7.8. Алюминотермический способ получения металлического хрома и феррохрома

Металлический хром, соответствующий химическому составу по ГОСТ 5905-80, получают алюминотермическим методом (табл. 7.20) на Ключевском заводе ферросплавов.

Восстановление хрома алюминием происходит с образованием промежуточного оксида CrO; процесс характеризуется следующими реакциями (298–2700 K):

2Cr₂О₃ + Al = 4CrO + Al₂O₃;

∆G= -272340 + 11,07Т, Дж/моль;

2CrО + Al = 2Cr + Al₂O₃;

∆G= –403275 + 61,79Т, Дж/моль;

Cr₂О₃ + Al = 4/3Cr + Al₂O₃;

∆G = –359630 + 37,5Т, Дж/моль.

Для выплавки металлического хрома используется оксид хрома с общим содержанием хрома в пересчете на Cr₂O₃>99 (марка ОХМ-0) и 98% (марка ОХМ-1). В качестве восстановителя применяется порошок первичного алюминия.

При внепечной плавке для получения недостающего количества тепла в шихту вводят натриевую селитру, содержащую >99% NaNO₃. В качестве флюса используют известь. Оксид кальция образует с Al₂O₃ соединения с пониженной температурой плавления (рис. 7.20).

Таблица 7.20. Химический состав, %, металлического хрома (ГОСТ 5905-80) различных марок

Элемент	Х99А	Х99Б	Х98,5	Х98	Х97
Cr	99,0	99,0	98,5	98,0	97,0
Si	0,3	0,3	0,4	0,5	0,5
Al	0,2	0,5	0,5	0,7	1,5
Fe	0,6	0,6	0,6	0,8	1,2
C	0,03	0,03	0,03	0,04	0,05
S	0,02	0,02	0,03	0,03	0,04
P	0,02	0,02	0,02	0,03	0,03
Cu	0,01	0,01	0,02	0,04	0,05
As	0,01	0,01	0,01	–	–
Bi	0,0005	0,0005	0,0005	–	–
Sb	0,008	0,008	0,008	–	–
Zn	0,006	0,006	0,01	–	–
Pb	0,0008	0,0008	0,001	–	–
Sn	0,004	0,004	0,004	–	–
Co	0,005	–	–	–	–
N	0,04	0,05	–	–	–

Примечание. Содержание Cr – не менее, для остальных – не более.

Введение СаО в шихту снижает температуру плавления шлака. В окислительных условиях возможно образование хромитохромата кальция 9СаО∙4CrO₃∙Cr₂O₃ (t_пл = 1218^оС). Это облегчает получение хромоизвестковых расплавов перед восстановлением хрома из его оксида алюминием в период предварительного расплавления части оксидов в электропечи при выплавке металлического хрома и низкоуглеродистого феррохрома.

На рис. 7.21 приведена технологическая схема получения металлического хрома, которая включает переработку конечных шлаков на полупродукт для синтетических шлаков или клинкер. Плавку металлического хрома на блок ведут в разъемном чугунном горне с футеровкой в нижней части стен магнезитовым кирпичом и подиной из магнезитового порошка. Горн устанавливается в специальной камере. Плавку проводят с использованием шихты, состоящей из оксида хрома (марки ОХМ-0 и ОХМ-1), алюминиевого порошка и натриевой селитры.

Рис.7.20. Диаграмма равновесного состояния системы СаО–Al₂O₃*

Плавку ведут с нижним запалом, задавая вначале в горн 10–15% всей шихты. Поджигают запальную смесь, состоящую из магниевого порошка или стружки магния и селитры, а затем, после начала восстановления, загружают остальную шихту, равномерно распределяя ее по поверхности расплава, и закрывают горн для уменьшения тепловых потерь. Полученный слиток охлаждают в воде, а затем подвергают дроблению.

Для получения 1 т металлического хрома с 97% Cr расходуется 1650 кг Cr₂O₃, 620 кг алюминиевого порошка и 140 кг натриевой селитры. Извлечение хрома составляет 88%. Металл обычно содержит 98-99,3% Cr; 1,1–0,1% Al; 0,3–0,1% Si; 0,3–0,6% Fe; 0,01-0,02% C; 0,04–0,006% P; <0,02% S;0,03–0,2% N.

