Руды и концентраты

Основы производства Ферросплавов

Ф ерро­сплавы это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом и другими элементами, которые применяются при производстве стали для улучшения ее свойств.

Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого ме­талла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой температуры плавления сплава и выгоднее, так как стоимость ферросплава (ведущего элемента в сплаве с железом) ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла.

Наиболее распространены следующие ферросплавы: ферросилиций (90-95% Si), фер­рохром (до 70% Сг), ферромарганец (70-80% Мn), ферровольфрам (65-80% W), ферромолибден (до 55% Мо), феррованадий (35-80% V), ферротитан (27-40% Ti ), феррониобий (30-75% Nb).

Ферросплавы применяются, главным обра­зом, при производстве сталей

- для раскисления стали, т. е. для удаления из расплава металла растворенного кислорода (например, ферроси­лиций, ферромарганец), а также

- для легирования стали, т. е. легирующие элементы (Сг, Мп, Ni и др.) в виде ферросплавов (так называемой лигату­ры) вводятся в жидкую ванну с целью придания металлу определен­ных уникальных свойств.

Отличие ферросплава от лигатуры в том, что в ферросплавах железо в большинстве случаев является основ­ным компонентом сплава, а в лигатурах его содержание незначитель­но. Основой лигатур служит никель, алюминий, хром, кальций или другие элементы. Например, в алюмобариевой лигатуре барий - ле­гирующий элемент, а алюминий — основа сплава.

Основной метод получения ферросплавов и лигатур — совместное восстановление оксидов железа, а также оксидов легирующего элемента.

Для получения ферросплавов необходимы следующие шихтовые материалы: руды или концентраты, содержащие восстанавливаемый элемент, восстановители, железосодержащие элементы, флюсы и осадители.

Основу рудной части шихты составляют богатые руды и концентраты глубокого обогащения. Основные требования, предъявляемые к рудам:

1). Высокое содержание ведущего элемента. Определяет качество сплава, продолжительность процесса, его экономику.

2). Низкое содержание вредных примесей, в том числе серы и фосфора. Их содержание определяет не только качество получаемого ферросплава, но и технологическую схему передела. Для удаления серы необходимо провести окислительный обжиг, а для удаления фосфора – пирометаллургическую переработку.

3). Отвечающий требованиям ф/х условий производства состав пустой породы. Так для производства углеродистого феррохрома можно использовать руду с высоким содержанием кремнезема

Для производства таких распространенных сплавов как фер­росилиций, ферромарганец; силикомарганец и феррохром используют руды, так как в них высоко содержание оксидов элемента, подлежащего восстановлению (оксидов кремния, марганца, хрома). При производст­ве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферротитана и других сплавов руду вследствие малой концентра­ции в ней полезного элемента необходимо предварительно обогатить, получив концент­рат с достаточно высоким содержанием оксидов основного элемента.

Ферросплавы выплавляют в основном в электрических печах и в специальных футерованных горнах (внепечной способ), также для этой цели используют­ся доменные печи: в них выплавляют ферроси­лиций с 10-15% Si, зеркальный чугун с 10-25% Мn, углеродистый ферромарганец с 70—80% Мn, феррофосфор с 15% Р и некоторые другие сплавы. Объем производства доменных ферросплавов незначителен и имеет тенденцию к сокращению.

Выплавку ферросплавов в электрических печах осуществляют не­прерывным и периодическим процессами. При непрерывном произ­водстве шихтовые материалы загружают в печь по мере проплавления шихты в зоне электродов и опускания ее уровня. По мере накоп­ления на подине печи жидкого металла и шлака, проводят их выпуск из печи, не обнажая раскаленной огнеупорной футеровки. Это, как правило, руднотермические печи.

При периодическом производстве в печь загружают все шихтовые материалы и после их полного расплавления и получения опреде­ленного количества металла и шлака заданного состава проводят вы­пуск расплава, и печь вновь загружают шихтой.

При проведении любого процесса имеют место потери тепла. В случае непрерывного процесса производства ферросплавов они меньше, чем в периодическом, так как в первом случае зона метал­лургических реакций (с высокими температурами) всегда закрыта слоем твердой шихты. При периодическом процессе шлак имеет тем­пературу 1400—1800 °С, т. е. большое количество тепла теряется с из­лучением.

Процессы получения ферросплавов в электрических печах быва­ют шлаковые и бесшлаковые. Характеристикой шлаковых процессов служит такая величина как кратность шлака, т. е. отношение массы выпущенного из печи шлака к массе выпущенного металла. Кратность шлака зависит от концентрации полезного оксида в руде, степени восстановления этого оксида, количества флюсов, загружаемых в шихту, а также от характера и степени использования восстановителя. В отдельных процессах кратность шлака выше 10, т. е. на 1 т металла получается более 10 т шлака.

Чем выше кратность шлака, тем хуже технико-экономические показатели процесса производства ферросплава, поэтому плавку стараются вести при минимальном коли­честве шлака.

В бесшлаковых процессах обычно все-таки образуется незначительное ко­личество шлака, примером могут служить процессы выплавки фер­росилиция и силикохрома.

В ферросплавах, предназначенных для раскисления и легирова­ния стали, содержатся определенные количества газов (водород, азот, кислород), примеси цветных металлов и других элементов, присутствие которых нежелательно в стали и сплавах с учетом их влияния на качество ме­талла.

Так, содержание кислорода и азота в ферромарганце не превы­шает 0,0300%, а концентрация водорода — 30 см³/100 г. Алюминотермический феррохром содержит 0,0300-0,0800% О₂ и 5-20 см³ Н₂/100 г металла. В силикотермическом феррохроме содержится соответст­венно: 0,0300-0,0800% N2, 0,1700-0,3000% О₂ и 30-50 см³ Н₂/100 г. В 75%-ном ферросилиции содержится 30—50 см³ Н₂ /100 г и 0,0010—0,0050% N2.

Дата добавления: 2014-01-11