yandex.metrica
Феррохром

Выплавка мало- и безуглеродистого феррохрома

Основное количество мало- и безуглеродистого фер­рохрома производят силикотермическим способом, т. е. путем восстановления силикохромом оксидов хромовой руды в присутствии флюса — извести. Технологическая схема процесса приведена на рис. 50. Реакция восстано­вления оксида хрома кремнием описывается уравнением

2(Cr2O3) + 3[Si] = 4 [Cr] + 3(SiO2).

Поскольку по мере накопления в шлаке кремнезема затрудняется дальнейшее восстановление оксида хрома, то в шлак вводят известь, связывающую SiO2 в прочный силикат 2CaO·SiO2. Благодаря этому процесс восстановления будет протекать более полно. Параллельно в печи идут процессы восстановления оксидов железа, кальция, магния, фосфора и т. д.

Технологическая схема производства мало- и безуглеродистого феррохрома

При производстве рафинированного феррохрома шихта состоит из хромовой руды, 60%-ного силикохрома и извести. Хромовую руду перед подачей на печь усред­няют и дробят до размеров кусков 10 мм. В зимнее вре­мя руду сушат до содержания влаги 0,5—1,5%. Это пре­дупреждает шлакование в печи и повышает надежность автоматического дозирования. Для производства ферро­хрома с 0,06% С и ниже руду прокаливают при температуре 1100° С для удаления карбонатного и элементарного углерода. Содержание углерода в прокаленной руде не должно превышать 0,02%. Силикохром для выплавки феррохрома с содержанием 0,06% С и ниже должен со­держать >50% Si и до 0,025% С. Известь необходимо применять свежеобожженную в кусках ≤40 мм, она дол­жна содержать >92% активного оксида кальция и ≤0,017% P.

Выплавка мало- и безуглеродистого феррохрома ведется периодическим процессом в стационарных или наклоняющихся вращающихся печах с магнезитовой футеровкой мощностью 3,5—10 МВ·А при рабочем напряжении 300—370 В.

Чем ниже заданное содержание углерода в сплаве, тем выше рабочее напряжение. При выплавке феррохро­ма марок ФХ006 и ФХ010 обычно работают на вторич­ном напряжении 330—350 В и на графитированных электродах. Остальные сплавы феррохрома, как правило, плавят, используя низкое напряжение и в ряде случаев самоспекающиеся электроды.

Выплавка мало- и безуглеродистого феррохрома 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;
  • набора нагрузки 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;
  • набора нагрузки и завалки руды и извести третьей колоши;
  • проплавления третьей коло­ши и завалки оставшейся части силикохрома;
  • выпуска сплава и шлака;
  • заправки ванны печи.

Полное проплавление шихты достигается при правильном обслуживании печи при расходе 145—150 кВт·ч электроэнергии на 100 кг загруженной руды. Перед выпуском сплав контролируют на содержание кремния. Если в отобранных пробах сплава будет повышенное содержание кремния, то выпуск задерживают и сплав подвергают рафинированию, увеличивая длительность выдержки в печи и дополнительно подавая 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 CaO в шлаке (нормальное содержание составляет 50—52 %) вследствие малой навески извести или низкого со­держания CaO в извести;
  • холодный ход печи вследствие неправильного обслуживания печи (использования кусковой руды, работы после длительного простоя и чрезмерного использования отходов).

Нормальное содержание оксида хрома в шлаке 3,5—4,5%. Повышение содержания оксида хрома в шлаке свидетельствует о холодном ходе печи, недостатке изве­сти или силикохрома. При повышении содержания кремния в сплаве нужно соответствующим образом скорректи­ровать состав шихты или при необходимости увеличить расход электроэнергии на плавку.

При работе на серых магнезиальных рудах с содер­жанием 48—50% Cr2O3 на печах мощностью 5 МВ·А практикуется работа с проплавлением четырех колош шихты, каждая из которых содержит (в двух завалках) 4200 кг хромовой руды, 3850 кг извести и 1500 кг силико­хрома. На проплавление каждой колоши шихты расходу­ется 6500 кВт·ч электроэнергии. Почти весь силикохром задается на подину печи и лишь перед выпуском дается ~100 кг дробленого силикохрома в расплав. После про­плавления каждой колоши шихты производится выпуск шлака и после четырех колош выпуск сплава и шлака.

При выплавке малоуглеродистого феррохрома сили­кохром загружают в печь в смеси с рудой и известью, и восстановление руды происходит одновременно с рас­плавлением шихты. Это способствует сокращению длительности плавки и снижению удельного расхода элект­роэнергии вследствие улучшения использования тепла экзотермических реакций восстановления оксидов хрома и железа кремнием.

Сплав и шлак выпускают через сливной носок или летку в стальной ковш, заполненный для образования шлакового гарниссажа шлаком от предыдущего выпуска. Разливка сплава производится в чугунные или стальные плоские изложницы, покрытые известковым раствором, толщина слитка составляет 100 мм.

