Использование ферросплавов для легирования стали

Сталеплавильное производство, особенно производство качественных сталей, не могло бы развиваться без ферросплавов — сплавов Fe с различными легирующими элементами: кремнием, хромом, марганцем, ванадием, титаном, молибденом и другими элементами.

В число этих сплавов, получивших название от латинского наименования железа «феррум», обычно включают и сплавы, где основой не является железо, например силикокальций, силикомарганец, силикохром. Кроме того, к группе ферросплавов относятся так называемые лигатурысплавы нескольких элементов на железной основе: хром-бор, никель-бор и др., а также ряд чистых продуктовкристаллический кремний, металлический марганец, металлический хром. Ферросплавы и лигатуры служат для введения в сталь легирующих элементовMn, Cr, Si, V, Mo, W и другие. Эти элементы вводят в сталь либо для раскисления, десульфурации и денитризации (то есть удаления из стали кислорода, серы и азота) либо для придания стали специальных повышенных свойств, таких как жаропрочность, хладостойкость, кислотоупорность, коррозионная стойкость, пластичность, твёрдость. Применяемая в современной технике сталь и изделия из неё должны работать при высоких и низких температурах, под воздействием агрессивных химических веществ, обладать хорошей обрабатываемостью и высокой прочностью.

Использование не чистых металлов, а ферросплавов для легирования стали объясняется тем, что в этом случае уменьшается угар легирующих элементов, облегчается введение их в сталь и снижается стоимость легирования так как получить металл в чистом виде, как правило, сложнее и дороже, чем в виде ферросплава или лигатуры.

1. Состав и применение сплава

В природе хром встречается главным образом в виде оксидов, входящих в состав хромшпинелидов. Содержание хрома в земной коре 0.03%.

Хром широко используют при производстве сталей и жаропрочных сплавов как легирующую добавку. При добавлении хрома в сталь повышается её износостойкость, твёрдость и прочность, несколько снижая при этом пластичность. Хромистые стали (с примерно 1% хрома 1% углерода) широко используют при изготовлении подшипников. Стали с 18% хрома и 8−10% никеля известны как нержавеющие и кислотоупорные. Сплавы с 60−80% никеля и 15−20% хрома обладают высоким электросопротивлением и стойкостью к окалинообразованию, и используются для выполнения электронагревательных элементов. Получили большое распространение жаропрочные сплавы с 13−60% хрома на железной, никелевой и кобальтовой основе, используемые для изготовления деталей реактивных двигателей. Сплав хрома, молибдена и кобальта (космохром) не оказывает вредного воздействия на организм человека и используется в восстановительной хирургии.

Хромирование металлических изделий, то есть покрытие их тонким слоем хрома электрохимическим методом, увеличивает срок службы изделий. Широкое применение находят оксиды хрома при изготовлении красок; соединения хрома входят в состав многих огнеупорных материалов (на пример хромомагнезит). Серийный выпуск сплавов хрома был начат только в тридцатых годах 20века на Челябинском ферросплавном заводе.

В качестве легирующей добавки для производства качественных сталей используют и низкоуглеродистый феррохром.

В соответствии с требованиями ГОСТ 4751–91 «Феррохром», марки и химический состав низкоуглеродистого феррохрома должны соответствовать требованиям, указанным в таблице № 1

Таблица № 1 Феррохром низкоуглеродистый

По требованию потребителя низкоуглеродистый феррохром изготавливают:

— с массовой долей фосфора не более 0.02% в марках ФХ 005А, ФХ 006А, ФХ 010А;

— с массовой долей хрома не менее 60% и кремния 6.0−12.0% в марках ФХ 005А, ФХ 005Б, ФХ 006А, ФХ 006Б, ФХ 010А, ФХ 010Б, ФХ 015А, ФХ 015Б, ФХ 025А, ФХ 025Б.

Низкоуглеродистый феррохром изготавливают в кусках массой не более 20 кг и в соответствии с таблицей № 2

Таблица № 2 Крупность феррохрома

Класс крупности указывают цифрой в конце обозначения марки, например ФХ 010Б-4.

Поверхность и излом кусков феррохрома не должны иметь резко выраженных включений шлака, песка и других инородных материалов. На поверхности кусков допускается оксидная плёнка и следы противопригарных материалов.

Феррохром принимают партиями. Партия должна состоять из феррохрома одной или нескольких плавок одной марки и одного класса крупности. Массовая доля хрома в отдельных плавках партии не должна отличаться более чем на 4%.

1.1 Сырые шихтовые материалы

При выплавке рафинированного феррохрома флюсовым методом шихта состоит из хромовой руды, силикохрома и извести.

Не допускается загрязнение шихтовых материалов углеродосодержащими примесями.

Гранулометрический состав шихтовых материалов.

Руда хромовая ОАО «Донской ГОК» по гранулометрическому составу должна соответствовать требованиям, указанным в таблице № 3

Таблица № 3 Крупность руды хромовой

Хромовая руда месторождения РайИз (харп) должна соответствовать требованиям, приведённым в таблице № 4

Таблица № 4 Крупность руды харп

Для выплавки феррохрома марки ФХ 010А используется ферросиликохром марки ФХС 48(п) 0 и 1 бункеров (смотри таблицу № 4). Его изготавливают в кусках крупностью до 315 мм подлежащих дроблению в цехахпотребителях (цех № 6).

Флюсы вводят в печь для перевода пустой породы железосодержащей шихты в шлак требуемого химического состава, обладающего определёнными физическими свойствами. В качестве флюсов (добавочных материалов) в производстве низкоуглеродистого феррохрома применяют известь.

Известь с вращающихся печей изготавливают в кусках размером до 40 мм. Кусков размером более 40 мм должно быть не более 10% от массы отгружаемой партии.

Ферросиликохром, используемый для выплавки феррохрома изготавливают в кусках крупностью до 315 мм, подлежащих дроблению в цехе — потребителе (цех№ 6).

