Производство ферросплавов

Рысс М.А.

Металлургия, 1985 г.

Выпуск ферросилиция из печи производится периодически по мере его накопления. Слишком частые выпускисплаваприводят к большим потерям тепла и понижению температуры в районе выпускного отверстия, что затрудняет выходсплава и шлака, а также к увеличению потерь сплава при выпуске и разливке его. При слишком редких выпусках замедляется процессвосстановления кремнезема, уменьшается глубина посадки электродов в шихте и увеличиваются потерикремния в улет. Обычно при выплавке ФС20 и ФС25 производят шесть — семь и при выплавке ФС45, ФС65, ФС75 и ФС90 — четыре — пять выпусков в смену через равные промежутки времени. Вскрытиелетки производится простреливанием ее из специального ружья, прожигом электрической дугой или кислородом, пробиванием железным прутом или при помощи бура. Продолжительность операциивыпуска составляет 15— 25 мин. Летка должна быть открыта широко и периодически прошуровываться железным прутом для того, чтобы обеспечить полный выходшлака из печи. По окончании выпуска очко летки закрывают возможно глубже конической пробкой из смесиэлектродноймассы и песка или из смесиогнеупорной глины, коксика и мелкой электродноймассы вручную или пушкой. Мелко закрытая Летка вызывает разогрев гарнисажа передней стенки печи, что приводит к нарушению нормальной работылетки и разъеданию футеровки печи в районе летки. Ферросилицийвыпускают в ковш, футерованный шамотным кирпичом или графитовой плиткой, и затем разливают в слитки, в чугунныеизложницы или в чушки на разливочной машине конвейерного типа. Изложницы и мульды разливочной машины обрызгивают известковым молоком. Максимальная производительность такой машины обеспечивается при толщине, слитка 70—80 мм и составляет для ФС45~80 т/сут. Температурасплава перед разливкой должна составлять ~1400°С. потери при разливке на машине достигают3%. Для интенсификациипроцесса затвердевания слитков был предложен суспензионный метод, сущность которого состоит во введении в разливаемый сплав твердых частиц сплава того же химического состава, что позволяет увеличить производительностьмашины и утилизировать отходы образующиеся при дроблении сплава. Толщина слитка 75 %-ного ферросилиция, разлитого в чугунные массивные изложницы, не должна превышать 100 мм, так как при слитке толщиной 180 мм различие содержания кремния в отдельных точках слитка может достигать 10% (абс). На очень мощных печах жидкий сплав по желобу направляется в сборные Изложницы вместимостью до 2000 т, где каждая плавка разливается в слиток толщиною 70—100 мм, который успевает затвердеть до следующего выпуска. В течение недели в изложнице наплавляется «слоеный пирог» сплава, затем он остывает 5 сут (сплав разливают в другую изложницу) и потом убирается при помощи экскаватора. Такая разливка улучшает качество сплава и снижает затраты на ее осуществление. Слитки (чушки) сплава передают в остывочное отделение, где после остывания и проверки химического состава их, при необходимости, дробят и сплав упаковывают в деревянную или металлическую тару. Разливка слитков должна быть механизирована. Цехи должны быть оборудованы Установками для дробления и грохочения сплавов, чтобы обеспечить выполнение заказов на Ферросилиций в куске заданных размеров и массы. На рис. 16 приведена технологическая схема принятая на заводе в г. Колверт-Сити (США), Которая позволяет сократить затраты на рабочую силу, Улучшить гранулометрический составпродуктов и их чистоту, удобно хранить и отгружать их и предотвращает загрязнение воздуха. Часть ферросилиция заказывают в виде крупки с размером частиц 10—2 и 3—0 мм. Излишняя мелочь должна быть сбрикетирована. В том случае, когда по условиям дальнейшего использования сплав необходимо иметь в измельченном состоянии, его гранулируют на специальной установке. Грануляционная установка состоит из приемника с желобом для приема струи из ковша и подачи ее к водяным форсункам — «рассекателям», предназначенным для разбивки сплава на гранулы, грануляционного бака (3x5X6 м), заполненного проточной водой и предназначенного для охлаждения гранулированного сплава, корзинки, которая опускается в бак и служит для сбора гранул, и кантовального устройства, предназначенного для сливасплава из ковша в приемник. Производствосплавов марганца Высокоуглеродистый ферромарганец. Для выплавки высокоуглеродистого ферромарганца используют открытые и все чаще закрытые электрические печи мощностью до 85МВА. Поперечный разрез цеха для выплавки углеродистого ферромарганца в закрытых печах приведен на рис. 26. Печи выполняют открытыми, закрытыми и герметичными, как круглыми, так и прямоугольными, в том числе шестиэлектродными, иногда с вращением ванны с частотой около одного оборота за 100 ч. Новые печи оборудованы счетно-решающим устройством, которое регулирует массу, состав и подачушихты из бункера, а также автоматизированной системой подготовки шихты. Футеровка печей