Освоение технологии производства высокоуглеродистого феррохрома с содержанием кремния 1–2%

В настоящее время возросли потребности рынка в высокоуглеродистом феррохроме с содержанием 1–2 % кремния, в связи с чем на Аксуском заводе ферросплавов были начаты поисковые промышленные испытания технологии выплавки такого сплава на ферросплавных электропечах с геометрическими, конструкционными и энергетическим параметрами: установленная мощность трансформатора — 21 МВ∙А; внутренний диаметр и глубина ванны — 7000 и 3200 мм, соответственно; диаметр распада электродов и диаметр электрода — 3490 и 1200 мм; число леток — 1 при магнезитовой футеровке плавильной зоны.

До опытных испытаний на печи выплавляли стандартный высокоуглеродистый феррохром с содержанием кремния <0,5 %. Как следует из практики производства высокоуглеродистого феррохрома наряду с хромом и железом частично восстанавливается и кремний в зависимости от температуры процесса, количества кремнезема в шихте, избытка восстановителя против стехиометрии для восстановления хрома и железа в сплав. Содержание кремния в сплаве может составить 2–4 %, если применить в качестве флюса кварцит. При большом избытке углеродистого восстановителя содержание кремния в феррохроме при нормальном режиме процесса будет в пределах 5–8 % [1, 2]. Поэтому было решено увеличить доли кварцита и кокса в шихте. Намечено было установить навеску кусковой хромовой руды в количестве 300 кг, рядовой руды — 700 кг и кварцита — 50 кг на колошу шихты. Снижением доли кусковой руды (до 300 кг) полагалось уменьшить толщину рудного слоя в печи, так как при прохождении ферросплава через рудный слой он рафинируется не только от углерода, но и от кремния. Металлоконцентрат и оборотные отходы необходимо было вывести из шихты. Однако с учетом опасения расстройства хода печи за счет подачи в нее большого количества мелочи шихтовых материалов, колоша шихты была составлена из следующих компонентов, кг: хромовая руда кусковая и рядовая — по 500, кокс фракции 5–25 мм — 240, кварцит фракции 20–60 мм и металлоконцентрат — по 50 и хромовые оборотные — 100.

За первые сутки испытаний выпуски продуктов плавки проходили недостаточно бурно, с постоянной подшуровкой. Печь работала на 1–3 ступени напряжения, а перед выпуском металла и шлака на 7–9 ступени. Выпуск продуктов плавки производили три раза в смену. За сутки работы навеска кокса была резко увеличена до 290 кг на колошу шихты, т. е. на 50 кг, что привело к технологическому расстройству хода процесса — работе печи с переизбытком восстановителя. Печь работала с полной нагрузкой на электродах и средней мощностью 15–17 МВ∙А. Посадка электродов была мелкой. Через день была изменена рудная составляющая колоши шихты на 600 кг рядовой и 400 кг кусковой хромовой руды, после чего возросло количество выбросов и глубинных обвалов на печи. Содержание кремния в феррохроме оставалось на уровне менее 0,5 %. В последующие сутки печь продолжала работать с явным избытком кокса на 9–11 ступени напряжения: содержание оксида хрома в шлаке стало снижаться, выпуски протекали вяло с постоянной шуровкой. Шлак по количеству распределялся между выпусками неравномерно. Он плохо переливался в промежуточный ковш, а в разливочном ковше образовывал затвердевшую «корку». Производительность печи снизилась до 2 выпусков в отдельные смены. Через два дня на печи в феррохроме начало расти содержание кремния, а содержание углерода увеличилось до 9 %. В тот же день из навески колоши шихты были выведены хромовые оборотные и металлоконцентрат, а навеска кокса была снижена на 60 кг и составила 230 кг на колошу. Навеска кокса в дальнейшем была уменьшена до 180 кг и работа печи несколько улучшилась. Однако из-за инерционности печи высокое содержание углерода в металле удерживалось на одном уровне. При разливке металла в напольные изложницы отмечалось его шипение, искрение и выделение бурого дыма, что показательно для повышенного содержания кремния в металле. Посменный химический состав металла и шлака за период кампании выплавки кремнистого феррохрома приведен в таблице 1.