Химический состав шихтовых материалов Руда хромовая ОАО «Донской ГОК» должна соответствовать ТУ 645 РК 186 760−12−2000 и отвечать требованиям, указанным в таблице № 5

Таблица № 5 Требования к хромовой руде

Летним считается период с 16 апреля по 15 октября, зимним — с 16 октября по 15 апреля.

Химический состав руды месторождения РайИз (харп) приведён в таблице № 4.

Для выплавки феррохрома класса, А содержание фосфора в ферросиликохроме не должно превышать 0.03%.

Требования к ферросиликохрому для выплавки низкоуглеродистого феррохрома обусловлены необходимостью получения наиболее низкого содержания углерода в нём. Использование ферросиликохрома с содержанием кремния 50−52%, что обеспечивает содержание в нём углерода не более 0.3% при требуемом содержании хрома.

Ферросиликохром марки ФХС 48 (п) разливается с отсечкой верхней и нижней части ковша в общем количестве не менее 10% от плавки и по содержанию углерода подразделяется на четыре бункера, указанные в таблице № 6

Таблица № 6 Бункера ферросиликохрома

Известь, используемая для выплавки сплава, должна соответствовать требованиям СТП 38- 2002 «Известь технологическая с вращающихся печей» приведены в таблице № 7

Таблица № 7 Требования к извести

Содержание фосфора в извести, использующейся для выплавки феррохрома класса, А не должно превышать 0.006%.

1.2 Подготовка шихтовых материалов

Как правило, ферросплавные заводы используют руды и концентраты, не требующие дополнительные обогащения. Основным критерием при оценке качества руд является содержание в них ведущего элемента, оно должно быть максимально высоким. Следует, однако, учитывать, что запасы руд истощаются и поэтому в ферросплавном производстве используются более бедные руды.

Существенную роль при выборе руды играет её фракционный состав, который часто определяет технико-экономические показатели производства. Оптимальные размеры кусков руды зависят от сорта руды, типа печи и способа производства.

При выплавке рафинированного феррохрома восстановительные процессы идут в расплаве. Поэтому применяют порошковые руды, а при их отсутствии руду измельчают (дробят). Руду подвергают сушке до содержания влаги 0.5−1.5%, хотя при этом повышается улёт мелких фракций руды при плавке.

В зависимости от наличия хромовой руды и содержания хрома в ней производиться усреднение руд по химико-минералогическому составу. В шихтовом дворе цеха отведён бункер усреднённых руд с запасом не менее, чем на двое суток работы.

Доставка ферросиликохрома осуществляется в железнодорожных бортовках. Загрузку бортовок выполняют строго по бункерам и смешивание ферросиликохрома не допускается. Поступающий в цех ферросиликохром, хранят в отдельных закромах шихтового двора, разделённых в соответствии с бункеровкой. Он дробится в шихтовом дворе на щековых дробилках узла дробления ферросиликохрома до фракции 20−40мм.

Дроблённый ферросиликохром подаётся в печные бункера по системе ленточных транспортёров шихтового двора для плавки феррохрома.

Применяют известь, полученную обжигом известняка газом в трубчатых вращающихся печах. Эта известь совершенно не загрязнена углеродосодержащими материалами при обжиге, имеет ровный гранулометрический состав.

Технологическая известь подаётся из цеха обжига известняка в бункера печного пролёта по галерее транспортёров или на склад шихты думпкарами. Думпкары разгружают в отдельные бункера, исключающие загрязнения извести посторонними примесями.

Если поставляемая известь имеет габариты, значительно превышающие 40 мм, её следует подвергать измельчению на валковой дробилке, установленной в шихтовом дворе цеха.

1.3 Дозирование

Для приёма шихтовых материалов из склада шихты и цеха извести в бункерном отделении на отметке +22.0м установлены два желобчатых ленточных транспортёра оснащённых автостеллами, по которым поступающая шихта распределяется по 24 сдвоенным бункерам. Объём одного бункера 45 м³, объём сдвоенного бункера- 90 м³. Объёмный вес содержимого бункеров- 2500кг/м³. Конструкция бункеров — металлическая. Шихтовые материалы взвешиваются с помощью дозаторов ДИ-1200 или АВДИ-1200.

Вид сырья в бункерах — хромовая руда, хромовый концентрат, ферросиликохром, известь.

Номера бункеров для печи № 36

Хромовая руда №№ 36, 37

Ферросиликохром №№ 23, 24

Известь №№ 49, 50

На бункерах с хромовой рудой для стряхивания руды установлены вибраторы ИВ 98. Всего вибраторов 2 шт.

Под каждым бункером установлены электровибропитатели типа ИВ- 107 с нижним расположением вибратора и лотком 750Ч750мм. Всего питателей -6шт.

Вид дозировки шихты — автоматическая, порционная система «FESTO». Работает по принципу задания весов компонентов и контроля за взвешиванием.

Из сдвоенных бункеров с помощью электро — вибропитателей шихта поступает в дозаторы, оборудованные весоизмерителями, входящими в систему «FESTO». Максимальная нагрузка весоизмерителя 2000 кг, минимальное 200 кг, допускаемая погрешность ±1% (±20кг).

1.4 Физико-химические основы процесса

Силикотермический процесс производства ферросплавов основан на восстановлении оксидов металлов кремнием и осуществляется в основном в рафинировочных электропечах.

В общем виде суммарная реакция силикотермического восстановления может быть представлена в следующем виде:

Me_xO_y+ Si+ CaO= Me+CaOЧSiO₂+Q_Si (1)

Данная реакция слабо экзотермическая, для её протекания следует дополнительно подводить тепло извне.

