Феррохром ФХ025А

Феррохром FeCr - производство углеродистого феррохрома

Углеродистый феррохром производят в электрических печах большой мощности (10-21 MBА) при линейном напряжении 140-190 В. Футеровка печей магнезитовая. Шихта состоит из хромовой руды, коксика и кварцита. Плавка ведется непрерывным процессом. По мере оседания шихты в печь загружают новые порции шихты. Периодически по мере накопления производят выпуск сплава в ковш и разливку его в изложницы.

Главными процессами при плавке углеродистого феррохрома являются процессы восстановления и процессы шлакообразования.

По мере нагрева шихты начинаются процессы восстановления. Закись железа является наиболее легко восстановимым окислом, поэтому железо почти полностью восстанавливается раньше хрома по реакции FeO_тв + С_тв = Fe_тв + CO_газ.

Окись хрома может восстанавливаться с образованием металлического хрома или карбидов хрома; восстановление хрома с образованием карбида хрома Сr₃С₂ (13,3 %С) может начинаться уже при температуре 1107 °С. Если восстановление окиси хрома углеродом происходит при более высоких температурах, то возможно образование карбидов хрома с более низким содержанием углерода: Сr₇С₃ (9 %С) и Сr₄С (5,5 %С)

Термодинамический, анализ показывает, что если восстановление окиси хрома происходит при температуре выше 1252°С, то результатом реакции может быть металлический хром. В действительности, однако, при восстановлении окислов хрома углеродом металлический хром или безуглеродистый феррохром не получаются, так как отрицательные значения изобарных потенциалов реакций (2), (3) и (4) больше, чем реакции (1) для всего интервала температур, в котором протекают процессы восстановления хрома. Поэтому при выплавке феррохрома восстановление окислов хрома происходит с образованием различных карбидов хрома. Образующийся вначале сплав содержит 8-10% С; в дальнейшем, при взаимодействии этого сплава с окисью хрома руды и шлака, содержание углерода в нем снижается.

При выплавке феррохрома особенно важное значение имеет правильный выбор состава шлака. Главными компонентами, образующими шлак, являются окись магния, глинозем и кремнезем. При выборе состава шлака пользуются диаграммой состояния системы Mg0-Al₂0₃-Si0₂ (рис.1). Температура плавления углеродистого феррохрома составляет около 1550°С. Сплав перед выпуском из печи должен быть нагрет выше 1600°С; температура плавления шлака должна быть не ниже этой величины. В шахтных печах, работающих непрерывным процессом (без полного проплавления шихты), шлак может быть перегрет выше температуры его плавления лишь немного, вероятно, не более 50-70°. После этого электрическая энергия расходуется не на дальнейший перегрев шлака, а на расплавление новых порций шлака и шихты. Поэтому при выплавке углеродистого феррохрома температура плавления шлака должна быть выше 1600°С. Обычно выбирают шлак, температура плавления которого по диаграмме состояния системы Mg0-Al₂0₃-Si0₂ составляет 1650-1700°С. В реальных шлаках содержится еще окись хрома и закись железа в небольших количествах; это немного снижает температуру плавления шлака, вероятно, до 1620-1650°С. Отношение содержания окиси алюминия к окиси магния в шлаке мало колеблется и обычно составляет около 1,0, поэтому температура плавления шлака определяется главным образом содержанием кремнезема (рис. 2). Если в тройной системе Mg0-Al₂0₃-Si0₂ содержание кремнезема в шлаке равно 32-38%, то температура плавления шлака составляет 1650-1700°С. Обычно выбирают шлак с таким содержанием кремнезема. Реальные шлаки феррохромовой плавки обычно имеют следующий состав: 29- 34% SiO₂; 28-32% Аl₂O₃; 32-35% МgО; 1-2% FеО; 5-7% Сr₂0₃.

В шлаке на границе с металлом образуется рудный слой. Трудноплавкие и трудновосстановимые куски руды опускаются в шлак, где они медленно растворяются. Это приводит к повышению концентрации окиси хрома в нижнем слое шлака, что способствует частичному обезуглероживанию феррохрома. Содержание углерода в сплаве при прохождении его через шлак и рудный слой снижается до 5-6%. Рудный слой, таким образом, оказывает положительное действие, способствуя уменьшению содержания углерода в стали до значений, допускаемых в углеродистом феррохроме. Поэтому при выплавке углеродистого феррохрома в состав шихты вводят не менее 40-50% кусковой руды, которая образует рудный слой.

