Способы производства ферросплавов

В настоящее время ферросплавы получают домен­ным, электротермическим (в дуговых электропечах) и металлотермическим (электропечным и внепечным) ме­тодами. В последнее время все шире применяют способы получения ферросплавов путем вакуум-термической об­работки в твердом и жидком состоянии, рафинирования углеродистых сплавов продувкой кислородом в конвер­торе, смешением жидких расплавов и т. д.

Производство ферросплавов в доменных печах

Количество ферросплавов, выплавляемых в доменных пе­чах, ограничено такими сплавами, выплавка которых не требует очень высоких температур и которые имеют по­ниженное содержание ведущего элемента. В доменных печах выплавляют доменный ферросилиций с 9—15% Si, зеркальный чугун с 10—25% Mn, углеродистый ферромарганец с 70—80% Mn, феррофосфор с 15% P и неко­торые другие сплавы. Выплавляемые в доменных печах ферросплавы насыщены углеродом и вследствие высоко­го (по сравнению с электротермическими способами) расхода кокса более загрязнены серой и фосфором. Об­щий объем производства ферросплавов этим методом со­кращается.

Электротермическое производство ферросплавов

Электротермическое производство ферросплавов по роду применяемого восстановителя делится на два про­цесса: углевосстановительный, основанный на примене­нии в качестве восстановителя углеродистых материалов, и металлотермический, основанный на применении в ка­честве восстановителей кремния и алюминия и их сплавов.

По принципу работы электротермическое производст­во ферросплавов может быть непрерывным или периодическим. При непрерывном процессе производства ферросплавов шихту загружают в печь равномерно по мере ее проплавления; поэтому уровень шихты в печи почти по­стоянен. Сплав и шлак периодически выпускают из печи по мере их накопления на подине. Зоны металлургиче­ских реакций с высокими температурами (1400—2500° С) закрыты слоем твердой шихты и поэтому потери тепла и испарение (улет) восстановленных элементов значитель­но уменьшаются. Плавку непрерывным процессом с закрытым колошником можно производить как в открытой (без свода), так и в закрытой (со сводом) печи.

Периодическим процессом работают печи, предназна­ченные для получения рафинированных сплавов. При производстве ферросплавов периодическим процессом плавку ведут с открытым колошником. К этому типу процесса также относится плавка на блок. Периодическим процессом осуществляют производство ферросплавов продувкой в кислородном конверторе, вакуумной обра­боткой в твердом и жидком состоянии, получение азотированных сплавов и т. п.

В зависимости от удельного количества образующе­гося шлака процессы производства феросплавов можно разделить на шлаковые и бесшлаковые. Количество об­разующегося шлака характеризуется отношением мас­сы выпущенного из печи шлака к массе выпущенного сплава, т. е. кратностью шлака. При бесшлаковом про­цессе кратность шлака колеблется в пределах 0,05—0,1. Примерами бесшлакового процесса может служить производство ферросилиция всех марок, кристаллического кремния и др., примером шлакового процесса — производство феррохрома, ферромарганца, ферровольфрама и др. Кратность шлака в этих процессах колеблется от 0,4 до ≥2,5 в зависимости от количества и состава пус­той породы в руде (концентрате).

Металлотермический способ

Металлотермический способ позволяет получать фер­росплавы с очень низким содержанием углерода (<0,03%). Хотя в настоящее время чистые металлы с очень низким содержанием углерода могут быть полу­чены применением обработки в вакууме или электроли­за, однако в ряде случаев металлотермическое производ­ство более эффективно.

Промышленное значение имеют алюминотермическое производство металлического хрома, безуглеродистого ферротитана, феррованадия, феррониобия и силикотермическое или алюминосиликотермическое производство ферромолибдена и ферровольфрама и др.

Металлотермический процесс — периодический, плав­ка ведется в специальных горнах, футерованных огнеупорным материалом, а при использовании электропо­догрева шлака или в случае предварительного расплава части шихты печная ванна, в которой ведется плавка, делается сменной. Для уменьшения тепловых потерь, а значит, и снижения расхода восстановителя и повы­шения качества сплавов ведутся работы по осуществле­нию полунепрерывной или непрерывной внепечной плавки.

Важными преимуществами металлотермического способа производства ферросплавов являются низкие капитальные вложения на строительство новых цехов, от­сутствие сложного оборудования и возможность быстрого увеличения производства без больших дополнитель­ных затрат.