Високовуглецевий ферохром
Процес заснований на відновленні оксидів хрому та заліза, що містяться у хромовій руді, вуглецем. Термодинамічні характеристики реакцій відновлення оксиду хрому, залізистої та магнезіальної шпінелів наведені у табл. 64. Температура початку відновлення оксиду хрому вуглецем до карбіду дорівнює 1130 °С, а до елементарного хрому 1240 °С, тому при відновленні оксиду хрому вуглецем неможливо уникнути вуглеродження сплаву внаслідок утворення карбідів. Одночасно відбувається часткове відновлення із руди інших оксидів. Відновлення оксидів заліза полегшує процес плавки, так як знижується температура плавлення сплаву, в системі створюються сприятливіші енергетичні умови, а зменшення концентрації хрому в сплаві зсуває рівновагу реакції у бік відновлення хрому і підвищує його вилучення.
А. Н. Морозов показав, що хром і залізо системи Fe-Cr-O починають відновлюватися зі шпінелів при 1050-1150 ° С одночасно, проте при низьких температурах швидкість відновлення заліза вище, ніж хрому; в результаті утворюються карбід типу (Fe, Cr)3С та металеве залізо. При вищих температурах продуктом реакції є карбід типу (Cr, Fe)7С3. Шпинелі цієї системи відновлюються швидше і повніше, ніж чистий оксид хрому за тієї ж температури. З підвищенням вмісту в хромових рудах магнію збільшується кількість хрому, що відновлюється в області високих температур (1250 ° С і вище). Відновлення хромових руд із крем'янистим та залізистим цементом починається при 900-1100 °С. Нагрів до 1200 ° С призводить до утворення в рудах обох типів металевих частинок на поверхні зразків і в тріщинах, всередині зерен хромшпінелідів вони виявлені після нагрівання до 1300 - 1400 ° С.
При 1700-1800 ° С спостерігаєтьсязниження рівня відновлення руди від поверхні до центру. Швидкість відновлення зменшується внаслідок інтенсивного спікання рудних зерен, що призводить до погіршення умов транспортування газу-відновника обсягом шматка руди. Різке збільшення швидкості відновлення масивних хромових руд спостерігається на початку плавлення зерен хромшпінеліду та утворення рідкого шлаку при 1900-2000°С. Отже, повнота і швидкість відновлення хромових руд визначаються їх хімічним та гранулометричним складом, температурою та тривалістю витримки, текстурою та структурою руд. Відновлення оксидів заліза випереджає відновлення оксидів хрому у всіх інтервалах температур та на всіх типах хромових руд, однак для різних руд у різних та широких межах. У загальному вигляді можна прийняти схему відновлення вуглецем заліза та хрому з хромової руди, запропоновану С. С. Лісняком та Н. Ф. Євсєєвим та показану на рис. 42.
Виплавку високовуглецевого ферохрому ведуть у відкритих та закритих печах потужністю до 115 МВА. Футерування печей магнезіальна (рис. 44). Для виробництва високовуглецевого ферохрому використовують шматкові руди, для передільного - суміш шматкових і порошкових руд. При виробництві чардж-хром використовують низькосортні хромові руди. Іноді в шихті використовують багатий (27-32% Cr2O3) шлак, що отримується при безфлюсовому виробництві середньовуглецевого ферохрому, або конвертерний. У деяких випадках для зниження вмісту сірки у сплаві в шихту вводять марганцеву руду або феромарганець. Останнім часом у зв'язку із збільшенням потужності печей та вичерпанням запасів багатих кускових руд набуло важливого значення окускування рудної дрібниці та попереднє відновлення та нагрівання шихти. При розрахунку шихти приймають використання хрому 92%заліза 95%, надлишок відновника 6-10% для відкритих та 1-2% для закритих печей. Склад калоші шихти наступний: 700 кг хромової руди, 160-170 кг коксика, 20-30 кг шлаку від виробництва феросилікохрому і 50-100 кг оборотних відходів.
Плавку високовуглецевого ферохрому ведуть із гарячим колошником, щоб збільшити уліт сірки. Витрата електроенергії на проплавлення 1 т рудної частини шихти становить 5580-5950 МДж (1550-1650 кВт-год). Нормальний хід технологічного процесу характеризується рівномірним проплавленням шихти, стійкою та глибокою посадкою електродів, виділенням по всій поверхні колошника мов світло-жовтого полум'я та вільним виходом з печі рідкорухомого сплаву та шлаку заданого складу. Найбільш характерними ознаками порушення технологічного процесу є такі.
