Способ получения феррохрома

 

Изобретение относится к пирометаллургии, точнее к производству ферросплавов, и может быть использовано для получения феррохрома из порошкообразных (мелкодисперсных) хромовых руд и концентратов. Способ характеризуется тем, что перед загрузкой шихты формируют реакционный объем расплава на основе галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, при этом в качестве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов используют фторид кальция (плавиковый шпат). Способ позволяет получать феррохром из порошкообразной хромовой руды или концентрата крупностью менее 10 мм. 1 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к пирометаллургии, точнее к производству ферросплавов, и может быть использовано для получения феррохрома из (порошкообразных) мелкодисперсных хромовых руд и концентраторов. Ферросплавные производства выпускают феррохром трех видов: ферросиликохром, низкоуглеродистый феррохром и высокоуглеродистый (передельный) феррохром.

Известен способ получения ферросиликохрома, основанный на совместном восстановлении твердым углеродом хромовой руды и кварцитов в рудовосстановительных электропечах [1].

При выплавке ферросиликохрома в электропечи по известному способу происходит восстановление из шихты углеродом оксидов хрома, железа и кремния по реакциям: 2/3Cr₂O₃ + 18/7C ---> 4/21Cr₇C₃ + 2CO, 2FeO + 2/3C ---> 2/3Fe₃C + 2CO, SiO₂ + 2C ---> S1 + 2 CO, 1/3[(Cr, Fe)₇C₃] + 10/3Si---> 7/3[(Cr, Fe)Si] + SiC.

Недостатком известного способа получения ферросиликохрома является очень узкий диапазон хромовой руды, пригодной для использования в шихту.

Известен способ получения низкоуглеродистого феррохрома, основанный на восстановлении хромовой руды ферросиликохромом в присутствии извести в рудовосстановительных печах [2].

При выплавке низкоуглеродистого феррохрома в электропечи по известному способу происходит восстановление из шихты оксидов хрома и железа кремнием ферросиликохрома в присутствии оксида кальция по реакциям: 2/3Cr₂O₃ + Si + 2CaO ---> 4/3Cr + 2CaO · SiO₂, 2FeO + Si + 2CaO ---> 2Fe + 2CaO·SiO₂ .

Недостатком известного способы получения низкоуглеродистого феррохрома является очень узкий диапазон хромовой руды, пригодной доля использования в шихту.

Известен способ, принятый за прототип, получения высокоуглеродистого (передельного) феррохрома, основанный на восстановлении хромовой руды твердым углеродом в рудовосстановительных электропечах [3].

При выплавке передельного феррохрома в электропечи из известному способу происходит восстановление из шихты углеродом оксиов хрома и железа при температуре 1600 - 1750^o по реакциям: 2/3Cr₂O₃ + 18/7C ---> 4/21Cr₇C₃ + 2CO, 2/3Cr₂O₃ + 2C ---> 4/3Cr + 2CO, 3(FeO·Cr₂O₃) + 3C ---> 3Fe + 3Cr₂O₃ + 3CO.

Недостатком известного способа получения феррохрома является узкий диапазон хромовой руды, пригодной для использования в шихту. Это происходит по следующим причинам:
- во-первых, по технологическим условиям восстановительной плавки (плавка ведется полностью на твердой завалке) в восстанавливаемую шихту нельзя использовать порошкообразную хромовую руду или концентрат крупностью 0-10 мм;
- во-вторых, порошкообразная хромовая руда или хромовый концентрат не поддается окускованию и агломерации, откуда следует, с одной стороны, невозможность обогащения хромовой руды, поскольку обогащение любой руды предполагает ее измельчение до крупности, во всяком случае, менее чем 10 мм, с другой стороны, исключает из использования в технологическом процессе восстановительной плавки фракцию руды крупностью 0-10 мм;
- в третьих, в восстанавливаемую шихту нельзя использовать хромовую руду, содержащую менее 50% Cr₂O₃;
Совокупность этих ограничений приводит к тому, что в производстве феррохрома используется только кусковая богатая хромовая руда, а богатая, но мелкая (фракция 0-10 мм) хромовая руда и крупная, но бедная (содержащая менее 50% Cr₂O₃) хромовая руда не используются.

Задачей изобретения является расширение диапазона использования хромового сырья за счет вовлечения в исходную шихту хромовой руды или хромового концентрата крупностью 0-10 мм.

Указанный технический результат достигается тем, что в способе получения феррохрома, включающем создание рудно-термического режима плавки в электропечи загрузку шихты, состоящей из смеси хромового сырья с углеродистым восстановителем, восстановительную плавку шихты, удаление феррохрома из печи, согласно изобретению перед загрузкой шихты формируют реакционный объем расплава на основе галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, при этом в качестве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов используют фторид кальция (плавиковый шпат).

Способ осуществляется следующим образом.

В ванну рудовосстановительной электропечи, футерованную углеродистой массой или представляющую водоохлаждаемый металлический кожух, загружают плавиковый шпат, расплавляют его в дуговом режиме и в рудно-термическом режиме доводят до жидкоподвижного состояния. Затем в ванну печи непрерывно загружают шихту, состоящую из смеси порошкообразной хромовой руды (концентрата) и углеродистого восстановителя. Твердый углерод, плавающий по поверхности расплава, восстанавливает растворенные в расплаве плавикового шпата оксиды хрома, железа и кремния, при этом образующийся металлический сплав опускается по подину печи. Цикл загрузка шихты в расплав - восстановление многократно повторяется, при этом образующийся феррохром остается в печи (плавка на блок), либо удаляется через эксцентричный донный выпуск.

Пример осуществления предлагаемого способа.

В опыте использовалась электропечь, снабженная двумя графитовыми электродами диаметром 50 мм, запитанными на трансформатор переменного тока мощностью 100 кВ·А (потребляемое напряжение - 50 В, сила тока 1,0-1,5 кА). Ванна печи, представляла собой прямоугольный водоохлаждаемый металлический кожух размерам 350х200х400 мм с возможностью образования гарниссажа на подине и стенках ванны. В ванну печи загружался плавиковый шпат в количестве 25 кг, который плавился открытой электрической дугой и доводился до жидкоподвижного состояния в течение 25-30 мин, после чего работа печи переходила в режим электросопротивления. Затем в реакционный объем расплава, имеющий температуру 1500-1600^oC, непрерывно в течение часа загружалась шихта, состоящая из 30 кг отсевов хромовой руды крупностью - 2,5 мм и 4 кг восстановителя (графитового порошка). Процесс восстановления оксидов хрома, железа и кремния протекал как в процессе загрузки шихты, так и по окончании загрузки (в течение 40 мин), что фиксировалось по горению оксида углерода над ванной печи. По окончании восстановительной плавки печь была заморожена. В результате плавки на подине печи образовался конгломерат из крупных (до 100 мм в поперечнике) корольков металла. Анализ металлического сплава показал, что он представляет собой феррохром следующего химического состава%:
Cr - 60,0; Fe - 31,5; C - 8,9; Si - 0,9; P - 0,03.

Таким образом по предлагаемому способу можно получать феррохром из порошкообразной хромовой руды или концентрата крупностью менее 10 мм.

Формула изобретения

1. Способ получения феррохрома, включающий создание рудно-термического режима плавки в электропечи, загрузку шихты, состоящей из смеси хромового сырья с углеродистым восстановителем, восстановительную плавку шихты, удаление феррохрома из печи, отличающийся тем, что перед загрузкой шихты формируют реакционный объем расплава на основе галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов используют фторид кальция (плавиковый шпат).