yandex.metrica
Феррохром

Восстановление хромовой руды ферросиликохромом

Процесс осуществляется в печах с магнезитовой футеровкой мощностью 5—10 МВА при рабочем напряжении 260—300 В по реакции:

формулы

Одновременно происходит восстановление оксида железа. По мере накопления в шлаке кремнезема затрудняется дальнейшее восстановление оксида хрома. В плавке используют ферросиликохром с 27—34 % Cr и кусковую хромовую руду, что обеспечивает создание в печи рафинирующего рудного слоя. Навеска ферросиликохрома изменяется в зависимости от содержания Cr2O3 и составляет ~ 12 кг на 100 кг руды с 50 % Cr2O3. В печь задают всю навеску хромовой руды и 90 % ферросиликохрома, остальной ферросиликохром добавляют после расплавления всей завалки в зависимости от состава отбираемых из ванны проб сплава. Расход электроэнергии составляет 3600 МДж (∼1000 кВт-ч) на 1 т руды. Сплав и шлак выпускают одновременно в футерованный алюмосиликатным кирпичом копильник. Разливку сплава производят через нижнее очко копильника в чугунные изложницы. Процесс характеризуется высокой производительностью и низким сквозным расходом электроэнергии 23040 МДж/т (~6400 кВт-ч/т). Получающийся при этом способе богатый шлак с 27—35 % Cr2O3 используют при выплавке передельного и высокоуглеродистого феррохрома. Кратность шлака составляет 2,2— 2,3, извлечение хрома составляет на последнем переделе 55—62 %, при сквозном извлечении 55—58 %. Экономическая эффективность процесса в значительной степени определяется качеством используемой хромовой руды, что видно из следующих данных:

таблица

При условии полного использования получающегося шлака этот способ может существовать как экономичный, дающий низкофосфористый сплав (так как в процессе исключена известь — основной носитель фосфора) и бесфосфористый шлак — ценное сырье для производства передельного феррохрома. Сквозное извлечение хрома может быть увеличено в этом случае до 90%. Возможен флюсовый метод выплавки среднеуглеродистого феррохрома, аналогичный получению низкоуглеродистого феррохрома, которое будет рассмотрено ниже, и отличающийся от нее лишь введением в шихту передельного феррохрома.

В последнее время был предложен ряд новых вариантов силикотермического процесса производства среднеуглеродистого феррохрома. В США предложено получать сплав смешением в ковше низкопроцентного ферросиликохрома (10—18 % Si; 52—65 % Cr) с рудоизвестковым расплавом (20—50 % оксидов хрома и 6—10 % оксидов железа) или продувкой кислородом в ковше жидкого кремнистого феррохрома с одновременной добавкой в ковш хромовой руды.

Однако, в настоящее время все большее значение приобретает обезуглероживание высокоуглеродистого феррохрома в конвертере с кислородным дутьем. Конвертер футерован фасонным магнезитохромитовым кирпичом толщиной 230 мм (на подине 400 мм). Медная фурма расположена так, чтобы можно было осуществлять продувку кислородом как через сплав, так и сверху. Для охлаждений фурмы одновременно с кислородом (99,2—99,5 % O2, давление 12 МПа) подают воду (1—2 л/мин). Используют так же конвертер с верхним дутьем. Продувку производят в несколько периодов. Заливку жидкого (~1600°С) высокоуглеродистого феррохрома ведут при подаче кислорода —100 м3/ч и наклоне конвертера на 35°, чтобы сплав не мог залить фурму. После заливки задают алюминий в количестве 0,5—0,8 % от массы плавки, что обеспечивает повышение температуры >1700°С и, следовательно, окисление углерода. Присадка 0,5 кг алюминия на 1 т сплава по данным С. И. Хитрика повышает извлечение хрома. В первый период заливки кислородное дутье подают в сплав. При этом идут экзотермические реакции: 4/3Cr+O2= 2/3Cr2O3; 4/27Cr7C3+O2=14/27Cr2O3+12/27CO; Fe+1/2O2=FeO; Si+O2=SiO2. Это обеспечивает разогрев сплава до 1725—1825 °С и повышение концентрации оксида хрома в шлаке. Окисление углерода в этот период незначительно и происходит преимущественно в результате взаимодействия с оксидом хрома. Повышенное содержание кремния (>1,0 %) в феррохроме нежелательно, так как он окисляется первым и образующиеся кислые шлаки разрушают футеровку. Расход кислорода в начале этого периода составляет 150—200 м3/ч и воды ~2 л/мин и по мере разогрева сплава расход кислорода увеличивается до максимального (800 м3/ч). Общий расход кислорода составляет 1,5— 2,0 м3/мин на 1 т сплава.