Таблица 1

Химические составы металла и шлака кампании выплавки кремнистого высокоуглеродистого феррохрома

Избыток восстановителя в ванне печи снизил производительность печного агрегата: при плановой производительности 65 тонн хрома, печь не проиводила за семь дней 50 тонн хрома. Низкий удельный расход хромовой руды (3189 кг против 3578 кг по норме) также объясняется большим избытком кокса в шихте, что практически полностью восстановило хром, заданный рудой в печь. Вследствие чего содержание Cr₂O₃ в шлаке снизилось до 1 %. За время опытных испытаний было выплавлено 404 тонн хрома, из них 145 тонн с содержанием более 1 % кремния. При конъюнктурной необходимости технологический процесс выплавки кремнистого высокоуглеродистого феррохрома будет отработан также на закрытой электропечи.

На Аксуском заводе ферросплавов одновременно с испытаниями по выплавке кремнистого феррохрома были проведены исследования по получению такого феррохрома посредством введения ферросиликохрома фракции 0–30 мм в ковш на выпуске высокоуглеродистого феррохрома, то есть методом смешения твердого ферросиликохрома с жидким феррохромом [2]. Ферросиликохром подавали в разливочный ковш при его заполнении расплавом феррохрома примерно наполовину, так как дробленный ферросиликохром значительно легче расплавленного феррохрома, поэтому он реагирует, плавая на поверхности расплава феррохрома, затягиваясь в него падающей струей. Если подавать ферросиликохром ближе к концу выпуска, то у него не будет времени полнее прореагировать и основная ее масса будет вынесена в шлаковую чашу. Практически все добавки ферросиликохрома подавались на струю металла и шлака. При этом отмечалось бурное реагирование в ковше, сопровождавшееся кипением, а иногда с выплескиванием шлака. От жидкого феррохрома отбирали во время выпуска в ковш три пробы при разной высоте его наполнения, чтобы установить распределение кремния в раскисленном металле. При разливке металла на разливочной машине визуально наблюдались признаки повышения содержания кремния: поверхность слитков получалась более ровной, на сколе феррохром был пористым по сравнению с необработанным сплавом. Этот эффект раскисления позволил снизить расход алюминия для раскисления феррохрома. Содержание кремния в феррохроме повысилось в 35 % проведенных опытов. Недостаточно высокое усвоение ферросиликохрома вызвано тем, что некоторые добавки его приходилось давать на струю с преобладанием шлака, или не успевший прореагировать ферросиликохром, выносило в шлаковую чашу. Для увеличения выхода целевого феррохрома необходимо подавать ферросиликохром на струю металла или расплава с преобладанием металла. Гранулометрический состав ферросиликохрома, подаваемого в расплав феррохрома, %: фракции 0–5 мм — 51,1; фракции 5–10 мм — 25,6; фракции 10–30 мм — 23,3, то есть содержание мелочи в нем высокое. При практическом равенстве масс насыпной ферросиликохрома и наливной шлака высокоуглеродистого феррохрома мелкие фракции ферросиликохрома не пробивают слой шлака, запутываются в нем и не доходят до феррохрома. С увеличением количества ферросиликохрома, подаваемого в ковш, выход металла с повышенным содержанием кремния увеличился до 70 %. Наряду с увеличением содержания кремния в феррохроме концентрации углерода и серы в нем снижались.

Таким образом, методом смешения твердого ферросиликохрома с жидким низкокремнистым высокоуглеродистым феррохромом в ковше был получен феррохром с содержанием 1–2 % кремния.

Литература:

1.          Елютин В. П., Павлов Ю. А., Левин Б. Е., Алексеев Е. М. Производство ферросплавов. — М.: Металлургиздат, 1957. — 436 с.

2.          Бобкова О. С. Силикотермическое восстановление металлов. — М.: Металлургия, 1981. — 132 с.