1 Технология за производство на ферохром
Феросплавите се използват в различни области на металургията и обхватът на тяхното приложение е много широк. Феросплави като ферохром или феросилиций се използват за легиране и дезоксидиране на стомана. Благодарение на това свойствата и качествата на металите се подобряват: те стават по-устойчиви на износване и устойчиви на тежки натоварвания. В зависимост от това коя феросплав се използва, металът получава определени свойства, необходими в конкретен проект.
Често в конкретни проекти инженерите уточняват коя феросплав да се използва. Свойствата, които ще има металът, зависят от суровината за феросплавта, механизма за въвеждането й в стоманата и метода на топене. Широкото използване на феросплави в металургията се обяснява с техните по-благоприятни характеристики в сравнение с чистите метали.
При използване на феросплави металът се топи при по-ниски температури и водещият елемент се запазва в него. По време на топенето на метал с феросплави е необходим по-нисък температурен режим, отколкото при топенето на метала в чист вид. А това означава, че при използване на феросплави са необходими много по-ниски разходи за енергия - работата с метал става по-икономична и печеливша.
1 Технология за производство на ферохром
Феросплавите се получават чрез редукция на оксиди на съответните метали. За да се получи всяка сплав, е необходимо да се избере подходящ редуциращ агент и да се създадат условия, които осигуряват високо извличане на ценен (водещ) елемент от преработената суровина. Редуциращият агент може да бъде елемент, който има по-висок химичен афинитет към кислорода от елемента, който трябва да бъде редуциран от оксида. С други думи, редукторът може да бъде елемент, който образува по-химически стабилен оксид отвъзстановим елемент. Процесите на възстановяване се улесняват, ако протичат в присъствието на желязо или неговите оксиди. Разтваряйки редуцирания елемент или образувайки химично съединение с него, желязото намалява неговата активност, отстранява го от реакционната зона и предотвратява обратната реакция - окисление.
От всички легиращи елементи в стоманите хромът е най-широко използваният. За топенето на въглероден ферохром се използват главно хромни руди от находището Донской, което се намира в Казахстан.
Производството на ферохром може да бъде разделено на три вида:
- нисковъглероден ферохром, съдържащ до 0,5% въглерод;
- средно въглероден ферохром, съдържащ въглерод от 0,5 до 4,0%;
- високовъглероден ферохром, съдържащ въглерод от 4,0 до 9,0%.
Технологичният процес на топене на нисковъглероден ферохром се състои от редукция на оксиди на хром и желязо-хромова руда с феросиликохромен силиций съгласно реакциите:
Процес на поток. Зареждане, използвано за топене на нисковъглероден ферохром: хромна руда, вар, феросиликохром. Феросилициевият хром се раздробява, руда и вар се подават без подготовка. Зарядът се подава в бункерите на пещта, откъдето през тръби влиза в пещта. След разтопяване на заряда, шлаката и металът се освобождават от пещта. Изливането на метал се извършва в чугунени форми. Шлаката в кофи се транспортира до цеха за шлакоотделяне.
Производство на високовъглероден ферохром. При топенето на въглероден ферохром желязото и хромът се редуцират от оксиди в рудата чрез въглеродни редуциращи агенти съгласно реакциите:
Топенето на въглероден ферохром е шлаков процес. Съставът на заряда при топенето на високовъглероден ферохром: хромова руда, редуктор (кокс, въглища), кварцит.
температурарежимът на топене на високовъглероден ферохром се определя от температурата на топене на шлаката, тъй като не е възможно сплавта да се нагрее чрез увеличаване на нейното задържане в пещта при условията на топене под затворен връх. Температурата на топене на високовъглероден ферохром, съдържащ 65%–70% Cr и 6%–8% С, е 1550 ºС, така че шлаката трябва да има температура на топене около 1650 ºС.
Съставът на шлаката се избира с помощта на различни руди; като поток се използват кварцит, шлака от производството на феросилициев хром, по-рядко боксити и счупване на катодни блокове на алуминиеви електролизери. Съотношението на шлаките е 0,8–1,3, делът на шлакообразуващите оксиди от хромови руди достига 90%.
Кокс, полукокс, газови въглища се използват като редуциращ агент по време на топене. Препоръчително е да се въведат отпадъци от графитизация от инсталации за електроди, съдържащи значително количество силициев карбид в заряда.
За производството на високовъглероден ферохром се използват руди на бучки, за преобразуване се използва смес от руди на бучки и прах. При производството на заряден хром се използват нискокачествени хромови суровини. Понякога в заряда се използва богата (27%–32% Cr2O3) шлака, получена по време на безфлюсовото производство на средно въглероден ферохром или конверторна шлака.
Необходима е внимателна подготовка на заряда за топене. Затворените пещи трябва да работят с хромни руди, осреднени по гранулометричен и химичен състав и с кокс с постоянно съдържание на влага (4%-6%). Количеството на бучки или бучки хромни суровини трябва да бъде повече от 80%. При по-голямо количество глоби се нарушава газопропускливостта на шихтата и се нарушава процеса на топене.
Напоследък, във връзка с изчерпването на запасите от богати на бучки хромни руди и увеличаването на капацитета на пещите, агломерирането на руда стана важно.малки неща, предварително намаляване и загряване на заряда. При обогатяване на бедни на хром руди често се получава много фин концентрат, който се агломерира, брикетира или пелетизира преди топене.
Топенето на високовъглероден ферохром се извършва в открити и затворени пещи с мощност до 115 MVA. Пещите са облицовани с магнезиеви тухли, тъй като използването на въглеродни блокове би довело до прекомерна карбуризация на сплавта. Консумацията на енергия за топене на 1 тон рудна част от шихтата е 5950 MJ (1650 kWh).
Когато съдържанието на въглерод в сплавта е над 7,5%, получените слитъци са много порести и лесно се разпадат. Това усложнява транспортирането им и води до увеличаване на загубата на хром при легирането. Порьозността на слитъците намалява с намаляване на съотношението на въглерода в отлетия ферохром.
За по-пълен процес на възстановяване стопилката се прелива няколко пъти от черпак в черпак. Уловеният прах се използва при производството на рудно-варова стопилка. При производството на ферохром чрез смесване на стопилка се създават по-благоприятни условия за отстраняване на въглерода, въведен от течния феросиликохром, отколкото при конвенционалния силикотермичен процес в пещ, поради по-високата температура на процеса и по-високата кислородна активност поради по-ниската концентрация на силициев диоксид в стопилката.