6 Выбор вида шихтовых материалов и способа их подготовки к плавке

При производстве ферросплавов возникает необходимость в перера­ботке больших масс шихтовых материалов, качество которых в значитель­ной степени определяет технико-экономические показатели технологиче­ского процесса [7].

6.1 Шихтовые материалы

Сырье, применяемое для получения ферросплавов, состоит из четы­рех основных групп:

―рудный материал;

―восстановитель;

―осадитель или разбавитель;

―шлакообразующий.

6.1.1 Рудная часть шихты

Как правило, ферросплавные заводы использу­ют руды и концентраты, не требующие дополнительного обогащения. Ис­ключение составляют бедные марганцевые и реже хромовые руды. Их подвергают пирометаллургическому обогащению и получают богатые по содержанию ведущего элемента шлаки, которые затем перерабатывают в конечную продукцию. Основным критерием при оценке качества руд яв­ляется содержание в них ведущего элемента; оно должно быть максималь­но высоким. Следует, однако, учитывать, что запасы богатых руд истоща­ются, и поэтому в ферросплавном производстве используются более бед­ные руды. Так, если в 50-х гг. стандартное содержание марганца в марган­цевых концентратах составляло 48—50 %, то в настоящее время оно сни­зилось до 40—46 % [1, 7, 8].

Ценность руды повышается с уменьшением в ней содержания вред­ных примесей, в первую очередь серы и фосфора. От концентрации вред­ных примесей зависит технология передела. Например, марганцевые руды с повышенным фосфором должны подвергаться предварительной дефосфорации методом выплавки малофосфористого шлака или другим мето­дом, что удорожает передел.

Существенную роль при выборе руды играет ее фракционный состав, который часто определяет технико-экономические показатели производст­ва. Пылеватые руды и концентраты нельзя загружать непосредственно в печь без принятия специальных мер, предупреждающих вынос мелких частиц, который может достигать 15 % и более от количества заданной ру­ды. К числу таких мер относится в первую очередь предварительное окомкование различными методами (агломерация, брикетирование, окатыва­ние). Оптимальные размеры кусков руды зависят от сорта руды, типа печи и способа производства. Для бесшлаковых и шлаковых процессов в закры­тых рудовосстановительных печах, как правило, нужны более крупные куски руды, чем для большинства рафинировочных процессов

Чтобы обеспечить стабильность технологического процесса, нужную сортировку руды по фракциям и усреднение по химическому составу, а также, в случае необходимости, дробление и окомкование руды следует производить на механизированных складах достаточной вместимости.

 

6.1.2 Восстановители

Правильный выбор восстановителя и способа его подготовки в значительной мере определяет технико-экономические пока­затели производства. При выплавке ферросплавов в качестве восстанови­телей оксидов руды используют углерод, кремний и алюминий. Наиболее широко применяются углеродсодержащие восстановители: металлурги­ческий кокс, различные полукоксы и угли, древесные отходы и др. Угле­родсодержащие восстановители, применяемые в производстве ферроспла­вов, должны обладать хорошей реакционной способностью, высоким удельным электросопротивлением, соответствующим для каждого сплава химическим составом, достаточной прочностью, оптимальным размером куска, термоустойчивостью и низкой стоимостью. В случае высокой реак­ционной способности восстановителя процесс начинается при более низ­ких температурах и руда восстанавливается полнее. Значительное электро­сопротивление восстановителя обеспечивает более глубокую посадку элек­тродов в шихте, т. е. уменьшение улета восстановленных элементов. Необ­ходимо, чтобы количество вредных примесей в составе золы восстанови­теля было минимальным, так как они в значительной мере переходят в го­товый сплав. Восстановитель должен обладать соответствующей механи­ческой прочностью, чтобы при подготовке, дозировании и подаче шихты образовывалось минимальное количество мелочи, поэтому небольшое со­держание мелочи и летучих, отсутствие склонности к спеканию обеспечи­вают хорошее газовыделение на колошнике печи и облегчают обслуживание печи [7-13].

Наиболее широко используют при выплавке ферросплавов самый де­шевый сорт восстановителя — коксик, получающийся при сортировке до­менного кокса. Недостатками коксика являются невысокие электросопро­тивление и реакционная способность, относительно большое содержание золы, серы и фосфора и значительное нестабильное содержание влаги.

В качестве восстановителя при производстве ферросплавов широко применяется также полукокс. Электросопротивление последнего при температурах до 900°С значительно больше, чем коксика, а при более высоких температурах оно приближается к электросопротивлению обычного кокса. Полукокс содержит до 15 % летучих, механически мало прочен, имеет повышенную зольность, но это не препятствует его использованию при вы­плавке ферросилиция, так как основной составляющей золы является кремнезем.

К очень хорошим восстановителям относится древесный уголь, обладающий высокими удельным электросопротивлением, реакционной способностью и чистотой. Древесный уголь уменьшает спекание шихты и улучшает ее газопроницаемость, что особенно важно при выплавке высококремнистых марок ферросилиция и при работе закрытых печей. Однако он дорог, имеет малую по сравнению с коксом механическую прочность, характеризуется резкими колебаниями содержания золы и влаги (от 5 до 40 %). Поэтому его стремятся заменять различными древесными отходами (опилки, щепа, стружка, лигнин).

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, длинно-пламенные) 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 другие восстановители [7-13].

6.1.3 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 %-ного ферросилиция [7-13].

6.1.4 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 [7-13]. Также в последнее время все чаще применяют доломиты [14-16].