Технологический процесс выплавки феррохрома складывается из восстановления оксидов хрома и железа, хромовой руды, кремнием, ферросиликохрома. При этом протекают следующие реакции:

2Cr₂O₃+3Si=4Cr+3SiO₂ (2)

2FeO+Si=2Fe+SiO₂ (3)

По мере накопления в шлаке кремнезёма (SiO₂) затрудняется дальнейшее восстановление хрома и в сплаве остаётся не прореагировавший кремний. Для более полного восстановления хрома и обеспечения содержания кремния в пределах ГОСТ в шихту вводится известь. Оксид кальция извести связывает образовавшийся кремнезём в двухкальциевый силикат — прочное соединение по реакции:

SiO₂+2CaO=2CaSiO₂ (4)

Отношение CaO/SiO₂, характеризующее основность шлака, в двухкальциевом силикате составляет 1.87. Полезное использование кремния для печей цеха№ 6 составляет 75%.

Реакция восстановления хрома кремнием и окисление кремния кислородом воздуха протекает с выделением тепла в количестве 285 000ккал (330 кВтч) на 1 кг кремния. Поэтому ферросиликохром является не только восстановителем, но и энергоносителем, выделяемым при реакциях примерно 20% от прихода тепла.

Количество извести должно обеспечивать наиболее полное связывание кремнезёма. Избыток извести увеличивает кратность шлака, что приводит к образованию хромита кальция CaO Cr₂O₃, затрудняющего восстановление хрома, кроме того образуются карбиды кальция (CaC₂), что повышает содержание углерода.

Недостаток извести приводит к снижению основности шлака, что повышает содержание кремния в сплаве и получаются богатые шлаки, а также захолаживается печь снижается восстановление хрома, образовываются неразлагающиеся шлаки и загрязняется сплав.

Восстановительная атмосфера в печи, выплавляющей феррохром способствует переходу основной массы содержащегося в шихте фосфора в сплав.

Степень перехода фосфора в сплав составляет 80−85%. В шлак переходит 2−5% фосфора в основном в виде Ca₃P₂, остальной фосфор удаляется в газовую фазу в виде P₄, P₂, PN

1.5 Ведение плавки

В настоящее работе будем рассматривать схему плавки без переплава.

Основными задачами ведения плавки является выплавка сплава заданной марки по содержанию углерода и кремния, класса по содержанию фосфора и соблюдения запланированного хрома. Это обеспечивается подбором шихтовых материалов и строгим соблюдением режимов плавки.

Выплавка низкоуглеродистого феррохрома включает два периода: восстановительный и рафинировочный.

В восстановительный период необходимо максимально извлечь ведущий элемент из руды. в течение рафинировочного периода образовавшийся металл рафинируется от избытка кремния, при этом параллельно идут процессы до извлечения ведущего элемента из шлака.

Рассмотрим схему введения плавки, когда задаётся равное количество восстановителя на шлаковый и металлический периоды плавки, часть навески ферросиликохрома задаётся на подину, оставшийся восстановитель задаётся вместе с рудно-известковой частью шихты.

Выплавка низкоуглеродистого феррохрома производится в две завалки. После проплавления первой завалки производится выпуск шлака. Количество и соотношение компонентов шихты в завалках одинаково.

Величина завалки для печей, работающих, без переплава составляет:

— хромовая руда 5200кг

— известь 4539 кг сплав печь шлак шихтовый

— ферросиликохром 1768 кг Оптимальное количество выпусков- 7 в сутки. В среднем за плавку на каждые 100 кг хромовой руды расход электроэнергии на печах, работающих без переплава составляет от 150 до 160 кВт ч. Расход электроэнергии на щлаковый период, как правило, превышает расход на металлический период на 1200−200 кВт ч.

Процесс выплавки феррохрома на печах, работающих без переплава, складывается из следующих операций:

— после выпуска металла обрабатываются борта и производится заправка ванны;

— на подину даётся для набора нагрузки 700−1000кг ферросиликохрома из его общего количества в первой завалке;

— электроды опускают, «садят» на восстановитель;

— после набора нагрузки задаётся остальной ферросиликохрома вместе с рудно-известковой частью шихты;

— проплавление шихты;

— выпуск шлака;

— обрабатываются борта и производится заправка ванны;

— на подину даётся для набора нагрузки 700−1000кг ферросиликохрома из его общего количества во второй завалке;

— посадка электродов на восстановитель;

— после набора нагрузки задаётся остальной ферросиликохром вместе с рудно-известковой частью шихты;

— проплавление шихты;

— выпуск металла и шлака.

При выплавке феррохрома марки ФХ 010А порядок дачи ферросиликохрома с шихтой или в расплавустанавливается в зависимости от текущего содержания углерода в сплаве (контролируют по содержанию кремния в сплаве) и состояния бортов ванны.

Контроль за рафинированием феррохрома старший плавильщик ведёт по содержанию кремния в сплаве.

Для определения содержания кремния из разных мест берут не менее трёх проб, содержание кремния определяется на термоэлектрическом анализаторе.

Пробы отбираются за 15 минут до окончания каждого периода. Содержание кремния в пробах, отобранных в конце шлакового периода, не должно превышать 3%. Содержание кремния в пробах, отобранных в конце плавки, должно быть в пределах от 1.5% до 2%.

Оптимальным является содержание кремния в сплаве 0.6−1.2%. при снижении содержания кремния ниже 0.3% увеличиваются потери не восстановленного хрома с отвальными щлаками.

После выпуска шлака один раз в смену в конце первого металлического выпуска плавильщики отбирают пробу жидкого шлака. Проба отбирается стальной ложкой из второго ковша. Если во второй ковш шлака перешло мало, то пробу шлака отбирают из первого ковша. Основность должна быть 1.87. Состав его должен быть следующим:

CaO 48−51.0%

SiO₂ 27.0−30.0%

Cr₂O₃ 4.5−5%

FeO 0.8−1%

Если содержание Cr₂O₃ более 5%, а содержание CaO выходит за пределы указанного интервала, то корректируются навески ферросиликохрома и извести.

