ПРОИЗВОДСТВО ФЕРРОХРОМА И ФЕРРОСПЛАВОВ

ФЕРРОХРОМ ЖӘНЕ ФЕРРОҚОРЫТПАЛАРДЫ ӨНДІРУ

Алламова Сарвиноз Давлатяровна

студент-магистрант, Абай атындағы Қазақ ұлттық педагогикалық университеті,

ҚР, Алматы қ.

Қожабекова Назым Нұрқыдырқызы

ғылыми жетекші, химия ғылымдарының кандидаты, аға оқытушы, химия кафедрасы, Абай атындағы Қазақ ұлттық педагогикалық университеті,

ҚР, Алматы қ

Қайынбаева Раушан Әділбекқызы

ғылыми жетекші, химия ғылымдарының кандидаты, АҚ «Химия ғылымы ғылымдарының институты»,

РК, г. Алматы

АННОТАЦИЯ

Высокоуглеродистый феррохром является од одним из наиболее распространенных ферросплавов является одним из наиболее распространенных производимых ферросплавов и используется почти исключительно в производстве нержавеющей стали и высокохромистых сталей. Производство осуществляется главным образом в странах со значительными запасами хромитовой руды. Относительно дешевая электроэнергия и восстановители также способствуют жизнеспособности высокоуглеродистого феррохрома. В этой главе рассматриваются ферросплавы, а также некоторые легирующие элементы (комплексные ферросплавы), которые обычно используются в качестве эффективных раскислителей стали и сплавов. Также кратко описаны некоторые другие мелкие ферросплавы и лигатуры (включая те, которые предназначены для цветных металлов). Акцент делается на составе сплава, обработке и применении, поскольку сырье, процесс восстановления и особенности поведения конкретных элементов обсуждаются в соответствующих главах. Также представлены экзотермические смеси ферросплавов и их применение.

АҢДАТПА

Жоғары көміртекті феррохром-ең көп таралған ферроқорытпалардың бірі-ең көп өндірілген ферроқорытпалардың бірі және тек тот баспайтын болат пен жоғары хромды болаттар өндірісінде қолданылады. Өндіріс негізінен хромит кенінің едәуір қоры бар елдерде жүзеге асырылады. Салыстырмалы түрде арзан электр энергиясы мен тотықсыздандырғыштар жоғары көміртекті феррохромның өміршеңдігіне ықпал етеді. Бұл тарауда ферроқорытпалар, сондай-ақ болат пен қорытпалардың тиімді тотықсыздандырғыштары ретінде қолданылатын кейбір легирлеуші элементтер (күрделі ферроқорытпалар) қарастырылады. Кейбір басқа ұсақ ферроқорытпалар мен лигатуралар (соның ішінде түсті металдарға арналған) қысқаша сипатталған. Қорытпаның құрамына, өңдеуге және қолдануға баса назар аударылады, өйткені Шикізат, қалпына келтіру процесі және нақты элементтердің мінез-құлық ерекшеліктері тиісті тарауларда талқыланады. Ферроқорытпалардың экзотермиялық қоспалары және олардың қолданылуы да ұсынылған.

Ключевые слова: феррохром, ферросплавы, высокоуглеродистый феррохром, феррохром-кремний, феррохром-марганец.

Түйін сөздер: феррохром, ферроқорытпалар, жоғары көміртекті феррохром, феррохром-кремний, феррохром-марганец.

Введение. Феррохром (FeCr) представляет собой ферросплав, состоящий из хрома и железа. Это важный легирующий агент в сталеплавильном производстве. В зависимости от содержания углерода феррохром подразделяется на высокоуглеродистый феррохром (содержание углерода 4~8%), среднеуглеродистый феррохром (содержание углерода 0,5~4%), низкоуглеродистый феррохром или феррохром lc (содержание углерода 0,15~4%). 0,50%), микроуглеродистый феррохром (с содержанием углерода 0,06%), сверхтонкий углеродный феррохром (с содержанием углерода менее 0,03%), а также кремний-хромовый сплав, нитридный феррохром и др.

