Материалы, используемые для производства ферросплавов

Материалы, используемые
для производства
ферросплавов
Электрометаллургия стали и
ферросплавов
Руды и концентраты
Основу рудной части шихты составляют
богатые руды и концентраты глубокого
обогащения. Используются также и
бедные (марганцевые, хромовые,
никелевые и ванадиевые) руды,
требующие сложной
пирометаллургической подготовки к
плавке.
Основные требования к рудам:

Высокое содержание ведущего элемента. Оно определяет и
качество получаемого сплава и технико-экономические показатели
процесса.
Установлено, что уменьшение содержания марганца в шихте на 1 %
приводит к снижению производительности печи на 2,3 %. Уменьшение содержания
Сr 2О 3 в хромовой руде на 1 % увеличивает расход электроэнергии получения
высокоуглеродистого феррохрома на 3 %, а низкоуглеродистого – на 4,8 %.


Низкое содержание вредных примесей: серы, фосфора, меди и др.
Содержание этих элементов определяет не только качество
получаемого ферросплава, но и технологическую схему передела.
Для удаления серы руды и концентраты подвергают окислительному
обжигу, а для удаления фосфора – пирометаллургической
переработке.
Предпочтительный, отвечающий требованиям физико-химических
условий производства состав пустой породы.
Основные требования к рудам:
 Высокое
отношение содержаний ведущего элемента к железу.
Сродство к кислороду у железа меньше, чем у большинства
ведущих элементов в руде. При высоком содержании железа в
руде невозможно будет получить сплав с высокой концентрацией ведущего элемента. .
 Руды и концентраты должны иметь высокую восстановимость,
которая определяется минеральным составом руды, количеством и составом пустой породы, характером залегания минерала в массе пустой породы, пористостью и размером кусков.
 Оптимальный размер кусков. Он определяется способом
производства ферросплава, размером и типом печи и др.
Процессы в рудовосстановительных печах требуют использования более крупной
руды, чем в рафинировочных. Пылеватые руды и мелкие концентраты
нецелесообразно загружать в печь без принятия специальных мер, предупреждающих
вынос пыли.
Восстановители
Углеродсодержащие материалы
В качестве углеродсодержащих восстановителей используются разные
материалы: коксик, уголь (древесный, бурый и каменный), кокс (каменноугольный, буроугольный, пековый, нефтяной), полукокс, древесные отходы.
При выборе углеродсодержащего материала руководствуются следующими
соображениями:
1. Восстановитель должен иметь высокую реакционную способность. От реакционной способности восстановителя зависит температура начала восстановления элемента из оксида и полнота протекания восстановительного процесса.
2. Важным показателем качества восстановителя является его электрическое
сопротивление. Высокое электрическое сопротивление углеродсодержащего
восстановителя обеспечивает глубокую посадку электродов в ванне, работу на
высоких напряжениях.
3.
Состав золы восстановителя и ее количество определяют качество получаемого сплава и технико-экономические показатели его производства. В золе
должно быть минимальным содержание серы и фосфора и максимальным оксида ведущего элемента.
4. Восстановитель не должен спекаться в процессе плавки, должен иметь
высокую термоустойчивость, газопроницаемость, оптимальный размер кусков и
низкую стоимость.
Восстановители
Углеродсодержащие материалы
Коксик – является побочным продуктом при
производстве металлургического кокса из каменных
углей.
Коксик наиболее дешевый и самый распространенный
восстановитель. Он применяется во всех
процессах, где допускается использование
восстановителя с высокой зольностью (содержание
золы 10-12 %).
Качество коксика, его электросопротивление, пористость, химическая активность сильно колеблются в
зависимости от сорта каменных углей и режима
коксования и способа тушения.
Восстановители
Углеродсодержащие материалы
Газовый кокс, полученный из газовых углей, а также полукокс,
полученный из некоксующихся длиннопламенных углей, являются
лучшими восстановителями, чем обычный кокс-орешек.
Удельное электрическое сопротивление полукокса в области
низких температур, примерно, на два порядка выше, чем у других
сортов кокса, но при нагреве сопротивление его резко падает и
достигает значений удельного сопротивления обычных сортов
кокса-орешка. Химическая активность полукокса выше обычного,
коксика-орешка.
Нефтяной кокс – продукт коксования остатков при перегонке
нефти. Содержит очень мало золы и летучих, но более
электропроводен, чем древесный уголь. Обладает довольно
большой пористостью и химической активностью.
Из-за дороговизны применяется в ограниченных количествах, в
смеси с другими восстановителями, только при выплавке чистых
по примесям сплавов, как, например, кристаллического кремния.
Восстановители
Углеродсодержащие материалы
Формованный кокс. Кокс-орешек и другие виды кокса по составу
и свойствам обладают довольно значительной
неоднородностью и, кроме того, содержат много мелочи.
Поэтому для устойчивой работы печей желательно иметь
однородный по составу и габаритам материал. Таким является
формованный кокс, которому можно придать форму шара, диска
и т.д.
Формованный кокс содержит мало мелочи и обладает более
высоким удельным электросопротивлением.
Каменные угли имеют значительно более высокое удельное
электрическое сопротивление, чем другие восстановители, но
содержат чрезвычайно много летучих и смолистых веществ,
которые конденсируются на колошнике печи, засмаливают
электрододержатели, газоходы и т.п., что сильно затрудняет
работу печи. Кроме того, при нагреве они легко
растрескиваются. В связи с этим многие марки каменных углей
не нашли применения при выплавке ферросплавов.
Алюминий и