При необходимости проба шлака отбирается по указанию старшего мастера после выпуска шлака в конце каждого периода плавки.

Вся заданная в печь шихта загружается в центр печи к электродам. В течении плавки следует постоянно вести обработку бортов ванны печи, сбивая настилы, сталкивая в печь нерасплавленную шихту.

Необходимым условием нормальной работы печи является постоянный угол наклона её на выпусках, а также постоянный уровень порога лётки, что обеспечивает и постоянный уровень подины печи. Рекомендуемая величина угла наклона составляет 1.5−2на печи работающей менее восьми месяцев после капремонта и на 2−3 на печи, проработавшей более восьми месяцев после капремонта. После понижения уровня лётки восстанавливается угол наклона 1.5−2. Изменение угла наклона печи производится по разрешению начальника цеха.

Выпуск феррохрома и шлака производят на отключённой печи с поднятыми электродами.

После каждого выпуска производят заправку бортов ванны в местах разгара футеровки. Для этого сначала обрабатывают борт ванны печи чугунной «ложкой», и после полной обработки борта ванны печь наклоняют, из труботечки выпускают рудно-известковую смесь, и с помощью гребков задают её к определённым местам футеровки. Может также использоваться мелкий переплав, который задают вручную.

В случае размыкания футеровки, которая угрожает ходу технологического процесса, для заправки бортов должны использоваться кусковая хромовая руда и бой магнезиального кирпича.

1.6 Основные нарушения хода печи

Повышенное содержание кремния в металле Причиной повышения содержания кремния в металле может быть:

а) избыток ферросиликохрома, о чём свидетельствует сильное разъедание гарниссажа ванны в этом случае необходимо снизить навеску ферросиликахрома, но не более, чем на 1/3;

б) недостаток извести о чём свидетельствует низкое содержание CaO в щлаке (нормальным считается массовая доля CaO в шлаке — 50±2%) вследствие низкой навески извести или низкого содержания CaO в извести.

Признаками низкой основности является:

1) Холодный ход печи;

2) Размыкание бортов печи;

3) Жидкий шлак, долгое время не застывающий в ковше;

4) Холодный вязкий металл;

5) Образование на подине печи вязкой массы металла;

6) Высокое содержание окиси хрома в шлаке.

Для исправления состава шлака необходимо увеличить навеску извести до достижения 48% CaO в шлаке.

в) во всех случаях при повышении содержания кремния в металле необходимо проверить правильность дозировки шихтовых материалов и соответствие их химического состава и грансостава требованиям, указанным в подразделах 1.2.1 и 1.2.2 данной работы;

г) если содержание кремния в печи не превышает 3%, необходимо принять следующие меры:

1) хорошо перемешать ванну сталкиванием шихты с бортов печи;

2) увеличить расход электроэнергии на плавку на 1000−1500 кВтч;

3) дополнительно дать в ванну хромовую руду и известь в соотношении 1:1 в количестве 1 тонны каждой составляющей и снять на них электроэнергии согласно технологической инструкции.

д) для ускорения рафинирования феррохрома ванна должна постоянно перемешиваться за счёт сталкивания холодной части шихты с бортов печи в расплав;

е) если содержание кремния выше 3% и указанные меры не помогают, то восстановления Cr₂O₃ шлака и выпустить обедненный шлак. Начать новую плавку с уменьшенной навеской ферросиликохрома, учитывая избыточное количество кремния в сплаве. Допускается снижение навески не более, чем на 2/3;

ж) в исключительных случаях, при выпуске нестандартного по содержанию кремния сплава разрешается:

1) рафинирование переливом через шлак этого же вы выпуска или через шлак другой печи;

2) смешивание со сплавом другой печи, в котором содержание кремния не превышает 0.5%.

з) если содержание кремния в ванне превышает 6%, необходимо принять следующие меры:

1) выпустить металл из печи без попыток отрафинировать его, во избежание проедания ковша таким металлом под выпуск устанавливается специально от футерованный магнезитовым кирпичом ковш, либо дважды отшлакованный не футерованный ковш, этот металл в дальнейшем может использоваться для переплава взамен части ферросиликохрома;

2) завалить в центр подины 1тонну хромовой руды;

3) сверху на руду задать всю навеску ферросиликохрома;

4) проплавить шихту со съёмом электроэнергии 200 кВтч на 100 кг руды;

5) по ходу плавки постоянно обрабатывать расплав дроблённым ферросилицием для максимального обеднения шлака;

6) повторять описанную операцию через плавку до снижения содержания кремния в печи до 2−2.5%.

Повышенное содержание оксида хрома в шлаке а) нормальное содержание Cr₂O₅ в шлаке до 5%. Причинами повышения содержания Cr₂O₅ в шлаке являются:

1) холодный ход печи;

2) недостаток или избыток извести или плохое её качество;

3) недостаток ферросиликохрома;

4) не удовлетворительный грансостав хромовой руды;

5) использование руды с повышенным содержанием оксида магния;

6)неправильный порядок завалки шихты;

7) отсутствие обработки бортов ванны.

б) при повышении содержания в шлаке оксида хрома необходимо проверить правильность дозирования шихты и соответствие качества шихтовых материалам требования подраздела 1.2 данной работы;

в) для исправления хода печи необходимо скорректировать шихтовку или увеличить расход электроэнергии, при использовании руды с повышенным содержанием оксида магния расход электроэнергии на плавку увеличивается до 180 кВтч на 100 кг руды.

Повышенное содержание углерода в сплаве а) причинами повышения содержания углерода являются:

1) подача на печь загрязнённых углеродистыми материалами компонентов шихты;

2) повышенное содержание CaO в извести;

3) обломы электродов и попадание обломков в сплав;

4) большой избыток извести;

5) высокая влажность шихты, способствующая вспениванию шлаков;

6) работа на низком напряжении;

7) неисправности в работе механизма перемещения электродов;

б) сменные мастера-металлурги и персонал печи обязаны проверять чистоту шихтовых материалов по углероду и следить за эксплуатацией электродов;

в) особое внимание уделяется своевременной обработке бортов во избежание обвалов и «вскипания» ванны.