_____________________

* Жеребцов Д.А., Арчугов С.А., Михайлов Г.Г. Исследование плавкости системы СаО–Al₂O₃ //Расплавы. 1999. – №2. – С.63–65.

Рис. 7.21. Технологическая схема производства металлического хрома с

довосстановлением шлаков и получением полупродукта или клинкера

высокоглиноземистого цемента:

1 – весы; 2 – смеситель; 3 – пресс брикетировочный; 4 - гранулятор тарельчатый; 5 – печь сушильная; 6 – горн плавильный для выплавки металлического хрома; 7 – изложница для металла и шлака; 8 – горн для восстановления шлака; 9 – шлаковня; 10 – дробилка для шлака; 11 – электропечь для довосстановления шлака; 12 – ковш разливочный

При получении алюминотермического хрома особой чистоты внепечную плавку и разливку хрома ведут в герметичных камерах с созданием в них пониженного давления* (рис. 7.22). Шихту, состоящую из оксида хрома повышенной чистоты по примесным элементам, хромата кальция, хромового ангидрида и алюминиевого порошка (марки А99, ГОСТ 11069-79), окатывают. Затем окатыши прокаливают при 400–500^оС для удаления влаги и окисления примесного углерода. Проплавление шихты ведут в реакционном горне. Хром и шлак выпускают из горна в изложницы, установленные в разливочной камере. Получаемый хром содержит от 0,001 до 0,01% азота и углерода каждого и водорода 1–2 см³/100 г. С использованием при-

____________________

*Дубровин А.С. Металлотермия специальных сплавов. Челябинск, Изд-во НЧУрГУ, 2002. – 254с.

веденных выше компонентов содержание примесных элементов существенно снижается: железа от 0,3 до 0,08%, кремния от 0,16 до 0,03%, при этом уменьшается содержание примесей цветных металлов.

Рис. 7.22. Двухкамерная установка для внепечной выплавки сплавов под разрежением и в нейтральной атмосфере: 1 – плавильная камера;

2 – наклоняющийся плавильный горн; 3 – бункеры для окатышей;

4 - устройство для зажигания шихты; 5 – желоб для выпуска продуктов плавки; 6 – разливочная камера; 7 – поворотный стол; 8 - изложницы

Технология алюминотермического феррохрома. Алюминотермический низкоуглеродистый имеет следующий химсостав, %:

Марка феррохрома	Cr	C	Si	S	P	Al
ФХ003А	75	0,03	0,5	0,015	0,010	0,4
ФХ004А	70	0,04	0,7	0,020	0,018	0,5

В качестве исходных шихтовых материалов используют хромитовый концентрат (58,5% Cr₂O₃; 1,6% SiO₂; 10% Al₂O₃; 14% MgO), порошок первичного алюминия, известь

и небольшое количество селитры. Плавку ведут в наклоняющемся плавильном агрегате. Удельная теплота процесса составляет 3100–3180 кДж/кг, что обеспечивает температуру процесса 2360^оС.

Извлечение хрома при плавке составляет 89%, а сквозное извлечение хрома с учетом потерь при обогащении ~58%. В табл. 7.21 приведены технико-экономические показатели получения алюминотермического феррохрома.

Таблица 7.21. Расходные коэффициенты и производительность электропечного агрегата при выплавке феррохрома алюминотермическим методом по различным вариантам плавки

Показатель	Плавка
	внепеч-ная на блок	электропечная на блок	электропечная с выпуском расплава
Расход материалов, т: концентрата алюминия селитры извести электродов
	2,215	1,756	1,640
	0,710	0,466	0,445
	0,411	0,032	0,030
	–	0,466	0,335
	–	0,016	0,014
Расход электроэнергии, кВт∙ч/т	–	1240	1140
Производительность агрегата, %	–	100	125

Шлак содержит 60% Al₂O₃, 2–4% Cr₂O₃, 10–13% CaO, 20–24% MgO, 0,8–1% FeO и 0,8–1,5% SiO₂, его направляют на переработку для получения высокоглиноземистого полупродукта или клинкера высокоглиноземистого цемента по приведенной выше схеме.