1 Технологія виробництва ферохрому
Феросплави використовують у різних галузях металургії, причому спектр їх застосування дуже широкий. Такі феросплави, як ферохром або феросиліцій використовують для легування та розкислення сталі. Завдяки цьому властивості та якості металів покращуються: вони стають більш зносостійкими та стійкими до серйозних навантажень. Залежно від цього, який феросплав використовується, метал отримує певні, необхідні у проекті, властивості.
Часто у конкретних проектах інженерами вказується, який саме феросплав має бути використаний. Те, властивості, якими матиме метал, залежить від вихідної сировини феросплаву, механізму введення його в сталь та способу виплавки. Широке використання феросплавів у металургії пояснюється їх вигіднішими характеристиками проти чистими металами.
Метал при використанні феросплавів плавиться за нижчих температур і в ньому зберігається провідний елемент. Під час плавлення металу з феросплавами потрібно нижчий температурний режим, ніж при плавленні металу в чистому вигляді. А це означає, що при використанні феросплавів потрібні набагато менші енергетичні витрати – робота з металом стає економічнішою та вигіднішою.
1 Технологія виробництва ферохрому
Феросплави отримують відновленням оксидів відповідних металів. Для отримання будь-якого сплаву необхідно вибрати відповідний відновник і створити умови, що забезпечують високе вилучення цінного (провідного) елемента з сировини, що переробляється. Відновником може служити елемент, що має більш високу хімічну спорідненість до кисню, ніж елемент, який необхідно відновити з оксиду. Інакше кажучи, відновником може бути елемент, що утворює хімічно міцніший оксид, ніжелемент, що відновлюється. Відновлювальні процеси полегшуються, якщо вони відбуваються у присутності заліза чи його оксидів. Розчиняючи відновлений елемент або утворюючи з ним хімічну сполуку, залізо зменшує його активність, виводить його із зони реакції, перешкоджає зворотній реакції - окисленню.
З усіх легуючих елементів у сталях найбільше застосування знаходить хром. Для виплавки вуглецевого ферохрому застосовують хромові руди переважно Донського родовища, що у Казахстані.
Виробництво ферохрому можна розділити на три види:
-ферохром низьковуглецевий, що містить вуглець до 0,5%;
-ферохром середньовуглецевий, що містить вуглець від 0,5 до 4,0%;
-ферохром високовуглецевий, що містить вуглець від 4,0 до 9,0%
Технологічний процес виплавки ферохрому низьковуглецевого складається з відновлення оксидів хрому та заліза хромової руди кремнієм феросилікохрому за реакціями:
Процес флюсовий. Шихта, що застосовується для виплавки низьковуглецевого ферохрому: хромова руда, вапно, феросилікохром. Феросілікохром дробиться, руда та вапно подаються без підготовки. Шихта подається в пічні бункери, звідки по труботечках надходить у печі. Після проплавлення шихти з печі випускають шлак та метал. Розливання металу проводиться в чавунні виливниці. Шлак у ківшах вивозиться до цеху сепарації шлаків.
Виробництво високовуглецевого ферохрому. При виплавці вуглецевого ферохрому відбувається відновлення заліза та хрому з оксидів у руді вуглецем відновників за реакціями:
Виплавка вуглецевого ферохрому є шлаковим процесом. Склад шихти при виплавці високовуглецевого ферохрому: хромова руда, відновник (кокс, кам'яне вугілля), кварцит.
Температурнийрежим виплавки високовуглецевого ферохрому визначається температурою плавлення шлаку, так як прогріти сплав, збільшуючи витримку його в печі, в умовах плавлення під закритим колошником неможливо. Температура плавлення високовуглецевого ферохрому, що містить 65-70% Сr і 6-8%, становить 1550 ºС, тому шлак повинен мати температуру плавлення близько 1650 ºС.
Склад шлаку підбирають, використовуючи різні руди; як флюс використовують кварцит, шлак від виробництва феросилікохрому, рідше - боксити, бій катодних блоків алюмінієвих електролізерів. Кратність шлаків становить 0,8–1,3, частка шлакоутворювальних оксидів із хромових руд сягає 90 %.
Як відновник при плавці використовують кокс, напівкокс, газове вугілля. Доцільно вводити шихту відходи графітизації електродних заводів, що містять значну кількість карбіду кремнію.
Для виробництва високовуглецевого ферохрому використовують шматкові руди, для передільного - суміш шматкових і порошкових руд. При виробництві чардж-хром використовують низькосортну хромову сировину. Іноді в шихті використовують багатий (27%-32% Сr2O3) шлак, який отримується при безфлюсовому виробництві середньовуглецевого ферохрому, або конвертерний шлак.
Необхідна ретельна підготовка шихти до плавки. Закриті печі повинні працювати на усереднених за гранулометричним та хімічним складом хромових рудах та на коксиці з постійною вологістю (4 %-6 %). Кількість шматкової або окускованої хромової сировини має бути більше 80%. При більшій кількості дрібниці порушується газопроникність шихти та засмучується хід плавки.
Останнім часом у зв'язку із виснаженням запасів багатих шматкових хромових руд та збільшенням потужності печей набуло важливого значення окускування рудноїдрібниці, попереднє відновлення та нагрівання шихти. При збагаченні бідних хромових руд часто одержують вельми дрібний концентрат, який перед плавкою обкусують за допомогою агломерації, брикетування або окочування.
Виплавку високовуглецевого ферохрому ведуть у відкритих та закритих печах потужністю до 115 МВА. Печі футерують магнезіальною цеглою, так як використання вуглецевих блоків призвело б до надмірного вуглеродження сплаву. Витрата електроенергії на проплавлення 1 т. рудної частини шихти становить 5950 МДж (1650 кВт · год).
При вмісті вуглецю в сплаві вище 7,5% одержувані зливки дуже пористі, легко кришаться. Це ускладнює їхнє транспортування і призводить до зростання втрат хрому при легуванні. Пористість злитків зменшується при зниженні частки вуглецю в ферохромі, що розливається.
Для повнішого перебігу процесу відновлення розплав переливають кілька разів з ковша в ківш. Вловлений пил використовується при отриманні рудовапняного розплаву. При отриманні ферохрому змішанням розплавів створюються більш сприятливі умови для видалення вуглецю, що вноситься рідким феросилікохромом, ніж при звичайному силікотермічному процесі печі, завдяки більш високій температурі процесу і більшої активності кисню внаслідок нижчої концентрації кремнезему в розплаві.