Феррохром получают путем карботермического восстановления оксида железа магния хрома при высоких температурах. Железо-хромовый сплав получают восстановлением хромовой руды с использованием угля и кокса. Для этого процесса восстановления требуется тепло, которое поступает от электрической дуги печи. Дуга способна создавать температуру около 2800 ° C. При производстве такого интенсивного нагрева потребляется большое количество электроэнергии, что делает этот процесс очень дорогостоящим. Феррохром извлекается из печи через регулярные промежутки времени. После получения значительного количества железохромистого сплава в печи шлак и расплавленный металл извлекаются из выпускного отверстия, которое проходит через желоб и собирается в ковше или охладителе. Затем расплавленный феррохром затвердевает в больших отливках и подвергается дальнейшей обработке[1].

Феррохром может быть двух типов в зависимости от количества содержащегося в нем углерода: низкоуглеродистый феррохром и высокоуглеродистый феррохром.

Большая часть феррохрома на мировом рынке в настоящее время поступает из таких мест, как Южная Африка, Казахстан, Индия и Турция. В этих странах вещество производится на специализированных заводах по производству феррохрома.

Атомная масса этого сплава равна 52,0. Кажущаяся плотность этого соединения составляет 7,15 г/см ³.Температура плавления этого вещества составляет 1900 °C. Большая часть феррохрома, производимого во всем мире, используется в производстве нержавеющей стали. Содержание хрома в нержавеющей стали обеспечивает устойчивость к коррозии, а также придает нержавеющей стали ее обычный внешний вид. В расчете на единицу содержания хрома в нержавеющей стали используется около 18%.

Феррохром также используется, когда требуется добавить больше хрома в углеродистую сталь[2].

Высокоуглеродистый феррохром используется в производстве шарикоподшипниковых сталей, инструментальных сталей, а также других легированных сталей.

Помимо производства нержавеющей стали, низкоуглеродистый феррохром также используется в производстве кислотостойких сталей.

Феррохром с высоким содержанием азота получают путем добавления 0,75% азота к различным сортам феррохрома. Этот богатый азотом сплав используется для производства литых сталей с высоким содержанием хрома, имеющих крупнокристаллическую структуру. Содержание азота позволяет получать очищенные зерна и придает прочность готовому продукту.

Для производства чугунов используется литейный феррохром, содержащий около 62-66% хрома и почти 5% углерода [3].

Материалы и методы исследования. Порошок феррохрома используется в области порошковой металлургии.

Феррохромовый шлак является химически стабильным веществом. Он используется в дорожном строительстве и гражданском строительстве, а также в производстве огнеупорных материалов.

Феррохром используется в производстве лигносульфоната феррохрома. Лигносульфонат феррохрома используется в различных системах на водной основе для регулирования расхода материалов при высоких температурах, а также для уменьшения вредных последствий загрязнения грязью и глиной. Лигносульфонат феррохрома хорошо работает в гипсе, пресной воде, извести и соленых водных растворах. Феррохромовая пыль используется в кожевенной промышленности.

При работе с этим сплавом следует соблюдать осторожность, чтобы защитить глаза от контакта с этим материалом или случайного вдыхания или проглатывания его. При определенных условиях этот материал также может загореться. Следовательно, необходимо соблюдать надлежащие защитные меры, чтобы избежать подобных сбоев. Возможные опасности, связанные с этим сплавом, и защитные меры, которые необходимо соблюдать, подробно обсуждаются ниже[4].

Различные ферросплавы используются в процессе выплавки стали для улучшения эксплуатационных характеристик стали как промышленного материала. Традиционно сплавы с присадками разрабатывались в виде сплавов железа, которые стали известны как ферросплавы из-за их высокого содержания железа. В ответ на недавний прогресс в технологии производства стали класс ферросплавов расширился, включив в него сплавы с добавками без содержания железа. Тем не менее, ферросплавы из хрома, марганца и кремния потребляются в сталелитейном производстве в гораздо больших объемах, чем любые другие сплавы с добавками. В этой статье описано их производство и использование в сталелитейной промышленности [5].

