Системи технологій промисловості (стр. 13 )

- углеродистая группа - содержание 6,5-8% С (ФХ650, ФХ800);

- среднеуглеродистая группа - 1-4% С (ФХ100, ФХ250);

- малоуглеродистая группа - 0,1-0,5% С (ФХ010, ФХ025);

- безуглеродистая группа - менее 0,01-0,06% С (ФХ001, ФХ006).

По содержанию фосфора все марки феррохрома разделяются на два класса:

- к классу А относятся марки феррохрома, в которых содержание фосфора менее 0,02-0,04%;

- класс Б охватывает те марки феррохрома, в которых допускаемое содержание фосфора находится в пределах 0,03-0,06%.

Допускаемое содержание кремния в безуглеродистом феррохроме различных марок составляет 0,8-2,0%. Допустимое содержание серы в малоуглеродистом, среднеуглеродистом и углеродистом феррохроме 0,02-0,06%.

Ферросплавная промышленность выпускает также три марки азотированного феррохрома, которые отличаются от обычного безуглеродистого феррохрома высоким содержанием азота (0,9-6%).

2.6.2 Шихтовые материалы для производства феррохрома

Хромсодержащие минералы, входящие в состав хромовых руд, - это хромшпинелиды (Fе, Мg)O(Сr, Аl, Fе)2O3. Химический состав руд колеблется в следующих пределах, масс.%: 53-58 Сr2О3; 13-17 FеО; 13-15 МgО; 9-12 А12О3; 2-4 SiO2; 0,002-0,03 Р; 0,005-0,02 S.

В качестве восстановителя при выплавке углеродистого феррохрома и ферросиликохрома применяют коксик. К восстановителю, применяемому для выплавки углеродистого феррохрома, предъявляют дополнительное требование в отношении содержания серы (S < 0,4-0,5%).

При выплавке передельного феррохрома и ферросиликохрома в шихту вводят кварцит. При выплавке малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома в качестве флюса применяют свежеобожженную известь, содержащую более 90% и менее 0,018%.

2.6.3 Производство углеродистого феррохрома

Углеродистый феррохром производят в электрических печах большой мощности (10-21 MBА) при линейном напряжении 140-190 В. Футеровка печей магнезитовая. Шихта состоит из хромовой руды, коксика и кварцита. Плавка ведется непрерывным процессом. По мере оседания шихты в печь загружают новые порции шихты. Периодически по мере накопления производят выпуск сплава в ковш и разливку его в изложницы.

По мере нагрева шихты начинаются процессы восстановления. Закись железа восстанавливается раньше хрома по реакции

FeOтв + Ств = Feтв + COгаз.

Оксид хрома в зависимости от температуры может восстанавливаться с образованием металлического хрома или карбидов хрома. Восстановление хрома с образованием высшего карбида хрома Сr3С2 (13,3 %С) начинается уже при температуре 1107 °С:

Cr2O3 тв + 3 Ств = 2 Crтв + 3 СО; Тн. в. = 1252 0С;

Cr2O3 тв + 7/2Ств = 1/2 Cr4Ств + 3 СО; Тн. в. = 1177 0С;

Cr2O3 тв + 27/7Ств = 2/7 Cr7С3тв + 3 СО; Тн. в. = 1132 0С;

Cr2O3 тв + 13/3Ств = 2/3 Cr3С2тв + 3 СО; Тн. в. = 1107 0С.

Образующийся вначале сплав содержит 8-10% С; в дальнейшем, при взаимодействии этого сплава с оксидами хрома руды и шлака, содержание углерода в нем снижается.

Шлаки феррохромовой плавки обычно имеют следующий состав, масс.%: 29-34 SiO2; 28-32 Аl2O3; 32-35 МgО; 1-2 FеО; 5-7 Сr2О3.

В шлаке на границе с металлом образуется рудный слой. Трудноплавкие и трудновосстановимые куски руды опускаются в шлак, где они медленно растворяются. Это приводит к повышению концентрации оксида хрома в нижнем слое шлака, что способствует частичному обезуглероживанию феррохрома. Содержание углерода в сплаве при прохождении его через шлак и рудный слой снижается до 5-6%. Рудный слой, таким образом, оказывает положительное действие, способствуя уменьшению содержания углерода в сплаве до значений, допускаемых в углеродистом феррохроме. Поэтому при выплавке углеродистого феррохрома в состав шихты вводят не менее 40-50% кусковой руды, которая образует рудный слой.

Углеродистый феррохром применяют также в ферросплавном производстве для выплавки ферросиликохрома. Этот сорт углеродистого феррохрома называется передельным феррохромом. В передельном феррохроме содержание кремния не ограничивается. Его выплавляют таким же способом, как и товарный углеродистый феррохром, с тем отличием, что в шихту дается больше кварцита и кокса, а полученный сплав содержит больше кремния (6-8%).

Углеродистый феррохром выпускают из печи в ковш периодически через каждые 2-3 ч. Из ковша товарный феррохром разливают в плоские изложницы, а передельный феррохром подвергают гранулированию, так как при выплавке ферросиликохрома целесообразнее применять гранулированный феррохром.

2.6.4 Низкоуглеродистый феррохром. Обезуглероживание феррохрома

Низкоуглеродистый феррохром может быть получен путем обезуглероживания углеродистого феррохрома; обезуглероживание можно осуществлять как в твердом, так и в жидком состоянии.

Обезуглероживание феррохрома в твердом состоянии. При взаимодействии карбидов хрома с оксидом хрома происходит окисление углерода карбида кислородом оксида хрома. В результате образуются более низкоуглеродистые карбиды или металлический хром. Реакции, по которым происходит обезуглероживание феррохрома, следующие:

Cr3С2тв + 5/27 Cr2O3 тв = 13/27 Cr7С3тв + 15/27 СО; Тн. в. = 1387 0С;

Cr7С3тв + 5/14 Cr2O3 тв = 27/14 Cr4Ств + 15/14 СО; Тн. в. = 1638 0С;

Cr4Ств+ 1/3 Cr2O3 тв = 14/3 Crтв + 3 СО; Тн. в. = 1729 0С.

