Помощничек
Главная | Обратная связь

...

Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

ФЕРРОМАРГАНЦА И ФЕРРОХРОМА



С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ УГЛЕРОДА

Для производства стали необходимы не только углеродистые раскислители и легирующие, но и сплавы с низким содержа­нием углерода. Различают средне- и низкоуглеродистые фер­ромарганец и феррохром, соответственно среднеуглеродистые сплавы содержат- 0,9—2,0 и 0,6-4,0% С, а низкоуглеродис­тые — 0,1—0,5 и 0,01—0,5 % С; выплавляют также металли­ческий марганец (0,06—0,2% С). Эти сплавы производят несколькими способами.

Средне- и низкоуглеродистый ферромарганец получают силикотермическим методом, восстанавливая марганец из руд и марганцевых шлаков кремнием силикомарганца. При выплав­ке среднеуглеродистого ферромарганца шихта состоит из концентрата марганцевых руд, силикомарганца, содержащего более 19% Si и извести; при выплавке низкоуглеродистого ферромарганца— из смеси марганцевого концентрата и мар­ганцевого низкофосфористого шлака, содержащего > 50 % МпО и < 0,02 % Р; силикомарганца, содержащего > 26 % Si и извести. Плавку ведут в рафинировочных ферросплавных пе­чах мощностью 2,5—5 MB • А с магнезитовой футеровкой пе­риодическим процессом, выпуская сплав и шлак после про-плавления загруженной шихты.

Металлический марганец содержит > 96,5—99,95 % Мп. Существуют три способа производства металлического мар­ганца — алюг^инотермический, электротермический и электро­литический. Первый способ в нашей стране не применяют, и основное количество металлического марганца производят электротермическим способом. Этот способ называют трех-стадийным. Первая стадия заключается в выплавке низкофос­фористого маложелезистого марганцевого шлака (50—60% МпО, < 0,02 % Р, < 0,6 % FeO) из марганцевой руды в рафи­нировочной ферросплавной печи. Процесс ведут так, чтобы в проплавляемой руде полностью восстанавливались железо,


фосфор и незначительная часть марганца, в результате чего получается расплав (шлак) с низким содержанием железа и фосфора в нем, что в последующем обеспечит получение ме­таллического марганца с минимальным содержанием этих при­месей. Вторая стадия заключается в выплавке силикомарган-ца (см. выше), содержащего > 26 % Si и < 0,2 % С. Третья стадия — выплавка металлического марганца силикотермичес-ким методом в рафинировочных ферросплавных печах мощ­ностью до 5,5 МБ • А с магнезитовой футеровкой. Процесс периодический, шихтой служат марганцевый низкофосфористый шлак, силикомарганец (~ 25 % Мп) и известь. За время проплавления шихты обеспечивается восстановление марганца кремнием силикомарганца из МпО шлака.

Особо чистый от примесей электролитический марганец получают электролизом сернокислых солей марганца. Для этого марганцевые руды (концентраты) подвергают восстано­вительному обжигу во вращающихся трубчатых печах при 700 °С, переводя высшие оксиды марганца в МпО, хорошо растворимый в серной кислоте. Далее, обрабатывая руду серной кислотой, переводят МпО в раствор (в MnS04). Затем после сложной очистки раствор подвергают электролизу в ваннах из винипласта. В процессе электролиза марганец осаждается на катоде в виде тонкого хрупкого слоя. После снятия с катода чешуйки металлического марганца переплав­ляют в индукционных печах и разливают в чушки.

Средне углеродистый феррохром в основном производят по трем технологическим схемам. Первые две — это силикотер-мические способы, заключающиеся в восстановлении хромовой руды силикохромом или, иными словами, в рафинировании силикохрома от кремния (окислении кремния силикохрома) кислородом оксида Сг2Оэ хромовой руды. Силикохром — это выплавляемый в ферросплавных печах непрерывным процессом сплав, различные марки которого содержат 11—55 % Si, 24—64 % Сг и от 0,01 до 4,5-6,0 % С; содержание углерода тем ниже, чем больше в сплаве кремния.

Оба эти способа выплавки, феррохрома осуществляют в рафинировочных ферросплавных печах с магнезитовой футе­ровкой периодическим процессом. В одном из способов (бес­флюсовом) шихта состоит из хромовой руды и силикохрома, при флюсовом — из хромовой руды, силикохрома, извести и небольшого количества передельного феррохрома. Применяют


силикохром, содержащий 30—50 % Si И менее 1—3 % С. В результате реагирования руды и кремния силикохрома: 2Сг2Оэ + 3Si = 4Cr + 3Si02 получают сплав с содержанием кремния менее 2%, извлечение хрома из руды составляет при флюсовом" методе около 87 %, при бесфлюсовом 60 %.

