2.4 Технологія виплавки сплаву фх650

Вуглецевий ферохром марки ФХ650 виплавляють в рудо відновлювальних герметичних печах потужністю 10000-16500ква при робочій напрузі 31 В з електродами діаметром 4350мм. В якості футерівки печей використовують магнезитову цеглу.

Здозовану шихту завалюють в піч по мірі її пропалювання, в основному до електродів. Шихта повинна складатися з 850кг хромової руди, 30кг кварциту, 215кг коксика і 150кг матеріалів, що містять залізо. Також до складу шихти входить багатий шлак виробництва середньовуглецевого ферохрому – 150кг. Завантаження в піч здійснюється за допомогою трубо тічок, які транспортують шихту від горловини пічних бункерів (див. рис. 1).

1 – завантажувальна труба; 2 – азбоцементна вставка, що ізолює; 3 – завантажувальна лійка; 4 – електрод

Рисунок 1 – Розташування завантажувальних труб при завантажені шихти.

Бункери кріпляться до металоконструкції цеху на ізолюючих прокладках і тензодатчиках і обладнані затворами з ручним або механічним керуванням. Пройшовши через затвори, шихта попадає в трубо збіги, звідки безпосередньо надходить в піч.

Нормальний хід технологічного процесу характеризується рівномірним проплавленням шихти, стійкою та глибокою посадкою електродів, виділенням по всій поверхні колошника язиків світло-жовтого вогнища і вільним виходом з печі сплаву і шлаку заданого складу.

Для підтримання нормального стану колошника необхідно:

• чітко дотримуватися правил встановленої шихтовки;

• рівномірно завалювати шихту до кожної фази;

• систематично проколювати конуси шихти.

Порушення нормального процесу виплавки найчастіше викликане недостачею або надлишком відновника, а також неправильним складом шлаку. Найбільш характерними ознаками порушення технологічного процесу є:

• недостача відновника. Електроди сидять глибоко, колір вогнища темно-жовтий, вміст оксиду хрому в шлаку підвищений. Метал низькокремністий, при випуску іскриться;

• надлишок відновника. Висока посадка електродів. Колошник гарячий, горн холодний. Вогнище на колошнику засліплюючи біле,часто прориваються свищі, метал при випуску холодний, сходить не повністю;

• рідкий і холодний шлак при випуску свідчить про надмірну кислотність шлаку. В цьому випадку температура шлаку нижче нормальної, що призводить до «захолодження» печі;кислий шлак руйнує футерівку;

• підвищена температура сплаву на випуску, тугоплавкі, в’язкі шлаки з великою кількістю корольків сплаву погано виходять з печі; утворення шлакових настилів навколо електродів і виділення білого диму свідчить про недостатню кислотність шлаку;

• тугоплавкі і в’язкі шлаки з низьким вмістом SiO₂ і низький вміст вуглецю в сплаві, висока посадка електродів (чути роботу дуг) і свищі вказують на недостачу кварцита і коксика в шихті;

• недостача коксика при надлишку кварцита призводить до холодних та в’язких шлаків, які містять багато SiO₂, Cr₂O₃ і FeO. Посадка електродів низька. Вміст вуглецю в сплаві підвищується, а кремнію знижується;

• надлишок коксика при недостачі кварцита тягне за собою високу посадку електродів, утворення великої кількості свищів, що погіршує обслуговування колошника. Шлаки гарячі, з низьким вмістом оксида хрому, але в’язкі і не завжди виходять з печі;

• сильне шлакування навколо електродів, нестійка їх посадка, холодний сплав і пінисті шлаки вказують на надлишок глинозему в шихті.

Сплав і шлак випускають через одну льотку одночасно три-чотири рази за зміну в ковш, футерований шамотною цеглою і обмазаний вогнетривкою обмазкою. Апарат для пропалювання льотки показаний на рис. 2. Шлак з ковша зливають у каскадно встановлені чавунні шлаковні.

1 – шини; 2 – гнучкий кабель; 3 – кронштейн; 4 – піч; 5 – льотка; 6 – електрод; 7 – електродотримач; 8 – підвіска; 9 – діелектрична муфта; 10 – противага; 11 – рукоятка; 12 – штурвал; 13 – шунт

Рисунок 2 – Апарат для пропалювання льотки

По завершенню випуску льотку закривають вогнетривкою глиною як можна глибше, так як близько закрита льотка може викликати розігрів прилягаючого гарнісажу, що призводить до прогару футерівки в районі льотки.

Випущений в ковш вуглецевий ферохром піддають грануляції. Возик з ковшем видають в розливний проліт. Ковш знімають з возика, підвозять до жолобу грануляційної установки, нахиляють або відкривають отвір в нижній частині ковша. Струя металу, що стікає розсікається потужною струєю води і гранули потрапляють басейн з проточною водою. Вода для грануляції подається з водопроводу 75-мм трубою. Кінець труби (розсікач) сплющений, що забезпечує отримання плоскої струї шириною близько 200мм. В басейн глибиною 7м з поверхнею приблизно 3-2м опускається підвішена на ланцюгах залізна плоска коробка. Дно і стінки коробки забезпечені прорізями для зливу води.

