются на щековой дробилке до фракции 0—20 мм, а затем транспортируются в алюминиевых бадьях в отделение тонкого помола. Тонкий помол сплавов производится раздельно в шаровых мельницах. Порошок из мельницы выгружают в поддон при помощи гибкого шланга с алюминиевым патрубком. Поддон транспортируется тележкой в отделение азотирования.

Фракции менее 0,05 мм порошков марганца и феррованадия взрывоопасны. Поэтому все оборудование для помола заключено в пылешумоизолирующие камеры.

Сплавы азотируют в твердом состоянии путем выдержки порошков при 1050—1070°С в атмосфере азота в вакуумной электропечи сопротивления. Для подачи в печь пoддоны собираются в стопки, каждая из которых состоит из трех нижних поддонов с металлическим марганцем и двух верхних — с феррованадием. Технологический режим одновременного азотирования металлического марганца и феррованадия приведен в табл.

 Таблица. Режим азотирования феррованадия и металлического марганца

 

 

Операция одного никла

Давление в рабочей зоне, кПа Температура в печи, оС Время операции, ч
Загрузка и выгрузка 98 100—200 I
Создание  в печи вакуума 0,13 100—200 1
Нагрев садки при поддержании вакуума 0,13 1050—1070 24
Отключение вакуумнасосов 1050—1070
Изотермическая выдержка садки в атмосфере азота при включенном нагреве 13—27 1050—1070 16
Отключение нагрева 13—27 1050—1070
Охлаждение садки в атмосфере азота 13—27 1070—350 22
Разгерметизация печи и охлаждение садки с доступом воздуха 98 350-200 2

 

Цех по производству азотированных ферросплавов включает два отделения : тонкого помола  и азотирования. Они разделены стенкой, имеющей технологический проем для прохода тележки с поддоном, и располагаются в однопролетном здании.

В отделении тонкого помола размещаются шаровые мельницы и поддоны для транспортировки измельченных сплавов на тележке в отделение азотирования.

В отделении азотирования установлены две вакуумные электропечи сопротивления  с рабочей камерой длиной 21000 мм и диаметром 2000 мм. Камера футерована шамотным кирпичом и оснащена системой нихромовых нагревателей, питающихся от четырех автотрансформаторов ТПТ 250-50 ПК. Вакуумная система состоит из одного плунжерного насоса ВН-500 и одного плунжерного насоса Н-ВЗ-500 и позволяет поддерживать в камере давление менее 100 Па. Мощность нагревателей камеры составляет 600 кВт. В печь подается газообразный азот с содержанием кислорода не более 0,5 %. Получаемый в виде спека азотированный сплав после дробления упаковывается в металлические барабаны. Отделение азотирования обслуживается краном  грузоподъемностью 5 т.

Цех по производству азотированного феррохрома марки ФХН600А (≤6% N) включает два основных отделения: подготовки брикетов, обезуглероживания и азотирования, размещенных в смежных пролетах единого здания. Указанные отделения разделяются стеной, имеющей два технологических проема для прохода тележки вакуумной трехкамерной печи.

В пролете отделения подготовки брикетов имеются автовъезд на склад сырья, а также железнодорожный путь для склада продукции. В пролете отделения обезуглероживания и азотирования размещаются также помещения газоочистки и бытовые помещения.

Отделение подготовки брикетов по технологическим признакам разделяется на следующие узлы: помола, рассева, обжига, помола окисленного сплава, сухого смешивания феррохрома, полусухого смешивания и брикетирования. Отделение обслуживается двумя мостовыми кранами грузоподъемностью 5 и 10 т. Исходное сырье – передельный феррохром в кусках размером менее 40 мм подается на склад автотранспортом в саморазгружающих бадьях емкостью 1 м3. Склад рассчитан на двухсуточный запас сырья в бадьях.

Узел помола феррохрома представляет собой две помольные установки, состоящие из бункера, ленточного питателя и шаровой мельницы. На помольной установке производится сухой помол кусков феррохрома до фракции 2,5 мм. Оборудование помещено в пылезащитную камеру. Саморазгружающиеся бадьи с исходным сплавом разгружаются над бункерами. Молотый передельный феррохром поступает в саморазгружающиеся бадьи, которые подаются на грохочение.

