Файл: Строганов, А. И. Производство стали и ферросплавов учебник для металлургических техникумов.pdf

Использовании исходного феррохрома в виде гранул или пластин толщиной 10 мм возможно успешное азотирование такого сплава при 1300—1350° С. Содержание азота в сплаве достигает 7%.

Алюминотермическое производство хрома и его сплавов. Некоторое количество безуглеродистого феррохрома, в том числе и азотирован­ ного, производят сравнительно легко из чистых по углероду материа­ лов алюминотермическим методом. Кроме того, алюминотермическим способом можно получать металлический хром и ряд безжелезистых лигатур.

Тепло, необходимое для протекания алюминотермического про­ цесса производства хрома и его сплавов, складывается из тепла вос­ становления окислов алюминием, а также из тепла подогрева шихто­ вых материалов и горения термитных добавок, например смеси се­ литры и алюминия.

В настоящее время большое распространение получил комбини­ рованный метод, в котором недостающее количество тепла покрывают за счет использования электроэнергии для расплавления рудной части шихты или прогрева шлака.

Необходимые при выплавке металлического хрома и его сплавов удельные теплоты процессов и их температуры приведены в табл. 26. Шихтовыми материалами служат окись хрома, хромовый концентрат

(>58,5% Сг20 3, «£.1,5% S i0 2 и 0,05% С), алюминиевый порошок из первичного алюминия и натриевая селитра (99,0% NaN03). Молотый хромистый шлак крупностью 0,3—0,8 мм от производства металличе­ ского хрома используют в качестве балласта при выплавке азотиро­ ванного феррохрома. В качестве флюса применяют известь (>90% СаО, крупность <3 мм), добавка которой снижает вязкость глинозе­ мистых шлаков и увеличивает извлечение хрома в результате повыше­ ния активности окиси хрома.

За одну плавку проплавляют 1500—3000 кг окиси хрома или хро­ мового концентрата. Шихта в течение 30 мин тщательно перемеши­ вается в барабанном смесителе. В настоящее время плавку металли­ ческого хрома ведут с выпуском металла и шлака полунепрерывным процессом. Плавку проводят в наклоняющейся плавильной шахте, футерованной магнезитовым кирпичом и установленной на специаль­ ной вагонетке. Изложница для приема расплава выполнена из сбор­ ных чугунных колец, подиной служит блок металлического хрома толщиной 200—250 мм.

186

Перед началом плавки на подину шахты загружают 150—250 кг шихты, которую поджигают запальной смесью. После распростране­ ния процесса по всей поверхности колошника ведут непрерывную загрузку шихты элеватором таким образом, чтобы зеркало расплава было закрыто тонким слоем ее.

Оптимальное количество восстановителя составляет 100—110% к теоретическому, содержание алюминия в металле при этом не пре­ вышает 0,5%, использование алюминия достигает 97,5%. В конце плавки с последними порциями шихты задают 200—250 кг извести. Общая продолжительность плавки на 30—40 колош составляет 12— 20 мин.

После проплавления и 2—3-мин выдержки в изложницу сливают шлак слоем 200—300 мм, затем шахту возвращают в первоначальное положение, а через 1—2 мин производят полный слив металла и шлака. После затвердевания из изложницы извлекают блок шлака и металла, который после остывания поступает на разделку.

Металлический хром может быть получен также методом металло­ термической плавки с предварительным расплавлением части окис­ лов. При предварительном проплавлении 30% окислов извлечение хрома возрастает с 88,1 до 92,5%, одновременно снижается расход алюминия.

Для получения азотированного феррохрома марки ФХ100Н сплав насыщают азотом натриевой селитры, вводимой в шихту в количестве 30% от массы концентрата. Избыток тепла, образующийся при вве­ дении в шихту такого количества селитры, расходуется на плавление балластных добавок (молотого шлака от производства металличе­ ского хрома), количество которых составляет 50—80% от массы кон-

187

центрата. Для более полного усвоения азота плавку ведут с верхним запалом. Скорость проплавления шихты составляет 350—■ 400 кг/(м2-мин). Более быстрый ход плавки связан с недостаточным количеством балласта в шихте и снижает содержание азота в сплаве.