угольная. Используют набивные самообжигающиеся электроды. Плавку ферромарганца ведут при напряжении на электродах НО—220 В. Зависимость показателей производства углеродистого ферромарганца флюсовым методом от вторичного фазового напряжения приведена на рис. 27. Уменьшение извлечения марганца и увеличение удельного расходаэлектроэнергии при повышении напряжения выше определенного предела объясняется следующим: 1. Марганец обладает высокой упругостью паров, в связи с чем потери его от испарения при нормальных условиях производства достигают 8—10 °/о, а при неправильном электрическом режиме печи могут повышаться до ^20 %. Для уменьшения потерь марганца от испарения необходимо не допускать образования в печи зон перегрева. Электроды должны быть расположены в шихте достаточно глубоко, чтобы пары марганца успевали конденсироваться в верхних слоях шихты. Обычно это условие соблюдается при полезном фазовом напряжении 50—90 В (более высокое для более мощных печей). Применение феррохрома 2. Хром является одним из важнейших легирующих металлов. Присадка хрома повышает пределыпрочности и текучестистали при медленном снижении относительного удлинения. В углеродистых сталях присутствие хрома увеличивает се твердость и износостойкость. Окалиностойкие стали содержат 3—12% Сг, нержавеющие и кислотостойкие стали — >12% Сг. Хром широко применяют при производстве сложнолегированных сталей, что позволяет получить высокие эксплуатационные качества при необходимых свойствах стали. В последние годы все янре используют и легированные хромом чугуны. Черная металлургия потребляет — 60 % добываемого хрома. Для легированиястали используют в основном феррохром — сплавхрома и железа и ферросиликохром — сплав железа, хрома и кремния. Сортамент хромовых сплавов, основанный на содержании в сплаве углерода, приведен в табл. 57, 58. По принятой терминологии сорта, содержащие <2 % С, называют рафинированным феррохромом. В тех случаях, когда в получаемых хромистых сплавах ограничено содержание железа, применяют вместо феррохрома металлический Хром (табл. 59) или специальные лигатуры на основе хрома. Ограничение содержания хрома в высокоуглероднстом феррохроме до >65 % препятствует использованию более бедных руд. Ряд зарубежных фирм с успехом производит высокоутлеродистын феррохром с 55—60 % Сг. Успешно используют и высокоуглероднстый феррохром, содержащий до 11 % Si. Применение и составферровольфрама 3. Вольфрам повышает пределыпрочности и текучестистали при незначительном уменьшении относительного удлинения, повышает твердость и износостойкость ее. Особенно важно положительное влияние вольфрама на механические свойствасталей при повышенных температурах, повышение теплостойкости и стойкости против отпуска, поэтому Вольфрам является главным легирующим элементом сталей для инструментов горячей обработки и быстрорежущих сталей. Отечественный ферровольфрам соответствует самым высоким требованиям (табл. 79). Выплавка ферровольфрама некоторых марок с молибденом объясняется присутствием в вольфрамовом концентрате некоторых месторождений значительного количества молибдена (2,0—4,5 %). Применение и составферромолибдена 4. Добавка молибдена обеспечивает получение однородной мелкокристаллической структуры стали, увеличивает прокаливаемостьстали и способствует устранению хрупкости в результате отпуска. Молибден широко применяют при изготовлении конструкционных сталей, содержащих 0,15—0,50% Мо. В быстрорежущей сталиМолибден заменяет часть вольфрама. Молибден в сочетании с другими легирующими элементами находит широкое применение при производстве нержавеющих, жаропрочных, кислотостойких и инструментальных сталей и сплавов с особыми физическими свойствами. Добавка молибдена в чугун увеличивает его прочность и сопротивление износу. Для легированиястали обычно используют ферромолибден (табл. 91), а также металлический Молибден (для легирования специальных сплавов), молибдат кальция и технический триоксид молибдена Мо03 (>50 °/о Мо, —0,10 % С и —0,12 % S). В черной металлургии используют —95 % всего добываемого молибдена. Применение и составферрованадия | 5. Пределыпрочности и текучести, а также ударная вязкостьстали повышаются при содержании в ней ванадия без снижения относительных сужения и удлинения. Ванадий связывает азот и снижает чувствительностьстали к старению, повышает твердость, износостойкость н устойчивость против отпуска, а также теплостойкость стали, что благоприятно влияет на стойкость режущего инструмента. Ванадий широко используют при производстве конструкционных, жаропрочных и инструментальных сталей. В последнее время все чаще применяется микролегированиеванадием конструкционных сталей, что значительно повышает их качество. Для легированиясталиванадием используют феррованадий "(табл. 96) или специальные ванадийсодержащие лигатуры. Реже для легированиястали используют ванадийсодержащие шлаки, ванадийсодержащие металлизированные окатыши н т. п. материалы.

