Производство ферросплавов

Легирование и раскисление стали осуществляются сплавами железа с различными металлами, называемыми ферросплавами. Из них наиболее распространенными являются ферросилиций, ферромарганец, феррохром, ферровольфрам, ферромолибден и феррованадий.

Бедные по содержанию легирующих добавок сплавы (бедные ферросилиций, ферромарганец, феррохром) выплавляют в доменных печах, а богатые, тугоплавкие сплавы — в электродуговых печах. Такой способ называется электротермическим. Наряду с ним промышленное значение имеет также металлотермический способ, основанный на реакциях восстановления окислов железа и легирующих компонентов (ванадия, молибдена, вольфрама и др.) алюминием, кремнием, ферросилицием и другими металлами или сплавами.

Ферросплавная промышленность была создана в нашей стране в годы первой пятилетки и способствовала развитию выплавки качественных сталей, необходимых для всех отраслей народного хозяйства страны.

Наиболее широкое распространение для производства ферросплавов получили печи специальной конструкции, называемые ферросплавными.

Чаще всего применяют круглые открытые низкошахтные печи, одно- или трехфазные, с опущенными сверху электродами, погруженными в шихту и жидкий шлак. Подаваемая электроэнергия выделяет тепло частично за счет дуги, образующейся между твердыми частицами шихты, но главным образом за счет тока, проходящего через жидкий шлак, служащий при этом телом сопротивления.

Ферросплавная установка состоит из печной подстанции, сети вторичного напряжения, загрузочных бункеров, электродов и устройств для их подвешивания и перемещения и горна печи, служащего для расплавления шихты.

По мере накопления в горне расплав выпускают через летку.

Мощность ферросплавных печей от 2 до 16 тыс. ква.

Общий вид открытой печи и связанных с ней устройств приведен на рис. 86.

Лещадь и стены печи футеруют чаще всего угольными блоками и иногда магнезитом. Большие печи (мощностью 10—15 мгвт) имеют диаметр ванны около 6 м, глубину 2,5 м, оборудованы тремя электродами диаметром по 1000—1200 мм каждый, расположенными по вершине равностороннего треугольника со стороной 2,5—3 м. Электроды малого диаметра (до 600 мм) делают угольными или графитированными, электроды большого диаметра самоспекающимися. Электроды поддерживаются электрододержателями, которые иногда служат и для подвода тока. Иногда ток подводится отдельно.

Шихту загружают в печь из бункеров, лотки которых входят в рабочее пространство печи. Открывая затвор бункера, можно засыпать в печь необходимое количество шихты. Часть шихты, чтобы обеспечить равномерную загрузку шихты вокруг электродов, засыпают вручную.

Открытые печи без свода имеют ряд недостатков. В настоящее время широкое применение получают закрытые сводом герметичные ферросплавные печи, обслуживание которых происходит в лучших условиях. Для выравнивания прогрева и предупреждения спекания и зависания шихты ванна печей делается вращающейся.



Ферросилиций, служащий как легирующая добавка к стали и как раскислитель, делится на 3 марки: 45%-ный (от 43 до 50% Si), 75%-ный (от 72 до 78% Si) и 90%-ный (от 87 до 95% Si).

Доменный ферросилиций содержит до 15% кремния. Содержание углерода в ферросилиции не лимитируется, поэтому его выплавляют в печах с угольной футеровкой, причем содержание углерода в сплаве при этом не превышает 0,15%. О содержании кремния в сплаве можно судить по удельному весу, изменяющемуся от 7,8 для чистого железа до 2,3 для чистого кремния. Кроме ферросилиция, заводы выплавляют чистый кремний, служащий для раскисления сплавов на нежелезной основе, а также получения кремнистых сплавов (бронзы, силумина). В электропечах выплавляют также карбид кремния, называемый карборундом.

Для получения ферросилиция используются кварц или кварциты (с содержанием 96% кремнезема), а в качестве восстановителя — мелкий кокс.

Кремнезем восстанавливается по реакции



Этот процесс протекает при высокой температуре и сопровождается большим поглощением тепла.

При избытке углерода в печи может происходить восстановление кремнезема с образованием карборунда:



Ферросилиций выплавляют в печах мощностью 7—16 тыс. ква.

Удельный расход энергии на тонну 75%-ного ферросилиция достигает 8,5 — 9 тыс. квт-ч.



Феррохром представляет собой сплав хрома и железа с переменным содержанием углерода. Различают безуглеродистый (0,06—0,15% С), малоуглеродистый (0,16—0,50% С), средне углеродистый (0,51—4,0% С) и углеродистый (4,1—8,0% С) феррохром. Содержание хрома в сплаве не должно быть ниже 60—65%.

Основным сырьем служат хромовые руды или концентраты, а восстановителем — коксик (при выплавке углеродистых сплавов) и силикохром (при выплавке безуглеродистых сплавов).

Углеродистый и передельный феррохром выплавляют в футерованных магнезитовым кирпичом трехфазных печах мощностью 7,5—10,0 тыс. ква при температуре 1750°. Сплав из печи выпускают в разливочный, ковш, из которого разливают в плоские футерованные кирпичом изложницы.



Ферромарганец — сплав марганца и железа; в зависимости от содержания углерода различают мало-, средне- и углеродистый сплав. Он содержит 76—80% марганца, от 0,5 до 7% углерода и 2% кремния.

Помимо электротермического ферромарганца, получают ферромарганец доменный, содержащий 70—75% марганца и до 7% углерода, а также выплавляемый в домнах — марганцовистый зеркальный чугун, содержащий до 25% марганца и 5% углерода.

Сырьем для плавки являются марганцевые руды или концентраты, по запасам которых России занимает первое место в мире.

Для получения ферромарганца с низким содержанием углерода в качестве восстановителя применяют не коксик, а силикомарганец, содержащий 20% кремния, 65% марганца и не более 1—2% углерода, так как уже при 1100° марганец с углеродом образует прочный карбид.

Процесс получения ферромарганца основан на восстановлении закиси марганца углеродом, протекающем достаточно быстро по уравнению



при температуре выше 1420°. Однако в присутствии железа, хорошо растворяющего восстанавливающийся марганец, эта реакция заметно протекает уже при 1100°.