Файл: Электрометаллургия стали и ферросплавов учебное пособие..pdf

Восстановление окиси хрома протекает по реакциям:

2/3 Сг„03 + 18/7С = 4/21Сг7С3 + 2СО;

AG0 = 510 730 — 339,17 Т Дж/моль (121 986 —

87,01 Т кал/моль);

2/ЗСг20 3 + 2С = 4/ЗСг + 2СО; AG0 = 545 710 —

— 360,53 f Дж/моль (130 340— 86,11 Т кал/моль).

Теоретическая температура начала восстановления окиси хрома углеродом до карбида равна ИЗО, а до элементарного хрома 1240° С. Поэтому при восстановлении окиси хрома углеродом нельзя избе­ жать науглероживания сплава из-за образования карбидов. Парал­ лельно с восстановлением углеродом окиси хрома происходит частич­ ное восстановление из руды других окислов.

Восстановление окислов железа облегчает процесс плавки, так как при этом снижается температура плавления сплава. При из­ бытке восстановителя получает значительное развитие реакция восстановления кремнезема.

Производство углеродистого феррохрома требует, чтобы было обеспечено рафинирование сплава от кремния и углерода, достига­ емое в результате создания над сплавом так называемого рудного слоя, представляющего собой смесь частично расплавившихся кус­ ков руды со шлаком.

Капельки сплава, проходя при высокой температуре через этот

При производстве передельного феррохрома, наоборот, нужно обеспечить условия для получения высокого содержания кремния в сплаве, что обеспечивается использованием легковосстановимых руд, избытком восстановителя в шихте и дачей кварцита.

Температура плавления шлака должна составлять 1650° С. Оптимальный состав шлака определяется следующими содержаниями

Выплавку углеродистого феррохрома ведут непрерывным процес­ сом в открытых и закрытых печах мощностью от 10 до 20 и более MBA при рабочем напряжении 140—200 В. На печах применяют магнезитовую футеровку. При расчете шихты принимают использо­ вание хрома, райное 92%, и железа 95%, избыток восстановителя 11% для открытых и 2% для закрытых печей. В качестве восстано­ вителя пользуются металлургическим коксиком, полукоксом и дре­ весными отходами, реже — каменным углем. Шихта должна состоять

495

из 850 кг хромовой руды, 150 кг богатого шлака бесфлюсового произ­ водства среднеуглеродистого феррохрома, 30 кг кварцита, 215 кг коксика и 150 кг металлсодержащих отходов. Сдозированную шихту заваливают в печь по мере ее проплавления, в основном, к электро­ дам. Расход электроэнергии на проплавление 1 т рудной части шихты составляет 5,95—6,3 МДж (1650— 1750 кВт-ч).

Нормальный ход технологического процесса характеризуется равномерным проплавлением шихты, устойчивой и глубокой (2000 мм) посадкой электродов и равномерным выходом из печп жидкоподвнжных сплава и шлака заданного состава.

Нарушение хода печи чаще всего вызывается недостатком или избытком восстановителя, а также неправильным составом шлака. Например, шлакование вокруг электродов, их чрезмерно глубокое погружение в шихту, повышенное содержание в шлаке окиси хрома и снижение содержания в сплаве углерода и кремния свидетель­ ствуют о недостатке восстановителя. Высокая же посадка электро­ дов, обвалы шихты с образованием свищей, выделение белого пла­ мени на колошнике, повышение содержания в сплаве кремния и холодный сплав, не выходящий полностью из печи, говорят об избытке восстановителя.

Жидкий и холодный шлак, темный колошник печи, холодный сплав с повышенным содержанием углерода указывают на повышен­ ное содержание S i0 2 в шлаке. Тугоплавкие и вязкие шлаки с низким содержанием S i0 2 и пониженное содержание углерода в сплаве, высокая посадка электродов (слышна работа дуг) и свищи у них сигнализируют о недостатке кварцита и коксика в шихте.

Производство углеродистого феррохрома успешно осваивается в закрытых печах. Опыт показал, что наилучшие результаты дости­ гаются при загрузке шихты через воронки вокруг электродов. За­ крытые печи должны работать на усредненных хромовых рудах и на коксике с постоянной влажностью (8— 10%). Количество кусковой хромовой руды фракции 70—10 мм должно быть не менее 50%.

под сводом — в пределах 100—200° С. Газ характеризуется примерно следующим составом, %: 70—90 СО, до 8 Н2 и до 1,0 С 02. Теплота сгорания газа достигает 10,5— 11,3 МДж/м3 (2500—2700 ккал/нм3).

Для снижения содержания серы при выплавке углеродистого феррохрома Необходимо повысить содержание углерода в сплаве, уменьшить количество крупнокусковой руды и увеличить количество богатого шлака в шихте или ввести на колошу шихты 30—50 кг мар­ ганцевой руды или равноценное количество ферромарганца.

Сплав и шлак выпускают через одну летку одновременно 3—4 раза в смену. Углеродистый феррохром разливают в изложницы через очко в нижней части ковша, передельный сплав гранулируют. Получаемый сплав содержит примерно 67—72% Сг, 5—7% С, 1,5% Si, 0,03—0,06% Р, 0,,040S.

Технико-экономические показатели производства передельного и углеродистого феррохрома приведены в табл. 36.

