Файл: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие..pdf

и 1 оборот за 40 ч при выплавке ФС45 и для печей мощностью 21 MBA примерно 1 оборот за 90 ч при выплавке ФС45 и 1 оборот за 70 ч при выплавке ФС18, ФС25, ФС45 и ФС65.

Вращение ванны печи, в которой выплавляют кремний и его сплавы, должно быть реверсивным в пределах сектора 80—-120°, посколько при этом обеспечиваются разрушение карбидов и разрых­ ление шихты на колошнике по всему сечению ванны, устойчивая работа летки и нормальный выпуск сплава и шлака, значительное улучшение условий службы электродов.

Взакрытых печах освоена выплавка ФС18, ФС25, ФС45, ФС65

иосваивается выплавка ФС75. Технологический процесс плавки сплавов кремния в закрытых печах характеризуется рядом особен­ ностей.

Правильное обслуживание закрытой печи заключается в под­ держании необходимой величины давления под ее сводом, обеспе­ чении равномерного схода шихты в воронках и предотвращении забивания подсводового пространства и газоходов печи.

Для обеспечения нормальной работы закрытой печи необходимо всемерно ограничивать поступление в подсводовое пространство газообразных продуктов, способных при конденсации образовывать настыли.

Анализ настылей показал, что они состоят в основном из Si02, SiC, Si и иногда углерода. ^Зарастание подсводового пространства происходит главным образом в результате недостатка углерода в ванне печи. Однако избыток восстановителя, влекущий за собой мелкую посадку электродов в шихте, приводит к обильному выходу колошниковых газов с более высокой температурой и в повышенным содержанием SiO.

Нормальный ход закрытой печи характеризуется равномерным образованием вокруг электродов невысокого и неяркого пламени и равномерным сходом рыхлой шихты во всех воронках и вокруг каждого электрода, устойчивой глубокой (1500—1700 мм) посадкой электродов в шихте, полной электрической нагрузкой, регулярным выходом жидкоподвижного шлака при каждом выпуске.

Давление под сводом печи должно составлять 0—4,9 Па (0—0,5 мм вод. ст.), температура газа под сводом 500—600 и в газоходе 200° С. Количество отходящих газов (на печи 21 MBA) около 2200 м3/ч. Содержание в газе Н 2 не должно быть выше 8%, содержание СО в тракте чистого газа должно составлять 80—90% и содержание 0 2 в чистом газе должно быть менее 0,9%.

При выплавке ФС18 навеска восстановителя на колошу должна превышать на 10— 15 кг навеску, применяемую при выплавке ФС45,

вой спели, обильный выход шлака при отсутствии графитовой спели служит признаком подкварцевания печи.

Наиболее часто встречающиеся ненормальности в работе печи связаны с забиванием тракта газохода и подсводового пространства

пылью вследствие работы с недостатком восстановителя или на коротких электродах, подсоса воздуха под свод или же с наруше­ ниями в подаче воды на орошение газохода. Зависание шихты в во­ ронках может привести к раскрытию колошника, прогару свода и воронок и к другим вредным последствиям.

Повышение давления под сводом, наличие большого перепада давления в различных точках подсводового пространства свидетель­ ствуют о его забивании, образовании в нем перегородок и скоплении пыли в устье газохода.

Повышение температуры подсводового пространства может быть вызвано появлением разрежения в какой-либо части его, а также

тельствует об увеличении влажности шихты или о наличии течи воды из воронок или секций свода, причем в случае течи воды содержание Н 2 резко повышается и в грязном газе (до 20% и более).

Ферросилиций выпускают из печи периодически по мере его на­ копления. При выплавке ФС18 и ФС25 проводят 6—7 выпусков, а при выплавке ФС45, ФС65, ФС75 и ФС90 4—5 выпусков в смену. Слишком частые выпуски сплава приводят к большим потерям тепла и понижению температуры в районе выпускного отверстия, что за­ трудняет выход сплава и шлака, а также увеличивает потери при выпуске и разливке сплава.

При слишком редких выпусках замедляется процесс восстано­ вления кремнезема, ухудшается посадка электродов и увеличива­ ются потери кремния в улет.

Ферросилиций выпускают в ковш, футерованный шамотным кирпичом или графитовой плиткой, и затем разливают в слитки в чугунные изложницы или в чушки на разливочной машине кон­ вейерного типа. Кристаллический кремний выпускают в цельноли­ тую чугунную изложницу, подкатываемую под летку.

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ

В балансе себестоимости производства ферросилиция основ­ ное место занимает расход электроэнергии, на долю которой прихо­ дится до 40% затрат и более. Поэтому основным технико-экономи­ ческим показателем производства кремния и его сплавов является удельный расход электроэнергии. Его рассчитывают на базовую тонну, т. е. в пересчете на тонну сплава с базовым содержанием ве­ дущего элемента, которое, например, для ФС45 и ФС75 составляет соответственно 45 и 75%. Для сплава ФС45 расход электроэнергии равен 16,2— 17,28 (4500—4800), для сплава ФС75 29,88—31,32 (8300—8700) и для сплава ФС90 45ГДж (12 500 кВт-ч).

Расход сырья и вспомогательных материалов при выплавке сплавов кремния приведен в табл. 21.

468

Глава 38

ПРОИЗВОДСТВО СИЛИКОКАЛЬЦИЯ

Для раскисления стали в ряде случаев применяют сплав кальция с кремнием—силикокальций, состав которого приведен в табл. 22.

