Производство ферросилиция

РАФИНИРОВОЧНЫЕ ФЕРРОСПЛАВНЫЕ ПЕЧИ

Рафинировочные ферросплавные печи имеют мощность 3 500 — 7 000 КВ-А (3,5 – 7 МВА) и служат для выплавки ферросплавов с низким содер­жанием углерода; они работают с выпуском сплава и шлака после окончания плавки. Они имеют круглую открытую ванну, а в остальном по своему устройству они ближе к дуговым сталеплавильным печам, на базе которых их конструируют.

Печи делают наклоняющимися, в связи с чем ванну крепят на люльке с механизмом ее наклона; ванна оборудована механизмом вращения, обеспечивающим ее круговое или воз­вратно-поступательное вращение в процессе плавки. Электроды применяют как само­спекающиеся, так и графитированные. Загрузка шихты такая же, как в восстановительных ферросплавных печах.

Ферросилиций применяют для раскисления и легирования ста­ли, а также в качестве восстановителя при производстве некоторых ферросплавов. В электрических печах выплавляют ферро­силиций различных марок: с содержанием кремния от 19—23 % (сплав ФС20) до 92—95% (сплав ФС92).

При содержании кремния в сплаве в пределах 50—60 % и при загрязнении его фосфором и алюминием сплав рассыпается в порошок с выде­лением ядовитых летучих соединений. Поэтому сплав такого состава заводы не выпускают. Помимо кремния ферросилиций содержит железо и ряд примесей. Следует отметить, что ферросилиций содержит мало углерода, несмотря на применение углеро­дистого восстановителя и угольной футеровки печи. Объяс­няется это тем, что в присутствии кремния растворимость углерода в сплаве уменьшается. Чем больше в сплаве крем­ния, тем меньше сплав содержит углерода (может содержать от 0,1 до 1%). Поэтому при производстве низкоуглеродистых марок сталей следует использовать ферросплавы с высоким содержанием кремния.

В настоящее время наиболее распространены сплавы ФС45 и ФС75, содержащие кремния соответственно около 45 и 75 %.

Шихтовые материалы

Рудной составляющей шихты являются кварциты, содержа­щие не менее 95 % SiO₂, не более 0,02 % Р₂О₅, и как можно меньше шлакообразуюших примесей (глинозема). Кварцит дро­бят до кусков размером 25—80 мм и отмывают от глины.

Для получения заданного содержания кремния в сплаве в шихту вводят рассчитанное количество железа в виде из­мельченной стружки углеродистой стали; железо, кроме того, облегчает восстановление кремния.

В качестве восстановителя при выплавке ферросилиция применяют металлургический коксик кусками размером 10—25 мм (отсев доменного кокса).

Выплавка ферросилиция

Ферросилиций выплавляют в круглых печах различной кон­струкции - вращающихся и стационарных, открытых и закры­тых мощностью от 16,5 до 115 МВА. Рабочий слой футеровки выполняют из углеродистых блоков. Печь имеет две летки, одну рабочую и другую ре­зервную.

Шихту составляют исходя из того, что SiO₂ кварцита восстанавливается на 98% и все железо стружки переходит в сплав. Плавку ведут непрерывным процессом. На колошник печи сверху непрерывно загружают шихту, а сплав периодически выпускают через летку.

Разрез печи для выплавки ферросилиция:

1 — шамот; 2 — жидкий сплав; 3 — гарнисаж; 4 — область медленного схода шихты; 5 — электрод; 6 — область быстрого схода ших­ты; 7 — "тигель"; 8 — угольная футеровка

При загрузке переме­шанных шихтовых материалов в печь стремятся создать и поддерживать вокруг электродов шихту в виде возвышающихся конусов, которые затрудняют выход газов здесь и уменьшают вследствие этого потери тепла и кремния.

Процесс плавки происходит главным образом у электро­дов, под которыми горят электрические дуги. Здесь в зоне дуг в шихте образуется полость ("тигель") с очень высокой температурой. Стенки тигля непрерывно оплавляются, кремнезем восстанавливается, кремний раство­ряется в жидком железе, жидкий сплав опускается на поди­ну, а новые порции шихты — в зону реакций. Кремний вос­станавливается твердым углеродом по реакции

SiO₂ + 2С = Si + 2СО – 635 096 Дж,

идущей с большой затратой тепла, теоретическая температу­ра ее начала равна 1554 °С.

В присутствии железа восста­новление кремния облегчается и идет при более низких тем­пературах, поскольку железо, растворяя кремний, выводит его из зоны реакции, что сдвигает равновесие этой реакции вправо, в сторону восстановления кремния. Чем больше же­леза в шихте, тем при более низкой температуре происходит восстановление кремния и образование ферросилиция.

Железо облегчает ход процесса также тем, что разрушает карбид кремния SiC, который образуется при избытке вос­становителя (углерода).

(SiO₂ + 2С = SiC + 2СО) и, являясь тугоплав­ким (t_пл > 2700 °С), накапливается внизу печи, загромож­дает ее, снижая производительность.

Нормальный ход печи характеризуется медленным опуска­нием электродов по мере их сгорания и равномерным оседа­нием шихты вокруг этих электродов.

Сплав выпускают 12—20 раз в сутки. Вскрытие летки производят прожиганием электрической дугой или кислоро­дом, пробиванием железным прутом или при помощи бура. По окончании выпуска летку закрывают конической пробкой из смеси электродной массы и песка или огнеупорной глины и коксика.

Сплав выпускают в ковш, футерованный шамотным кирпичом или графитовой плиткой, и затем разливают в плоские из­ложницы или в чушки на разливочной машине конвейерного типа.

Дата добавления: 2014-01-11