Хотя доменная печь используется для производства некоторых марок ферросплавов, дуговая печь под флюсом является преобладающей установкой для производства ферросплавов. Как правило, печь сконструирована таким образом, чтобы иметь подину из углеродсодержащих материалов и шахту с облицовкой из восстановленного кирпича. Шихта, состоящая из руды и восстановителей, подается сверху, а электроды погружаются в шихту. Шихта в печи становится частью электрической цепи, и резистивный нагрев шихты обеспечивает необходимую энергию. Из-за погруженной природы дуги она известна как дуговая печь под флюсом. Электроды изготовлены из углеродсодержащих материалов, чтобы выдерживать высокую температуру. Они бывают как предварительно выпеченные, так и для самостоятельной выпечки. Предварительно обожженные электроды стоят дороже, чем само испекающиеся, и используются для производства сплавов, которые не допускают загрязнения железом. Само поджигающиеся электроды, также известные как So derberg, изготавливаются из углеродных электродов на месте путем обжига углеродной пасты теплом, получаемым в процессе плавки. Они используются в печах большой производительности. Дуговая печь под флюсом для производства ферросплавов работает при низких вторичных напряжениях и высоких вторичных токах, и эти требования к электричеству удовлетворяются трансформаторами. Электрические характеристики являются важной частью конструкции и эксплуатации плавильной печи. Рабочее сопротивление является важным параметром и зависит от удельного сопротивления заряда. Периферийное сопротивление, которое определяется как K = nDR, где D - диаметр электрода, а R - сопротивление, оказывается одинаковым для плавильных печей, работающих с аналогичным сырьем. В промышленности ферросплавов это известно, как коэффициент К. Коэффициенты K для операций плавки стандартного FeMn, 75% FeSi и высокоуглеродистого FeCr составляют 0,08-0,13, 0,16–0,2 и 0,35–0,65 соответственно (Келли, 1958). Эта концепция используется при проектировании и эксплуатации установок для выплавки ферросплавов[6].

Сырьем для производства хромовых ферросплавов являются хромитовые руды. Мировые запасы хромитовой руды географически локализованы в таких регионах, как Южная Африка, Казахстан, Турция, Зимбабве и Финляндия. В США нет экономически обоснованных запасов хромитовой руды. Недавняя тенденция заключается в перемещении производственных мощностей ближе к запасам хромитовой руды (Ежегодник минералов за 1995 год).

Хромитовая руда имеет структуру шпинели с общей формулой (Fe,Mg)O.(Cr,Al,Fe) O. Содержание Cr O для металлургической руды ch1rom* ite находится в ran1ge* 42-55%, а отношение хрома к железу превышает 1,5. Эти величины определяют содержание хрома в выплавляемых хромовых ферросплавах. Оксид магния и оксид алюминия тугоплавки при температуре плавления и флюсуются с добавлением кварца. Хромовые ферросплавы производятся с использованием различных химических составов в соответствии с требованиями к обработке[7].

Высокоуглеродистый феррохром является одним из основных хромовых ферросплавов, выплавляемых непосредственно путем карботермического восстановления хромитовой руды в погружных дуговых печах. Содержание хрома и углерода зависит от качества руд. Как правило, хромитовые руды с высоким соотношением хрома к железу приводят к более высокому содержанию хрома и более низкому содержанию углерода в выплавляемых сплавах, в то время как руды с низким соотношением хрома к железу приводят к более низкому содержанию хрома и более высокому содержанию углерода. Как показано в таблице 1, содержание хрома в сплаве колеблется от 51 до 62%, а содержание углерода - от 6 до 8%. Жидкий сплав и шлак выпускаются из пода и разливаются в формы. После затвердевания сплав подготавливается в соответствии с заданным размером [8].

