Металлургия хрома

Плинер Ю.Л., Игнатенко Г.Ф.,

Металлургия, 1965 г.

Металлотермией называется такая отрасль металлургического производства, в основе которой лежит реакция восстановления какого-либо металла из его кислородных или иных соединений другим, более активным металлом.

В ряде случаев тепло реакций металлотермического восстановления оказывается достаточным для самопроизвольного теченияпроцесса и разделения образующегося металла и шлака без дополнительного подвода тепла извне. Такой процесс называется внепечным металлотермическим процессом. Отличительной особенностью внепечного металлотермического процесса является применение порошкообразных материалов, обеспечивающее высокие скорости протекания восстановительных реакций.

Если для самопроизвольного протекания восстановительных реакций и разделения металлической и шлаковой фаз требуется несколько большее количество тепла, чем выделяется в процессе протекания экзотермических реакций восстановления, то для осуществления так>их процессов вне печи в составшихты вводят термитныедобавки {т. е. окислы или иные соединения с необходимым количеством восстановителя), при металлотермическом восстановлении которых выделяется большее количество тепла по сравнению с восстанавливаемым окислом, или шихтовые материалы предварительно нагревают перед плавкой.

Среди внепечных металлотермических процессов наибольшее распространение получил алюминотермический способ производства. К числу основных преимуществ внепечной алюминотермии следует отнести возможность получения безуглеродистых сплавов при использовании чистых по углероду материалов, сравнительно небольшие капитальные затраты, необходимые, для аппаратурного оформления процесса, возможность получения высоких температурпроцесса (до 2800° К) без подвода тепла извне и высокую   восстановительную   способность   алюминия, позволяющую получить этим методом технически чистые металлы и Сплавы важнейших легирующих элементов.

В настоящее время разработано значительное количество технологических .вариантов металлотермической плавкихрома как для внепечного процесса, так и для процесса с использованием электропечи.

6. АЛЮМИНОТЕРМИЧЕСКОЕ ПОЛУЧЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО хрома В ЭЛЕКТРОПЕЧИ

Несмотря на широкое распространение внепечной алюминотермии, этому способу присущ ряд недостатков. К числу наиболее существенных недостатков следует отнести прежде всего крайне напряженный тепловой баланс плавки, в результате чего не удается получить необходимый составшлаков из-за невозможности введения заметных количеств флюса. По этим же причинам для нормального проведения процесса приходится применять значительные количества термитных добавок, удорожающих сплав.

Возможности алюминотермического процесса значительна расширяются при проведении плавки в электропечи, однако при этом необходимо предусматривать специальные условия, предохраняющие металл от насыщения углеродом.

Наиболее полно учитывает специфические особенности алюминотермииэлектропечнойспособплавки с предварительным расплавлением части окислов, разработанный на Ключевском заводе ферросплавов и успешно применяемый для выплавки ряда сплавов [6, 155, 156]. Сущность этого способа заключается в том, что недостающее для нормального протекания процесса тепло восполняется физическим теплом, вносимым предварительно расплавленными окислами шихты.

Выплавка алюминотермических сплавов с предварительным, расплавлением части окислов может быть осуществлена как в • обычном алюминотермическом горне на блок, так и в электропечи сталеплавильного типа с выпускомметалла и шлака. Перед началом процесса алюминотермического восстановления: часть окислов без восстановителя, а также вся навеска флюсов, задаваемых на плавку (рудная часть шихты), расплавляются на подине печи или плавильного горна электрическими дугами. Затем печь отключают, электроды поднимают, а на поверхностьрасплава задают остальную часть окислов с порошкообразным восстановителем, рассчитанным на восстановление и твердых, и расплавленных окислов (восстановительная часть, шихты). Количество тепла, необходимое для проведения алюминотермической плавки, и количество окислов, которое подлежит расплавлению, определяются из теплового баланса плавки.

Такая организация процесса позволяет вводить в составшихты любое количество флюсов, необходимое для получения конечного шлака оптимального состава, что благоприятно сказывается как на проведении восстановительных реакций, так и на полноте осаждения получаемого металла.

Расплавление части окислов и флюсов электрическими дугами не только не ведет к повышению содержания углерода в металле, но и позволяет несколько снизить его количество по сравнению с внепечной плавкой вследствие окисления (в период расплавления) углерода, содержащегося в окислах и флюсах. Это обстоятельство особенно важно при введении в шихту больших количеств извести или при использовании хромсодержащих материалов с повышенным содержанием углерода. Помимо углерода, в процессерасплавления удаляется кристаллизационная влага и другие летучие примеси (фториды, хлориды и т. д.), которые при внепечном процессе в значительной мере отягощают тепловой баланс плавки.

Так как восстановительная часть шихты содержит алюминий, необходимый для восстановления окислов хрома — твердых или находящихся в расплаве, то условиявосстановления окислов при проплавлении этой части шихты на поверхностирасплава весьма близки к условиям внепечной плавки с избытком восстановителя. Это способствует более полному восстановлениюхрома по сравнению с внепечной плавкой, а также позволяет применять восстановитель повышенной крупности.

При опускании образовавшихся капель хрома с повышенным содержанием алюминия через слой расплавленных окислов диффузия окиси хрома к месту реакции значительно облегчается благодаря встречному движению капель металла. Протекание процессарафинирования капли хрома от избыточного восстановителя может лимитироваться также диффузиейалюминия к поверхности капли, однако известно, что скоростьдиффузии в расплавленных металлах при одинаковых температурныхусловиях значительно выше, чем в жидких шлаках; кроме того, алюминий в сплаваххрома является поверхностно активным металлом. Указанные обстоятельства способствуют достаточно полному рафинированию от избыточного алюминия капель хрома, опускающихся через расплав окислов.

Практика промышленной выплавки металлического хрома и ряда других алюминотермических сплавов с предварительным расплавлением части окислов и флюсов в электропечи показывает, что этот способ позволяет полностью избежать применения термитных добавок, повысить извлечение основного элемента и снизить расход алюминия, а также полностью механизировать выполнение всех производственных операций при организации выпускаметалла и шлака.

Электропечной процесс выплавки металлического хрома на блок проводится в агрегате, изображенном на рис. 53. Мощность печи зависит от объема выпускаемой продукции и ряда других факторов. При работе на стационарной электропечимощностью 750 кет плавильным пространством печи служит чугунный разъемный горн, применяемый для внепечного производства металлического хрома, диаметром 1600 мм и высотой 1400 мм; горн установлен на специальной вагонетке. Внутренняя поверхностьгорна футеруют магнезитовым кирпичом. Пространство между кирпичом и стенками горна засыпают магнезитовым порошком. Подину набивают магнезитовым порошком, поверх которого подсыпают молотыйшлак предыдущих плавок. Расплавление рудно-известковой смеси производится при линейном напряжении 69 в; электроды графитированные, диаметром 200 мм.

Перед началом плавка на подине плавильного горна проплавляется так называемая запальная часть шихты (10% общей навески окиси хрома), состав которой не отличается, от шихты внепечной плавки. После окончания восстановительных реакций на образовавшемся шлаке зажигаются дуги и проплавляется рудно-известковая часть шихты. Рудно-известковая смесь загружается в центре печи по наклонному лотку из бункера, расположенного над печью; по мере проплавленияшихта сталкивается деревянными шестами в колодцы под электроды.