Третий метод получения среднеуглеродистого феррохрома заключается в обезуглероживании жидкого углеродистого феррохрома, проводимом кислородом в конвертере с боковой подачей дутья или с верхней подачей через водоохлаждаемую фурму.

Низкоуглеродистый феррохром производят несколькими способами. Основное его количество получают си л изо­термическим методом. Выплавку ведут пе­риодическим процессом в печах с магнезитовой футеровкой. Шихтой служат хромовая руда, низкоуглеродистый силикохром с содержанием ~ 50 % Si и известь. В процессе проплавле­ния шихты также, как и при выплавке среднеуглеродистого феррохрома силикотермическим методом, происходит восста­новление Сг2Оэ руды кремнием силикохрома (окисление крем­ния). Известь в образующемся шлаке связывает поступающий из руды оксид SiOj в прочный силикат 2СаО • Si02, благо­даря чему из шлака более полно восстанавливается Сг2Оэ.

Низкоуглеродистый феррохром производят также силико­термическим методом вне печи путем смешения в ковше рудо-известкового расплава с жидким силикохромом. В электро­печи из хромовой руды и извести получают расплав, содер­жащий ~30% Сг203 и 40-45% СаО, его выпускают в ковш, куда сливают жидкий силикохром. При смешивании расплавов протекает восстановление Сг2Оэ кремнием с повышением тем­пературы и окисление углерода. Получаемый феррохром со­держит < 0,04 % С.

Алюминатермический способ получения низкоуглеродистого феррохрома заключается в восстановлении оксида хрома руд­ного концентрата алюминием в электропечи.

Феррохром с очень низким содержанием углерода (< 0,02 %) получают вакуумированием жидкого малоуглеро­дистого феррохрома. В индукционной печи с емкостью тигля ~ 1 т расплавляют кусковой феррохром с содержанием 0,06—0,10 % С, после чего расплав выдерживают в печи в течение 60—80 мин при температуре 1640—1680 °С, при этом протекает обезуглероживание расплава.


 




Вакуумированием тонких (20—40 мм) пластин феррохрома, содержащего 0,06—1,0 % С, в вакуумных печах сопро­тивления при температуре ~ 400 °С получают очень чистый по углероду (< 0,02 % С), кислороду и азоту феррохром.

Относительно дешевый феррохром с содержанием 0,01— 0,03% С получают способом вакуумирования сбрикетирован-ной смеси углеродистого феррохрома и твердых окислителей, в качестве которых используют окисленный феррохром (из­мельченный углеродистый феррохром после окислительного обжига при ~ 1000 °С), оксиды хрома, железную руду и т.п. Брикеты выдерживают в вакуумной печи сопротивления в те­чение 80-100 ч при температуре 1300-1400 °С.

Гл а в а 8. ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОТИТАНА

Ферротитан различных марок в соответствии с отечественны­ми стандартами содержит 20-40% Ti, <0,2% С, 1-12% Si, < 3 % Си, от 6 до 18—25 % Al. Медь, алюминий и кремний — нежелательные, но неизбежные примеси. (Кроме того стан­дартом предусмотрены сплавы, содержащие 65—78% Ti, кото­рые в отличие от остальных получают сплавлением титановых отходов или титановой губки со стальным ломом в индук­ционных печах.)

Ферротитан с 20—40% Ti выплавляют в основном алюмино-термическим процессом, восстанавливая алюминием основные составляющие сплава — титан и железо из оксидов концент­рата титаномагнетитовых руд (ильменитового концентрата).

Восстановление протекает по следующим экзотермическим реакциям:

ТЮ2 + 4/ЗА1 = Ti + 2/3Al202 + 197400 Дж;

2FeO + 4/ЗА1 = 2Fe + 2/ЗА12Оэ + 575400 Дж;

2/3Fe203 + 4/3A1 = 4/3Fe + 2/ЗА12Оэ + 567000 Дж.

Выделяющееся тепло позволяет вести процесс вне печи — в футерованной шахте (горне). При взаимодействии Fe203 и FeO с алюминием на единицу массы шихты выделяется значи­тельно больше тепла, чем для Ti02, а именно 4108кДж/кг для Fe203 и 3289кДж/кг для FeO против 1701 кДж/кг для Ti02. Поэтому добавка оксидов железа к шихте ведет к уве­личению прихода тепла в процессе ее восстановления.


