книги из ГПНТБ / Розенцвейг Я.Д. Краткий справочник ферросплавщика (для рабочих)

пр'и дроблении и нагревании; кварцит, содержащий углерод (типа чугунашского, с 0,5—0,7% С), не пригоден к плавке, так как при нагревании растрескивается и ухудшает газо­ проницаемость шихты.

Перед плавкой кварцит дробят и просеивают. Крупность кварцита должна быть 35—(ISO мм (лучше 35—70 мм).

При наличии глинистых примазок кварцит следует про­ мывать водой.

К в ар ц применяют лишь при производстве кристалли­

ческого кремния. Содержание S i02 в нем должно быть не менее 98,0%, содержание Fe20 3 — не более 0,3%. Кварц не должен иметь включений пирита я примазок толщиной бо­ лее 1 мм.

Кварц отсеивают от 'Мелочи менее .15 мм, а затем дро­ бят до кусков размером не более 50 мм.

Состав кварца и кварцита используемый месторождений приведен в табл. 26.

ВОССТАНОВИТЕЛЬ

В качестве восстановителя при производстве оплавов кремния используются металлургический каменноугольный кокс, нефтяной и пековый коксы, древесный уголь.

Основные требования к восстановителю:

высокая реакционная способность; низкое содержание золы, летучих и влаги; ,механическая прочность; высокое электросопротивление;

ровный и постоянный размер кусков.

Лучшим восстановителем является .малозольный древес­ ный уголь, обладающий высокой реакционной способностью и низкой электропроводностью, однако вследствие дефи­ цитности и высокой стоимоста (20—50 руб/т) его приме­

няют лишь для производства 90%-иого ферросилиция и кристаллического кремния. Весьма чистые по содержанию золы нефтяной и исковый коксы из-за их высокой сто­ имости .применяют только для .выплавки кросталлчотеокого кремния.

Основным восстановителем является коксик-орешек, по­

лучаемый как отсев при производстве металлургического кокса. Содержание фосфора -в -кокетке не должно превы­ шать 0,06%. ’ '

При недостатке коксика попользуют кокс, который под­ вергают дроблению н рассеву.

101

Необходимо отметить, что шубахшююий сожсик имеет

относительно высокое электросопротивление и пониженное содержание фосфо.ра.

Примерный состав различных видов восстановителен приведен в табл.-27. В табл. 28 приведен состав золы кокса и коконка ряда районов страны.

Т а б л и ц а 27

Состав различных видов восстановителя, %

Кокс:

В последнее время проведена работа, показавшая целе­ сообразность замены до 30% восстановителя отходами графитизацми электродного производства или отходами производства 'карбида кремния, что дает значительное сни­ жение расхода электроэнергии и сырых материалов на тон­ ну сплава и повышает производительность печи.

102

Примерный состав отходов, %:

Целесообразно добавлять -в шихту в .качестве восстано­ вителя древесные опилки и стружку. Это снижает электри­ ческую .проводимость шихты, обеспечивая тем самым глу­ бокую посадку электродов, а также улучшает газотроиицаемость колошника.

Ж ЕЛ ЕЗО СО Д ЕРЖ АЩ И Е Д О БАВК И

При выплавке ферросилиция железо вводят в виде стальной стружки (~95% Fe). .Стружка должна быть

мелкой, не содержать ржавчины и примеси стружки цвет­ ных металлов. Не разрешается применять стружку легиро­ ванных сталей и чугуна, так как легированная стружка вносит в сплав хром, никель, марганец и другие элементы, а чугунная стружка —.фосфор.

ПРОИЗВОДСТВО

ФЕРРОСИЛИЦИЯ

.При производстве ферросилиция и кристаллического кремния кремнезем, вводимый в шихту в виде кварца или кварцита, восстанавливается твердым углеродом то суммар­ ной реакции

SiO, + 2C = Si + 2СО.

Эта реакция начинает протекать три температуре 1540° С (1813° К).

Железо способствует осаждению .кремния в печи, выводя его из зоны реакции, и тем самым благоприятствует восста­ новлению кремнезема. В присутствии железа восстановление протекает но реакции

SiOa + 2 C + Fe = FeSi + 2CO.

В присутствии железа температура начала восстановле­ ния кремнезема снижается до 1200° С (1473° К).

Параллельно развивается реакция

S i02 -|-3C = SiC + 2CO.

