СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОСПЛАВОВ

В настоящее время основными способами производства ферросплавов являются: электротермический, металлотермический, электролитический, доменный. Кроме того, некоторое количество ферросплавов производят вакуумтермической обработкой в жидком и твердом состоянии, рафинированием высокоуглеродистых ферросплавов от углерода путем продувки в кислородном конвертере, смешением жидких расплавов и т.п. (рис. 10.1 и рис. 10.2).

Электротермическое производство по роду используемого восстановителя можно разделить углевосстановительное и металлотермическое. При углевосстановительном процессе в качестве плавильных агрегатов используют мощные рудовосстановительные печи, работающие непрерывным процессом с закрытым колошником (шихта загружается по мере ее проплавления), сплав и шлак выпускают периодически. Электропечные процессы, в зависимости от кратности шлака, т.е. отношения массы образующегося в печи шлака к массе сплава, могут быть бесшлаковыми (кратность шлака 0,05−0,10) и шлаковыми (кратность шлака ≥ 0,4). Кратность шлака определяется прежде всего количеством и составом пустой породы руды и золы углеродсодержащего восстановителя. Бесшлаковым процессом выплавляют ферросилиций, ферросиликохром, силикокальций и др., а шлаковым − углеродистые ферромарганец и феррохром, ферросиликохром, высокомарганцовистый бесфосфористый шлак, электрокорунд и др.

При электрометаллотермическом производстве в качестве восстановителя используют кремний, алюминий либо смесь кремния и алюминия. Плавку осуществляют в рафинировочных печах и плавильных горнах, оборудованных установкой для электроподогрева, и периодическим процессом с полным проплавлением шихты и последующим выпуском жидких продуктов плавки: сплава и шлака. В плавильных горнах плавку можно вести «на блок». Кратность шлака в этих процессах составляет 0,8−2,5. Электросиликотермическим процессом выплавляют среднеуглеродистые и малоуглеродистые ферромарганец и феррохром, силикокальций. При использовании в качестве восстановителя алюминия электрометаллотермическим способом выплавляют низкоуглеродистый (< 0,04 % С) феррохром, ферровольфрам с 80 % W, силикоцирконий и др., а при использовании смеси кремния и алюминия − феррованадий, силиковандий и др.

Внепечным металлотермическим способом получают ферросплавы с низким содержанием углерода (< 0,03 %) и технически чистые металлы. Для производства используют очень чистые руды и концентраты глубокого обогащения с минимальным содержанием вредных примесей, которые в процессе плавки практически полностью переходят в сплав. В качестве восстановителей используют алюминий, кремний и смесь кремния и алюминия. Металлотермические процессы периодические с полным проплавлением шихты.

С целью сокращения тепловых потерь, снижения расхода восстановителя и повышения качества сплавов ведутся работы по осуществлению полунепрерывной или непрерывной металлотермической плавки.

Одним из вариантов внепечной металлотермической плавки является производство низкоуглеродистого феррохрома методом смешивания расплавов.

Электролиз можно лишь условно отнести к методам производства ферросплавов, так как он используется для получения очень чистых металлов и рафинирования загрязненных. Электролитическим процессом водных растворов получают металлические никель и марганец, а электролизом расплавленных солей − алюминий. При любой технологической схеме для электролиза требуется применение постоянного тока небольшого напряжения, но большой силы. Такой постоянный ток получают с помощью полупроводниковых кремниевых или германиевых выпрямителей. Процесс осуществляется в электролизных ячейках, в которых находятся электроды и электролит.

Доменное производство ферросплавов является карботермическим, в котором функции восстановителя и теплоносителя выполняет кокс. В доменных печах выплавляют ферросплавы, производство которых не требует очень высоких температур, с пониженным содержанием ведущего элемента. Этим способом производят ферросилиций с содержанием − 10 % Si, ферромарганец с 80 % Mn, ферросиликомарганец (зеркальный чугун) с 10−25 % Мn и − 5 % Si, феррофосфор с 15 % Р. В доменных ферросплавах высоко содержание углерода, серы и фосфора. Высокое содержание серы и фосфора обусловлено большим расходом кокса. Объем производства ферросплавов доменным способом постоянно сокращается.