7.7. Кислородно-конвертерный и силикотермический способы получения среднеуглеродистого феррохрома

Химический состав среднеуглеродистого феррохрома по ГОСТ 4757-79 приведен в табл. 7.18. В зависимости от марки сплава содержание углерода составляет от 1,0 до 4%. Концентрация других примесей должна составлять: 2,0% Si; 0,03 P и 0,04 S. По новому стандарту (табл. 7.19) (ISO 5448-81) содержание хрома в среднеуглеродистом феррохроме может изменяться в диапазоне от 45% до 75% включительно при минимальном нижнем содержании углерода (0,5%) и кремния (1,5%). Феррохром такого состава можно получить силикотермическим или кислородно-конвертерным методами. Более ранним является бесфлюсовый силикотермический способ, предусматривающий восстановление хрома и железа хромитовой руды кремнием ферросиликохрома:

FeO∙Cr₂O₃ + [Si-Cr-C_x]  [Fe-Cr-C_x] + SiO₂.

Таблица 7.18. Химический состав, %, среднеуглеродистого феррохрома (ГОСТ 4757-79)

Марка	С	Р	Марка	С	Р
	не более			не более
ФХ100А	1	0,03	ФХ200Б	2	0,05
ФХ100Б	1	0,05	ФХ400А	4	0,03
ФХ200А	2	0,03	ФХ400Б	4	0,05

Примечание: Для всех марок 65% Cr, 2%Si, 0,04% S.

В настоящее время применяют флюсовый метод. На 1 т среднеуглеродистого феррохрома расходуется 1413 кг хромовой (50% Cr₂О₃) руды; 519 кг 48%-ного ферросиликохрома; 100 кг металла от сепарации шлака; 1241 кг извести; 14 кг электродной массы при расходе электроэнергии 2129 кВт∙ч/т. Извлечение хрома составляет 76–80%.

Таблица 7.19. Химический состав, %, среднеуглеродистого феррохрома с повышенным (FeCr…C10) и пониженным (FeCr…C10LP) содержанием фосфора (ГОСТ 4757-91, ISO 5448-81)

Обозначение	Cr	C	Si	P	S
FeCr…C10(LP)	В диапазоне от 45,0 до 75,0 включительно	0,5–1,0	1,5	0,05 (0,03)	0,05 (0,03
FeCr…C20(LP)	Выбирается один из установленных стандартов	1,0–2,0
FeCr…C40(LP)		2,0–4,0

Кислородно-конвертерный способ. Этот способ основан на процессе окисления углерода углеродистого феррохрома газообразным кислородом. Химизм процесса можно представить приведенными ниже реакциями:

Cr₇C₃ + O₂ = Cr₂O₃ + CO;

∆G= –292600 + 46,1Т, Дж/моль;

Cr₇C₃ + O₂ = Cr + CO;

∆G= –316800 + 162,9Т, Дж/моль;

Cr + O₂ = Cr₂O₃;

∆G= –377510 + 85,61Т, Дж/моль.

Анализ уравнений зависимости изменения энергии Гиббса от температуры показывает, что в начальный период продувки феррохрома при сравнительно низких температурах должны получать развитие реакции окисления хрома и карбида хрома (Cr₇C₃) до Cr₂O₃. При уменьшении концентрации углерода с 7–8 до 6–5% и ниже прочность связи атомов углерода с хромом повышается, так как образуются новые группировки, соответствующие карбиду Cr₂₃C₆ (5,8% С). Реакция обезуглероживания расплава феррохрома такого состава в общем виде может быть описана уравнением:

Cr₂₃C₆ + 2Cr₂O₃ = 27Cr + 6CO;

∆G = 1958200 – 973,62Т, Дж/моль.

Теоретическая температура начала окисления углерода карбида Cr₂₃C₆ кислородом Cr₂O₃ выше, чем углерода карбида Cr₇C₃, что требует и более высокой температуры процесса. Для расчета равновесных концентраций углерода и хрома при рафинировании феррохрома от углерода с участием шлака, насыщенного оксидами хрома, по реакции 1/4Cr₃О₄ + [C] = 3/4[Cr] + CO_г рекомендовано уравнение (для р_СО = 0,1 МПа, 1873–2073 K):

lg[%Cr]/[%C] = –10850/T + 7,12.

Расчеты по приведенному уравнению показывают, что для феррохрома 70% Cr–Fe–C_x при 1873, 1973 и 2073 K равновесное содержание углерода составит 3,1; 1,7 и 0,92%.

Конвертеры с верхней подачей кислорода для рафинирования феррохрома вместимостью до 10–15 т были внедрены на Актюбинском заводе ферросплавов (ныне ОАО «Казхром».

Освоена технология производства феррохрома в 15-тонном конвертере с верхней подачей кислорода через водоохлаждаемую фурму (рис. 7.19). В конвертер через горловину заливают 7–11 т передельного углеродистого феррохрома, получаемого в этом же цехе в ферросплавной печи. Передельный жидкий сплав для продувки в конвертере (марки ФХП) содержит 60% Cr; 1,0% Si; 0,05% P; 0,06% S, (содержание углерода не ограничивается).

Рис. 7.19. Конвертер для обезуглероживания феррохрома

На 1 т залитого металла расходуется 80-100 м³ кислорода. После окончания плавки в металл задают 600-800 кг скрапа среднеуглеродистого феррохрома, а перед сливом металла 15–20 кг гранулированного ферросиликохрома марки ФСХ48 для частичного довосстановления и разжижения шлака. Выпуск металла и шлака производится в металлоприемник с последующей разливкой в изложницу. Ниже приведен материальный баланс конвертерной плавки среднеуглеродистого феррохрома, %:

Задано:	Получено:
Передельный феррохром 89,97	Среднеуглеродистый феррохром 62,82
Кислород 10,03	Скрап 2,79
И т о г о: 100,0	Шлак 7,68
	Газы 16,69
	Невязка 3,02
	И т о г о: 100,0

На 1 т готового сплава расходуется 1230–1260 кг углеродистого феррохрома, 5–8 кг алюминия и ~100 м³ кисло-

рода при извлечении хрома 80–81%.