кремнийсодержащие материалы
В качестве кремнийсодержащих восстановителей используют
ферросилиций с содержанием кремния около 75 %,
ферросиликомарганец и ферросиликохром с разным содержанием
кремния.
Эти ферросплавы применяют в дробленом и гранулированном виде.
Размер кусков кремнийсодержащих материалов определяется физикохимическими и технологическими условиями процесса.
В некоторых случаях в качестве восстановителя при силикотермическом
процессе применяют ферросилиций марок ФС75 или ФС65 (выплавка
ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия и др.).
Алюминий для металлотермических процессов используют в виде
порошка (фракция 0 – 0,1 мм), крупки (фракция 0,1 – 3,0 мм) и
стружки.
Алюминиевую крупку и порошок получают распылением через
форсунку жидкого алюминия.
Стружка является отходом механической обработки алюминиевых
изделий.
Железосодержащие материалы
Должны соответствовать следующим требованиям:
 – высокое содержание металлического железа;
 – низкое содержание вредных примесей серы, фосфора, меди;
 – низкое содержание кислорода, так как на его связывание
потребуется дополнительное количество восстановителя;
 – малое содержание шлакообразующих (при большом их
содержании увеличивается кратность шлака и расход
электроэнергии);
 – оптимальный гранулометрический состав или хорошая
дробимость;
 – низкая стоимость.
В качестве железосодержащих могут использоваться разные
материалы: чугунная и стальная стружка, железистые кварциты,
окалина, отходы огневой зачистки металла, сварочный шлак,
железная руда и металлизованные окатыши.
Наиболее полно перечисленным требованиям удовлетворяет стружка
углеродистых сталей и отходы огневой зачистки металла.
Флюсы и осадители
Флюсы предназначены для ошлакования пустой породы руды,
золы восстановителя и электродной массы, продуктов окисления
кремния и алюминия в металлотермических реакциях, снижения
вязкости и температуры плавления образующихся шлаков,
повышения активности в шлаке оксида восстанавливаемого
элемента и др.
По своим химическим свойствам флюсы могут быть основными,
кислотными (кислыми) и нейтральными.
В качестве основных флюсов используют известь, богатую
железную руду;в качестве кислотных – кварциты, железистые
кварциты; в качестве нейтральных – плавиковый шпат,
флюоритовую руду.
Материалы, используемые в качестве флюсов, должны иметь:
 высокую флюсующую способность,
 оптимальный гранулометрический состав,
 содержать минимальные количества вредных примесей.
Флюсы и осадители
Осадители являются компонентом шихты металлотермического производства ферросплавов с
низкой плотностью (ферротитан, ферробор и др.).
Осадитель присаживается на поверхность расплава
в конце металлотермической плавки.
В качестве осадителя используют богатые железные
руды.
Они должны иметь высокую восстановимость, низкое
содержание фосфора и серы, минимальное
количество влаги, оптимальный
гранулометрический состав.
Подготовка шихтовых
материалов
Наиболее эффективным средством повышения производительности
печи и улучшения всех технико-экономических показателей
является подготовка шихты к плавке.
В металлургической промышленности применяются следующие
методы окускования:
 Агломерация получила наибольшее распространение. Этот способ
целесообразно применять только для концентратов крупностью 010 мм.
Для более тонких концентратов (флотоконцентраты, концентраты хим.
обогащения и т.п.) агломерация является нерентабельной.
 Окатывание. Окатыши обеспечивают хорошую газопроницаемость,
обладают достаточной механической прочностью.
Применение окатывания дает возможность увеличить производство
тонкоизмельченных концентратов и стимулирует применение более
глубоких методов обогащения.
Метод окомкования применим только для концентратов тонкого
измельчения (флотоконцентраты, концентраты химического
обогащения).
Подготовка шихтовых
материалов
Брикетирование. При брикетировании всех составляющих шихты
в каждом элементарном объеме брикета находятся все
необходимые для процесса компоненты и не происходит их
расслоение, что очень часто наблюдается при работе на кусковых
шихтовых материалах и на агломерате.
Равномерный гранулометрический состав брикетированной шихты
обеспечивает хорошую ее газопроницаемость, а высокое удельное
электрическое сопротивление дает возможность вести процесс
плавки при глубокой посадке электродов.
Ценным свойством метода брикетирования является то, что он
позволяет значительно расширить гранулометрический состав
шихтовых материалов по сравнению с тем, что допускает
окатывание.
Прочные сырые и обожженные брикеты можно получать при
крупности концентрата (руды) 0-3 мм, тогда как хорошие окатыши
получаются при крупности 0-0,25 мм. Это обстоятельство является
очень важным, так как позволяет брикетировать, например,
марганцевые концентраты гравитационно-магнитного обогащения.

Подготовка шихтовых
материалов
Перспективным направлением подготовки руды к плавке
является ее металлизация (частичное восстановление) вне
рудовосстановительной печи. Используется предварительное
восстановление хромовых окатышей и мелких хромовых
концентратов. Применение металлизованной руды повышает
производительность печи, снижает расход восстановителя,
стабилизирует ход печи и др.
В последнее время ведутся работы по совершенствованию
конструкции рудовосстановительных печей с целью создания
возможности использования в шихту мелких неокомкованных руд и
концентратов. Хорошие результаты получены на печах,
оборудованных загрузкой мелкой шихты через полые электроды, а
также на шахтных печах с плазменным нагревом.
Подготовка к плавке восстановителей, флюсов,
железосодержащих материалов сводится к их дроблению,
сортировке по крупности, прокаливанию и усреднению.