Обезуглероживание феррохрома в твердом состоянии осуществляется в вакуумных печах. Углеродистый феррохром подвергается измельчению и затем окислительному обжигу. Поверхность зерен феррохрома покрывается тонким слоем оксида хрома. В результате окислительного обжига содержание кислорода в феррохроме повышается до 10% и более. Из смеси углеродистого и окисленного феррохрома вместе со связующим материалом изготовляют брикеты, которые обжигают в вакуумной печи. Температура в печи постепенно повышается до 14000С, давление в печи понижается до 0,001 ат. Реакции окисления в твердых фазах происходят медленно, процесс продолжается 25-100 ч. Вначале происходит окисление углерода в высших карбидах (Сr3С2 и Сr7С3), а затем окисление углерода в карбиде Сr4С, в результате чего содержание углерода в феррохроме снижается до 0,01-0,02%.

После окончания процесса печь медленно охлаждают. Полученные таким образом брикеты содержат около 70% Сr и 0,01-0,02% С. Для получения безуглеродистого азотированного феррохрома в камеру печи во время ее охлаждения вводят азот при давлении 1 ат. Содержание азота в феррохроме повышается до 3-8%.

Обезуглероживание феррохрома в жидком состоянии.

Обезуглероживание феррохрома в твердом состоянии является весьма длительным процессом и применяется для получения феррохрома с наиболее низким содержанием углерода. Обезуглероживание феррохрома в жидком состоянии производится в конвертерах путем воздействия на жидкий углеродистый феррохром газообразным кислородом. Образующаяся в конвертере оксидная фаза насыщена Cr2O3; взаимодействие оксида хрома с углеродом приводит к его окислению.

Шлаки, образующиеся на конечной стадии продувки, содержат до 80% оксида хрома; их используют при выплавке углеродистого феррохрома.

Данный способ обезуглероживания феррохрома в конвертере позволяет получать среднеуглеродистый феррохром. Более высокая степень обезуглероживания может быть достигнута при ведении плавки в индукционных печах в условиях вакуума.

2.7 Сплавы марганца

2.7.1 Применение и сортамент сплавов марганца

В общей структуре потребления марганца свыше 90% его используется в черной металлургии при выплавке стали в виде различных марганцевых ферросплавов, а также в виде металлического марганца технической чистоты (96-99% Мn). Средний расход марганца в черной металлургии составляет 7-9 кг на 1 т стали. Наиболее распространенными сплавами марганца являются следующие:

·  Ферромарганец:

- высокоуглеродистый ферромарганец ФМн75 и ФМн78 (цифры в марке указывают процентное содержание марганца) содержит >70% Мn и < 7% С;

- среднеуглеродистый ферромарганец ФМн1,0, ФМн1,5 и ФМн2,0 (цифры в марке указывают процентное содержание углерода) содержит > 85 % Мn и соответственно, < 1,0; 1,5 и 2,0 %С;

- низкоуглеродистый ферромарганец ФМн 0,5 (> 85 %Мn, < 0,5 %С).

·  Силикомарганец марок СМн10, СМн14, СМн17, СМн20 и СМн26 (цифрами указано содержание кремния в процентах), содержание марганца в силикомарганце > 60 %.

·  Металлический марганец - содержит 95,0 – 99,85 % Мn и 0,04-0,20 % С. Содержание фосфора < 0,01 % для Мр00 и Мр0 и 0,07 % для остальных марок;

- электротермический Мр2, Мр1, Мр1С;

- электролитический Мр0, Мр00;

- азотированный металлический марганец, содержащий 2-6% азота.

Ферромарганец применяется для раскисления кипящей и спокойной стали почти всех марок, а также для легирования некоторых марок специальных сталей. При повышенных содержаниях марганца сталь приобретает высокую износоустойчивость, хорошее сопротивление истиранию.

2.7.2 Шихтовые материалы для выплавки ферромарганца и силикомарганца

Украина занимает второе место по запасам марганцевых руд, наиболее богатое месторождение марганцевой руды - Никопольское. Это месторождение содержит как окисленные, так и карбонатные руды.

Окисленные руды подвергаются обогащению, в результате которого получают концентраты с содержанием марганца в пределах 26-50%. Марганец в окисленных рудах находится в виде различных оксидов - Мn3О4, Мn2О3 и МnО2. Карбонатные руды кусковые, более бедные по содержанию марганца; марганец в этих рудах находится в виде МnСО3. Вредной примесью в марганцевых рудах и концентратах является фосфор, так как около 75% Р, содержащегося в руде, переходит в сплав.

В качестве восстановителя при выплавке ферромарганца и силикомарганца применяется кокс-орешек, в качестве флюса - известь или известняк. При недостатке железа в руде в состав шихты вводят железную руду или железную стружку. При выплавке силикомарганца в качестве кремнийсодержащего материала применяют кварциты.

2.7.3 Производство высокоуглеродистого ферромарганца

Высокоуглеродистый ферромарганец выплавляют в дуговых печах мощностью 7,5-16,5 МВА, линейное напряжение 120-160 В; используют печи и большей мощности - до 63 МВА. Футеровка печей угольная. Применяются два метода плавки - флюсовый и бесфлюсовый.

При бесфлюсовом способе плавки в состав шихты входят марганцевая руда, кокс и железная стружка или железная руда. Плавку ведут непрерывным процессом. По мере схода шихты на колошник печи подают новые порции шихты.