Во второй период после разогрева сплава наклоняют конвертер на ~20° и дают дутье сверху. При этом идут реакции: 1/3Cr7C3+1/2O2=CO+7/3Cr; 1/3Cr2O+Cr7C=23/3Cr+СО; СO+1/2O2 = CO2 и температура сплава постепенно повышается до 1825—1875 °С. В этот период происходит наибольшее снижение содержания углерода с 5— 8 до 1,0—1,7 %, интенсивность дутья 250—400 м3/ч, расход воды 1 л/мин. Водяной пар активно участвует в процессе окисления примесей. Так, Ю. А. Данилович и А. Н. Морозов экспериментально изучили термодинамику процесса взаимодействия пароводородной смеси с феррохромом (60—70 % Cr) и установили, что окисление происходит по реакции 3Cr+4H2Oг=Cr3O4+4H2.

Длительность периода и расход кислорода (~60 м3 на 1 т сплава) зависят от времени, необходимого для снижения содержания углерода до заданных пределов. Затем в случае получения среднеуглеродистого феррохрома в конвертер дают 200—600 кг отходов сплава и температура расплава повышается еще на 30—40 °С. Подачу кислорода прекращают. Сплав выдерживают в конвертере 7—10 мин Для лучшего отделения шлака, затем сливают его. При производстве низкоуглеродистого феррохрома в этот период снижают содержание углерода до 0,9—1,2%.

Дальнейшее снижение содержания углерода возможно в результате или еще большего повышения температуры процесса, что ограничивается стойкостью футеровки, или применения вакуума. Последний способ проще технически, и более экономичен. На конвертер надевают вакуумный колпак (третий период) и постепенно создают разрежение 3999—10664 Па, кислород продолжают подавать на поверхность ванны, но в небольшом количестве, только для окисления оксида углерода. В этот период содержание углерода в сплаве может быть снижено до 0,2—0,5 %. При максимальном разрежении дают 10-мин выдержку без подачи кислорода и затем сливают сплав в изложницу. Во время слива на струю расплава для восстановления оксидов хрома из шлака задается ферросиликохром из расчета 50 кг на 1 т сплава. Изменение состава сплава и шлака и температуры сплава по ходу плавки, по данным О. В. Геева, показано на рис. 46. Конечные шлаки содержат 70— 80 % Cr2O3 и используются при выплавке высокоуглеродистого феррохрома.

Изменение состава сплава и шлака от температуры сплава по ходу продувки плавки

Исследования Б. А. Баума показали, что обезуглероживание происходит в кинетическом режиме, т. е. для ускорения окисления углерода необходимо принимать меры, приводящие к увеличению скорости химической реакции: повышать температуру сплава, что увеличит константу скорости и активность углерода в расплаве, а также увеличивать реакционную поверхность раздела фаз и т. д. Извлечение хрома при выплавке низкоуглеродистого феррохрома низкое и составляет по твердому сплаву всего 53 % и по жидкому металлу 66 %. Из всего окислившегося хрома (33,4 %) ~70 % переходит в шлак и 30 % теряется. Расчетный материальный баланс конвертерной плавки среднеуглеродистого феррохрома, по данным С. И. Хитрика приведен ниже:

материальный баланс

Тепловой баланс показывает, что основными статьями его приходной части является тепло заливаемого сплава (37—50 %), окисления хрома (26—46 %), углерода (11,8—16,3 %) и кремния (4,2—9 %). Основными статьями расходной части являются тепло сплава (25—37 %), шлака (9,8—15,6 %) и газа (10,3—13,3%) и тепловые потери конвертера между плавками (12,2—20,9%). Конвертерный среднеуглеродистый феррохром содержит, %: Cr 65—69; Si 0,3—1,2; С 0,8—2,0; S 0,02—0,04; P 0,03—0,04. В последнее время все более широкое распространение приобретает продувка сверху. Конвертер вращается с частотой до 10 об/мин, футеровка из магнезиального кирпича. Технико-экономические показатели производства среднеуглеродистого феррохрома по различным технологиям приведены в табл. 71.

Технико-экоиомические показатели производства среднеуглеродистого феррохрома