Узел рассева феррохрома включает бункер и грохот, расположенные в пылеизолирующей камере. Грохот служит для разделения поступающего материала на фракции +2,5 и -2,5 мм. Фракция +2,5 мм подается на повторный помол. Готовая фракция -2,5 мм в количестве 80% от потока (одна бадья за 12 ч) направляется на узел обжига.

Узел обжига феррохрома представляет собой вращающуюся трубчатую обжиговую печь с водоохлаждаемым барабанным холодильником. Исходный феррохром подается в обжиговую печь из бункера винтовым питателем. В печи молотый углеродистый феррохром подвергается окислительному обжигу при 900—1000°С в течение 3 ч. Обожженный продукт поступает в холодильник и по течке сбрасывается в бадью. В процессе обжига сплав обогащается кислородом до 10% его исходной массы. Охлажденный до 50°С продукт обжига один раз за 12 ч подается в бадьи на узел помола окисленного феррохрома.

Узел помола окисленного феррохрома включает шаровую мельницу, в которую из одного бункера ленточным питателем подается окисленный феррохром, а из другого – отходы некондиционного азотированного феррохрома. В мельнице образующийся при обжиге спек и некондиционный феррохром измельчаются до требуемой фракции. После помола смесь, состоящая по массе из 90 % окисленного феррохрома и 10% некондиционного азотированного феррохрома, подается в бадьях на узел смешивания.

Смешивание производится три раза в смену в смесителе, куда задаются порционными дозаторами в расчетных количествах — по две порции на один акт смешения — молотый исходный углеродистый феррохром и окисленный феррохром. При смешивании количество кислорода и углерода в шихте поддерживается в соотношении 16:12, необходимом для получения оксида углерода СО. Смесь сбрасывается в бадью, стоящую на приводной тележке с лебедкой. Бадья со смесью один раз за 6 ч направляется в бункер узла полусухого смешивания и брикетирования.

Узел полусухого смешивания и брикетирования предназначен для смешивания феррохрома со связующим — сахарной патокой — и получения брикетов. Раствор патоки подается в смеситель из бункера порционным дозатором. Процесс ведется периодически: четыре раза за смену. Приготовленная смесь из смесителя через течку выгружается в пресс, в котором готовят брикеты в форме кирпичей массой 11 кг. Брикеты ленточным конвейером  подаются для укладки вручную на футерованную тележку, перемещающуюся по рельсовому пути.

Отделение обезуглероживания и азотирования оборудовано трехкамерными вакуумными туннельными электропечами сопротивления  СЛВ-16.126.16/14,5 х 64, обеспечивающими нагрев брикетов до 1400°С при остаточном давлении около 1 МПа. Такая печь была разработана для получения суперрафинированного феррохрома в условиях ЗФЗ по способу ДМетИ-ЗФЗ и предназначалась для получения феррохрома с содержанием менее 0,03% С (рис.38.4). Электропечь состоит из трех однотипных камер длиной 7450 мм и диаметром 2150 мм, соединенных между собой посредством вакуумных затворов сечением 1650 х 1650 мм. Вакуумная система печи включает вакуумные насосы ВВМ-12М, ВН-300 и ДВН-1500. Камера № 1 предназначена для нагрева садки до 1250°С. Камера футерована пеношамотом и обогревается нихромовыми нагревателями, вакуумная система позволяет поддерживать в камере давление ниже 13 кПа. Мощность нагревателей камеры составляет 375 кВт. Камера № 2, предназначенная для обезуглероживания феррохрома в процессе изотермической выдержки при 1340°С, футерована высокоглиноземистым огнеупорным кирпичом и имеет графитовые нагреватели. Последние расположены горизонтально и перпендикулярно к оси печи. Мощность нагревателей камеры составляет 585 кВт. Камера № 3 служит для азотирования обезуглероженного феррохрома в атмосфере азота при 1000°С.