Контрольная работа: Производство ферросплавов

В настоящее время ведущие фирмы – производители ферросилиция освоили производство чистых и высокочистых по примесям сортов ферросилиция, а также модификаторов на его основе.

Фирма «Elkem» (Норвегия) производит 10 марок ферросилиция, содержащего кремния 74–78%, с пониженным содержанием примесей: Аl– 0,015–1,0%; Ti– 0,05–0,10%; С – 0,01–0,10%, Р – 0,02–0,025%. В том [числе фирма производит высокочистый ферросилиций, содержащий кремния 75–77%, с максимальным Iсодержанием: А1 – 0,05%; Ti– 0,05%; С – 0,02% (таблица 2).

Табл. 2. Распределение элементов между продуктами плавки ферросилиция марки ФС75 на печи мощностью 29МВА

Элемент	Внесено шихтой			Перешло в продукты плавки
кварцит	восстановитель*	стальная стружка	сплав	шлак	пыль
Si	93,2–93,8	6,1–6,5	0,07–0,14	78,3–92,9	2,1–3,2	13,3–18,6
Fe	1,8–2,2	3,8–4,4	93,1–94,3**	96,0–98,5	16,9–24,6	0,55–3,37
Al	15,6–19,6	77,5–81,7	0,56–0,79	48,2–59,9	16,9–24,6	21,6–27,1
Ti	24,5–33,7	52,9–71,3	1,7–2,4	89,8–93,7	6,2–8,2	0,47–2,1
P	63,0–69,5	45,5–60,9	9,0–12,8	53,9–55,8	1,2–2,9	41,3–44,8
S	0,4–0,89	97,3–97,8	1,2–1,45	0,32–0,65	0,14–0,26	99,2–99,5 (улет)
С	-	94,1–95,1	0,17–0,41	0,05–0,09	0,34–0,40	0,37–0,45
Ca+Mg	2,1–3,2	94,9–96,8	-	20,5–31,9	50,4–57,1	17,6–23,4
Cr	1,1–5,8	2,3–4,5	81,4–93,7	85,0–94,2	2,9–4,9	0,86–10,8
Mn	16,4–24,7	23,1–43,1	23,2–50,9	30,6–54,7	0,74–1,3	44,5–68,4

Помимо этого фирма «Elkem» производит различные сплавы на базе ферросилиция: 11 сортов модификаторов, содержащих Mg, Si, Ca, Al, P3M, в различных пропорциях, а также сплавы с различной концентрацией Ва, Sr, Zr.

Фирма – «FesilAS» (Норвегия) производит 4 марки ферросилиция, содержащего кремния 73–78%, с пониженным содержанием примесей: А1 – 0,06–0,75%; Ti– 0,04–0,1%; С – 0,02–0,10%, Р – 0,02–0,025%. В том числе фирма производит высокочистый ферросилиций с максимальным содержанием: А1 – 0,06%; Ti -0,04%; С – 0,02%.

Фирма «Pechineyelectrometallurgy» (Франция) производит 4 марки ферросилиция, содержащего кремния 75–79%, с пониженным содержанием примесей: А1 – 0,05–0,30%; Ti– 0,025–0,04%; С – 0,02–0,10%, Са – 0,05–0,1%, Мп – 0,25–0,13%, Ti– 0,025–0,1%; Р – 0,02–0,03%. В том числе фирма производит два сорта высокочистого ферросилиция с максимальным содержанием: А1 – 0,05–0,08%; Ti– 0,025–0,04%; С – 0,02–0,04%, Са – 0,05–0,08%.

Фирма «Лазиска Хута» (Польша) также освоила производство двух марок ферросилиция, содержащего кремния 72–80%, с пониженным содержанием алюминия (при обычном содержании других примесей): FeSi75A10,3 – с максимальным содержанием А1 – 0,30% и FeSi75A10,7 – с максимальным содержанием А1 -0,70%.

Приведенные примеры показывают значительное отставание ОАО «Кузнецкие ферросплавы» в области производства ферросилиция с пониженным содержанием примесей и особенно в производстве высокочистого ферросилиция. В настоящее время ОАО «Кузнецкие ферросплавы» производит только две марки ферросилиция ФС75 по содержанию примесей: с содержанием А1 ниже 2% и ниже 1,5%.