Срыв подины а) основная причина срыва подиныобразование в печи перегретого кремнистого жидкоподвижного сплава. Проникая в щели между кирпичами верхних рядов, он вызывает всплывание кирпичей и образование пенистых высокомагнезиальных шлаков, резко ухудшающих восстановление хрома и рафинирование сплава от кремния.

Наиболее часто срыв подины наблюдается через 10−12 суток после капремонта, но при нарушениях технологии, ведущих к образованию кремнистого сплава и его перегреву, может происходить и в другое время;

б) для удаления магнезиального шлака из печи необходимо загрузить на подину до 2 тонн хромовой руды, проплавить и выпустить весь шлак. Расход электроэнергии на эту принятой технологии. Допускается снизить на 1/3 навеску ферросиликохрома и увеличить расход электроэнергии на 1500 кВтч сверх установленного на плавку. Затем выпускается сплав при любом содержании кремния в нём.

Зарастание ванны печи гарниссажем Причинами зарастания гарниссажем может быть избыток извести или недостаточная обработка бортов ванны печи. Признаки избытка извести:

1) Высокоосновный тугоплавкий богатый шлак

2) Перегретый металл

3) Образование колодцев у электродов.

Для устранения явления зарастания печи гарниссажем следует:

1) Снизить навеску извести в шихте, не снижая навески ферросиликохрома, на 300кг

2) Увеличить расход электроэнергии на период на 1500−2000 кВтч

3) Тщательно обрабатывать расплав дроблённым ферросилицием, особенно в тех районах, где настылы гарниссажа особенно велики

4) После каждого выпуска тщательно оббивать борта от настылей.

1.7.6 Нарастание подины печи Причины нарастания подины:

1) Недостаток извести

2) Недостаточный съём электроэнергии Для устранения нарастания подины следует:

1) Увеличить навеску извести в шихте на 300кг

2) Увеличить расход электроэнергии на 1500−2000 кВтч.

Загрязнение слитков шлаком

а) к причинам загрязнения слитков щлаком относятся:

1) Низкое содержание CaO или высокое содержание Cr₂O₃ в шлаке

2) Неполный слив шлака из ковша

3) Плохое загущение остатков шлака перед разливкой металла б) необходимо проверить:

1) Полноту проплавления шихты

2) Правильность дозирования шихты

3) Качество извести

4) Соблюдение технологии доводки расплава (раскисление дроблённым ферросилицием перед выпуском) и разливки При необходимости внести требуемые корректировки (устранить неисправность в работе дозаторов, увеличить навеску извести, обеспечить тщательную обработку расплав ферросилицием, более полный слив шлака перед разливкой известняком) Не рассыпающиеся шлаки В случае получения не рассыпающихся шлаков необходимо проверить полноту проплавления шихты, навеску ферросиликохрома, качество извести, правильность её дозировки и, если необходимо, изменить их навеску в шихте.

1.7 Выпуска шлака и металл

Выпуск феррохрома производиться по графику, составленному старшим мастером. График выпуска должен обеспечивать разницу во времени выпусков между расположенными печами не менее 1 часа.

Выпуск сплава производится в установленный под лётку стальной не футерованный ковш со шлаком, выпущенным на шлаковом выпуске. Время выдержки ковша со шлаком до начала металлического выпуска 1−1.5 часа, чтобы образовался гарниссаж. Перед металлическим выпуском носок ковша со шлаком засыпают шлаком, корку продавливают другим ковшом или «бабой». Под ковш со шлаком устанавливается второй не футерованный ковш. Выпуск сплава в шлак позволяет снизить содержание кремния в металле и получить более бедный по содержанию хрома шлак.

Поверхность расплава в ковше засыпается разложившимся шлаком.

Перед выпуском сплава лётка должна быть хорошо очищена, так как это является условием для равномерного выхода шлака и сплава.

Подготовка лётки и прожиг её кислородом производится до отключения печи на выпуск сплава.

После подготовки лётки частично, а если это возможно, полностью разделывают сжатым воздухом.

Прожиг лётки О₂ производится согласно раздела «Прожиг лётки кислородом» инструкции БТИ-06.01−03 для работающих в плавильном цехе№ 6.

Разделка лётки кислородом должна производиться прямо. Разделка лётки под углом к уровню подины («на сифон») запрещается, так как при этом меняется тепловой баланс печи и возникает угроза прожога корня лётки.

При наклоне ванны печи во время выпуска происходит её перемещение в сторону литейного пролёта и ковш с помощью лебёдки перемещается на необходимое расстояние, чтобы сплав сливался в середину ковша. Ванна не должна опираться на ковш.

Лётка закрывается разложившимся шлаком от производства низкоуглеродистого феррохрома без корольков и скрапа.

1.8 Разливка сплава

После выпуска ковш с феррохромом на тележке вывозят в литейный пролёт, подвешивают на траверсе на крюк крана и с помощью второго подъёма сливают в шлак. Окончательный слив шлака делают в ковш, установленный у стенда для загущения шлака.

Горновой печи следит, чтобы при сливе шлака из ковша не вышел металл.

При этом горновой должен находиться на безопасном расстоянии, откуда он хорошо виден крановщику и может следить за сливом шлака и заполнением им шлаковен.

Окончательный слив шлака делают в ковш, установленный у стенда для загущения шлака.

Перед разливкой феррохрома оставшийся в ковш шлак загущается известняком с последующим обвалом «корки» стальной ложкой с рабочей площадки.

Сплав в ковше не должен находиться более 20 минут после окончания выпуска.