При плавке углеродистого феррохрома восстанавливается также кремний. Эта реакция происходит на поверхности соприкосновения сплава со шлаком по уравнению: 2[C]+(SiO₂)=[Si]+2{CO}.

Образующийся по этой реакции кремний растворяется в жидком феррохроме. Так как содержание кремния в сплаве не должно превышать значения, допускаемого ГОСТом, необходимо ограничивать восстановление кремния.

Состав шихты должен обеспечить восстановление хрома и кремния в таких количествах, чтобы сплав и шлак были требуемого состава.

Если в шихте количество восстановителя выше нормального, то содержание кремния в сплаве может превысить допускаемую величину, а содержание кремнезема в шлаке окажется ниже расчетного. Шлаки с пониженным содержанием кремнезема тугоплавки и плохо вытекают из печи.

Недостаток восстановителя в шихте приводит к недостаточному восстановлению хрома и кремния, в связи с чем повышается содержание окиси хрома и кремнезема в шлаке, температура плавления шлака снижается. Если при этом в шихте увеличено количество кварцита, то образуются очень кислые, густые шлаки. Если при недостатке восстановителя имеется также значительный недостаток кварцита, то образуются шлаки с пониженным содержанием кремнезема и повышенным содержанием окиси хрома. Такие шлаки тугоплавки и густы, они с трудом выходят из печи. При недостатке восстановителя электроды графитированные расположены низко расход графитированных электродов повышенный, так как электроды соприкасаются и взаимодействуют со шлаком с повышенным содержанием окиси хрома.

Углеродистый феррохром применяют также в ферросплавном производстве для выплавки ферросиликохрома. Этот сорт углеродистого феррохрома называется передельным феррохромом. В передельном феррохроме содержание кремния не ограничивается. Его выплавляют таким же способом, как и товарный углеродистый феррохром, с тем отличием, что в шихту дается больше кварцита и кокса, а полученный сплав содержит больше кремния (6-8%).

Углеродистый феррохром выпускают из печи в ковш периодически через каждые 2-3 ч. Из ковша товарный феррохром разливают в плоские изложницы, а передельный феррохром подвергают гранулированию, так как при выплавке ферросиликохрома целесообразнее применять гранулированный феррохром.

Феррохром - область применения

Введение в расплав стали легирующих элементов в химически чистом виде сопряжено с рядом проблем, едва ли не основной среди которых является различие температур плавления. Так, в частности, Т°плавл. Cr значительно превосходит аналогичный показатель для Fe – основного компонента любой стали. Облегчить выполнение данной задачи позволяет использование ферросплавов – соединений Fe с легирующим компонентом, что позволяет выровнять температурный баланс в процессе плавки.

Для легирования сталей применяют, главным образом, хромистый ферросплав феррохром (FeCr), используемый при легировании конструкционных, нержавеющих и ряда прочих сортов стали.

В качестве основных примесей, в ФЕРРОХРОМЕ, выступают:

• С (до 5 %);
• Si (до 8 %);
• S (до 0,05 %);
• Р (до 0,05 %).

Влияние феррохрома на свойства легируемых им сталей

ФЕРРОХРОМ повышает:

• Предел прочности;
• Твердость (значительно повышает);
• Стойкость к коррозии (значительно повышает);
• Жаропрочность.

ФЕРРОХРОМ понижает:

• Относительное удлиннение;
• Свариваемость.

Общий сортамент марок феррохрома, химический состав и условия поставки регламентируются ГОСТ 4757-91 «Феррохром. Технические требования и условия поставки».

В названиях марок FeCr (по ГОСТ 4757-91) буквы Ф, Х и Н обозначают, соответственно, Fe Cr и N. Буквенными символами А и Б отображается различие в массовой доле Р. Цифровые обозначения указывают, соответственно, на максимальное количество содержащегося С в сотых долях процента в марках низко-, средне- и высокоуглеродистого феррохрома и минимальное содержание N в марках азотированного феррохрома.

ФЕРРОХРОМ - классификация и маркировка

Марки феррохрома классифицируются, главным образом, по количеству С и Р.

По признаку содержания Р существует 2 группы феррохрома марок FeCr:

• группа феррохрома А – названия марок с допустимым содержанием Р не более 0,02…0,04%;
• группа феррохрома Б – названия марок с допустимым содержанием Р в дапазоне 0,03-0,06%.

