Материал: Проектирование ферросплавных цехов

Хорошими по качеству восстановителями являются нефтяной и пековый коксы, обладающие достаточной механической прочностью, высокой реакционной способностью и низким содержанием золы и летучих. Однако при температурах плавки они склонны к графитации, что ухудшает их реакционную способность и снижает электросопротивление. Это в сочетании с высокой стоимостью ограничивает их применение: они используются только при производстве особо чистых по примесям ферросплавов, ряда марок ферросилиция и ферровольфрама.

За рубежом в качестве углеродистого восстановителя успешно применяют торфяные брикеты и торфяной кокс, характеризующиеся высокими реакционной способностью, пористостью, чистотой и низкой электропроводностью; широко используют также каменный уголь. Целесообразно употреблять угли более малозольные (антрацит) или с соответствующим составом золы. Молодые (газовые, длиннопламенные) и бурые угли являются наиболее реакционноспособными, дешевыми и обладают высоким электросопротивлением. Они не коксуются и недефицитны. Эти угли наиболее подходят для использования в ферросплавном производстве.

В последние годы были созданы и опробованы новые специальные виды углеродистых восстановителей для ферросплавного производства: коксы из газовых и бурых углей, формованный кокс, углекварцитовый кокс, различные виды полукоксов и др.

Осадители и разбавители. Основным железосодержащим компонентом шихты при выплавке сплавов кремния является стружка углеродистых сталей. Чугунная стружка из-за повышенного содержания в ней фосфора применяется лишь при выплавке сплавов, используемых в чугунолитейном производстве. Недопустимо употреблять стружку легированных сталей и стружку, загрязненную примесями цветных металлов. Нецелесообразно использовать железную руду взамен стружки, поскольку при этом увеличивается содержание углерода в шихте и вносится значительное количество шлакообразующих примесей.

Перспективным железосодержащим материалом для ферросплавного производства являются окалина и отходы, получающиеся в процессе огневой зачистки металла в прокатных цехах. При высоком содержании железа они имеют хороший гранулометрический состав, позволяющий добиться равномерного распределения железа в шихте.

В связи с дефицитом стальной стружки и значительными затратами на ее перевозку, может стать целесообразным использование железистых кварцитов в случае, если экономия на стоимости сырья и транспортных расходах будет больше, чем убытки от увеличения затрат электроэнергии и снижения производительности печей. Запасы железистых кварцитов составляют около 35 % балансовых запасов железных руд. Брикеты и окатыши из "хвостов", образующихся при обогащении железистых кварцитов (12-15 % Fe_общ, 60-67 % SiO₂), и газового угля могут быть использованы при выплавке ферросилиция. Металлизованные окатыши были успешно опробованы как железосодержащий материал при выплавке 75 %-го ферросилиция.

Шлакообразующие. В качестве шлакообразующей присадки в ферросплавном производстве используются известь, плавиковый шпат, реже кварцит и бокситы. Известь должна содержать более 90 % СаО и минимальное количество углерода и фосфора. Лучшей по качеству является известь, полученная обжигом известняка во вращающихся трубчатых печах. В шахтных печах получают крупнокусковую известь. Плавиковый шпат должен содержать не менее 65 % СаF₂. В отдельных случаях применяют флюоритовую руду (более 55 % CaF₂). В кварцитовой мелочи и боксите, используемых в качестве флюсов, концентрация вредных примесей должна быть минимальной.

Подготовка шихтовых материалов

Поступающий на ферросплавный завод рудный материал складируется и обязательно усредняется перед подачей в печные бункера для обеспечения стабильности состава. В случае необходимости материал рассеивается и измельчается или, наоборот, окусковывается, а затем подвергается сушке или прокаливанию.

Подготовка кварцита к плавке состоит из дробления на щековых или конусных дробилках, отсева мелочи (менее 20-25 мм) и мойки. Последние две операции осуществляются одновременно на вибрационных грохотах и во вращающихся барабанах. Оптимальная фракция кварцита зависит от марки ферросилиция. Так, для 25 %-го сплава принят размер кусков 20-60 мм, для 45 %-го - 20-70, для 75 и 90 %-го - 20-80 мм. При мойке кварцита концентрация в нем глинозема снижается на 20-30 %, что позволяет уменьшить содержание алюминия в сплаве и количество образующегося шлака. При подготовке кварцита его потери в виде отходов составляют 15 %.

Углеродсодержащий восстановитель (коксик, полукокс) подвергается грохочению для отсева мелочи (менее 5 мм) и крупной фракции, которая дробится на валковых дробилках. После дробления коксик вновь отсевается на вибрационных грохотах. В шихту используют куски восстановителя размером до 25 мм.