Разливка сплава производится на чугунные изложницы. Перед разливкой горячие чугунные изложницы поливают известковым молоком или заправляют чистыми от шлака отсевами стандартного низкоуглеродистого феррохрома. При выплавке феррохрома марки ФХ 010А на изложницы под струю металла подкладывают кусок сплава, полученного при дроблении на дробилке ЦЕМАГ. В отсевах и куске перед взятием на подсыпку (подложку) должен быть определён химический состав. Содержание углерода, кремния и фосфора в отсевах и куске должно быть не выше, чем в заданной на подставку (контакте) марке металла. Ферросплав, берущийся под подсыпку (подложку), должен быть согласован с ОТК. Продолжительность разливки сплава не должно превышать 10 минут.

2. Расчётная часть

2.1 Расчёт основных параметров ванны

Главным показателем ферросплавной печи, определяющим размеры печи, является мощность трансформатора.

Активную мощность ванны определяют исходя из выражения:

Рв = PЧз_Э, (1)

где з_Э— к.п.д. электрической печной установки, з_Э= 0.95;

Рмощность трансформатора, кВА, Р= 5000кВА;

Рв= 5000Ч0.95= 4750МВт.

Активная мощность ванны на одном электроде находится по формуле:

Р₁в= Рв/N, (2)

где Nчисло электродов, шт., N=3шт.

Р₁в= 4.75/3= 1.58 МВТ Рабочее полезное фазовое напряжение определяем по формуле:

Uпол.ф.= сP₁вⁿ, (3)

где с-коэффициент, характеризующий электрическое поле ванны для данного технологического процесса, с= 9.6;

nпоказатель степени для шлаковых процессов, n= 0.25;

Uпол.ф.= 9.6Ч1580^0.25= 60.525 кВт Определим рабочий ток в электроде:

Iэ-д= Р₁в/ Uпол.ф. (4)

Iэ-д= 1580/60.52= 26.1 кА_э-дчI

Найдём расчётный диаметр электрода:

Дэ-д=_э-дчI, (5)

где Iтехнически рациональная плотность, АЧсм², I= 7.4 АЧсм²

Д_э-д==670мм Полученные данные сильно превышают действующие. Далее в расчётах используем Д_э= 350 мм.

Диаметр распада электродов вычисляют по формуле:

Д_р=(2.3ч2.7)Д_э-д (6)

Д_р= 2.7Ч350= 945 мм Примем размер Д_р указанный в техническом паспорте действующей рафинировочной печи № 36, Д_р= 1100 мм.

Определим размеры ванны. Диаметр ванны находим по формуле:

Д_в=Д_р+Д_э-д+2д= (2.2ч2.3)Д_р, (7)

где драсстояние от электрода до футеровки, мм, д= 875 мм Д_в= 1100+350+2Ч875= 3200 мм.

Глубина ванны (hв) для открытых печей примерно равна диаметру распада электродов (Д_р)

hв Д_р, hв1100

Наружный диаметр ванны равный диаметру кожуха находят из выражения:

Д_к= Д_в= 2 дф, (8)

где дфтолщина футеровки, мм, дф= 1325 мм.

Д_к= 3200+2Ч1325=58 506 000мм Толщину гарниссажа определяют согласно практическим данным из выражения:

Дг= (0.1ч0.2)Д_э-д (9)

Дг= 0.2Ч350=70мм Общая высота ванны определяется из глубины ванны и толщины футеровки подины:

h= hв+дn, (10)

где дnтолщина подины, 1540 мм

h= 1100+1540=2640мм.

2.2 Расчёт шихты для выплавки феррохрома

Расчёт ведётся на 100 кг сухой хромовой руды. Для расчёта приняты следующие условия:

— степень восстановления хрома из руды 80%

— полезное использование кремния ферросиликохрома 75%

— степень восстановления железа из руды 98%

— содержание кремния в феррохроме 1%

— отношение CaO/SiO₂ в шлаке 1.87

Состав шихтовых материалов приведён в таблице № 10

Таблица № 10 Состав шихтовых материалов

Состав ферросиликохрома: Si 50%, Cr 27%, Fe 22%

Основные реакции технологического процесса приведены в подразделе 1.5 Химические реакции 1и 2.

Восстанавливается хрома из руды:

100Ч0.48Ч0.8Ч104ч152= 26.27кг Необходимо кремния для восстановления хрома:

26.27Ч84ч208=10.6кг Восстанавливается железа из хромовой руды:

100Ч0.115Ч0.98Ч56ч72=8.76кг Необходимо кремния для восстановления железа:

8.76Ч28ч112=2.19кг Всего необходимо кремния для восстановления хрома и железа:

10.6+2.19=12.79кг Необходимо кремния с учётом его полезного использования:

12.79ч0.75=17.0кг Необходимо ферросиликохрома:

17ч0.5=34кг

Расчёт количества оксида кальция, необходимо для образования в шлаке двухкальциевого силиката:

— хромовая руда вносит 8 кг SiO₂;

— образуется диоксида кремния при окислении ферросиликохрома:

17Ч60ч28=36.4кг;

— всего образуется диоксида кремния, переходящего в шлак:

36.4+8=44.4кг;

— необходимо оксида кальция:

44.4Ч1.87=83кг;

— необходимо извести:

83ч0.95=87.3кг.

Соотношение компонентов шихты

Хромовая руда 5200 кг Известь

87.3Ч5200ч100=4539.6кг Ферросиликохром 34Ч5200ч100=1768кг Расчёт количества и состава сплава приведён в таблице № 11

Таблица № 11 Расчёт количества и состава сплава

Расчёт количества и состава шлака приведён в таблице № 12

Таблица № 12 Расчёт количества и состава шлака

Кратность шлака 168.73/52.29=3.23

Расход кислорода воздуха на окисление кремния силикохрома будет составлять:

17.0Ч0.3Ч32/28=5.83кг, где коэффициент, учитывающий расход кислорода на окисление равен 0.3.