496

Таблица 36

ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПРОИЗВОДСТВА ПЕРЕДЕЛЬНОГО УГЛЕРОДИСТОГО ФЕРРОХРОМА

ПРОИЗВОДСТВО СИЛИКОХРОМА

Силикохром выплавляют шлаковым или бесшлаковым методом непрерывным процессом в открытых печах мощностью 0,5—30 MBA со стационарной и вращающейся ванной с угольной футеровкой при рабочем напряжении 145— 172 В. Состав силикохрома приведен в табл. 37.

Технологический процесс при бесшлаковом методе плавки анало­ гичен процессу производства ферросилиция.

В процессе плавки восстановленный из кварцита кремний раз­ рушает карбиды хрома и железа, содержащиеся в передельном феррохроме, чему соответствуют реакции

(Сг, Fe)7C3 + 7S1 = 7 (Сг, Fe) Si + ЗС;

VgCr.Cg + Si = 7/ЗСг + SiC.

Возможно также протекание реакций

1/ЗСг7С3 + l/2SiOa = 7/ЗСг + l/2Si + СО;

2 (Сг, Fe),C3 + 8SiO = 7 (Cr, Fe)aSi + 6CO + S i02.

Совместное восстановление хромита и кремнезема при шлаковом

процессе протекает по следующей схеме:

а) образование сплава железа с ограниченным содержанием угле­ рода:

FeCr А + С = Fe + Сга0 3 + СО;

б) усвоение сплавом хрома с повышением содержания углерода:

FeCra0 4 + 6С = (Fe, Cr)3C2 + 4СО;

в) усвоение сплавом кремния при понижении содержания угле­ рода в результате протекания реакций типа

(Fe, Сг)3С2 + 3Si02 + 4С = 3 (Fe, Сг) Si + 6СО;

г) образование наряду со сплавом Fe—Сг—Si после достиже­ ния в нем 50% (ат) Si карборунда.

Колоша шихты для выплавки сплава, содержащего 50% Si, бесшлаковым методом состоит примерно из 300 кг сухого коксика, 135— 140 кг передельного феррохрома и 10—20 кг железной стружки.

Обслуживание колошника печи, в которой выплавляют силикохром, не отличается от обслуживания при производстве ферросили­ ция. Скорость вращения ванны печи при выплавке 50%-силикохрома составляет 1 оборот за 50—60 ч.

Особое внимание при работе печи обращают на обеспечение глубокой (более 1200 мм) и устойчивой посадки электродов, обеспе­ чивающей лучшие условия для рафинирования сплава от углерода и улучшающей показатели производства.

Выпуск сплава производят 4—5 раз в смену в ковш, футерован­ ный шамотным кирпичом.

Содержание углерода в сплаве снижается по мере увеличения в нем содержания кремния и времени выдержки сплава в ковше, так как карбид кремния нерастворим в силикохроме и постепенно всплывает из сплава в виде SiC. Поэтому сплав выдерживают в ковше перед разливкой и после этого гранулируют или разливают в слитки.

Выплавку ФСХ18 ведут на пониженном колошнике при толщине слоя шихты 1300—1500 мм и глубине посадки электродов 500— 700 мм. Шихта состоит из кварцита фракции 50—20 мм (25—30%), коксика фракции 20—8 мм (14— 15%), передельного феррохрома (48—50%) и железной стружки (7— 10%). Избыток твердого угле­ рода в шихте составляет 3—-5%.

Сравнительно невысокая температура восстановления низкопро­ центного сплава и хорошая газопроницаемость колошника опреде­ ляют спокойный ход плавки. При работе печи необходимо следить за устойчивой и глубокой посадкой электродов; в противном случае

498

Подина печи будет охлаждаться, будет нарушаться нормальный вы­ ход сплава и шлака, резко возрастать содержание углерода в сплаве.

В последнее время находит все более широкое применение шла­ ковый метод производства силикохрома, обеспечивающий повышение качества сплава. Этот метод строится на том, что для получения сплава, содержащего примерно 0,02% С, достаточно, чтобы в сплаве содержалось около 45% Si вместо 53% Si, что соответствует бесшлаковому способу. Соответственное увеличение содержания хрома в сплаве, снижение трудовых затрат в результате исключения доба­ вочного передела и повышенное использование хрома обеспечивают экономичность процесса.

Процесс ведут в открытых печах мощностью порядка 10 MBA при рабочем напряжении 130— 140 В.

На заводе в Беиерли (США), например, плавку ведут в печи мощностью 9 MBA, используя треугольную ванну. На печи приме­ нены угольные футеровка и электроды диаметром 890 мм. Колоша шихты состоит из 230 кг кварцита, 248 кг хромовой руды (кусковой), 230 кг коксика (12—25 мм) и 58 кг древесной щепы. Рабочее напряже­ ние составляет 145 В при силе тока 39 кА. Глубина погружения электрода в шихту равна 900 мм и расстояние от концов электродов до половины 1400 мм. Кратность шлака 0,8. Шлак содержит 44— 48% S i0 2, 17—22% А120 3, 29—30% MgO и 0,5% Сг20 3, а сплав примерно 40% Сг, 43% Si и 0,03% С.

В табл. 38 приведены технико-экономические показатели произ­ водства силикохрома.

П р и м с ч а н и е. Показатели даны на Гбазовую тонну (‘10% Si).