В последнее время часть углеродсодержащего восстановителя при плавке ферросилиция заменяют отходами, содержащими SiC. Применение этих отходов особо эффективно при изготовлении бедных по кремнию марок ферросилиция. Отходы графитизации производства электродов (около 28 % SiC, 19 % Si0₂, 49 % С, остаток Fe, A1₂O₃ и др.) и карборунда (около 63 % SiC, 22 % SiO₂, 9 % С, остаток Fe, A1₂O₃ и др.) нуждаются в обогащении и окомковании.

Сокращение запасов богатых марганцевых руд обусловило необходимость вовлечения в производство марганцевых ферросплавов бедных руд. При обычных методах обогащения марганцевых руд на горно-обогатительных комбинатах фосфор только перераспределяется между товарными сортами концентратов, в результате чего в более богатых сортах отношение Р/Mn получается ниже, чем в сырой руде, и образуются низкосортные концентраты. Поэтому в настоящее время разрабатываются новые методы дефосфорации и обескремнивания марганцевых руд: химический, пирогидрометаллургический и др.

Химические и пирогидрометаллургические методы обогащения дают возможность получать богатые марганцевые концентраты высокой чистоты даже из низкосортных руд и шламов. Однако использование указанных методов сопряжено с большими затратами, а высокая степень очистки не всегда необходима для производства ферросплавов, к тому же в этом случае получаются тонкоизмельченные концентраты, что требует их окускования.

Задача окускования марганцевых руд может быть решена путем их агломерации, брикетирования и окомкования. Следует, однако, иметь в виду, что агломерация в два раза дешевле, чем брикетирование и окомкование. Агломерацию руд целесообразно осуществлять непосредственно на ферросплавном заводе, что позволит сократить потери сырья при транспортировке. Весьма эффективным является предварительный нагрев и восстановление марганцевых руд во вращающихся печах.

Проблема окускования хромовых руд может быть решена путем их брикетирования и окомкования. В этом случае эффективно предварительное восстановление хромовой руды в кипящем слое.

Окускование шихты весьма перспективно и для плавки ферросилиция. Успешно опробована выплавка ферросилиция на брикетах, песчано-рудном агломерате.

В заключение следует отметить, что выбор вида шихтовых материалов и метода их подготовки к плавке должен быть сделан на основе экономического анализа конкретных условий организации производства ферросплавов в данном районе.

Выбор способа разливки и разделки ферросплавов

В настоящее время в практике ферросплавного производства нашли наибольшее применение следующие способы разливки: на разливочных машинах различного типа; в стационарные поддоны и изложницы; послойно в напольные изложницы или в канаву методом "плавка на плавку".

Наиболее перспективной считается разливка ферросплавов на ленточных конвейерных машинах. Они применяются для разливки ферросилиция, силикомарганца, углеродистого ферромарганца и иногда углеродистого феррохрома. При этом значительно повышается механизация и производительность труда, улучшаются его условия в разливочном пролете, поскольку сплавы разливают не с помощью крана, а на специальных гидравлических кантователях, которые помещены в герметизированные камеры. Существенным недостатком машины конвейерного типа является переменная высота падения сплава при разливке, что вызывает сильное его разбрызгивание. Потери металла при разливке достигают 3 %, к тому же товарный вид получаемых слитков значительно ухудшается из-за опрыскивания мульд известковым молоком.

Для разливки высококремнистых сплавов, модификаторов и лигатур, а также сплавов, содержащих легкоокисляющиеся элементы, применяют карусельные машины конвейерно-тележечного типа (рисунок 3.6). По сравнению с конвейерной эта машина обеспечивает уменьшение потерь металла при разливке, улучшение качества и товарного вида слитков. Машина представляет собой замкнутую цепь тележек, размещенных на рельсовом пути. На тележках находятся поддоны-изложницы, обеспечивающие получение тонких слитков.

Для извлечения слитков изложницы либо переворачиваются, либо слитки выталкиваются специальным толкателем в короб, установленный под изложницей. Разливка в стационарные поддоны и чугунные изложницы представляет собой устаревший и малопроизводительный способ разливки ферросплавов, оставшийся в основном в цехах с рафинировочными печами и металлотермических цехах. Этот способ связан с повышенной загруженностью разливочных кранов, высокой теплонапряженностью в цехе и необходимостью увеличения его площади для размещения стационарных изложниц. Однако, сплавы склонные к сегрегации (ферросилиций с содержанием >75 % Si), целесообразно разливать в массивные поддоны толщиной слитка до 80 мм. или в кристаллизаторы.

Рисунок 3.6 - Карусельная разливочная машина: 1 - ковш с кантователем; 2 - изложница; 3 - приемный бункер