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

подают в плавильную шахту шнековым питателем. Плавильная шахта состоит из разборной цилиндрической чугунной шахты, уста­ новленной на футерованной огнеупорным кирпичом тележке, на которой затем наплавляется постоянная подина, представляющая собой блок 10—15%-ного ферротитана. Состав колоши шихты: 100 кг концентрата, 42,5—45,4 кг алюминиевого порошка, 10,5 кг извести и 0,95—1,85 кг 75%-ного ферросилиция. На плавку дается 38 колош. Плавку ферротитана проводят с нижним запалом. На подину загружают 50 кг шихты, которую поджигают электрозапа­ лом. После начала реакции в шахту равномерно задают шихту. Нормальная продолжительность плавки на 4 т концентрата состав­ ляет 15—18 мин. Замедленный ход плавки может быть вызван низкой удельной теплотой процесса, недостатком восстановителя или не­ достаточным нагревом шихтовых материалов. Бурный ход плавки

восновном вызывается присутствием повышенного количества влаги

вшихте или футеровке.

По окончании плавки на поверхность расплава задают железо­ термитную смесь, состоящую из 300 кг железной руды, 56—57 кг алюминиевого порошка, 18—20 кг ферросилиция и 100 кг извести. Шлак при этом разжижается, что обеспечивает более полное осажде­ ние корольков ферротитана. Эффективным методом осаждения ко­ рольков является и электроподогрев шлака.

При использовании в шихте отходов металлического титана их нагревают до 300—400° С и загружают под запальную смесь с таким расчетом, чтобы образующийся при ее проплавлении шлак закрывал, 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 1 т сплава. Метод переплава тита­ новых отходов позволяет получать также лигатуры (хромтитан,

После застывания блока сплав очищают от шлака, охлаждают водой, затем производят разделку сплава. В среднем шлаки алюминотермической плавки ферротитана содержат: 11,7—13,3% ТЮ2;

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

68%.

8 . СПЛАВЫ С ЦИРКОНИЕМ

Чистый цирконий имеет следующие основные физико-химиче­ ские свойства:

212

С железом цирконий дает прочное соединение Fe2Zr2 с темпера­ турой плавления около 1800° С и с углеродом — прочный карбид ZrC. С кремнием цирконий образует ряд силицидов, а с кислородом — двуокись циркония Z r0 2 (амфотерный окисел, представляющий собой порошок белого цвета, с температурой плавления 2700° С); известны также соединения Zr20 3 и ZrO. С азотом и серой цирконий образует прочные и тугоплавкие соединения ZrN и ZrS2.

Применение циркония в металлургии обусловлено тем, что он является одним из энергичнейших раскислителей стали. Кроме того, связывая в прочные соединения азот и серу, цирконий пара­ лизует их вредное действие на сталь. В жидкую сталь цирконий присаживают в виде ферросиликоциркония или ферроалюмосили-

Ферросиликоцирконий по ЧМТУ 5-26-70

Ферроалюмосиликсцирконий по ЧМТУ 5-36—70

Получение сплавов с цирконием. Цирконий довольно распростра­ ненный элемент, его содержание в земной коре составляет 0,02%. Наиболее важными минералами являются циркон Z r0 2S i02 и бадделеит Z r0 2.

Запасы циркониевых руд в СССР обеспечивают полную потреб­ ность отечественной промышленности в цирконии и его сплавах. Наиболее крупными месторождениями в СССР является Самотканское (Среднее Приднепровье) и Тобольское. Циркониевые руды подвергают глубокому обогащению.

В практике используют метод получения комплексного сплава — ферросиликоциркония, так как в присутствии кремния затрудняется процесс образования карбидов циркония.

Низкопроцентный ферросиликоцирконий (до 30% Zr) можно выплавить непрерывным процессом в электрической печи, применяя углеродистые восстановители. В шихту в этом случае идет цирконо­ вый концентрат, кварц и древесный уголь, но сплав будет загрязнен углеродом. Более чистый силикоцирконий преимущественно вы­

213

плавляют металлотермическим способом с использованием в ка­ честве восстановителя алюминия и кремния.

