марганца, а также передельный силикомарганец с повышенным содержанием кремния и низким содержанием углерода. Далее эти продукты применяют для выплавки металлического марганца. Таким образом осуществляется трёхстадийный прцесс, который сводится к восстановлению марганца из шлака кремнием передельного силикомарганца.
6.5 Производство феррохрома
Выпускаемый отечественной промышленностью феррохром может содержать углерода от 0,02 до 8%. Для выплавки феррохрома используют хромовую руду, содержащую до 62% Cr2O3. в качестве восстановителя применяют коксик. В состав хромовой руды входят оксиды железа, необходимые для внесения в сплав требуемого количества железа.
Восстановление оксидов хрома идёт по реакциям
13 Cr2 O3 +C = 23 Cr +CO
13 Cr2 O3 + 9 7 C = 2 21Cr7 C3 +CO
Входе процесса восстановленное железо растворяет карбид хрома с
образованием сложного карбида (Cr, Fe)7C3. В результате чего равновесие сдвигается в сторону восстановления оксида хрома, температура плавления сплава снижается и облегчается процесс плавки.
Восстановления руды начинается до плавления и заканчивается в горячих зонах печи, где хром восстанавливается из оксида хрома шлака.
Входе восстановления углеродом содержание его в сплаве может возрасти и превышать требуемую норму. Для снижения количества углерода в сплаве проводят частичное обезуглероживание сплава по реакции
13 Cr7 C3 + 13 Cr2 O3 =3Cr + CO
Для этого подбирают руду с тугоплавкой пустой породой, чтобы создать над жидким сплавом так называемый рудный слой, богатый оксидом хрома. При выпуске сплава этот слой не выходит из печи, так как имеет очень большую вязкость.
Плавку ведут непрерывно. Шихта в смешанном виде поступает в печь из бункеров и распределяется равномерно по колошнику. При нормальной работе печи по всей поверхности колошника равномерно выделятся желтое пламя.
Плавка заканчивается выпуском сплава и шлака в ковш, в котором сплав оседает вниз, а шлак переливается через носок ковша в шлаковую чашу.
Состав выплавляемых некоторых марок феррохрома приведены в таблице 3. Таблица 3 – Состав феррохрома
Марка феррохрома |
Содержание, % |
||
|
|
||
Cr |
C |
||
|
|||
|
|
|
|
ФХ 800 |
более 65 |
до 8,0 |
|
|
|
|
|
ФХ 650 |
более 65 |
до 6,5 |
|
|
|
|
|
Для производства и раскисления сталей требуются сплавы феррохрома с более низким содержанием углерода (от 1,0 до 0,01%С). Для производства таких сплавов применяют специальные способы. Например, смешивание хромоизвесткового расплава с жидким силикохромом. Сущность такого способа состоит в том, что в разных печах выплавляют:
-рудно-известковый сплав, содержащий 28 – 32% Cr2O3, 40 – 45% CaO,
около 10% Fe2O3;
-силикохром, содержащий около 50% Si, около 30% Cr.
Рудно-известковый расплав вливают в ковш, куда затем с определённой скоростью вливают силикохром. Соотношение между количествами расплава и силикохрома выбирают такое, чтобы восстановить кремнием силикохрома весь хром и железо рудно-известкового расплава. Таки способом получают феррохром, содержащий от 0,01 до 0,5% С.
6.6 Производство ферротитана
Основное количество ферротитана используют при производстве нержавеющей стали и при выплавке некоторых конструкционных сталей.
Ферротитан получают алюминотермическим способом, при котором выделяется большое количество тепла, достаточного для образования жидких металла и шлака. Поэтому пользуются внепечным методом получения ферротитана.
Исходным материалом является шихта, состоящая из:
-ильменитового концентрата, содержащего 40 – 42% TiO2 и 50 – 55% (FeO + Fe2O3), полученного методом магнитной сепарации титаномагнетитовой руды;
-железной руды с высоким содержанием оксидов железа и малым содержанием кремнезёма;
-алюминия, используемого в качестве восстановителя и в виде порошка;
-извести, содержащей не менее 90% CaO.
Плавильный агрегат представляет собой оборудованную вентиляционной установкой плавильную камеру, в которую вкатывают тележку с поддоном. На поддон устанавливают чугунную разъёмную шахту. На дно шахты насыпают часть шихты и зажигают её запальной смесью, состоящей из магниевой стружки и селитры. Смесь воспламеняют электрической искрой. От тепла сгорающей запальной смеси начинается экзотермический процесс восстановления. В шахту равномерно при помощи лотка или шнека подаётся остальная часть шихты.
Восстановление титана и железа из их оксидов идет по реакциям
TiO2 + 43 Al = Ti + 23 Al2 O3
2FeO + 43 Al = 2Fe + 23 Al2 O3
23 Fe2 O3 + 43 Al = 43 Fe + 23 Al2 O3
Если шихта хорошо измельчена и тщательно перемешана, то процесс протекает с большой скоростью. Образующийся шлак достаточно
жидкоподвижен и корольки восстановленного сплава проходят через слой шлака и собираются в блок на дне шахты.
Шлак внепечной плавки ферротитана очень тугоплавкий, так как содержит большое количество Al2 O3 . По окончанию плавки на поверхность шлака
помещают термитную осадочную смесь из железной руды, алюминиевого порошка, ферросилиция и извести. Под действием тепла, выделяющегося при взаимодействии оксидов руды и восстановителей, шлак разжижается. Запутавшиеся в шлаке корольки ферротитана получают возможность осесть на дно.
