Файл: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие..pdf

и) заправки ванны печи.

Полное проплавление шихты достигается при правильном обслу­ живании 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 под­ вергают рафинированию, увеличивая длительность выдержки его в печи и дополнительно давая в расплавленную ванну шихту без силпкохрома.

Причинами повышения содержания кремния в сплаве могут быть:

а) избыток силпкохрома, о чем свидетельствует сильное разъеда­ ние ванны и горячий ход печи;

б) низкое содержание СаО в шлаке, нормальное содержание со­ ставляет 50—52% вследствие малой навески извести или низкого содержания СаО в извести;

в) холодный ход печи вследствие неправильного обслуживания ее работы на кусковой руде или после длительного простоя и чрез­ мерного переплава отходов.

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

Сплав и шлак выпускают через сливной носок или летку в сталь­ ной 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% S i0 2, 5—7% А120 3, 8— 11% MgO, 0,5—0,8% FeO и 3,5—5,5% Сг20 3. При остывании такой шлак рас­ сыпается в тонкий порошок (90% фракции 2 мм) из-за перехода (3-2Ca0-Si03 в y-2CaO.SiO.., сопровождающегося увеличением объ­ ема на 12%. Шлак используют для нужд литейного производства, известкования кислых почв и для других целей.

В настоящее время наиболее перспективным процессом произ­ водства безуглеродистого феррохрома является процесс смешения рудно-известкового расплава с жидким силикохромом вне печи, в ковше или в специальном смесителе. Этот способ обеспечивает по­ лучение феррохрома с очень низким содержанием углерода при вы­

504

соких технико-экономических показателях. Технологическая схема этого процесса приведена на рис. 178.

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% Сг„03, 7—8% MgO, 7—8% А120 3, 10—12% FeO, 1—3% SiO2n40—45% CaO.

Такой расплав обладает довольно большой активностью при восста­ новлении кремнием и содержит достаточное количество СаО для связывания образующегося кремнезема в двухкальциевый силикат. Расплав сливают в ковш (смеситель), куда затем заливают вторич­ ный силнкохром, содержащий —25% Si, из второго ковша. В ре-

Рис. 178. Схема получения безуглероднстого феррохрома смешением жидких расплавов

зультате реакции, протекающей в условиях большого избытка окис­ лителя, получают феррохром, содержащий около 70% Сг, 0,01 — 0,04% С и —0,8% Si, и промежуточный расплав, содержащий 14— 16% Сг20 3, 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 рас­ плава, поэтому в результате смешения получают отвальный шлак, содержащий 2—-3% Сг20 3, и промежуточный силикохром, исполь­ зуемый 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 прибегают к совместному обжигу хромовой руды и известняка и за­ грузке горячей смеси (—1100° С) в печь для выплавки рудно-извест­ кового расплава. Это также обеспечивает снижение температуры плавления расплава вследствие образования хромитохромата каль­ ция— 9Са0-4Сг03-Сг20 3.

505

Следует отметить, что температура плавления промышленных рудно-известковых расплавов при содержании в них 28—31% Сг20 3 минимальна.

Процесс можно вести в одну стадию. В этом случае расплав вы­ пускают при 1900— 1970° С в футерованный магнезитом ковш. Коли­ чество заливаемого в тот же ковш 50%-ного силикохрома рассчиты­ вают на 100%-ное полезное использование кремния.

Значительного повышения технико-экономических показателей процесса можно достичь, присаживая во время смешения твердую шихту необходимого состава.

Сплавы, содержащие 70—76% Сг, 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 Сг20 3, 40—47% СаО, 8— 10% MgO, 6—8% А120 3, 24—28% S i02, =^0,2% FeO н 1—2% металлических корольков.

При отсутствии на заводе печей, предназначенных для получе­

мости снизить содержание в сплаве азота, который переходит в сплав при контакте жидкого силикохрома с воздухом, для проведения про­ цесса используют дробленый силикохром.

Технико-экономические показатели производства мало- и безуглеродистого феррохрома при применении различных разновидно­ стей силикотермического процесса приведены в табл. 41.

