Доменное производство ферромарганца, ферросилиция и феррохрома


 

В первом отечественном учебнике по ферросплавному производству «Теория и практика выплавки ферросплавов в электропечах» (Григорович и др., 1934 г.) отмечалось:

«По своему значению для производства стали ферромарганец занимает первое место в ряду ферросплавов.

В качестве раскислителя стали марганец практически незаменим. Специальные стали, содержащие марганец, иногда уступают по качеству другим легированным сталям с содержанием хрома, никеля и т.д. Но, учитывая дешевизну марганца и его относительно большое распространение по сравнению с другими легирующими элементами, надо подчеркнуть его значение в производстве специальной стали в качестве специальной добавки, придающей особо ценные свойства. Ферромарганец выплавляется до сих пор в большинстве стран в доменных печах. Объясняется это отсутствием дешёвой электрической энергии вблизи месторождений марганцовой руды. Только в некоторых странах условия достаточно благоприятны для развития электроплавки ферромарганца».

Из приведённой цитаты хорошо видно, что доменная плавка оставалась основным способом получения ферромарганца практически до середины XX в. Сама же технология производства ферромарганца в доменных печах была отработана уже к 1880 г. Рассмотрим технологию производства ферромарганца в доменных печах в конце XIX в.

Первым необходимым условием для обеспечения приемлемого уровня содержания марганца в сплаве был подогрев воздушного дутья, подаваемого в печь. По мнению профессора Окермана, одного из основоположников «доменной науки», доменная печь, работающая на древесном угле, используя слабо нагретое дутьё, не может постоянно давать сплав, содержащий даже 50 % марганца. Для получения же сплава, содержащего до 80 % марганца, необходимо использовать в качестве топлива каменноугольный кокс, при этом температура дутья должна составлять 700-800 °С (достигается при помощи воздухонагревателей Каупера или Витвеля).

Наиболее удобным сырьём для выплавки ферромарганца были железисто-марганцевые руды с известковистой пустой породой, встречающаяся на восточном побережье Испании, в Италии и в некоторых других странах, с содержанием от 10 до 15 % железа и 25-30 % марганца. Там, где подобные руды отсутствовали, проплавляли смесь железных руд с настоящими марганцовыми рудами или соединениями марганца, полученными искусственно. Для получения сплавов с высоким содержанием марганца использовали богатые марганцевые руды, содержащие ограниченное количество железа.

Шихта составлялась таким образом, чтобы получающиеся шлаки были основными (доля основных оксидов больше доли кислых), причём с ростом содержания марганца увеличивали и содержание основных оксидов в шлаке. Содержание марганца в сплаве влияло и на производственные показатели – помимо увеличения расхода топлива, сокращалась (довольно существенно) производительность печи. При этом вне зависимости от условий плавки и технологических ухищрений, не более 75-80 % марганца, поступающего с шихтой, переходило в сплав; остальная часть его переходила в шлак и частично улетучивалась с колошниковыми газами. Однако чем выше было содержание в исходной шихте марганца, тем меньшее относительное количество этого металла уходило в шлак. Улёт марганца с колошниковыми газами был тем значительнее, чем выше температура в печи и чем богаче марганцем шихта.

Из-за тяжёлых условий работы для выплавки ферросплавов зачастую использовали доменные печи наиболее простой конструкции – огнеупорная кладка скреплялась железными обручами. Это позволяло с минимальными затратами проводить капитальные ремонты

Содержание в сплаве марганца, кремния и железа сильно зависело от свойств шихтовых материалов и технологических параметров процесса, что хорошо видно на примере работы двух европейских заводов.

На заводе в Тернуаре (Terre-noire, Франция) выплавка ферромарганца велась в обыкновенной доменной печи высотою 16 м и ёмкостью (полезным объёмом) около 100 м3 при температуре дутья 600-750 °С с использованием богатых марганцем руд, привозимых из Испании, с о-ва Сардиния, а также из департамента Соны и Луары. При этом получаемый сплав фактически представлял собой ферросиликомарганец и имел следующий состав (образцы были выставлены в 1878 г. на выставке в Париже):

Элемент

Содержание в ферросплаве, % (масс.)

