9.4 Промышленные технологии получения азотированного феррохрома
Применяемые в промышленности технологии производства азотированного феррохрома условно можно разделить на две группы. К первой относятся процессы твердофазного азотирования с получением спеченного азотированного феррохрома, ко второй – процессы жидкофазного насыщения расплава феррохрома азотом из газовой фазы.
Твердофазные технологии азотированного феррохрома имеют несколько разновидностей. Одна из них представлена последовательно осуществляемыми стадиями обезуглероживания брикетов высокоуглеродистого феррохрома в вакуумных печах сопротивления (рис. 9.8) с последующим азотированием этих брикетов в атмосфере молекулярного азота. Сущность способа состоит в нагревании мелких фракций феррохрома в атмосфере молекулярного азота при температурах, обеспечивающих термодинамическую устойчивость нитридов (Cr,Fe)2N и (Cr,Fe)N и высокую скорость процесса азотирования.
Промышленно освоенным способом является азотирование брикетов низкоуглеродистого феррохрома, полученного вакуумным методом обезуглероживания феррохрома. После окончания процесса обезуглероживания в вакуумных печах сопротивления при 1100°С в печь вводят азот (99,5% N2). Процесс азотирования ведут при ~1000°С, =101,3 кПа. Полученные брикеты азотированного феррохрома охлаждают до 600-650°С в азоте при его давлении 3-4 кПа с последующим напуском в печь воздуха и дальнейшим охлаждением на воздухе. Брикеты азотированного таким образом феррохрома содержат от 4 до 10 мас.% азота в виде нитридов (Cr, Fe)2N и (Сr, Fe)N. На 1 т азотированного феррохрома с 4-10 мас.% N расходуется 1100 кг передельного высокоуглеродистого феррохрома, 150 м3 азота, 9500 кВт∙ч электроэнергии.
Другая технология твердофазного процесса предусматривает азотирование низкоуглеродистого силикотермического феррохрома, предварительно измельченного, а затем сбрикетированного. Исключение стадии обезуглероживания брикетов с начальной высокой концентрацией углерода обеспечивает повышение производительности печей, улучшение качества брикетов азотированного феррохрома (повышается однородность сплава по всему объема брикета).
1 – камера охлаждения феррохрома; 2 – камера изотермической обработки; 3 – вакуумные шлюзы; 4 – компенсаторы; 5 – камера предварительного нагрева; 6 – механизм подъема крышки; 7 – крышка; 8 – тележки; 9 – вакуумные затворы; 10 – рама; 11 – форвакуумные насосы; 12 – бустерные насосы
Рисунок 9.8 – Вакуумная электропечь сопротивления для получения азотированного феррохрома
Жидкофазные технологии азотированного феррохрома предусматривают насыщение азотом расплавленного металла. С.В. Безобразовым выполнены, как отмечалось выше, исследования по определению растворимости азота в жидком феррохроме силикотермического производства. Результаты исследований показали, что для сплава Fe-70% Cr при 1600°С и =0,1 МПа дают растворимость азота, равную 3 мас.%, а при 1500°С – 3,5%. Полученные выражения достаточно точно отражают опытные данные во всем исследованном интервале составов сплавов Cr-Fe и давлений молекулярного азота.
Особенностями азотирования феррохрома в жидком состоянии являются большая плотность сплава в сравнении с брикетами и высокая равномерность химического состава (распределения азота) в объеме слитка. При более низком содержании азота в феррохроме, получаемом по жидкофазным технологическим процессам, обеспечивается повышенная усвояемость азота при легировании им жидкой стали в печи или ковше.