103

Холодные участки печи при этом быстро зарастают кар­ бидом кремния, особенно при выплавке кристаллического кремния. При 'Выплавке ферросилиция SiC разрушается железом по реакции

SiC -|- Fe = FeSi + С.

Кроме кремнезема, в печи восстанавливаются окислы железа и частично окислы из золы восстановителя и приме­ си из кварцита: А120 3, CaO, MgO и т. п. Поэтому в про­ мышленных сортах ферросилиция имеется некоторая при­ месь этих элементов.

Ферросилиции выплавляют в однофазных и трехфазных электрических печах.

Наибольшее распространение (получили круглые тре_хфазиые электрические печи с набивными электродами мощ­ ностью обычно более 7000 ква. Следует отметить, что мощ­

ность этих печен все .время растет и в настоящее время

В настоящее время для производства ферросилиция строятся печи с вращающейся ванной, а также закрытые печи.

Электрический режим ,при выплавке ферросилиция обыч­ но характеризуется .напряжением на низкой стороне 130— 190 в при силе тока 35—60 тыс. а.

(Подготовленную шихту заваливают в печь с помощью завалочных машин системы Плюйко непрерывно небольши­ ми порциями, .в первую очередь в места ее оседания, т. е. в наиболее горячие места. Так как при выплавке ферро­ силиция большая часть энергии выделяется в электрических дугах « местах контакта электрод — шихта, вокруг электро­ дов образуется .наиболее горячая зона— реакционный «ти­ гель», в котором главным образом и происходит процесс плавления. Взамен израсходованных в тигле материалов сверху под действием силы тяжести опускаются новые пор­ ции шихты. Быстрый сход шихты способствует '.поддержа­ нию столба материалов у электродов в рыхлом состоянии. Здесь больше всего образуется газов и наиболее сильно нагревается шихта.

По .мере удаления от электродов уменьшается темпера­ тура, увеличивается плотность .материалов, уменьшается

104

газошыделение. У сети печи шихта настолько слабо про­ гревается, что 1плавлетия не происходит и образуется плот­

ный спекшийся слон (гаршиосаж).

Газы, образующиеся в зоне дуг, проходя через шихту, нагревают ее. Если в верхних слоях шихты имеются легковосстановимые окислы, они . (восстанавливаются окисью углерода. Кроме того, .прохождение горячего газа через более холодную шихту приводит к конденсации паров крем­ ния и моноокиси кремния. Чем больше площадь, по которой проходят газы, тем меньше их скорость, большее колзиество паров конденсируется, а следовательно, меньше потери кремния.

Вокруг каждого электрода поддерживают неболь­ шой конус шихты; это увеличивает сопротивление выходу газов непосредственно у электродов и способствует выходу их по всей площади колошника.

Если столб рыхлых материалов вокруг электродоз су­ жается, ухудшается подогрев шихты и увеличиваются по­ тери от испарения; выход газов затруднен, давление в печи повышается и появляются «свищи», уносящие с собой боль­ шое количество паров кремния и моноокиси кремния.

При выплавке 7-5%-ио.го ферросилиция необходимо пе­ риодически производить «прошивку» шихты деревянным шестом для предотвращения спекания колошника и появ­ ления свищей.

При выплавке 45%-ного ферросилиция прошивка почти не требуется. Если образуются спекшиеся участки, .их «рас­ шивают» скребками, корки срывают и сдвигают к центру колошника, а на обнажившиеся места дают коксик с желез­ ной стружкой (если позволяет содержание кремния в сплаве).

Технико-экономические показатели процесса выплавки ферросилиция значительно улучшаются при работе на пе­ чах с вращающейся ванной — повышается производитель­ ность, снижается расход электроэнергии и сырых мате­ риалов.

Печь с аращающейся ванной значительно легче пере­ носит технологические осложнения.

Оптимальным является вращение ванны в секторе ПО— 120° со скоростью 1 оборот за 60—70 ч.

Технология выплавки ферросилиция в печи с вращаю­ щейся ванной имеет некоторые характерные особенности.

Ход печи спокойный и ровный, что облегчает условия груда; не нужна прошивка колошника жердями и желез­ ными прутьями, так как шихта на колошнике практически не спекается.

105

Тигли вокруг электродов расширяются, лазы равномерно выделяются по Bceii 'Поверхности колошника, пет потерь кремния в свищах и улучшаются условия восстановления кремния.