5. Источники поступления примесей в ферросилиций

Содержание примесей в ферросилиции зависит, прежде всего, от состава шихтовых материалов. В процессе восстановительной плавки происходит восстановление не только кремнезема, но и содержащихся в кварците и золе восстановителя (кокс, полукокс, уголь) сопутствующих оксидов – А1₂ 0₃ , Ti0₂ , P2O5, СаО и т.д. Так, в кварците Антоновского месторождения, которое является основным источником кварцита для ОАО «Кузнецкие ферросплавы», содержание А1₂ 0₃ колеблется от 0,45 до 1,3%, Р₂ 0₅ – 0,1–0,06%; ТiO₂ – 0,02–0,08%, СаО – 0,001–0,003%. Зольность коксового орешка колеблется от 9,5 до 14%, каменного угля – 2,7–13%. Содержание в золе коксового орешка или угля: А1₂ 0₃ – 15–26%, ТЮ₂ – 0,5–1,3%, Р₂ 0₅ – 0,22–0,77%, СаО – 2,7–5,6%.

Примеси можно разделить на следующие группы:

1. Примеси с высокой долей (более 50%) перехода в металл (опасные) – Ti, Al, P, Сг, Мп; требуют постоянного контроля шихтовых материалов по их содержанию.

2. Примеси со значительной долей (20–30%) перехода в металл (малоопасные) – Са, Mg; требуют соблюдения технологического режима плавки (соблюдения регламентации дачи известняка).

3. Примеси с очень низкой долей (менее 1%) перехода в металл (неопасные) – С, S; примеси не требуют постоянного контроля по их содержанию в металле; повышение их содержания в ферросилиции обусловлено внешними источниками на других стадиях предела – разливке, дроблении, фракционировании, транспортировке и т.д. – или очень значительным отклонением состава шихтовых материалов от обычного, например, использование высокосернистого восстановителя.

С точки зрения понижения содержания в ферросилиции примеси возможно классифицировать в зависимости от их сродства к кислороду:

• примеси с большим, чем у кремния, сродством к кислороду – Mg, Ca, A1; возможно применение тех или иных методов окислительного рафинирования;

• примеси с меньшим, чем у кремния (в ферросилиции), сродством к кислороду – Ti*, P, S, Cr, Mn; применение методов рафинирования невозможно, снижение содержания этих примесей возможно только при использовании чистых шихтовых материалов;

• углерод; возможно рафинирование ферросилиция от углерода при создании условий, в которых сродство углерода к кислороду превышает сродство кремния к кислороду, например, продувка газом с низким содержанием СО или условий, обеспечивающих удаление углерода, поступившего из внешних источников, например, всплывание карбида кремния из жидкого ферросилиция за счет выдержки мета ига в ковше и т.п.

Специального рафинирования ферросилиция от Mg и Са не требуется, достаточно соблюдения технологического регламента плавки. Сродство к кислороду Mg и Са выше, чем у алюминия, поэтому все известные способы окислительного рафинирования ферросилиция от примесей рассчитаны на рафинирование от алюминия; при этом обеспечивается одновременное снижение содержания Mg, Са и С в сплаве.

Из примесей, снижение содержания которых возможно только при использовании чистых шихтовых материалов, следует выделить производство ферросилиция с пониженным содержанием Сг и Мп. Основными источниками поступления Сг и Мп в ферросилиций является стальная стружка. Поэтому значительное содержание этих примесей достигается в сплаве с высоким расходом стальной стружки ферросилиций марки ФС45. При этом содержание Ti, Al, Mg, Са в сплаве ФС45 невелико и рафинирования от них не требуется. Это накладывает свои технологические особенности на производство ферросилиция с пониженным содержанием Сг и Мп.

Таким образом, существуют следующие разновидности способов производства ферросилиция с пониженным содержанием примесей:

• производство ферросилиция с пониженным содержанием Al, Ti, и Р за счет использования чистых шихтовых материалов;

• производство ферросилиция с пониженным содержанием Al, Mg, Са и С за счет окислительного рафинирования;

• производство ферросилиция с пониженным содержанием Сг.

Содержание примесей в 75% высокочистом ферросилиции не должно превышать: [А1] – 0,05%; [Ti] -0,05%; [Са] – 0,02%; [С] – 0,02%; [Р] – 0,02%.

Такой состав полностью удовлетворяет требованиям зарубежных фирм к качеству высокочистого ферросилиция.

Производство высокочистого ферросилиция указанного состава возможно только сочетанием выплавки чистого по титану и фосфору предельного 75% ферросилиция и рафинированием его в ковше методом продувки через донную пробку от алюминия, кальция, углерода.

Первая стадия – выплавка предельного 75% ферросилиция с низким содержанием титана и фосфора.

Как указано выше, выплавка ферросилиция с низким содержанием титана и фосфора возможна только с применением чистых по этим примесям шихтовых материалов.