Низкоуглеродистый феррохром. Обезуглероживание феррохрома

Низкоуглеродистый феррохром может быть получен путем обезуглероживания углеродистого феррохрома; обезуглероживание можно осуществлять как в твердом, так и в жидком состоянии.

Обезуглероживание феррохрома в твердом состоянии. При взаимодействии карбидов хрома с оксидом хрома происходит окисление углерода карбида кислородом оксидом хрома. В результате образуются более низкоуглеродистые карбиды или металлический хром. Реакции, по которым происходит обезуглероживание феррохрома, приведены ниже

Cr₃С_2тв + 5/27 Cr₂O_{3 тв} = 13/27 Cr₇С_3тв + 15/27 СО; Т_н.в. = 1387 ⁰С

Cr₇С_3тв + 5/14 Cr₂O_{3 тв} = 27/14 Cr₄С_тв + 15/14 СО; Т_н.в. = 1638 ⁰С

Cr₄С_тв+ 1/3 Cr₂O_{3 тв} = 14/3 Cr_тв + 3 СО; Т_н.в. = 1729 ⁰С.

При протекании первых двух реакций образуются продукты с высоким содержанием углерода, так как наиболее низкоуглеродистый карбид (Сr₄С) содержит 5,5% С. Для получения малоуглеродистого и безуглеродистого феррохрома необходимо создать такие условия, при которых третья реакция протекала бы слева направо.

Обезуглероживание феррохрома в твердом состоянии осуществляется в вакуумных печах. Углеродистый феррохром подвергается измельчению и затем окислительному обжигу. Поверхность зерен феррохрома покрывается тонким слоем оксида хрома. В результате окислительного обжига содержание кислорода в феррохроме повышается до 10% и более. Из смеси углеродистого и окисленного феррохрома вместе со связующим материалом изготовляют брикеты, которые обжигают в вакуумной печи. Температура в печи постепенно повышается до 1400⁰С, давление в печи понижается до 0,001 ат. Реакции окисления в твердых фазах происходят медленно, процесс продолжается 25-100ч. Вначале происходит окисление углерода в высших карбидах (Сr₃С; и Сr₇С₃), а затем окисление углерода в карбиде Сr₄С, в результате чего содержание углерода в феррохроме снижается до 0,01-0,02%.

После окончания процесса печь медленно охлаждают. Полученные таким образом брикеты содержат около 70% Сr и 0,01-0,02% С. При необходимости получить безуглеродистый азотированный феррохром в камеру печи во время ее охлаждения вводят азот при давлении 1 ат. Содержание азота в феррохроме повышается до 3-8%.

Обезуглероживание феррохрома в жидком состоянии.

Обезуглероживание феррохрома в твердом состоянии является весьма длительным процессом и применяется для получения феррохрома с наиболее низким содержанием углерода. В металлургии наиболее производительными являются процессы, в которых обработке подвергаются жидкие продукты. Обезуглероживание феррохрома в жидком состоянии производится в конвертерах путем воздействия на жидкий углеродистый феррохром газообразным кислородом. Струя кислорода проникает в жидкий металл и окисляет хром, а также некоторые другие примеси, содержащиеся в сплаве. Образующаяся в конвертере оксидная фаза насыщена оксидом хрома; взаимодействие оксида хрома с углеродом приводит к окислению углерода.

После заливки в конвертер углеродистого феррохрома через фурму подают кислород в конвертер. В первый период продувки происходит окисление хрома, в результате чего температура металла повышается и в конвертере образуется шлак с высоким содержанием оксидов хрома. Для более быстрого подъема температуры в металл добавляют алюминий в количестве 0,5-0,8% от массы металла. При окислении алюминия кислородом выделяется много тепла и повышается температура металла. В первый период продувки температура сплава повышается до 1700-1750°С, а содержание углерода снижается до 3%. Затем конвертер наклоняют и кислород, подаваемый на наклонную поверхность сплава, не только окисляет углерод, но и дожигает оксид углерода до углекислоты. При этом выделяется много тепла и значительно повышается температура сплава. На этом этапе продувки температура сплава повышается до 1850°С, а содержание углерода снижается до 1,5%. Если требуется более низкое содержание углерода в сплаве, то конвертер накрывают колпаком и создают разрежение, обычно около 0,1 ат. Выдержка сплава при пониженном давлении позволяет снизить содержание углерода, в нем до 0,5% и менее. Шлаки, образующиеся на конечной стадии продувки, содержат до 80% оксида хрома; их используют при выплавке углеродистого феррохрома.

Рассмотренный способ обезуглероживания феррохрома в конвертере позволяет получать среднеуглеродистый феррохром. Более высокая степень обезуглероживания может быть достигнута при ведении плавки в индукционных печах при более высоком вакууме.