Феррохром с особо низким содержанием углерода производят вакуумированием жидкого малоуглеродистого феррохрома. Плавку

П р и м е ч а н и е. Данные приведены на I базовую тонну (60% Сг).

506

костыо 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 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 в процессе вакуумирования периодически перемешивается токами промышлен­ ной 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 гори­ зонтальную 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 де­ шевый 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.

Вобщем виде обезуглероживание феррохрома при его нагреве

сокислителями в вакууме может быть описано следующим уравне­ нием:

Для получения металла с требуемым содержанием углерода (ме­ нее 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 окисли­ теля будут применены руды или концентраты, то сплав будет загряз­ няться как избытком восстановителя, так и окислами пустой породы (MgO, А130 3, СаО и др.), которые в условиях процесса не могут вос­ станавливаться. Лучшие результаты достигаются при использова­ нии окисленного углеродистого феррохрома, получаемого прокали­ ванием тонкоизмельченного сплава или распылением жидкого сплава кислородом. Окисленный феррохром характеризуется примерно сле­ дующим составом: 59—65% Сг; 2,5—5,6% С; 0,8% Si; 19—21% Fe; до 0,03% Р и 0,03 S и 8—13% кислорода.

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

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 темпе­ ратуре 300—400° С. Высушенные брикеты загружают на тележки вакуумной печи слоем толщиной 350 мм. Общая масса садки соста­ вляет около 7 т. Процесс ведут в печах сопротивления с футеровкой из периклазошпинелидного кирпича.

507

Технологический процесс обезуглероживания состоит из трех периодов: нагрева садки, изотермической выдержки и охлаждения,

впускают воздух и выгружают сплав.

Если необходимо получить азотированный феррохром, в печь

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% Сг) т вакуумтермического ферро­ хрома расходуется 1100 кг передельного феррохрома и 28,1 ГДж (7800 кВт-ч) электроэнергии. При производстве азотированного феррохрома расход азота составляет —150 м3/т и расход электро­ энергии на получение 1 т феррохрома повышается до 34,2 ГДж (9500 кВт-ч). Использование хрома составляет '—90%.

АЛЮМИНОТЕРМИИЕСКОЕ ПРОИЗВОДСТВО ХРОМА И ЕГО СПЛАВОВ

Некоторое количество безуглеродистого феррохрома, в том числе и азотированного, получают сравнительно легко из чистых по угле­ роду материалов алюминотермнческим методом. Применение этого метода позволяет, кроме того, получать металлический хром и ряд безжелезистых лигатур.

Тепло, необходимое для реализации алюминотермического про­ цесса производства хрома и его сплавов, выделяется в результате протекания реакций восстановления окислов алюминием, основные из которых рассмотрены в табл. 42, а также в результате подогрева шихтовых материалов и введения термитных добавок, например селитры, которые, окисляя алюминий, вносят недостающее коли­ чество тепла.

В последнее время все большее распространение получил ком­ бинированный метод, при применении которого недостающее коли­ чество тепла покрывается за счет использования электроэнергии для расплавления рудной части шихты или прогрева шлака.

При выплавке металлического хрома и его сплавов необходимое для протекания процессов удельная теплота, т. е. количество тепла, выделяющегося на 1 кг шихты, и их температура указаны в табл. 43.

Шихтовыми материалами служат окись хрома, хромовый кон­

0,8 мм), получаемый при производстве металлического хрома, ис­ пользуют в качестве балласта при выплавке азотированного ферро­ хрома.

508

Таблица 42

ОСНОВНЫЕ РЕАКЦИИ ПРОЦЕССА АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО

В качестве флюса применяют известь (>90% СаО, крупностью менее 3 мм), добавка которой снижает вязкость глиноземистых шла­ ков, улучшает кинетические условия процесса и увеличивает извле­ чение хрома в результате повышения активности окиси хрома.

Состав колош, принимаемый для выплавки алюминотермического хрома и его сплавов, указан в табл. 44.

Таблица 44

СОСТАВ КОЛОШ, ПРИНИМАЕМЫЙ ДЛЯ ВЫПЛАВКИ АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОГО ХРОМА И ЕГО СПЛАВОВ

Расход, кг, на выплавку

509