Железо

66,75

71,50

79,00

85,50

Марганец

20,50

19,50

13,00

6,55

Кремний

10,20

7,45

5,45

5,55

Углерод

2,65

2,65

2,30

2,10

Фосфор

0,185

0,178

0,145

0,140

Доменная печь в Крайне (современная Словения) высотой 17,2 м, работающая с повышенным давлением и с дутьём температурой около 600 °С, использовала шихту, составленную из местных шпатовых железняков (обожжённых) и из марганцевых руд, добываемых в окрестностях местечка Vigounsica. Также в шихту добавляли немного известкового флюса и оборотных шлаков. При этом получались сплавы следующего состава:

Элемент

Содержание в ферросплаве, % (масс.)

Железо

43,55

45,90

48,14

53,39

63,27

73,26

Марганец

50,05

48,06

45,42

40,28

30,51

20,3

Углерод

5,73

4,61

4,80

4,90

4,96

5,19

Кремний

1,98

0,92

0,91

0,86

0,79

0,85

Алюминий

0,02

0,00

0,00

0,01

0,01

0,00

Кальций

0,01

0,11

0,07

0,06

0,05

0,09

Сера

0,01

0,02

0,02

0,02

0,03

Фосфор

0,26

0,32

0,34

0,36

0,38

0,31

Основными условиями получения кремнистого чугуна и ферросилиция были следующие: высокий нагрев дутья и расход горючего; кремнистые шлаки при работе на древесном угле и глиноземистые основные шлаки для хода на коксе; легковосстановимые небогатые руды с трудноплавкой пустой породой, свободный кремнезем которой равномерно распределен во всей массе оксидов железа.

В упомянутом выше учебнике «Теория и практика выплавки ферросплавов в электропечах» (1934 г.) отмечалось, что «при выплавке ферросилиция с 12 % кремния расход кокса устанавливается в 2,5-2,75 раза больше нормального. Отсюда видно, что расход горючего в доменной печи растёт не пропор­ционально увеличению концентрации кремния в сплаве, а в значительно большей степени. При достижении отношения железа к кремнию около 4:1 (кремния в сплаве около 20 %) дальнейшее увеличение расхода горючего не приводит к увеличению содержания кремния в сплаве, и поэтому более богатый ферросилиций получить в доменной печи нельзя, для этого требуется электропечь». Обычно в доменной печи выплавляли ферросилиций с 12-13 % кремния.

Выплавка ферросилиция в доменных печах производилась сравнительно редко, так как вследствие предельно горячего хода происходил быстрый износ футеровки печи. Поэтому, как правило, ферросилиций плавили в конце кампании перед окончательной выдувкой доменной печи для капитального ремонта.

Первые попытки получения феррохрома в доменных печах были сделаны ещё в середине XIX в. Несмотря на то, что восстановление оксидов хрома в доменной печи идёт достаточно полно, температурные условия не позволяют получить сплав с высоким содержанием хрома. Феррохром, выплавленный в доменной печи, содержит от 30 до 40 % хрома, сплав же с более высоким содержанием хрома настолько вязок, что не выходит из горна. Содержание углерода в феррохроме всегда было высокое – от 6 до 12 %. По этим причинам к выплавке феррохрома прибегали лишь в особых условиях – например, эта технология эпизодически применялась на Урале в годы Великой Отечественной Войны. 

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

MetalSpace

Опубликовано MetalSpace

Адрес электронной почты: info@metalspace.ru
Предлагаем сотрудничество
  • Опубликуй свои произведения в электронной форме.
  • Размести научную статью или пресс-релизы на страницах нашего портала.

Оставь комментарий