Файл: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие..pdf

их и предохранял от окисления воздухом. Переплав титановых отходов позволяет повысить содержание титана в сплаве до 35—40%, снизить расход алюминия на 50—80 кг и концентрата на 100—200 кг на тонну сплава.

После застывания блока сплав очищают от шлака, охлаждают водой, затем проводят разделку сплава.

Шлаки алюминотермической плавки ферротитана содержат обычно 11,7—13,3% T i0 2; до 0,5% S i0 2; 10—14% СаО; 3—4% MgO; 0,8—2,0% FeO и 70—74% А120 3. Кратность шлака равна 1,3.

На выплавку 1 т ферротитана (20% Ti) расходуется 980 кг ильменитового концентрата (42% ТЮ2), 420 кг алюминия, 70 кг желез­ ной руды, 50 кг титановых отходов и 100 кг извести. С учетом потерь при обжиге сквозное использование титана составляет —68%.

По способу Ключевского завода ферросплавов ферротитан, со­ держащий 37,5—40,0% Ti, может быть получен двухстадийной электропечной плавкой с предварительным расплавлением перовскитового концентрата (—50% от общего количества титановых кон­ центратов) и последующим проплавлением ильменитового кон­ центрата с алюминием при отключенной печи. На 1 т сплава в этом случае расходуется 380 кг алюминиевого порошка и извлечение ти­ тана составляет 71%.

Глава 45

ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОБОРА

СПЛАВЫ БОРА С ЖЕЛЕЗОМ

Бор — металлоид, плотность которого в кристаллическом со­ стоянии равна 2,34 г/см3, температура плавления 2075, температура кипения 3860° С.

В системе железо — бор существуют бориды железа Fe3B и FeB, температура плавления которых соответственно равна 1389 и 1540° С. Температура плавления сплавов, содержащих 12—-16% В, равна 1480—1550, а сплава, содержащего 20% В, — около 1430° С.

Состав промышленных сплавов бора с железом приведен в табл. 51

Таблица 51

ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА

Для производства ферробора наиболее важное промышленное

50 и 30—35%. Для месторождений СССР, важнейшим из которых является Индерское (Казахстан), характерны ашаритовые

(MgB02-0H) н гидроборацитовые (CaMgBG0 1:l-6F[20) руды. Хи­ мический состав отечественных боратовых руд характеризуется сле­ дующими цифрами, %: 25—31 В20 3; 5— 14■ SiO2; 9—25 СаО; 16— 31MgO; 2—3FeO; 1—2,ЗС; 3—S; 4—5 потери при прокаливании.

Руду для удаления кристаллизационной влаги перед плавкой об­ жигают во врашающихся печах при температуре —700° С и измель­ чают до крупности 1—2 мм. Для плавки чистых и богатых бором сплавов и лигатур используют химически чистый (98%В20 3) и тех­ нический (86—94%В20 3) борный ангидрид и борную кислоту.

Бор может быть восстановлен углеродом по следующим реакциям: 2/ЗВ20 3 + 2С = 4/ЗВ + 2СО; Д G° = 741 739 —

— 367,22 Т Дж/моль (177 153 — 87,515 Т кал/моль);

2/ЗВ20 3 + 7/ЗС = 1/ЗВ4С + 2СО; AG° = 722 203 —

— 365,73,Г Дж/моль (172 487 — 87,35 Т кал/моль).

Теоретическая температура начала реакций восстановления соот­ ветственно равна 1751 и 1702° С. Поскольку карбид бора является очень стойким химическим соединением, в случае углеродотерми­ ческого восстановления бора полученные сплавы будут неизбежно содержать большое количество углерода, вследствие чего на прак­ тике углевосстановительный процесс распространения не получил.

Восстановление бора кремнием протекает по реакции

2/ЗВ20 3 + Si = 4/ЗВ + S i0 2; AG° = 72 816 —

— 18,97 Т Дж/моль (17 391 — 4,53 Т кал/моль),

возможной лишь при условии получения сплава с весьма высоким содержанием кремния при низком содержании бора. Восстановление алюминием происходит по реакции

2/ЗВ20 3 + 4/3А1 = 4/ЗВ + 2/ЗА120 3; AG° = 154 350 +

+ 44,97 Т Дж/моль (—36 864 + 10,74 Т кал/моль).

При получении ферробора восстановление облегчается вследствие образования борида железа:

В20 3 + 2А1 + 2Fe = 2FeB + А120 3.

530

При восстановлении Ва0 3 алюминием выделяется тепло в коли­ честве 3,38 Мдж (785 ккал) на 1 кг борного ангидрида. Оптимальная величина удельной теплоты при выплавке ферробора из боратовых руд должна составлять 5,75 МДж (1375 ккал на 1 кг шихты) и поэ­ тому его выплавляют внепечным способом с использованием значи­ тельного количества термитных добавок или в электропечи.

Выплавку ферробора ведут в электропечи с набивной футеровкой из электродной массы (толщиной 150—180 мм). Сменная ванна печи размещается на выкатывающейся тележке.