При меньшей скорости плавки выделяются бурые пары окислов азота, выход металла резко уменьшается и сплав плохо отделяется от шлака.

Расход материалов и использование хрома при алюминотермическом производстве хрома и его сплавов приведены в табл. 27.

3. СПЛАВЫ МАРГАНЦА

Марганец применяют при выплавке сталей практически всех марок. Марганец обладает относительно большим сродством к сере. Поэтому при его присадке в сталь нейтрализуется вредное влияние серы. Марганец является также одним из широко применяемых леги­ рующих элементов. Составы ферромарганца и силикомарганца приве­ дены соответственно в табл. 28 и 39.

Марганцевые руды и их подготовка к плавке. Марганец занимает по распространенности на земле 12-е место среди других элементов, его содержание в земной коре составляет 9 - 10~2%. Марганец входит в состав большого числа минералов, но руды промышленного значе­ ния образуют лишь немногие минералы. Советский Союз располагает крупнейшими месторождениями марганцевых руд, составляющими около 3/4 мировых запасов.

В марганцевых рудах (концентратах), используемых при вы­ плавке сплавов марганца, содержание марганца должно быть не менее 47% при отношении Mn : Fe более 8; содержание кремнезема при этом должно быть не менее 11%, а фосфора — не более 0,17%. Для выплавки силикомарганца применяют руды с более высоким содержанием кремнезема.

На основании данных промышленных исследований Днепропет­ ровским металлургическим институтом разработаны требования, предъявляемые к марганцевым концентратам (35—50% Мп) для электроферросплавного производства, которые кратко могут быть сфор­ мулированы следующим образом: удельное содержание фосфора (отношение Р/Mn в концентрате) в окисных концентратах для вы­ плавки товарного силикомарганца (СМн 14, СМн 17 и СМн 20) должно составлять для концентратов с содержанием 35 и 50% Мп соответ­ ственно 0,002 и 0,004; удельное содержание фосфора в карбонатных концентратах (шихтах) для выплавки ферромарганца должно состав­ лять также 0,002 и 0,004% при содержании марганца в концентратах (шихтах) 30 и 48% соответственно.

В связи с ограниченностью запасов высококачественных руд все большее значение приобретает использование бедных руд. Поэтому широко внедряют различные методы обогащения, удаления фос­ фора и обескремнивания руд. Для окускования пылеватых руд и кон­ центратов разрабатывают методы агломерации, брикетирования и окатывания.

Сегодня в ферросплавной промышленности основным способом дефосфорации и одновременного обогащения и окускования марган-

188

цевых руд и концентратов являются различные варианты электро­ металлургического метода, основанного на различии химического сродства марганца и фосфора к кислороду.

В СССР разработан безобжиговый метод получения окатышей из флотационных концентратов с использованием в качестве связующего водного раствора сульфидно-спиртовой барды и упрочнением низко­ температурной (170— 180° С) сушкой.

Содержание Мп, %

Рис. 64. Диаграмма состояния системы Fe—Мп

Физико-химические свойства марганца и его соединений. Марганец— металл серебристого цвета, переходный элемент VIIB группы перио­ дической системы, обладающий следующими свойствами:

В жидком состоянии железо и марганец взаимно растворимы, химических соединений они не образуют (рис. 64). Сплавы железа с *75—85% Мп легкоплавки, температура плавления их около 1380° С. С углеродом марганец образует ряд карбидов: МпвС3, Мп3С и др. Известны силициды марганца: Mn2Si, MnSi, Mn2Si3. Наиболее прочным из них является MnSi (рис. 65). Поскольку силицид мар­ ганца прочнее карбида, то с увеличением содержания кремния в спла­ ве содержание углерода падает.

С кислородом марганец образует четыре окисла: Мп02, Мп20 3, Мп30 4 и МпО. Из них наиболее прочен МпО, температура диссоциации которого выше 3000° С. Известны несколько фосфидов марганца: Мп6Р 2 и др., а также сульфиды: MnS ’и MnS2. Сульфид марганца MnS — прочное химическое соединение и имеет очень малую раство­ римость в твердом и жидком марганце; С азотом марганец образует нитрид MnN.

190