Материальный баланс приведён в таблице № 13

Таблица № 13 Материальный баланс

2.3 Конструкция печи

Используемая печьрафинировочная открытая типа СКБНО- 3 с магнезитовой футеровкой и тремя графитированными электродами, предназначена для выплавки низкоуглеродистого феррохрома.

Кожух печи металлический сварной, толщина листа днища 20 мм, стенки 20 мм.

Таблица № 8 Материалы, используемые для футеровки печи приведены в таблице № 8

У печи одна лётка, которая закрывается шлаком от производства низкоуглеродистого феррохрома без корольков и скрапа. Лётка разделывается сжатым воздухом или прожигается кислородом из системы цеха. Ремонт её производится по необходимости.

Ванна печи наклоняющаяся. Тип механизма наклона ванныгидравлический. Максимальный угол наклона печи в сторону рабочей площадки 18?. Максимальный угол наклона печи на слив металла в сторону литейного пролёта 20?. На механизме наклона ванны печи установлены два конечных выключателя марки КУ- 701.

Печь имеет водоохлаждаемый свод. Состоит из опорного каркаса, рамы крыши свода и центральной секции. Футеровка свода выполнена из корундовой массы. Толщина футеровки 150 мм. В своде установлены песочные затворы. Для подачи шихты в печь на крыше свода установлены три затворамигалки рычажного типа. В качестве изоляции между крышей свода и затвороммигалкой используют ткань асбестовую толщиной 3.5мм.

Используются графитированные электроды диаметром 350 мм, пропитанные растворами неорганических солей. Диаметр распада 1100 мм. Три электрода расположены по вершинам равностороннего треугольника. Обдувка электродов производится сжатым воздухом перед их перепуском.

Тип электрододержателя — прямой, с пружинно-пневматическим зажимом.

Механизм зажима и перепуска электродов — пружиннопневматический. Перепуск электродов осуществляется на отключенной печи после металлического выпуска.

Механизм перемещения электродов состоит из моторно-редукторной группы и реечного зацепления. Тип устройства — дистанционный, автоматический.

Для системы охлаждения элементов печи используется техническая вода. Давление воды 4 атм., расход охлаждающей воды 25 м³/ч. Охлаждаются: змеевики и головка электродержателя, токоподводящие трубы, свод и крыша свода.

Шинный пакет состоит из медных шин сечением 300Ч12мм по четыре на каждую фазу. Всего 12 шт. плотность тока I=0.58/1.08А/мм² при соединении I/. Гибкий участок выполнен из медного провода типа МГЭ-500 с бронзовыми наконечниками БрОЦС 5−5-5. На каждую фазу 8 гибких токоподводов, каждый состоит из четырёх проводов. Всего на фазу- 32шт., на печь -96шт.

Характеристика печного трансформатора:

— максимальная токовая нагрузка- 8975А;

— установленная мощность электропечной установки- 5000кВА;

— частота- 50Гц;

— количество трансформатороводин трёхфазный ЭТЦП- 5000/10;

— схема соединения обмоток .

Система загрузки шихты — порционная автоматизированная. Взвешенная сдозированная шихта поступает в работающую, в полуавтоматическом режиме монорельсовую тележку грузоподъёмностью 3 т., с помощью которой развозится по печным карманам (бункерам).

Печные бункера установлены на отметке +11. Всего бункеров пять, из них три основные и два дополнительных. Из основных бункеров шихта поступает на борта печи, из дополнительныхв центр печи и на периферию.

На печи установлена газоочистка. Тип газоочисткисухая. Производится забор газовоздушной смеси изпод свода печи и подача её в батарейные циклоны и дымосос одностороннего всасывания, максимальная температура газов 250.

Рассматриваемая печь имеет зонт. Он состоит из крыши зонта, задней стенки и 18- ти секций. Зонт частично демонтирован над печью для установки свода. К своду и зонту печи подсоединены газоходы, входящие в общую систему газоочистки печи. Отсос газов изпод зонта и свода печи осуществляется через батарейный циклон непосредственно в дымовую трубу печи.

Разливка низкоуглеродистого феррохрома производится в плоские изложницы. Число изложниц — 5…6шт. Масса слитка равна примерно 700 кг. Слитки с изложниц снимают с помощью крановых клещей и складируют по плавкам в технологическую посуду. Шлак феррохрома сливается в стальные ковши объёмом 5 м³, устанавливаемые на шлаковозы, и вывозится в ЦСГФШ.

Стальные ковши устанавливаются на ковшевую тележку грузоподъёмностью 45 т.

Механизм выкатки и закатки разливочной посуды снабжён лебёдкой типа ЛМГ- 6.3 грузоподъёмностью 6.3т Выкатные пути — рельс Р₇₀ установлен на балке № 30…40, залитой бетоном. Низ приямка уложен половыми плитами.

В печном пролёте печь обслуживают два электромостовых крюковых крана грузоподъёмностью 5 т.

В литейном пролёте печь обслуживают пять электромостовых кранов с двумя подъёмами 50/12.5т.

2.4 Техническая характеристика

Техническая характеристика печи приведена в таблице № 9

Таблица № 9 Техническая характеристика печи

2.5 Техника безопасности технологического процесса

При выплавке низкоуглеродистого феррохрома на всех стадиях производственного процесса необходимо соблюдать: правила техники безопасности, изложенные в «Инструкции по охране труда для работающих в плавильном цехе № 6» БТИ-06.01−2009; БТИ 0022−2008 и данной технологической инструкции.

К работе плавильщиком допускаются лица не моложе 18 лет, годные по состоянию здоровья к этой работе, прошедшие обучение, аттестацию и стажировку на рабочем месте, допущенные распоряжением по цеху к самостоятельной работе.

При выплавке низкоуглеродистого феррохрома плавильщик должен быть одет в спецодежду, защищающую от теплового излучения и брызг металла и шлака.