Для шихты принимают следующий состав: 1) запал — 250 кг железной окалины, 250 кг боратовой руды, 170 кг алюминиевой крупки, 2) основная шихта — 3750 кг боратовой руды, 1300 кг алюминиевой крупки; 3) осадитель — 1250 кг железной окалины и 450 кг алюминиевой крупки. В связи с низкой плотностью обра­ зующегося сплава очень эффективным оказывается применение железотермитного осадителя, позволяющее увеличить использова­ ние бора на плавке с 50 до 70% и снизить расход алюминия на 40%.

В начале плавки, после проплавления запальной шихты и про­ грева, расплава, в печь шнеком равномерно загружают основную шихту. Затем при поднятых электродах для более полного осажде­ ния из шлака корольков сплава на поверхность расплава дают «оса­ дитель». По окончании плавки через летку выпускают шлак. Сплав извлекают из печи после затвердевания. Полученный сплав содер­ жит 10— 12% В, 6—8% Si и 1,5—2,5 А1.

Низкокремнистый ферробор выплавляют внепечным способом из борного ангидрида или борной кислоты. В качестве восстанови­ теля пользуются смесью первичного алюминиевого и 50%-ного алю­ миниевомагниевого порошков. Вследствие бурного протекания про­ цесса [удельная теплота 2,93 МДж/кг (700 ккал/кг) ] его ведут с верх­ ним запалом. Полученный сплав содержит до 20% В и менее 1% Si.

Наиболее распространенный сплав с бором ФБ-2 (ферроборал) производят внепечной плавкой с нижним запалом и применением железотермитного осадителя или чаще электропечной плавкой в смен­ ных шахтах. Шихта, предназначаемая для плавки, состоит из 3400 кг обожженной боратовой руды, 3400 кг железной руды, 2050 кг алюминия. В состав осадителя входят 600 кг железной руды, 20 кг алюминия и 1200 кг извести.

Применение железотермитного осадителя (его загружают на по­ верхность расплава после проплавления основной шихты) увели­ чивает извлечение бора с 50% до 71% при сокращении расхода алю­ миния на 40%.

Электропечную плавку ферроборала ведут аналогично электро­ печной плавке ферробора, но обычно в одной шахте после слива шлака от первой плавки проводят проплавление второй навески шихты, затем вновь сливают шлак и охлаждают блок сплава в те­

На 1 т сплава расходуется 1500 кг боратовой руды (20% В г0 3), 550 кг алюминиевой стружки, 460 кг железной окалины и 2,88 ГДж (800 кВт-ч) электроэнергии. Сквозное извлечение бора (с учетом потерь при обжиге) составляет 50%.

Глава 46

ЭКЗОТЕРМИЧЕСКИЕ ФЕРРОСПЛАВЫ

Экзотермическими ферросплавами называют смесь измельченных ферросплавов с термитными добавками, применяемую в виде бри­ кетов или гранул и характеризующуюся значительным экзотерми­ ческим эффектом при взаимодействии с жидкой сталью.

Экзотермические брикеты при соприкосновении с жидкой сталыо загораются и нагреваются до температуры, близкой к температуре металла в ковше. Это способствует быстрому растворению и равно­ мерному распределению легирующих элементов по всему объему металла. Важное условие для успешного легирования стали экзо­ термическими ферросплавами заключается в получении в результате сгорания состава жидкоподвижного шлака.

Термитные добавки, обеспечивающие выделение необходимого количества тепла, состоят из восстановителя и окислителя. В ка­ честве восстановителя используют алюминий или кремний в чистом виде или в сочетании с другими элементами, силикокальций и др. Окислителями служат дешевые сорта селитры, бертолетовой соли, окислы легирующих элементов или их смеси. В качестве флюсующей добавки используют известь, плавиковый шпат и криолит. Для при­ дания брикетам механической прочности применяют жидкое стекло, обезвоженные битумы или другие термопластичные смолы, декстрин.

Компоненты шихты в измельченном состоянии тщательно пере­ мешивают и окусковывают одним из следующих методов:

а) смесь брикетируют на прессе или окомковывают на грануля­ торе, а затем брикеты или гранулы высушивают до полного удале­ ния влаги и упаковывают в герметичную тару;

б) смесь дозируют в жестяные банки, нагревают до температуры, несколько превышающей температуру плавления связующего веще­ ства, и уплотняют на вибрационных столах.

При выборе экзотермических легирующих составов следует обес­ печивать создание условий для самопроизвольного протекания ре­ акции. Выделившегося тепла в реагирующем участке шихты должно хватать для разогрева соседних с ним участков до температуры на­ чала реакции. Обычно считают, что на каждый килограмм экзотер­ мического ферросплава должно приходиться 800—965 кДж (190— 230 ккал).

При использовании в качестве термитной добавки смеси алюми­ ния с селитрой количество тепла, выделяющегося во время реакции на 1 кг смеси, составляет 168 кДж/г-атом (ккал/г-атом), что доста­ точно для нагрева 6—10 кг ферросплавов. Температура начала ре^

537