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ПОЛУЧЕНИЯ СИЛИКОКАЛЬЦИЯ

Кальций—один из самых химически активных металлов. С кисло­ родом он образует прочное соединение — окись кальция СаО, теп­ лота образования которой составляет 636 кДж (151 790 кал), тем­ пература плавления СаО равна 2587° и кипения 3627° С.

469

Приме ча ние . Содержание кремния определяется по разности 100 и суммы со­ держаний указанных элементов.

С углеродом кальций соединяется в прочный карбид СаСг (Д# 2 9 8 =

С кремнием кальций образует три силицида: Ca2Si, CaSi и CaSi2 (рис. 175) при теплоте образования, соответственно равной —209 (—50 000); — 151 (—36 000) и — 151 кДж (—36 000 кал).

Кальций и железо практически взаимно нерастворимы. В то же время в жидком состоянии и железо, и кальций в отдельности не­ ограниченно растворяются кремнием.

Успешное восстановление S i0 2 и СаО до Si и Са углеродом воз­ можно при высоких температурах, когда образующаяся в резуль­ тате реакций восстановления окись углерода становится прочнее

силикатов с участием целого ряда промежуточных продуктов, напри­ мер SiO, SiC, СаС2.

Восстановление окиси кальция углеродом протекает до карбида кальция по реакции СаО + ЗС = СаС2 + СО, AG° = 2 033 107 —

— 95,17 Т Дж/моль (485 600 — 22,73 Т кал/моль). Реакция эта про­ текает при температуре 1765° С и выше.

около 1580°С, а по суммарной реакции S i0 2+ C a0 + 3C = CaSiw+3CO;

[AG° = 1 260 000 — 690 Т Дж/моль (300 946 — 164,8 Т кал/моль) ] около 1560° С.,

Следовательно, образование шлака происходит раньше, чем может начаться восстановление по приведенным выше суммарным реакциям, так как для их протекания необходимы более высокие температуры.

470

СКЮ и СК15 восстановление кальция и кремния облегчается присут-

I_____ I___________I__________ I___________I____________________________I

ствием железа, которое разрушает карбиды и, растворяя силициды кальция, уводит их из зоны реакции, что способствует протеканию процесса восстановления.

При силикотермическом восстановлении извести, выгодно от­ личающемся отсутствием карбидообразования, протекает реакция

2СаО -j- 3Si(,K) = 2CaSi(>K) -)- Si0 2 (тв), AG° =

= 465 500 — 240,77’Дж/моль (111 183 — 57.49Г кал/моль).

47}

Могут также протекать реакции

ЗСаО(тв) -j- 5Si(ж) — 2CaSi2 (ж) СаО • Si02 (ж)!

ЗСаО(ТВ) -j- 3Si(>K) = 2CaSi(*> Д- CaO’SiCb (ж)!

3/4 (2CaO-SiO)(TB) + 5/4Si(JK) = l/2CaSi2 (ж) + CaO-Si02 (ж).

ТЕХНОЛОГИЯ ПЛАВКИ

При выплавке силикокальция используют кварцит и восстанови­ тель, требования к которым аналогичны предъявляемым при про­ изводстве ферросилиция. Крупность материалов, поступающих в плавку, должна быть: кварцита 50—100, коксика 5—20, древес­ ного угля &—100 и каменного угля 10—60 мм. Известь для плавки должна быть свежеобожженной и содержать не менее 92% СаО в кусках 40—100 мм. Применяемый при производстве ферросиликокальция ферросилиций должен быть гранулированным или дроб­ ленным (< 2 0 мм) и содержать 68—72% Si, что обеспечивает луч­ шее использование кремния. Содержание CaF2 в плавиковом шпате должно быть >55% , a SiOa ^ 7 % ; размер кусков не должен пре­ вышать 50 мм.

Силикокальций выплавляют в открытых печах с угольной фу­ теровкой мощностью порядка 10— 15 MBA при рабочем напряжении 120— 140 В и силе тока на электродах 50—55 кА, что обеспечивает глубокую и устойчивую посадку электродов в шихте, нормально составляющую 500 мм. Вращение ванны печи (в пределах сектора 20—24° со скоростью 1 оборот за 70 ч) обеспечивает надлежащие усло­ вия для разрушения карбидов и позволяет проводить выплавку сили­ кокальция отдельными кампаниями длительностью по 2,5—3 ме­ сяца, после чего для разрушения образовавшегося в печи «козла» из карбидов и шлака печь должна быть переведена на 1—1,5 месяца на выплавку 45%-ного ферросилиция, а далее снова можно плавить 2—2,5 месяца силикокальций и т. д.

Ввиду зарастания ванны карбидами при выплавке силикокальция приходится проводить в течение года не менее трех ремонтов с за­

печь для разогрева должна работать на выплавке 45%-ного ферро­ силиция около месяца.

При расчете шихты принимают, что использование кальция должно составлять 67%, а кремния 75%. Избыток твердого угле­ рода (с учетом добавок) в шихте должен составлять для первичной кампании (на чистой печи) jlO—12% и для вторичной кампании (после разрушения «козла») 15— 16%. Примерный состав колоши шихты: 200 кг кварцита, 85 кг извести, 50 кг древесного угля, 30 кг каменного угля (марки ТК) и 90—100 кг коксика.

Выплавку силикокальция ведут непрерывным процессом. Для обеспечения хорошей работы печи необходимо как можно дольше

472