5.3.5 Производство ферросплавов
Ферросплавы – это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и легирования.
Исходным сырьем для получения ферросплавов служат руда или концентраты, получаемые обогащением руд с малым содержанием в них полезных элементов.
Ферросплавы получают восстановлением окислов соответствующих металлов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстановитель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья.
Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким химическим сродством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстановить из окисла. Восстановительные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое соединение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции – окислению. В ряде случаев температура плавления сплава с железом ниже температуры плавления восстанавливаемого элемента, следовательно, реакция может протекать при более низкой температуре.
В зависимости от вида применяемого восстановителя различают три основных способа получения ферросплавов: углевосстановительный, силикотермический и алюмотермический. Наиболее дешевым является углерод, поэтому его используют широко. Реакции восстановления металлов из их оксидов углеродом эндотермичные, поэтому углевосстановительный процесс требует подвода тепла – обычно это тепло, выделяемое электрическими дугами ферросплавной печи. Выплавку ферросплавов углевосстановительным процессом осуществляют в восстановительных (рудовосстановительных) ферросплавных печах, работающих непрерывным процессом, т.е. с непрерывной загрузкой шихты в печь и периодическим выпуском продуктов плавки.
Силикотермическим и алюмотермическим способами получают ферросплавы с пониженным или очень низким содержанием углерода, который при легировании является нежелательным для некоторых марок сталей. Эти сплавы выполняют в рафинировочных ферросплавных печах, работающих по периодической схеме с выпуском металла и шлака из печи по окончании плавки.
При производстве ферросилиция рудной составляющей шихты являются кварциты, содержащие не менее 95% SiО2 и возможно меньше примесей (глинозема).
Для получения заданного содержания кремния в сплаве (45, 75, 90% Si) в шихту вводят рассчитанное количество железа в виде измельченной стружки углеродистой стали.
В качестве восстановителя применяют металлургический коксик кусками размером 10–25 мм (отсев доменного кокса).
Для выплавки ферромарганца используют неофлюсованный и офлюсованный марганцевый агломерат и концентраты марганцевых руд, железорудные окатыши либо железные руды или железную стружку, а иногда известняк. Восстановителем является коксик размером 3–15 мм.
Восстановительные ферросплавные печи (рисунок 5.8) работают непрерывно. В работающей печи электроды погружена в твердую шихту и дуга горит под ее слоем. Шихту пополняют по мере ее проплавления, сплав и шлак выпускают периодически. Печи оснащены мощными трансформаторами мощностью 115 мВ×А.
В поперечном сечении ферросплавные печи круглые. Они оборудованы тремя электродами, для выпуска продуктов плавки (металла и шлака) имеются летки.
1 – футеровка; 2 – жидкий сплав; 3 – гарнисаж; 4 – шихта;
5 – загрузочный (печной) бункер; 6 – электрод; 7 – свод; 8 – летка
Рисунок 5.8 – Схема устройства и работы ферросплавной печи
Материалы, применяемые для футеровки печи, выбирают в зависимости от выплавляемого сплава. Для выплавки углеродных ферросплавов рабочее пространство печи выкладывают из углеродистых блоков, а для ферросплавов с низким содержанием углерода – из магнезитового кирпича.