Восстановление Z r0 2 алюминием протекает по реакции:

Количество тепла, выделяемое на 1 кг окисла, составляет всего 280 кДж (67 ккал), в связи с чем внепечная плавка требует введения очень большого количества термитных добавок. Поэтому ферросиликоцирконий выплавляют в электропечи. Процесс восстановления облегчается в присутствии окислов кремния и железа, которые вос­ станавливаются легче двуокиси циркония. Полученные при этом кремний и железо растворяют цирконий и облегчают восстановле­ ние Z r0 2.

При алюминотермической плавке ферросиликоциркония в элек­ тропечи используют цирконовый концентрат, содержащий примерно 63% Zr20 3, 32% ТЮ2, алюминиевый порошок, молотый (0,5—10 мм) 45или 75%-ный ферросилиций, просушенную малофосфористую железную руду и известь. Оптимальное количество извести — около 40% и железной руды — около 50% к массе концентрата. Плавку ведут в электросталеплавильной печи с угольной футеровкой дву­ стадийным процессом. После разогрева печи и проплавления запала (100 кг цирконового концентрата, 70 кг алюминия, 15 кг железной руды и 30 кг извести) небольшими порциями при расходе 1100— 1200 кВт-ч электроэнергии проплавляют рудную часть шихты (700 кг цирконового концентрата и 470 кг извести). Затем на поверх­ ность расплава в течение 40—50 мин при расходе 500—600 кВт-ч электроэнергии задают восстановительную часть шихты (430 кг цирконового концентрата, 135 кг железной руды, 90 кг 75%-ного ферросилиция, 570 кг алюминиевого порошка и 60 кг извести).

Для обеспечения хорошего осаждения корольков сплава печь выдерживают под током еще 10 мин, затем производят разливку сплава и шлака в изложницу. Примерный химический состав шлака: 10,0% Z r02; 1,31% ТЮ2; 60,7% А120 2; 22,35% СаО; 3,4% MgO и 0,53% FeO.

После остывания сплав дробят на куски по 10 кг, очищают и упаковывают в барабаны. Отходы сплава направляют на переплав.

Ферроалюминоцирконий выплавляют одностадийным печным алюминотермическим методом с разливкой сплава и шлака. Для расчета шихты приняты следующие коэффициенты перехода элементов в сплав: 50% Zr, 80% Ti, 90% Si, 99% Fe и 100% P. Использование алюминия на восстановление окислов и его переход в сплав состав­ ляет 80%. Запал состоит из 75 кг цирконового концентрата, 12 кг железной руды, 55 кг алюминиевой крупки, 25 кг извести и 22 кг селитры. Рудовосстановительная часть шихты состоит из 480 кг

214

задают осадитель (175 кг железной руды, 77 кг алюминиевой крупки и 100 кг извести), после чего расплав выдерживают под током 10— 15 мин. На 1 т сплава расходуется 420 кг двуокиси циркония, 620 кг алюминиевой крупки, 840 кг железной руды, 30 кг селитры и 410 кг извести. Расход электроэнергии составляет 800 кВт-ч/т; извлече­ ние циркония 45%.

9. СПЛАВЫ КАЛЬЦИЯ

Кальций— элемент Па группы Периодической системы, его содержание в земной коре составляет 3,6%. Кальций, один из са­ мых химически активных металлов, имеет следующие физико-хими­ ческие свойства:

С кислородом кальций дает исключительно прочное соединение — окись кальция, теплота образования которой — 626 кДж/моль (151790 кал/моль). Температура плавления 2587° С, температура кипения 3627° С. С углеродом кальций образует прочный карбид СаС2 с температурой плавления 2300° С. С кремнием кальций обра­ зует три силицида Ca2Si, CaSi и CaSi2. Кальций и железо взаимно нерастворимы. В то же время в жидком состоянии и железо, и каль­ ций в отдельности неограничено растворяются кремнием.

Кальций в виде сплава с кремнием (силикокальций) или в виде тройного сплава (ферросиликокальций) широко используют для раскисления стали, а также для производства ряда комплексных сплавов и модификаторов. Состав силикокальция и ферросиликокальция приведен в табл. 38.

215