Для получения плотного слитка и снижения содержания газов феррохром перед разливкой вакуумируют и специальной камере в течение 3—5 мин при остаточ­ном давлении 4000—5300 H/м2 (30—40 мм рт. ст.) или разливают его под слоем шлака. Примерный состав шла­ка следующий: 50—53% СаО; 26-29%   SiO2; 7% Al2O3; 8—11% MgO; 0,5—0,8% FeO и 3,5—5,5% Cr2O3.

При работе на серых магнезиальных рудах шлаки имеют следующий примерный химический состав: 50— 53% CaO; 22—27% SiO2; 3,5—6% Al2O3; 10,5—13,5% MgO; 1—2% FeO и 5—8% Cr2O3. При остывании такой шлак рассыпается в мелкий порошок. Шлак необходимо сепарировать для извлечения содержащихся в нем корольков сплава (~3%). Полученный шлаковый поро­шок используют для литейного производства, известко­вания кислых почв, производства тарного стекла и т. д.

В настоящее время наиболее перспективным процес­сом производства безуглеродистого феррохрома являет­ся метод смешения рудоизвесткового расплава с жидким сшшкохромом вне печи (рис. 51). Метод обеспечивает получение феррохрома с очень низким содержанием угле­рода при высоких технико-экономических показателях. В наклоняющейся электропечи при рабочем напряжении 230 В из хромовой руды (крупность до 200 м) и извести (крупность до 40 мм) или из рудоизвестковой смеси, по­лученной при совместном обжиге хромовой руды и известняка (смесь задается в печь горячей с температурой ~900°С), получают рудоизвестковый расплав, содержащий 30% Cr2O3; 7—8% MgO; 7-8% Al2O3;  10-12% FeO; 1—3% SiO2 и 40—45% CaO. Из такого распла­ва хром хорошо восстанавливается кремнием и содержит достаточное количество СаО для связывания образующегося кремнезема в двухкальциевый силикат. Расплав сливают в ковш (смеситель), куда затем заливают вто­ричный силикохром с ~25% Si из второго ковша.

В результате реакции, идущей в условиях большого избытка окислителя, получают феррохром, содержащий ~70% Cr, 0,01-0,04% С и <0,8% Si, и промежуточный расплав с 14—16% Cr2O3, который во втором ковше смешивают с силикохромом, содержащим 45% Si и 0,01 —0,02% С, получаемым в рудовосстановительной печи.

Схема производства безуглеродистого феррохрома методом смешения

В процессе, осуществляемом во втором ковше, применяют избыток восстановителя по отношению к оксидам расплава. Поэтому в результате смешения получают отвальный шлак с 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 процесса проводят совместный обжиг хромовой руды и известняка и загрузку горячей смеси (~900°С) в печь для выплавки рудоизвесткового расплава. Это также обеспечивает снижение температуры плавления распла­ва вследствие образования хромитохромата кальция (9CaO·4CrO3).

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 полозное использование кремния. Также возможна присад­ка дополнительного количества твердой рудоизвестковои смеси для повышения эффективности процесса в резуль­тате утилизации избытка тепла.

Сплав разливают в металлические поддоны (толщина слитка 70 мм) или в ошлакованную емкостью под 250— 300-мм слоем шлака (толщина слитка 200 мм). Крат­ность шлака составляет ∼2,5 и основность  ∼1,7. Шлак содержит 2—5% Cr2O3; 40-47% CaO; 8-10 % MgO; 6—8% Al2O3; 24-28% SiO2; <0,2% FeO и 1-2% металлических корольков.

При отсутствии на заводе печей 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.

Расход на 1 т базового сплава (60% Cr) материалов и электроэнергии, а также использование хрома при производстве мало- и безуглеродистого феррохрома приведен ниже:

Расход на 1 т базового сплава (60% Cr) материалов и электроэнергии, а также использование хрома при производстве мало- и безуглеродистого феррохрома

Феррохром с особо низким содержанием углерода производят вакуумированием жидкого малоуглеродистого феррохрома. Плавку ведут в индукционной печи периодического действия с емкостью тигля по стали 1 т. В период расплавления поддерживают остаточное давление ~67 Па (0,5 мм рт. ст.), а вакуумирование жидкой ванны ведут при 1640—1680°С и давлении 130—260 Па (1—2 мм рт. ст.) в течение 1 ч 10 мин—1 ч 20 мин.

Ванну периодически перемешивают токами промыш­ленной частоты. Длительность плавки составляет 5 ч при расходе электроэнергии ~1800 кВт-ч. Потери сплава вследствие испарения в вакууме и в виде мелких брызг составляют 2,7%. Сплав разливают очень быстро при остаточном давлении 1330 Па (10 мм рт. ст.) в горизонтальную стальную изложницу. Выход феррохрома с со­держанием ≤0,01 % С составляет ∼80 %, сплав чист по содержанию газов и цветных металлов.