Посадка электродов спокойная, глубокая; средняя глу­ бина погружения электродов в шихту ~ 1200 мм.

Легка работает хорошо, легко разделывается. Электрическая печь при выплавке ферросилиция рабо­

тает непрерывно, а сплав выпускают периодически, по .мере его 'накопления. Обычно за смену делают четыре-шесть выпускав в зависимости от мощности печи н марки ферро­ силиция; при слишком частых выпусках теряется много тепла с газами через летку, а также возрастают потери металла (при выпуске и разделке). Однако, если выпуски производить очень редко, в печи накапливаются большие количества металле и нарушается нормальный ход печи — электроды поднимаются, увеличиваются потери тепла и улет кремния через колошник. Выпуски производят через опре­ деленные промежутки времени, строго по графику. В нор­ мальном состоянии летка легко разделывается железным ломиком; если это не удается, очко прожигают электродам аппарата для прожигания леток. Летка должна быть широ­ ко открыта, чтобы обеспечивался полный выход шлака из печи, так как скопление в ,печн шлака нарушает нормаль­ ный ход печи, вызывает расстройство работы летки. Выпуск продолжается 15—25 мин, до появления из летки языков

пламени.

'Необходимо обращать .внимание на тщательность заделки очка летки, очистки его от шлака и сплава. Летку заделывают возможно глубже пробкой из электродной массы или из смеси огнеупорной глины и мелкой электрод­ ной массы. В начале смены желоб заправляют разогретой электродной массой и песком.

Сплав выпускают в ковши, футерованные шамотом, и затем разливают в чугунные Изложницы на слитки толщи­ ной менее 100 льн, что способствует получению однородного металла. Если сплав необходимо получить в измельченном виде, его гранулируют водой .на специальной установке. Для предотвращения разрушения изложницы под струю .подкла­ дывают куски .сплава от предыдущей плавки.

В последнее время разливку ферросилиция производят на разливочных машинах конвейерного типа с чугунными мульдами.

При разливке сплава в. чугунные изложницы или на разливочной .машине получ'аетоя чистый слиток, не нуждаю­ щийся в обработке (кроме разбивки).

106

Т а б л и ц а 29

Нарушения нормального хода процесса при выплавке ферросилиция

КОНТРОЛЬ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ СПЛАВОВ КРЕМНИЯ

При производстве кремнистых сплавов следует особое внимание обращать на крупность кварцита и кварца, от­ сутствие в них глинистых примазок, крупность и влажность восстановителя.

•Качество шихтовых материалов должны (проверять не только работники ОТ,К, но и весь коллектив, обслуживаю­ щий печь.

Ход технологического процесса контролируется почасо­ вым графиком расхода колош и съем,а электроэнергии. За­ грузка шихты в печь должна быть строго равномерной в течение всей смены. Отклонение от этого правила приво­ дит к расстройству хода печи; если равномерная загрузка оказывается невозможной, то это свидетельствует о нару­ шении нормального хода течи.

Ход плавки контролируют также по (показаниям элек­ троизмерительных приборов, (по внешнему виду колошника, состоянию летки и по количеству, лиду и составу шлака.

Бригадир печи и м;астер должны периодически прове­ рять порядок взвешивания шихты.

■Пробу кремнистых сплавов па экспресс-анализ отбирают из струи — в начале, середине и в конце выпуска. По результатам определения содержания кремния корректи­

108

руют навеску стружки и судят о ходе технологического процесса.

Для маркировочного анализа сплава пробы отбирают от слитка либо используют среднюю пробу из ковша (при разливке сплаве).

УПРОЩЕННЫЙ р а с ч е т ш и х т ы

ДЛЯ ВЫПЛАВКИ 45%-НОГО ФЕРРОСИЛИЦИЯ

Принимаем распределение восстановленных элементов, %:

SiOo + 2С = Si + 2СО;

Fc20 3 + ЗС = 2Fe -f ЗСО;

А12Оа -Ъ ЗС = 2А1 + ЗСО;

СаО + С = Са + СО.

109

Окислы золы кокенка восстанавливаются в печи; на это рас­

Для связывания 5,34 кг кислорода необходимо углерода

16

В 100 кг кокенка содержится 84 кг углерода; из них на вос­ становление окислов золы (Гудет израсходовано 4,00 кг, на вос­ становление окислов кварцита 84—4,00 •*» 80,00 кг. или 80,0% ве­ са кокенка*

110