СПЛАВЫ С ЦИРКОНИЕМ .

Применение циркония в металлургии обусловлено тем, что он является одним из энергичнейших раскислителей стали. Кроме того, связывая в прочные соединенияазот и серу, цирконий, нейтрализует их вредное влияние на сталь. В сочетании с другими легирующими присадками цирконий повышает вязкость, прочность, износостойкость и свариваемость стали. Присаживают цирконий в сталь в виде сплавов, состав которых приведен в табл. 103. цирконий является довольно распространенным элементом, содержание которого в земной коре составляет 0,02 %. свойства наиболее важных минераловциркония приведены в табл. 104. Различают два основных типа месторождений циркония: коренные и россыпи. Важнейшее значение имеют современные и древние прибрежно-морские россыпи, которые обычно представляют собой комплексные руды циркония и титана, реже содержащие также торий, уран и другие ценные элементы. Наиболее крупные месторождения циркония находятся в США, Индии, Бразилии и Австралии. Запасы циркониевых руд в СССР обеспечивают потребность отечественной промышленности в цирконии и его сплавах. Циркониевый концентрат поставляется по ОСТ 48-82—74 (табл. 105). Кроме того, циркониевый концентрат может содержать торий и уран, суммарно в эквиваленте не более 0,1 % тория. Это необходимо учитывать при работе с циркониевым концентратом. Применение и сортамент сплавов Бор вводят в виде малых добавок (0,001—0,003 °/о) в стали для повышения их прокаливаемое™, а также (<3 % В) в некоторые специальные стали и чугуны. Так, белый чугун, содержащий 3,5—4,5 % Ni и 0,7—1,1 % В, обладает исключительно высоким сопротивлением истиранию и применяется для отливки деталей насосов, подвергающихся сильному износу [130]. Сортамент сплавов с бором приведен в табл. 107. Кроме того бор входит в состав ряда лигатур с никелем, хромом, марганцем, титаном, ванадием, цирконием, кальцием и т. д. Применение и составсплавовкальцияКальций легко взаимодействует с кислородом, серой, азотом, водородом и многими другими элементами и при высоких температурах восстанавливает оксиды большинства металлов, поэтому его применяют для раскисления и десульфурации расплавленных металлов. Однако высокая стоимость и сложность хранения и использования металлического кальция ограничили применение его в промышленном масштабе в черной металлургии. соединениякальция с кремнием — силициды кальция, значительно дешевле и более устойчивы при нормальной температуре. В связи с этим для раскисления, десульфурации и дегазациистали и литейного чугуна, для регулирования размера и формы неметаллических включений в стали, для графитизации и получения однородного серого чугуна используют силикокальций — сплавкальция с кремнием или тройной сплав кальция, кремния и железа, который обладает повышенной плотностью н Кальций которого лучше усваивается жидкой сталью. Кроме того, силикокальций марок СК10 и СК15 является основой для производства многих комплексныхраскислителей и модификаторов. Некоторое количество силикокальиия используют в пиротехнике, для по-, лучения некоторых чистых металлов кальцийсиликотермическнм методом и т. д. 7. Химический составсплавовкальция но стандартам ря:;а стран приведен в табл. 27. силикокальций марок СК25 и СКЗО содержит 2—4 % SiC и более, <1 % силиката кальция, 10—36 см* 02, 36—210 см3 На и до 70 см3 N2 на 100 г сплава. Содержание серы в них колеблется в пределах 0,05—0,08% и может достигать 0,13—0,20%. В СКЮ и CKJ5, полученном углеродотермическим способом, содержится <0,6 % С и <2 % AI. При обработке жидкого силикокальция смесью извести (65%) и плавикового шпата (35%) при расходесмеси 5 кг/т и при переливе сплава из ковша в ковш содержание углерода снижается с 1,0 до 0,1—0,06%- Фазовый состав рафинированного от углерода