По признаку содержания С феррохром подразделяют на следующие основные классы:

• высокоуглеродистую группу феррохрома: С в пределах 6,5…8% (например, ФХ650А, ФХ800Б и др.);
• среднеуглеродистую группу феррохрома: С в пределах 1…4% (например, ФХ100А, ФХ250Б и др.);
• низкоуглеродистую группу феррохрома: С в пределах 0,1…0,5% (например, ФХ010А, ФХ025Б и др.);
• безуглеродистую группу феррохрома: С в пределах не более 0,01…0,06% (например, ФХ001А, ФХ006Б и др.).

Допустимое количество Si в марках низкоуглеродистого и безуглеродистого FeCr может варьироваться в пределах 0,8…2,0%. Допустимое количество S в марках низкоуглеродистого, среднеуглеродистого и высокоуглеродистого FeCr колеблется в диапазоне 0,02…0,06%.

Ферросплавной промышленностью осуществляется также выпуск марок азотированного FeCr, отличающихся повышенным содержанием N в диапазоне 0,9…6% (например, ФХН100А, ФХН400Б и др.).

Выплавку высокохромистых и низкоуглеродистых сталей осуществляют с применением малоуглеродистого FeCr. Марки феррохрома с самым низким количеством С востребованы при легировании низкоуглеродистых коррозиестойких сталей.

Выплавку сталей со средним и повышенным содержанием С производят с использованием, соответственно, среднеуглеродистых и высокоуглеродистых марок FeCr.

ФЕРРОХРОМ - способы промышленного получения

В промышленных масштабах получение высокоуглеродистого, среднеуглеродистого, низкоуглеродистого, безуглеродистого и азотированного феррохрома осуществляют различными способами, каждый из которых имеет свои особенности.

Для производства феррохрома из богатых хромовых руд вполне достаточно применения цикла дробильно-сортировочных операций; в использовании дополнительного обогащения нет необходимости. Руды с небольшим удельным содержанием Cr подвергаются обогащению с последующим процессом получения высокохромистого концентрата. Поскольку Cr в соединении с Fe образует твердые растворы, а в сочетании с С – ряд прочных карбидов, химсостав получаемого феррохрома во многом зависит от способа выплавки.

Основным методом получения высокоуглеродистого феррохрома (4,0-10 % С) является углеродное восстановление хромосодержащей руды в тиглях мощных электропечей закрытого и открытого типа. Процесс имеет непрерывный цикл с периодическим удалением шлаков.

Выпуск среднеуглеродистого феррохрома (0,5-4 % С) осуществляют методами силикотермии либо рафинирования феррохрома высокоуглеродистой группы в конвертерах кислородного и (или) газокислородного типа.

Для производства низкоуглеродистого феррохрома (0,1…0,5 % С) используют силикотермический процесс с применением открытых электродуговых печей невысокой мощности или внепечной способ, когда жидкий силикохром смешивается с рудоизвестковым расплавом в специальных ковшах.

Получение безуглеродистого феррохрома (содержание С ≤ 0,06 %) осуществляют путем рафинирования в вакуумной среде предварительно размолотого и подвергнутого окислению феррохрома с высоким содержанием С, а также способом вакуумного обезуглероживания низкоуглеродистого феррохрома.

Для получения азотированного феррохрома (1,0-10 % N) измельченный средне- или низкоуглеродистый феррохром подвергают нагреву в азотистой или аммиачной среде при температуре ~ 1050 °С.

Практическое применение ФЕРРОХРОМА:

Феррохром различных классов и марок используют для легирования сталей и чугунов, а также с целью раскисления сплавов. Его средний расход в сталелитейном и чугунолитейном производстве – 2…3 кг на тонну основного расплава. Легирование стали Cr позволяет повысить пределы ее прочности, ковкости, упругости, термо-, износо-, и коррозиестойкости.

Ферросиликохром (силикохром)

Ферросиликохром (силикохром, FeCrSi) – сложнолегированный сплав Fe, Cr, Si и других химических элементов, основными среди которых, помимо Fe, являются Si и Cr.

Ферросиликохром изготавливают в виде кусков (дробленый силикохром) или гранул (гранулированный силикохром). Масса куска в дробленом ферросиликохроме – ≤ 20 кг, габариты по классу крупности – ≤ 315 мм.

