ФЕРРОСПЛАВЫ
Большое внимание в мире уделяется увеличению производства качественных сталей, необходимых для разития машиностроительной, авиационной, химической и других важнейших отраслей промышленности. Особое значение среди качественных сталей имеют легированные и модифицированные стали, свойства которых улучшены благодаря введению в их состав легирующих и модифицирующих элементов: хрома, никеля, марганца, вольфрама, молибдена, кальция, ванадия и др. Иногда эти элементы вводят в ванну сталеплавильной печи в чистом виде, но чаще всего, в виде ферросплавов.
Ферросплавами называют сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, ванадием и другими элементами, а иногда сплавы других элементов, например, сплав кальция и кремния — силикокальций, применяющиеся при выплавке стали для улучшения ее свойств (связывания вредных примесей, раскисления и легирования). По принятой терминологии в ферросплавах помимо основного элемента, обычно железа или кремния, имеются один или несколько ведущих элементов, ради которых сплав выплавляют, нежелательные примеси, количество которых невелико и строго ограничивается, и вредные примеси, содержание которых ограничивается тысячными и сотыми долями процента. Например, в низкоуглеродистом феррохроме хром — ведущий элемент, железо — основной, кремний — нежелательная примесь, а углерод, фосфор и сера — вредные примеси. Комплексные ферросплавы содержат несколько ведущих элементов, например, в ферросиликохроме — кремний и хром. Лигатурами называют все сплавы на нежелезной основе (никелевой, хромовой и др.). Ферросплавы на железной основе, применяемые только для легирования, часто также называют лигатурами (например, лигатуры с бором, селеном, кремниймагниевая лигатура и др.). Целесообразность легирования стали и сплавов ферросплавами, а не технически чистыми металлами объясняется тем, что в этом случае достигается уменьшение угара ведущего элемента, облегчается его введение в сталь, и стоимость ведущего элемента в ферросплавах и лигатурах обычно значительно ниже, чем в технически чистых металлах.
Сырые материалы
Как правило, ферросплавные заводы используют руды или рудные концентраты, не требующие дополнительного обогащения. Исключение составляют бедные марганцевые и реже хромовые руды, которые подвергают пирометаллургическому обогащению с получением богатых по содержанию Ведущего элемента шлаков, которые затем перерабатывают на конечную продукцию, и железистого попутного продукта, а также ванадиевые, никелевые руды и некоторые руды редких элементов, требующие сложного металлургического передела [27, 28].
При оценке качества руд на первом месте стоит вопрос о содержании в них ведущего элемента, но и этот критерий изменяется. В связи с усиливающимся истощением запасов богатых руд и настоящее время потребители удовлетворяются всё более бедными рудами. При решении вопроса об использовании в производстве того или иного сорта руды должны быть оценены технические и экономические результаты работы на этой руде. При этом в первую очередь следует учитывать, что уменьшение доли марганца в шихте на 1 % при прочих равных условиях снижает производительность печи на 2,3 %, а уменьшение содержания Сr2О3 в руде на 1 % снижает производительность печи и соответственно увеличивает расход электроэнергии при производстве низкоуглеродистого феррохрома на 4,8 % и высокоуглеродистого феррохрома на 3,0 %.
Ценность руды повышается с уменьшением содержания в ней вредных примесей: фосфора, серы, меди и т. п. Количество вредных примесей зачастую определяет технологию передела. Например, фосфористые марганцевые руды необходимо подвергать дефосфорации переплавом на богатые шлаки или другим методом, что повышает стоимость передела и снижает ценность руды. Очень важное значение имеет состав цементирующей связки руды. Если хромовые руды с железистой связкой легко восстановимы и обеспечивают получение рафинированного феррохрома с высокими технико-экономическими показателями, то использование руд с магнезиальным цементом вызывает ряд трудностей, приводящих к ухудшению технико-экономических показателей производства. Хромовые и марганцевые руды с повышенным содержанием в цементе кремнезема потребуют дополнительного расхода флюса при силикотермическом способе производства рафинированных сплавов и вызовут ухудшение качества продукции и технико-экономических показателей производства, но могут быть успешно использованы при выплавке шлаковым способом ферросиликохрома и спликомарганца. Важным условием при оценке качества руды является высокое значение соотношения ведущего элемента и железа. Это соотношение должно составлять для марганцевых руд более 9:1, для хромовых низшего сорта не менее 2,2 : 1 и для руд первого сорта 2,9: 1 и выше. Снижение этого соотношения не позволяет получить стандартные сплавы по содержанию ведущего элемента без предварительного обогащения руд и ухудшает технико-экономические показатели производства.
К кварцу и кварцитам дополнительно предъявляют требования по минимальному содержанию шлакообразующих примесей (оксидов кальция и магния и особенно глинозема); необходимо также, чтобы водопоглощение их не превышало 5 % и они не давали значительного количества мелочи при дроблении и нагревании. Для вольфрамовых и молибденовых концентратов очень важными являются требования по ограничению содержания примесей фосфора, мышьяка и ряда цветных металлов (Sb, Sn и др.).
Существенную роль при выборе руды играет ее фракционный состав, который очень часто определяет технико-экономические показатели производства. Общего правила об оптимальных размерах кусков руды не существует; они зависят от сорта руды, размера и типа печи, способа производства. Для бесшлаковых и шлаковых рудовосстановительных процессов (особенно при использовании закрытых печей) необходимо использование руды в более крупных кусках, чем для большинства рафинировочных процессов. Пылеватые руды и флотационные концентраты нельзя загружать непосредственно в печи без принятия специальных мер, предупреждающих вынос мелких частиц, который может составлять до 15% от количества заданной руды. Потери и производственные затруднения в этом случае могут быть устранены за счет предварительного окускования их различными методами (агломерацией, брикетированием, грануляцией и т. д.), но в каждом случае должна быть определена его экономическая эффективность. Как правило, и химический и фракционный состав руды значительно изменяется даже в пределах одного месторождения, а иногда и одного рудника. Для обеспечения постоянства шихтовки, т.е. неизменности технологического режима, на заводе необходимо иметь механизированные склады достаточной вместимости, па которых производится сортировка по фракциям и усреднение по химическому составу, а также в случае необходимости - дробление пли окускование руды. Склады для дорогостоящих руд и концентратов должны быть закрытыми, под навесом следует хранить порошковые руды, так как при хранении на открытых площадках они впитывают от 10 до 20 % влаги.