6.1 Призначення феросплавів і способи їх виробництва
Феросплави - це сплави заліза з кремнієм, марганцем, хромом, титаном і іншими елементами, що застосовуються при виробництві сталей для поліпшення їх властивостей. Використовувати потрібний елемент у вигляді сплаву з залізом зручніше внаслідок нижчої температури його плавлення і вигідніше, так як вартість вводиться елемента в сплаві з залізом нижче в порівнянні з вартістю чистого металу.
Феросплави отримують відновленням оксидів відповідних металів. Відновлення здебільшого ведеться в присутності заліза або його оксидів. В цьому випадку відновлений метал утворює розчин з залізом. Розчиняючи відновлений елемент або утворюючи з ним хімічну сполуку, залізо зменшує його активність, полегшує умови відновлення, перешкоджає зворотної реакції - окислення. У більшості випадків температура плавлення сплаву з залізом нижче температури плавлення відновлюваного елемента. Тому реакція відновлення протікає при більш низькій температурі. При виплавці феросплавів, якщо вихідна сировина не містить заліза, то його вводять в шихту у вигляді брухту або залізної руди.
Залежно від виду застосовуваного відновника розрізняють три основних способи отримання феросплавів
-углевосстановітельний; -сілікотерміческій; -алюмінотерміческій.
порівняно з відновлюваних. Процес називається відповідно
силікотермічеським і алюмінотермічеським.
6.2 Феросплавна піч
Для виробництва феросплавів застосовуються в основному дугові печі сталеплавильного типу, так як реакції відновлення в феросплавних печах йдуть з великим поглинанням тепла.
Печі, що застосовуються для виплавки феросплавів, можуть бути стаціонарними або обертовими, відкритими зверху або закритими склепінням. Впроваджуються в останні роки печі є закритими і обертовими (рисунок 42). У діючій печі електроди занурені в тверду шихту, яку поповнюють в міру її проплавления. Сплав і шлак випускають періодично. Феросплавні печі працюють безперервно.
Кожух печі виконують з товстолистового заліза і підсилюють ребрами і поясами жорсткості. Матеріали, що застосовуються для футерування печі, вибирають в залежності від виплавленого сплаву. Так, для виплавки кременистих сплавів і вуглецевого феромарганцю робочий простір печі викладають з вугільних блоків, а для виплавки вуглецевого ферохрому - з магнезитової цегли. Верх стін викладають шамотною цеглою.
У більшості феросплавних печей робочим шаром футеровки служить так званий гарніссаж або охолодей, утворений з проплавляющей руди, шлаку і сплаву.
Робочий простір печі закрито склепінням, в якому розташовані електротримачі, отвори для завантажувальних воронок, запобіжних клапанів і газовідводів.
В феросплавних печах використовуються самоспекающіеся безперервні електроди, виготовлені в печі в процесі роботи. Електроди складаються з металевого кожуха, що заповнюється спеціальної електродної масою, що складається з термоантрациту, ливарного коксу, кам'яновугільної смоли і пеку. Електродний масу закидають в кожух в холодному стані. Під дією тепла печі маса розм'якшується і щільно заповнює кожух. В процесі роботи печі в міру згоряння електрода необпалена частина поступово опускається і при подальшому нагріванні електродний маса спікається. Електрод у міру згоряння опускається, а верхня частина його нарощується.
Для більш рівномірного проплавления шихти і руйнування утворюються охолодей печі обладнані механізмом обертання ванни. Обертання здійснюється за допомогою приводу, який знаходиться в зачепленні з зубчастим вінцем, закріпленим до залізобетонній плиті. Навантаження від печі через залізобетонну плиту передається на ходові колеса, що спираються на кільцевій рейок. Обертання ванни реверсивний в межах сектора, відповідного
повороту на 130 °.
6.3 Виробництво феросиліцію
так як при забрудненні його фосфором і алюмінієм він розсипається з виділенням отруйних летючих з'єднань. Найбільшого поширення набула виплавка 45 і 75% -ного феросиліцію.
Рудної складової шихти є кварцити, що містять понад 95% SiO 2 і невелика кількість глинозему (Al 2 O 3). Кварцит дроблять і відмивають від глини.