После затвердевания блок шлака снимают, блок металла охлаждают, дробят на куски и упаковывают в железные ёмкости.
Выплавленный ферротитан содержит 23 – 30%Ti, 6 – 8%Al, 4 – 6%Si, до 0,2%С, до 4%Cu. Медь, алюминий и кремний являются нежелательными, но неизбежными примесями.
7 Перспективы развития производства чёрных металлов
7.1 Перспективы развития доменного производства
Одной из важных проблем современной металлургии является перспектива развития доменного производства, и быстро развивающихся в последние годы способов внедоменного получения железа и стали. Важно определить направление дальнейшего развития производства чугуна и стали. Или продолжать строительство доменных печей, совершенствуя их конструкцию и технологию доменного производства, или отдать предпочтение технически более совершенным устройствам внедоменного получения железа. Для этого необходимо рассмотреть современное состояние доменного производства и способов прямого получения железа.
Внастоящее время распространены доменные печи с полезным объёмом около 2000 м. Наиболее крупной доменной печью является печь полезным объёмом 5580 м Череповецкого металлургического комбината. С увеличением объёма возрастает экономичность и производительность печи. В крупных печах не образуется неподвижный осевой столб шихтовых материалов, неподдающихся обработке печными газами, так как возрастает мощность воздуходувных машин и увеличивается склонность к образованию устойчивого осевого потока газов.
Это создаёт реальные возможности для дальнейшего увеличения объёма доменных печей. Кроме того, для строительства печей большого полезного объёма требуются меньшие земельные участки, чем для нескольких малых печей одинакового суммарного объёма. Уменьшается длинна газопроводов, кабелей, бункерных эстакад, число воздухонагревателей, пылеуловителей, скиповых подъемников или конвейерных загрузок. Все это позволяет снизить капитальные затраты на строительство доменных цехов.
Внастоящее время в некоторых индустриальных зарубежных странах начато проектирование печей полезным объёмом 10000 – 12000 м3, производительностью около 30000 т чугуна в сутки.
Важнейшими показателями работы доменных печей являются среднесуточная производительность и расход кокса на единицу выплавляемого чугуна.
Максимальная производительность доменных печей с применением приёмов интенсификации процесса плавки составляет 12000 т/сутки, а удельный расход кокса на лучших печах в настоящее время составляет 0,4 т/т чугуна.
Для сравнительной оценки производительности доменных печей пользуются коэффициентом использования полезного объёма печи (КИПО), представляющим собой отношение величины полезного объёма печи к её среднесуточной производительности. В настоящее время рекордный коэффициент использования
полезного объёма составляет 0,35 м3 т / сутки .
Основными способами, позволяющими интенсифицировать процесс доменной плавки, являются:
- повышение давления газа на колошнике;
-обогащение дутья кислородом;
-вдувание в горн природного газа и угольной пыли;
-плавка на металлизированной шихте.
Повышение давления газов на колошнике ведёт к увеличению давления их во всём объёме доменной печи. Объём газов уменьшается, понижается скорость движения газов. Это приводит к увеличению времени пребывания их в печи, уменьшению потерь напора при прохождении через столб шихтовых материалов, лучшему использованию тепловой и химической энергии газов. В результате создаются условия для лучшего распределения газового потока по сечению и плавного схода шихтовых материалов по высоте печи.
Обогащение дутья кислородом вызывает ряд существенных изменений в тепловых и физико-химических процессах протекающих в доменной печи, приводит к повышению температуры газов и сосредоточению тепла преимущественно в горне печи. Основным результатом использования обогащённого кислородом дутья является форсирование плавки, обусловленное увеличением скорости горения углерода у фурм и уменьшением потери напора в печи, что приводит к росту производительности доменной печи.
Однако с увеличением содержания кислорода в дутьё возрастает вероятность нарушения ровного хода печи (подвисание, осадки, тугой ход). Это объясняется перераспределением температур по высоте печи.
Вдувание в горн природного газа и угольной пыли связана со стремлением снизить расход кокса и повысить роль водорода как восстановителя.
Улучшение технико-экономических показателей плавки при вдувании природного газа связано главным образом с улучшением условий восстановления в доменной печи. Выходящий из горна газ содержит повышенное количество водорода, который является активным восстановителем оксидов железа. Повышение количества водорода связано с регенерацией его и повторным взаимодействием с оксидами железа.
При вдувании угольной пыли основным эффектом воздействия измельчённого угля на процесс плавки является непосредственная замена углерода кокса углеродом угля. В связи с дефицитностью коксующихся каменных углей для этого могут быть использованы некоксующиеся угли с пониженным содержанием серы и золы.
Доменная плавка на металлизированной шихте в последние годы вызывает всё больший интерес. При этой плавке в процессе окускования шихты в виде окатышей или агломерата или на отдельной стадии после окускования материал подвергается восстановительной обработке с использованием недефицитного восстановителя. Частично восстановленную шихту направляют в доменную печь. При этом уменьшается расход кокса и повышается производительность печи. Главное преимущество плавки на металлизированной шихте заключается в снижении затрат на производство дорогого и дефицитного кокса. Переход на предварительно металлизированную шихту позволяет отказаться от вдувания природного газа в доменную печь и снизить удельный расход кокса до 0,3 т/т чугуна.
Развитие доменного производства в дальнейшем во многом будет зависеть от перехода от работы на коксе к работе на формованном коксе, который может