Расчет показывает, что удельная теплота реакций вос­становления оксидов ильменитового концентрата не обеспе­чивает температуры 1900-1950 °С, необходимой для расплав­ления образующихся металла и шлака, осаждения корольков металла и покрытия тепловых потерь. Включение в состав шихты около 8 % железной руды и подогрев всех шихтовых материалов до 200 °С обеспечивают выделение необходимого количества тепла.

Шихта

Шихту составляют из ильменитового концентрата, железной руды, алюминия, извести и ферросилиция. Ильменитовый кон­центрат, содержащий 40-42% TiOz и 50-55% (FeO + Fe203), выделяют из титаномагнетитовой руды методом магнитной се­парации. Для удаления серы концентрат подвергают окисли­тельному обжигу при 1000—1150 °С.

В качестве восстановителя используют алюминий в виде крупки с зернами менее 2 мм. Чаще всего применяют вторич­ный алюминий, более дешевый, но содержащий примеси цвет­ных металлов, которые в основном переходят з сплав.

Железную руду, как отмечалось, добавляют для увеличе­ния прихода тепла. Применяют малофосфористую богатую (97% Fe203) руду с размером частиц <3 мм. Известь применяют свежеобожженную с содержанием СаО > 90 % и крупностью ме­нее 3 мм. Известь добавляют для обеспечения более полного восстановления титана; СаО извести высвобождает Ti02, вы­тесняя его из химических соединений с оксидом А12Оэ, и тем самым облегчает восстановление Ti02. Молотый 75%-ный ферросилиций вводят в шихту в связи с тем, что, образуя с титаном силициды, кремний способствует более полному вос­становлению титана и снижает содержание алюминия в спла­ве. Компоненты шихты дозируют и смешивают перед загрузкой в плавильную шахту. Ильменитовый концентрат на смешение подают непосредственно после обжига с температурой 400— 450°С, что обеспечивает нагрев шихты на 150—250°С. Иногда в шихту вводят отходы титана и его сплавов (стружку, обрезь, куски), которые загружают на дно шахты.

Выплавка сплава

Плавильная шахта (горн) представляет собой разборный ци­линдрический чугунный кожух, футерованный магнезитохро-


 




митовым кирпичом. Дозированную и перемешанную шихту пода­ют в расположенный над шахтой загрузочный (плавильный) бункер, а из него в шахту. На одну плавку расходуют 4—6 т ильменитового концентрата.

На дно шахты из бункера насыпают около ISO кг шихты и зажигают ее запальной смесью, состоящей из магниевой стружки и селитры. Смесь помещают в лунку в центре засы­панного слоя шихты и воспламеняют ее электрической искрой. От тепла сгорающей запальной смеси начинается экзотермический процесс восстановления сначала части ших­ты, находящейся рядом с лункой, а от нее затем зажигается шихта по всей шахте. Из бункера в шахту равномерно посту­пает остальная часть шихты. Проплавление навески, содер­жащей 5 т концентрата, длится 15—18 мин.

В течение этого времени из загружаемой шихты идет вос­становление железа и титана, последний растворяется в же­лезе. Тепло экзотермических реакций восстановления обес­печивает нагрев и плавление сплава и образующегося шлака, температура процесса составляет ~1950°С. Формирующиеся в объеме шахты капли сплава опускаются через слой шлака и накапливаются на дне шахты. Примерный состав шлака, %: ТЮ2 11-14, А12Оэ 70-74, СаО 10-14, MgO 3-4, FeO 0,8-2, Si02 <1.

Шлак, содержащий около 70% А12Оэ, является тугоплав­ким и густым. Поэтому по окончании плавки на поверхность шлака дают термитную осадительную смесь из железной руды, алюминиевого порошка, ферросилиция и извести. Под дейст­вием дополнительного тепла, выделяющегося при взаимодей­ствии оксидов руды и восстановителей, шлак разжижается и запутавшиеся в шлаке корольки ферротитана получают допол­нительную возможность осесть на дно, присоединиться к блоку металла.

После затвердевания блок шлака снимают, блок металла охлаждают в баке с проточной водой и дробят на куски мас­сой до 10 кг.

Во время плавки восстанавливается и переходит в сплав примерно 77 % титана и 99 % железа.

На 1т ферротитана, содержащего 20 % Ti, расходуется 1070 кг концентрата, 100 кг железной руды, 470 кг алюми­ниевого порошка, 20 кг 75 %-ного ферросилиция и 100 кг извести. Извлечение титана составляет 72—75 %.


Иногда плавку ведут с использованием титановых отхо­дов. Их нагревают до 300—400 °С и загружают на дно шахты под запальную смесь. При добавке в шихту титановых отхо­дов содержание титана в получаемом сплаве достигает 35—40%, при этом уменьшается расход алюминия и ильмени­тового концентрата.




©2015 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.