Феррохром–кремний. Феррохром–кремний - это еще один хромовый ферросплав, непосредственно получаемый из хромитовых руд путем карботермического восстановления в дуговой печи с подсоединением. Содержание хрома колеблется от 34 до 42%, кремния - от 38 до 45%, а углерода - от 0,05 до 0,06%. Порядок смешивания аналогичен порядку выплавки высокоуглеродистого феррохрома, за исключением того, что для этого требуется дополнительный источник кремния. Его получают путем совместной выплавки хромитовой руды и кварца. Альтернативой этому процессу является переплав высокоуглеродистого феррохрома с кремнеземом и коксом. Это двухстадийный процесс, экономически менее привлекательный, чем процесс прямой плавки. Низкое содержание углерода в феррохром–кремнии является следствием пониженной растворимости углерода из-за увеличения содержания кремния. Благодаря низкому содержанию углерода и высокому содержанию кремния феррохром–кремний используется в качестве промежуточного продукта при производстве феррохромовых сплавов рафинированного класса или в сталеплавильном производстве, где следует избегать любого скопления углерода [9].

Комплексные феррохром–марганцевые сплавы (FeCrMn) являются полезным вариантом для уменьшения потерь марганца при испарении и снижения температуры плавления FeCr. Стандартная LC FeCr (~ 70% Cr) имеет температуру плавления от 1640 ° до 1680 ° C, но добавление 30-35% Mn снижает ее до 1400-1500 ° C, что является положительным фактором для более быстрого растворения сплава в жидкой стали. Преимущество выплавки сплава FeCrMn заключается в том, что руды более низкого качества (Cr/Fe < 3) могут использоваться вместе с шлаком, богатым MnO, с использованием сырого SiMn или FeSiCr в качестве восстановителей. Хром растворяет до 70% Mn в готовом состоянии, что способствует снижению активности марганца и улучшает процесс восстановления.

Этот сплав с добавлением кремния (FeMnCrSi) может быть получен различными способами. Помимо очевидного процесса выплавки различных ферросплавов (плавления), может применяться восстановление обогащенного MnO шлака и известково–хромитового расплава с помощью FeSiCr или совместное восстановление источников Mn, Cr и Si углеродом. Одним из методов является сокращение отвального шлака производства металлического марганца (от 10% до 14% MnO; который уже имеет низкое содержание фосфора) с помощью FeSiCr. Если выплавка сплава FeMnCrSi организована совместно с производством марганца, может быть дополнительно использовано скрытое тепло жидкого шлака. Промышленная практика показывает возможность производства такого сплава FeCrMnSi с содержанием от 0,01% до 0,013% P. Такой сплав стабилен при хранении[10].

Список литературы:

1. Ferrochrome Formula, Production, Properties, Uses, MSDS [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.chemistrylearner.com/ferrochrome.html  (дата обращения 10.06.2023)
2. Энциклопедия материалов Альфапедия. Феррохром. [Электрон.ресурс].-2021. Режим доступа: https://alphapedia.ru/w/Ferrochrome (дата обращения 11.06.2023)
3. Йохан Бассон и Йорма Даавиттила. Технология производства высокоуглеродистого феррохрома. Справочник по ферросплавам, 2013 С 317.
4. Олег Поляков.Ferroalloys. Сложные ферросплавы и другие лигатуры.-2013.-С 495
5. Гальперин, Л.Л., Заякин, О.В.,Островский,Я.И. Особенности производства высокоуглеродистого феррохрома из хроморудного сырья разных видов// Сталь.-2003.-№11.-С 47.
6. Изобель Мак Дугалл. Оборудование для переработки ферросплавов.2013-С 83-110.
7. Жучков В.И., Заякин О.В., Маршук JI.A. Изучение физико-химических процессов и разработка технологии получения ферросплавов // Сб. тр. конф.: Физическая химия и технология в металлургии. Екатеринбург: УрО РАН, 2005. С.218-223.
8. ГальперинЛ.Л., Заякин, О.В.,Островский,Я.И. Особенности производства высокоуглеродистого феррохрома из хроморудного сырья разных видов// Сталь.-2003.-№11.-С 47.
9. Толымбеков А.М., Жунусов А.К., Толымбекова Л.М. //Актуальные вопросы технических наук: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Пермь, апрель 2015 г.). — Пермь: Зебра, 2015. - 178 с.
10. Л. Холаппа, “Основы ферросплавов”, Справочник по ферросплавам, Баттерворт-Хайнеманн, Великобритания, стр. 9-28, 2013