В якості відновника застосовують металургійний коксик. Основні вимоги, що пред'являються до відновники:
- міцність шматків при нагріванні.
Для отримання потрібної концентрації кремнію в сплаві в шихту вводять подрібнену стружку вуглецевих сталей. У присутності заліза полегшується перебіг процесу.
Кремній відновлюється вуглецем по реакції: SiO 2 + 2C = Si + 2CO
При надлишку відновника утворюється і карбід кремнію
SiO 2 + 3C = SiC + 2CO
Наявність карбіду кремнію небажано, так як через його тугоплавкости (T пл ≈ 2700 ° С) загромождают нижня частина печі і знижується вироб-дітельность. У присутності заліза карбід кремнію руйнується вільним кремнеземом (SiO 2) по реакціях:
2SiC + SiO 2 = 3Si + 2CO Si + Fe = FeSi
Чим більше заліза в шихті, тим при більш низькій температурі від-ходить отримання феросиліцію.
Незважаючи на застосування вуглецевого відновника феросиліцій містить незначну кількість вуглецю (менше 0,1% C). Пояснюється це тим, що силіциди міцніше карбідів. У присутності кремнію розчинність вуглецю в сплаві зменшується і чим більше в сплаві кремнію, тим менше сплав містить вуглецю.
У процесі плавки, яка ведеться безперервно, електроди глибоко занурені в шихту. При завантаженні шихтових матеріалів прагнуть створити і підтримувати навколо електродів шихту у вигляді конусів. Призначення конусів шихти складається в тому, щоб утруднити вихід газам, що утворюється в зоні реакцій, зменшити втрати тепла. Чим ширше конус шихти, тим більше активна зона печі, краще осідає шихта, стабільніше хід печі.
У зоні дуг в шихті утворюється порожнина з дуже високою температурою. Стінки цієї порожнини безперервно плавляться, кремній відновлюється і розчиняється в рідкому залозі, утворюючи сплав феросиліцію. Сплав опускається в зону реакцій.
При нормальному ході печі електроди повільно опускаються в міру згоряння і відбувається рівномірне осідання шихти навколо електродів.
Виплавлений феросиліцій випускають в ківш 12 - 15 разів на добу і розливають.
6.4 Виробництво феромарганцю
Вихідними матеріалами при виробництві феромарганцю є марганцеві руди, коксик і сталева стружка.
Відновлювачем є вуглець. Відновлення оксидів марганцю протікає досить легко при порівняно низьких температурах за схемою від вищих оксидів до нижчих
MnO 2 → Mn 2 O 3 → Mn 3 O 4 → MnO
Процес відновлення визначаться реакцією
Одночасно в присутності вуглецю протікає реакція утворення карбіду марганцю
3MnO + 4C = Mn 3 C + 3CO
Таким чином, відновлення марганцю ведеться в умовах надлишку вуглецю і виплавляється феромарганець містить високий відсоток вуглецю
Крім вуглецевого феромарганцю в ході виплавки отримують ще бефосфорістий марганцевий шлак (близько 50% MnO і 0,04% P). Такий шлак використовують замість марганцевої руди для виплавки малофосфорістих марганцевих сплавів, а також силікомарганцю.
Іноді плавку ведуть з недоліком відновника, щоб знизити ступінь відновлення марганцю і забезпечити отримання оксидів марганцю, отримуючи при цьому попутний метал, який містить до 65% Mn. Використання цього металу утруднено через високий вміст фосфору (до 2,0% P), який відновлюється і переходить в сплав.
При виробництві феромарганцю плавку ведуть безперервно. Електроди занурюють глибоко в шихту, внаслідок чого над зоною високих температур знаходиться великий шар шихти. Пройшовши таку відстань, шихтові матеріали потрапляють в зону відновлення підготовленими, коли з них видаляються леткі і вони нагріваються. Цим забезпечується спокійний хід плавки.
Сплав феромарганцю і шлак випускають приблизно через кожні 1,5 год. При випуску шлак відділяється від сплаву. Склад феромарганцю марки ФМн75: Mn
більше 75%, С - менше 7%, P - менше 0,45%, Si - близько 1,5%.