Феррохром

Хром входит как легирующий элемент в очень многие стали и сплавы. Промышленность выпускает феррохром с разным содержанием углерода (от 8 до 0,02%). Чем ниже содержание углерода в сплаве, тем больше электроэнергии и материалов затрачивается на его производство и тем дороже сплав. Углеродистый феррохром выплав­ляют двух  марок,   %:

                                                        Сг                    С

ФХ800                                      Не менее 65       8,0-6,6

ФХ650                                     »       »     65       6,5-4,1

Для производства феррохрома применяется хромовая руда, в основном Донского месторождения (Казахстан), минералами которой являются хромшпинелиды, содержащие до 62% Сr₂О₃, остальное FeO, MgO, Al₂O₃, SiО₂. Наиболее важные требования, предъявляемые к хро­мовым рудам, следующие:

а)      содержание окиси  хрома  не  менее 40%;

б)     отношение Cr₂О₃/FeO не ниже 2,5. Такое соотношение обеспе­чивает получение сплава  с  60%   Сr/

в)       для получения наиболее употребительного углеродистого
феррохрома марки ФХ650 (с пониженным содержанием углерода)
часть хромовой руды должна быть кусковой, трудновосстановимой,
она должна содержать минимальное количество легкоплавкой пустой
породы.

В качестве восстановителя при производстве феррохрома применяют отсортированный коксик размером 10-25 мм, содержащий не более 0,5% S и не более 0,04% Р.

В состав хромовой руды входят окислы железа, они вносят в сплав требующееся количество железа.

Углеродистый феррохром выплавляют в трехфазных электрических печах мощностью около 10000 ква при напряжении 140-160 в.

Подину и стены футеруют магнезитовым кирпичом, верхнюю часть стен - шамотным.

Физико-химические условия процесса производства феррохрома.

Восстановление окислов хрома протекает по следующим реакциям:

⅓Cr₂0₃ + С = ²/₃Сг + СО = 270100;   ∆Н° = 270100   дж (67090 ккал);

∆F⁰ = 261884 - 174,4 Т (62550 - 41,6 Т);

⅓Cr₂0₃ + ⁹/₇С = ²/₂₁Сг₇С₃ + СО - 250200;

∆Н° = 250200 дж (59900 кал);

∆F⁰ = 245304 - 176,8 Т (58590 - 42,2 Т).

Сопоставление величин изменения свободной энергии показывает, что термодинамически легче идет восстановление с образованием карбида  хрома.

Восстановленное железо растворяет карбид хрома с образова­нием сложного карбида

(Cr, Fe)₇C₃, в результате чего равновесие сдвигается в сторону восстановления окиси хрома.

Восстановление руды предшествует плавлению. Оно начинается при температуре около 1150° С, продолжается с возрастающей скоростью в более горячих зонах печи и заканчивается в горне, где хром восстанавливается из окиси хрома шлака.

При восстановлении углеродом содержание его в сплаве может превышать 8%. Для производства феррохрома марки ФХ650, содержа­щего менее 6,5% С, необходимо обеспечить частичное обезуглерожи­вание сплава по реакции

¹/₃Сг₇С₃ + ⅓Cr₂О₃= ЗСг + СО - 350000;

∆Н°₂₉₈ = 350000 дж (77650 кал).

Для осуществления этой реакции подбирают руду с тугоплавкой пустой породой, чтобы создать над жидким сплавом «рудный слой», богатый окислами хрома. Поскольку рудный слой очень вязкий, он не выходит из печи при выпуске сплава.

Восстановление железа из его закиси происходит с большой полнотой (до 95-97%) одновременно с восстановлением окиси хрома. В присутствии железа температура плавления сплава сни­жается,  вследствие чего облегчается  процесс  плавки.

При работе на кислых шлаках восстанавливается значительное количество кремния (до 8%). Рудный слой обеспечивает окисление кремния до 2-3%.

Фосфор и сера вносятся в сплав главным образом коксиком, поэтому содержание этих элементов в коксике ограничивают вели­чинами 0,04 и 0,5% соответственно.

Температура в горне печи при производстве феррохрома зависит от состава шлака. При 40% Si0₂ температура плавления шлака составляет около 1600° С. Если состав пустой породы не обеспечивает в шлаке 40% Si0₂, то в состав шихты добавляют необходимое количество кварцита.

Плавку при производстве феррохрома ведут непрерывно. Глубина посадки электродов равна 800- 1000 мм. Шихта в смешанном виде поступает в печь из печных бун­керов по рукавам и подвижным лоткам и распределяется равномерно по колошнику, не образуя конусов у электродов. Шихту заваливают по мере ее оседания на колошнике. Общий расход ее в течение 1 ч сопоставляют с  израсходованной энергией.

При нормальной работе печи по всей поверхности колошника равномерно выделяется желтое пламя. Нарушения хода печи наи­более часто обусловлены недостатком или избытком флюса (квар­цита) или восстановителя. Каждое отклонение имеет характерные внешние признаки (глубокая или мелкая посадка электродов, пони­жение или повышение вязкости шлака, понижение или повышение содержания кремния или углерода и др.), по которым опытный персонал может установить причину нарушения хода печи и быстро восстановить нормальный ход.

Кратность шлака около 1. Сплав и шлак выпускают три раза за смену в ковш, в котором сплав оседает вниз, а шлак переливается через носок ковша в помещенную на параллельном пути шлаковую чашу. Сплав разливают в плоские изложницы. Чтобы облегчить разбивку сплава, толщина слитков не должна превышать 200 мм.

Технико-экономические показатели производства феррохрома.

Ниже представлены данные для  1 базовой т углеродистого ферро­хрома   (60%   Сr):

Хромовая руда,  кг.................................         1850

Коксик, кг.......................................................   450

Кварцит, кг.....................................................    50

Электроэнергия, квт- ч      ...                  3300-3400
Извлечение хрома, %     .   .   .   .                     92