Включение электропечи в работу производит старший дежурный электрик по указанию старшего плавильщика после передачи ему бирки, в присутствии мастера-металлурга или начальника смены.

Не допускается эксплуатация печей в неисправном состоянии, в частности, при разгерметизации системы водоохлаждения и наличии течи воды.

После отключения печи на любой ремонт, старший плавильщик обязан передать бирку на право включения печи лицу, производящему ремонт или другие операции на ней.

Вход за ограждение гибких шин короткой сети, когда она находится под напряжением, должен быть закрыт на замок. Ключ от замка вместе с биркой печи должен передаваться по смене.

Перепуск или замену «свечей» электродов разрешается производить только на отключенной печи.

Кожух электропечи должен быть надежно заземлен. Заземление нужно проверять ежесменно путем внешнего осмотра. При неисправном заземлении шуровать в печи металлическими прутьями запрещается. При обработке колошника металлический прут должен скользить по заземленному устройству.

Присутствие посторонних лиц запрещено при завалке шихты в печь, при выпуске металла и шлака, при разливке металла на изложницы.

Запрещается заваливать на расплав в печь мокрые шихтовые материалы, со снегом или льдом, а также промасленные куски металлического переплава и различных отходов производства.

При образовании металлического переплава или других оборотных отходов производства, содержащих воду, снег, лёд или масло, начальником смены должны быть предприняты меры, исключающие случайное вовлечение данных отходов в переработку до указания начальника цеха.

Переработка металлического переплава или других оборотных отходов производства, содержащих воду, снег, лед, масло и другие материалы, способных привести к выбросу из печи, должна осуществляться по специальному регламенту, разработанному начальником цеха. Регламент согласовывается с техническим управлением и отделом производственного контроля и охраны труда, утверждается директором по производству.

При появлении течи воды из водоохлаждаемых элементов конструкций печи она должна быть немедленно отключена до ликвидации течи воды.

Стальные ковши для выпуска в них металла и шлака из печи не должны иметь:

— сквозных трещин или разрушений в цапфовых приливах;

— впадин на внутренней поверхности, затрудняющих свободное выпадение застывшего шлака;

деформаций, препятствующих устойчивой установке их на подставку;

выработки цапф более 10% их первоначального диаметра;

неисправного сливного носка;

Шлаковни должны быть исправными, сухими, не содержать мусора (замерзшей земли, песка и других материалов).

Разрешение на работу стальными ковшами и шлаковнями старшему плавильщику дает сменный мастер-металлург.

Запрещается устанавливать стальной ковш под металлический выпуск с шлаковым гарниссажем менее 50 мм на его стенках.

Запрещается производить какую-либо работу в ковше, установленном под леткой печи.

Разделка летки печи производится в правильно одетой спецодежде: суконная куртка должна быть застегнута на все пуговицы, войлочная шляпа должна быть снабжена асбестовым «забралом», полностью закрывающим лицо плавильщика.

Перед прожитом летки кислородом плавильщик обязан:

убедиться, что трубка обезжирена и просушена;

продуть трубку воздухом;

проверить работу зажима, вставить в него трубку и зажать;

насыпать на летку железную стружку.

Запрещается шуровать летку трубкой, так как металл может пройти по трубке и обжечь руки рабочего.

Перед заменой огарка в зажиме на целую прожиговую трубку кислород отключают вентилем.

Категорически запрещается загущать шлак в ковше мусором или сырым заправочным материалом.

Для загущения шлака в ковше у горна печи должен быть сухой заправочный материал.

Запрещается сливать шлак или вываливать шлаковые «козлы» в шлаковни при наличии в них воды, снега, льда или каких-либо мерзлых материалов (земли, песка и т. д.).

Разливка металла производится в чугунные изложницы, политые известковым молоком или заправленные чистыми от шлака отсевами стандартного низкоуглеродистого феррохрома. Изложницы не должны иметь сквозных трещин и прогаров.

При разливке необходимо следить, чтобы струя сплава не попадала в одно место изложницы, так как это вызывает местный перегрев, приваривание слитков к изложнице и быстрое ее разрушение.

Слитки низкоуглеродистого феррохрома при остывании рвутся, поэтому снятие слитков сплава с изложниц производят через 20 — 25 минут после разливки, в горячем состоянии.

Если слитки через 25 минут снять не удалось, их следует снимать только после полного остывания, т. е. через 1−1,5 часа после разливки.

У изложниц в литейном пролете должны быть вывешены предупреждающие плакаты — «Слитки рвутся!», «Опасно!» .

Для отрыва слитков от изложниц должен применяться специальный ломик, один конец которого острый, а другой расплющен в виде лопаточки и согнут под углом «20−30° (чертеж № 6Ф-1333 «Ломик для отрыва слитков с изложниц»).

Запрещается применять при снятии слитков опасные приемы в работе: виснуть на ломике, наносить им удары и т. д.

Снятые с изложниц слитки укладывают в стальные литые коробаустановленные открытыми частями друг к другу или к стене. Запрещается грузить слиткивыше бортов короба.

Запрещается вывозить короба с рвущимися и не остывшими слитками из литейного пролета в остывочный.

При соблюдении требований данной технологической инструкции, инструкции БТИ-06.01−2009 для работающих в плавильном цехе № 6, правил технической эксплуатации оборудования в цехе, технологический процесс получения низкоуглеродистого феррохрома и феррохром, полученный этим процессом, не пожароопасен, не взрывоопасен и не токсичен.

1) Рысс М. А. Производство ферросплавов. М., 1968

2) Технический паспорт электропечи № 36 цеха№ 6 (ПП № 6−36−2009). Челябинск, 2009

3) Технологическая инструкция «выплавка низкои среднеуглеродистого феррохрома в цехе№ 6» (ТИ 139-ф-30−2009). Челябинск, 2009

4) Шведов Л. В., Венецкий С. И., Розенцвейг Я. Д. Плавильщик ферросплавов. М., 1980