Для регулювання швидкості стікання металу жолоб грнуляціцної установки має вогнетривку прегородку з очком 30-60мм

Тривалість грануляції 3т вуглецевого ферохрому 2-3хв., тобто швидкість грануляції близько 20-25 кг/сек.

Після кожної операції коробку виймають з басейна, пересипають гранульований сплав в банку і після зважування відправляють на склад.

Поруч з басейном встановлюють відстійник, через який проходить вода, що йде з басейну. Вода, як правило, забирає з собою деяку кількість гранулята. Останній осідає на дно відстійника і в кінці зміни вилучається звідти. Метал, який заливався разом зі шлаком в шлаковою чи залишився на дні ковша, також вилучають, дроблять і здають разом з гранулятором.

Процес виплавки вуглецевого ферохрому заснований на відновленні оксидів хрому і заліза, що містяться в хромовій руді, вуглецем. Теоретична температура початку відновлення оксиду хрому вуглецем до карбіду дорівнює 1130С, а до елементарного хрому – 1240С. Тому при відновленні оксиду хрому вуглецем неможливо уникнути навуглецювання сплаву через утворення карбідів. Відновлення оксидів хрому йде за реакціями:

2/3 Cr₂O₃ + 18/7 С = 4/21 Cr₇O₃ + 2СО

2/3 Cr₂O₃ + 2 С = 4/3 Cr + 2 CO

Паралельно відбувається відновлення з руди інших оксидів, поведінка яких суттєво впливає на хід процесу. Відновлення оксидів заліза полегшує процес плавки, так як зменшується температура плавлення сплаву, в системі створюються більш сприятливі енергетичні умови, а зменшення концентрації хрому в сплаві зміщує рівновагу реакції в бік відновлення хрому в підвищує його використання.

При виплавці вуглецевого ферохрому повинне бути забезпечене рафінування сплаву від кремнію і вуглецю в результаті створення над сплавом так званого рудного шару, що мають вигляд суміші шматків, що частково розплавилися, руді з шлаком. Капельки сплаву, проходячи при високій температурі через цей шар, частково рафінують ся від вуглецю і кремнію оксидами руди.

Температура плавлення вуглецевого ферохрому складає 1550С. оптимальний склад шлаку для виплавки ферохрому марки ФХ650 наступний: SiO₂ - 27-33%, MgO - 30-34%, Al₂O₃ - 26-30%, Cr₇O₃  9,0.

Треба пам’ятати, що порушення шлакового режиму може призвести до руйнування гарнісажу і аварійним прогарам печі.

Для того, щоб метал легко видалявся з печі, необхідно перегріти його приблизно на 100С вище температури плавлення. Температура плавлення шлаку повинна бути вищою температури плавлення металу. Тільки в цьому випадку будуть забезпечені нормальна швидкість реакцій відновлення, рідкорухомість виплавляємого метала і шлаку і перегрів металу, необхідний для спливання а процесі випуску і розливання зважених в матеріалі шлакових включень.

Якщо обраний занадто легкоплавкий шлак, то в горні встановиться температура, що дорівнює температурі плавлення шлаку або дещо перевищуюча її. Вона може виявитися нижчою температури плавлення металу, в результаті чого на подині утворюється настил металу. В цьому випадку тепло, яке виділяється струмом, буде витрачатися не на підвищення температури розплаву, а на утворення і плавлення нових порцій шлаку з матеріалів, що завантажуються на колошник. Однак обирати занадто тугоплавкий шлак недоцільно, так як збільшуються витрати тепла на плавлення шлаку, перегрівається метал в горні і збільшується витрата електроенергії.

При виплавці вуглецевого ферохрому марки ФХ650 обирають шлак з температурою плавлення 1650С. при перегріві його на 50-100С над точкою плавлення температура в горні досягає 1750-1800С, що забезпечує здійснення ендотермічної реакції руйнування карбідів хрому.

При розрахунку шихти намагаються забезпечити мінімальну кратність шлаку, так як це дозволяє зменшити витрату хрому в шлаку і питому витрату електроенергії.

Техніко-економічні показники. Витрата шихтових матеріалів та електроенергії на базову тонну вуглецевого ферохрому наступні:

Хромова руда, кг………………..1820

Коксик, кг…………………………..437

Кварцит, кг……………………………7

Електродна маса, кг……………….26

Електроенергія, квт·год……….3500

Вилучення хрому, %.....................91,1

В собівартості вуглецевого ферохрому близько 45% приходиться на долю електроенергії і близько 30% на долю руди, відновника і кварциту.

Для подальшого покращення техніко-економічних показників виробництва запроваджується:

• розсів та усереднення хромових руд;

• окускування (агломерація) горошкуватих руд;

• сушка руди і коксика.