ЖЕЛЕЗОРУДНЫЕ ОКАТЫШИ В ПРОИЗВОДСТВЕ ФЕРРОСИЛИЦИЯ

Соловян Александра Владимировна

студент 2 курса, кафедра металлургия черных металлов, ЮТИ ТПУ, г. Юрга

E-mail:aleksa_96_s@mail.ru

Теслева Елена Павловна

научный руководитель, канд. физико-математических наук, доцент , кафедры ЕНО, ЮТИ ТПУ, г. Юрга

Ферросплавы представляют собой сплавы железа с кремнием, титаном, марганцем, хромом и другими элементами [1]. Ферросилиций – это сплав железа с кремнием, один из видов ферросплавов, который применяется для раскисления и легирования стали, а также для получения отливок из чугуна с заданным содержанием кремния [2]. Вводить в сталь кремний в виде его сплава с железом, а не в чистом виде удобнее вследствие более низкой температуры плавления и выгоднее, так как стоимость сплава ниже по сравнению со стоимостью кристаллического кремния.

Исходным сырьем для получения ферросилиция служат руды, так как в них высоко содержание окислов кремния, подлежащего восстановлению. Восстановительные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановительный элемент или образуя с ним химическое соединение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции – окислению [3].

В качестве железа вносимого в ферросилиций удобно использовать стружку, т.к. очищенная стружка – это достаточно недорогое сырье. Кроме того это практически сыпучий материал и его удобно использовать дозированно. Предприятия, которые занимаются производством ферросилиция приобретают металлическую стружку у специализированных поставщиков.

На сегодня, в связи с резким изменением котировки курса доллара по отношению к рублю возникла проблема дефицита стружки. Основные специализированные поставщики стружки в 2015 году поспешили массово отгрузить весь имеющийся запас в зарубежные страны. Машиностроительное производство в России переживает спад выпуска продукции, и как следствие, выдает недостаточное количество стружки, которое не позволяет обеспечить потребность ферросплавной промышленности.

Таким образом, на сегодняшний день возникла острая необходимость использования заменителей железной стружки. При выборе материалов, которые могли бы заменить стружку необходимо руководствоваться следующими принципами:

1. Максимальная концентрация железа в материале.

2. Минимальная концентрация фосфора.

3. Минимум оксидов алюминия и титана.

Для сохранения текущих объемов производства ферросилиция были проанализированы и проработаны возможные варианты замены стружки.

1. Полная замена стружки железной рудой. Одним из возможных вариантов является использование железной руды вместо стружки. Из опыта выплавки ферросилиция на «Ключевском заводе ферросплавов» (Свердловская обл.) известно, что в 1959г. на одной из печей, выплавляющих ферросилиций марки ФС75, железную стружку заменяли железной рудой. Это значительно увеличило удельный расход электроэнергии. Однако применение железной руды является нецелесообразным, т.к. она вносит большое количество шлакообразующих компонентов и требует дополнительных, значительных затрат электроэнергии и углерода на восстановление оксидов железа и нагрев шлака [4].

2. Замена стружки металлическим ломом (скрапом). В качестве заменителя стружки возможно применение высокоуглеродистого низколегированного лома. Однако для введения его в шихту необходимо провести работы по его измельчению и сортировке. Для этого предприятие должно приобрести соответствующую рубительную машину либо обратиться к организациям, имеющим данное оборудование. Недостатком данного метода является значительное увеличение стоимости продукта.

3. Частичная замена стружки железистым кварцитом. Опыт ОАО «Серовский завод ферросплавов» (Свердловская обл.) показывает, что при определенных условиях можно часть стружки заменять высококачественной кусковой железной рудой. Куски железной руды в верхних горизонтах печи восстанавливаются богатым оксидом углерода (СО) противоточным газом. В связи с наличием железистых кварцитов с содержанием 34-44% Fe возможно использовать их взамен части кварцита и железной стружки. Однако использование железистых кварцитов в кусковом виде затруднено по ряду причин. Структура железистых кварцитов такова, что кремнезем и минералы железа имеют тонкое прорастание. При температурах колошника и, тем более верхних горизонтов ванны, оксиды железа, восстановившиеся до закиси железа, активно взаимодействуют с оксидом кремния (SiO₂) с образованием легкоплавких составов на основе фаялита (2FeO×SiO₂). Образование жидкой фазы резко уменьшает электросопротивление содержимого в ванне печи, приводит к сегрегации компонентов шихты, спеканию колошника, что, в конечном счете, нарушает электрический и газовый режим работы печи [2].

Чтобы избежать приведенных выше недостатков, А.А.Чайченко и В.А.Кравченко [5] подвергли брикетированию и окатыванию хвосты обогащения железистых кварцитов совместно с газовым углем на сульфитно-спиртовой барде (8-10% от массы сухих материалов). Опытные плавки проводили в печи ОКБ-616 мощностью 1200 кВ×А. Полученный ферросилиций марки ФС75 по данным авторов отвечал требованиям стандарта. Удельный расход электроэнергии был на 12,3% ниже, чем в плавках на обычной шихте, а извлечение кремния в сплав – на 9,7% выше. Описанные опыты были проведены в 1971г. С тех пор существенно повысились требования к качеству ферросилиция по содержанию примесных металлов, усовершенствованы технологические параметры выплавки ферросилиция, а так же претерпела изменение стоимость различных материалов и технологических переделов.

4. Частичная замена стружки железорудными неофлюсованными окатышами.

Рис.1. Железорудные неофлюсованные окатыши

Окатыши – комочки измельчённого рудного концентрата. Полуфабрикат металлургического производства железа. Является продуктом обогащения железосодержащих руд специальными концентрирующими способами (рис. 1) [6].

Ферросплавная компания ОАО «Кузнецкие ферросплавы» используя положительный опыт работы А.А.Чайченко и В.А.Кравченко провела ряд опытных плавок с использованием неофлюсованных железорудных окатышей, которые подтвердили результаты работы ОАО «СЗФ». В шихте образовались легкоплавкие составы на основе фаялита, что, в конечном счете, нарушает электрический и газовый режим работы печи.

Обобщив вышесказанное можно сделать следующие выводы:

1. Замена металлической стружки неофлюсованными железорудными окатышами при производстве ферросилиция возможна.

2. Использование окатышей требует подбора, как электрического режима, так и процентного содержания компонентов шихты.

3. При использовании окатышей как заменитель металлической стружки необходимо подобрать соответствующие флюсовые добавки.

3. Использование окатышей вызывает потери производства и перерасход электроэнергии.

4. Расчет экономической эффективности показывает, что низкая стоимость окатышей перекрывается высокой стоимостью перерасхода электроэнергии и вспомогательных материалов.

Список литературы:

1. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушева А.М. Общая металлургия: учебник для вузов. 6-изд., перераб и доп.-М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. – 768 с.:253 ил.
2. Зубов В.Л., Гасик М.И. Электрометаллургия ферросилиция. Днепропетровск: Системные технологии, 2002. – 704 с.
3. Толстогузов Н.В. Теоретические основы и технология плавки кремнистых и марганцевых сплавов. М.: Металлургия. 1992 г. – 241 с.
4. Рысс М.А. Производство ферросплавов. М.: Металлургия. 1985. – 344 с.
5. Чайченко А.А., Кравченко В.А. Исследование возможности производства ферросилиция из окускованных хвостов от обогащения железистых кварцитов. //Сталь. 1971. №10. – С. 915.
6. Окатыши // Википедия [электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/