8.2.2 Поведение углерода

Получение феррохрома с содержанием углерода 0,06% и меньше связано с определенными трудностями. На содержание углерода в феррохроме и соответственно на выход феррохрома с низким (<0,06%) содержанием углерода, влияют основность шлака, качество извести, графитированных электродов, а также электрический режим плавки. Значительные исследования, проведенные различными исследователями, показали, что основным источником углерода при выплавке феррохрома являются электроды; часть углерода вносится ферросиликохромом. Наряду с графитированными электродами и ферросиликохромом источниками углерода, хотя и в меньшей мере, являются карбонатные соединения и органические включения в хромовой руде, а также в извести. Некоторые авторы на основании исследовании влияния качества шихтовых материалов при выплавке феррохрома в индукционной печи, что исключило влияние электродов, показали, что независимо от разновидности хромовой руды абсолютное количество углерода очень близко к абсолютному количеству углерода, внесенного ферросиликохромом, и не зависит от типа применявшейся руды.

В.М. Гетманчук и др. проводили опыты в печах мощностью 5 MB∙А при вторичном напряжении 320 В и силе тока 9 кА. Содержание СО₂ в извести составляло 1,2-2,7%. Обработкой опытных данных получена взаимосвязь

[%С]_ФХ = 0,046(%СО₂)_{известь} + 0,1224,

согласно которой для выплавки низкоуглеродистого феррохрома необходимо использовать известь с возможно меньшим количеством остаточного карбоната кальция.

По данным X. Н. Кадарметова до 50% С вносится электродами; Ф. П. Еднерал считает, что эта величина может достигать 75%. При работе промышленных печей без нарушения технологического режима непосредственное соприкосновение электродов с феррохромом практически исключено, поэтому рассмотрим условия перехода углерода электродов в металл через шлак. Переход углерода от электродов в феррохром может проходит по двум вариантам:

1) После расплавления шихтовых материалов под электродами устанавливается относительно стабильный дуговой режим работы печи. При горении дуги возникает поток угольных частиц, который связан с явлением анодного распыления материала электродов и переносом его на катод. Величина анодного распыления возрастает с увеличением плотности тока, а степень переноса материала анода на катод зависит от расстояния между электродами и возрастает с уменьшением этого расстояния; на катод может переноситься 20-40% от массы потерь анода.

2) Одним из решающих условий снижения содержания углерода в силикотермическом феррохроме, выплавляемом в электропечи, является применение высококачественных графитированных электродов. В случае низкого качества электродов углеродные частицы могут осыпаться с рабочего конца электрода на шлаковый расплав в ванне печи.

При повышенной основности взаимодействие углерода с компонентами шлака происходит по реакциям

(СаО) + 3С = (СаС₂) + СО,

7(Сr₂О₃) + 27С = 2[Сr₇С₃] + 21СО.

Конденсированные продукты обеих реакций (СаС₂, Сr₇С₃) являются источником повышения углерода в феррохроме. Карбид кальция достаточно устойчив в высокоосновных шлаках, так как он легко растворим в них. Степень науглероживания металла зависит от химического состава шлака и его температуры. Увеличение содержания углерода в металле с повышением основности шлака связано с процессом образования карбида кальция в шлаке по вышеприведенной реакции. При этом может идти восстановление оксидов хрома и железа углеродом карбида кальция. Это подтверждается повышенным содержанием углерода в корольках силикохрома, проходящих через слой шлака после завалки силикохрома в расплав. Следовательно, изменяя условия шлакообразования и химический состав шлака, можно изменить и степень науглероживания феррохрома. Более ранняя завалка силикохрома, способствуя снижению основности шлака, снижает и содержание углерода в металле.

Для промышленной практики представляют интерес обобщенные данные опытных кампаний выплавки феррохрома в дуговых электропечах мощностью 5,0 МВА, проведенных с целью установить рациональную навеску извести, которую изменяли от 72 до 88,3 кг на 100 кг хромовой руды. Приведенные опыты подтверждают, что с уменьшением основности шлака (в опытах с 1,85 до 1,78) создаются условия для получения феррохрома с меньшей концентрацией углерода (от 0,089 до 0,062%). Шлак более низкой основности (≤ 1,8), качественная известь и ферросиликохром в условиях промышленного производства низкоуглеродистого феррохрома на ЧЭМК (1990 г.) обеспечили лучшие показатели по выходу феррохрома марки ФХ010 (до 90-95%).

Таким образом, углерод при выплавке низкоуглеродистого феррохрома вносится в основном ферросиликохромом и электродами. Поэтому для получения необходимой марки феррохрома используется ферросиликохром с соответствующим содержанием углерода и при ведении плавки основное внимание уделяется электрическому режиму работы печи, посадке электродов и загрузке шихты. Только производство феррохрома методом смешения рудофлюсового расплава с жидким (твердым) ферросиликохромом вне дуговой электропечи, хотя организационно усложняет технологическую схему получения, гарантированно обеспечивает выплавку феррохрома с низким содержанием углерода (< 0,03%).