Заглавными буквами русского алфавита в названиях марок обозначают: Ф — железо (Fe), X — хром (Cr), С — кремний (Si), Р — фосфор (Р). Цифровыми индексами отображается массовая доля Si в составе ферросиликохрома.

Отечественная промышленность осуществляет производство товарного и передельного ферросиликохрома. Товарный продукт используют с целью легирования и раскисления основного сплава, передельный – как восстановитель при получении низкоуглеродистых феррохромов методом силикотермии.

Основные марки ферросиликохрома

Общий сортамент марок ферросиликохрома, химический состав и условия поставки регламентируются ГОСТ 11861-91 «Ферросиликохром. Технические требования и условия поставки».

Основными марками ферросиликохрома являются ФСХ18, ФСХЗ0, ФСХ40 и некоторые другие:

• ферросиликохром ФСХ13: Si(кремний) - 10-16, Cr (хром) - не менее 55, C (углерод) - не более 6.0, P (фосфор) - не более 0.04, S (сера) - не более 0.03;
• ферросиликохром ФСХ20: Si(кремний) - 16-23, Cr (хром) - не менее 48, C (углерод) - не более 4.5, P (фосфор) - не более 0.04, S (сера) - не более 0.02;
• ферросиликохром ФСХ26: Si(кремний) - 23-30, Cr (хром) - не менее 45, C (углерод) - не более 3.0, P (фосфор) - не более 0.03, S (сера) - не более 0.02;
• ферросиликохром ФСХ33: Si(кремний) - 30-37, Cr (хром) - не менее 40, C (углерод) - не более 0.9, P (фосфор) - не более 0.03, S (сера) - не более 0.02;
• ферросиликохром ФСХ40: Si(кремний) - 37-45, Cr (хром) - не менее 35, C (углерод) - не более 0.2, P (фосфор) - не более 0.03, S (сера) - не более 0.02;
• ферросиликохром ФСХ48: Si(кремний) - более 45, Cr (хром) - не менее 28, C (углерод) - не более 0.1, P (фосфор) - не более 0.03, S (сера) - не более 0.02.

Таким образом, процентное содержание Si в силикохроме марки ФХС20 – 16…23 %, в силикохроме марки ФХС33 (соответственно) – 30…37 % и ≥ 48 %, силикохроме марки ФХС40 – 37…45 % и ≥ 35 %, силикохроме марки ФХС48 – ≥ 45 % и ≥ 28 %.

Промышленное получение ферросиликохрома

Ферросиликохром получают двумя основными способами: одноэтапным (шлаковым) и двухэтапным (бесшлаковым).

При использовании одноэтапного (шлакового) способа практикуют включение в состав шихты хромитовой руды, кварцита и коксика (коксовая мелочь крупностью до 25 мм).

В ходе двухэтапного способа на первом технологическом этапе получают передельный высокоуглеродистый феррохром, в присутствии которого на втором этапе осуществляют углеродное восстановление Si из кремнезема (кварцита).

Выплавка ферросиликохрома с использованием бесшлакового двухэтапного метода осуществляют в виде непрерывного процесса с применением футерованных углеродом рудовосстановительных электропечей, имеющих мощность 16…35 МВА

На завершающей 2-й стадии процесса плавку выполняют с использованием кварцита (25–85 мм), гранулирован

Сфера применения ферросиликохрома

Основная сфера применения ферросиликохрома — чернометаллургическое производство. Его используют преимущественно в качестве составляющей легирующей композиции и раскислителя при выплавке ряда марок нержавеющих сталей, а также восстановительного реагента при изготовлении средне- и низкоуглеродистого феррохрома методом силикотермии. Используется силикохром и при модифицировании чугунов.

В зависимости от содержания Si ферросиликохром может быть «богатым» и «бедным». В первом массовая доля Si варьируется в пределах 44…56% (прочее – Fe, Cr и некоторые другие примеси); во втором содержится от 10 до 44 % Si.

При помощи силикохрома «богатой» группы производят безуглеродистый феррохром и выплавляют нержавеющую сталь. «Бедный» силикохром используют при силикотермической выплавке низколегированных сталей, а также при получении низкоуглеродистых марок феррохрома.

Применение ферросиликохрома позволяет значительно снизить расход дорогостоящего феррохрома низкоуглеродистой группы. Изготовление различных марок рафинированного феррохрома, в зависимости от особенностей технологического процесса, осуществляется с использованием ферросиликохрома определенного состава.