Порушення шлакового режиму може призвести до руйнування гарнісажу та аварійних прогар печі. Прогар футеровки може також статися в результаті збільшення рідинної сплаву при зниженні в ньому вмісту хрому, вуглецю або його перегріві. Успішно освоюється виробництво високовуглецевого ферохрому у закритих печах. При нормальній роботі печі тиск під склепінням
10 Па та температура газів 100—200 °С. Газ має такий зразковий склад: 70-90% CO, до 8% H2 і до 1,0% O2. Теплота згоряння газу досягає 10000-11000 кДж/м3. Запиленість газу при вході в газоочищення становить
10 г/м 3 в пилу міститься 18-21% Cr2O3. Необхідна ретельна підготовка шихти до плавки. Закриті печі повинні працювати на усереднених по гранулометричному та хімічному складу хромових рудах та на коксиці з постійною вологістю (4—6 %). Кількість кускової або окускованої хромової руди фракції 80-10 мм має бути ≥80%.
При виробництвісплаву в закритих печах необхідно дотримуватися всіх особливостей ведення процесу (певний склад газу, витрата води на газоочищення тощо), характерні для їх експлуатації. Схема виробництва високо- та середньовуглецевого ферохрому з попереднім відновленням хромових руд у твердому стані розроблена фірмою «Шова Денко» (Японія). У випалювальній печі досягається відновлення хрому до 60 % і заліза до 80 % і гарячі котуни задають у закриту рудновосстановительную піч. Процес дозволяє переробляти щодо бідні та порошкоподібні хромові руди, забезпечуючи отримання високих техніко-економічних показників. Так, при виробництві ферохрому з 55-65% Cr, 8% C і 3% Si отримані показники (порівняно зі звичайним процесом на тій же печі з тих же руд), наведені нижче.
Крім того, можливе використання таких котунів для одностадійного виробництва феросилікохрому. При виплавці на заводі в м. Уейбенке (ПАР) у закритих печах чардж-хрому (52-54 або 56-58% Cr; 8% C; 3,0-4,5% Si; ≤0,03% P; ≤ 0,045 % S) використовують хромову руду зі ставленням Cr/Fe = 1,5 : 1 або концентрату з Cr/Fe = 2,2 : 1. У піч задають 50 % шматкової руди та 50 % брикетів. Флюсами є кварцит та доломіт. Вилучення хрому низьке, тому що в відвальних шлаках міститься 12-15% Cr, але в цілому процес економічний через використання дешевої сировини.
Завод у м. Вайсвейлері (ФРН) виробляє високовуглецевий ферохром із попередньо відновлених котунів, причому відзначені такі особливості:
- збільшується електричний опір шихти, полегшується підтримка глибокої посадки електродів, з'являється можливість працювати при вищій напрузі і отже з вищим cos φ;
- зменшується інтенсивність газовиділення,збільшується підзвідне простір, не відбувається зависання шихти;
- збільшується вдвічі продуктивність печі, знижується на 40% витрата електроенергії та підвищується до 95% вилучення хрому.
Відомі методи десульфурації високовуглецевого ферохрому обробкою його карбідом кальцію в індукційній печі, продуванням киснем, обробкою рідкого ферохрому рідкими відвальними шлаками флюсового виробництва рафінованого ферохрому та ін. і ФХ200 або флюсовим методом при високій основності шлаку .
Сплав і шлак випускають через одну льотку одночасно три-чотири рази на зміну, футерований алюмосилікатною цеглою або в сталевий ківш зі шлаковим гарнісажем від попереднього випуску. Шлак із ковша зливають у встановлені каскадно чавунні шлаковні.
Для зменшення втрат сплаву з відвальними шлаками у вигляді металевих корольків використовують шлаковни з похилим днищем і металоприймачем і в ході випуску присаджують в шлак добавки, що розріджують (плавиковий шпат, силікатну брилу). Після закінчення випуску льотку закривають вогнетривкою глиною якомога глибше, тому що неглибоко закрита льотка може викликати розігрів прилеглого гарнісажу і прогар футерування в цьому районі.
Розлив високоуглеродистого ферохрому виробляють через очко в нижній частині ковша або в збірні чавунні виливниці, або у великі виливниці методом «плавка на плавку», або на машинах конвеєрного типу, гранульують передільний сплав. Сплав містить %: Cr~70; C 5-8; Si 1,3-2 (передільний 2,5-5); S 0,03-0,06; Al≤0,4; Ca 0,03-0,06; Ті 0,03; Mn 0,23; Ni 0,35; Cu 0,007; 0,0009; V 0,19; Мо 0,002; РЬ 0,001; Sn 0,001; As 0,0016; Co 0,036; Zn 0,001. Охолоджений сплав дроблять ікласифікують, дрібну фракцію успішно використовують як добавку до електродної маси. Відвальні шлаки мають наступний склад, %: Cr2O3 3-6; CaO 1,3-2,3; MgO 38-41; Al2O3 19-22; SiO2 27-34; FeO 1,0; P 0,002; S 0,15-0,75; кратність шлаку 0,89-1,35. При виплавці високовуглецевого ферохрому має місце наступне розподілення елементів, %:
Нижче наведено тепловий баланс високовуглецевого ферохрому для відкритої (13,5 МВА) та закритої (10,5 МВА) печей, за даними X. Н. Кадарметова.
