10.3 Технология получения металлического хрома
Существующие алюминотермические процессы получения металлического хрома можно классифицировать следующим образом: 1) внепечная плавка в стационарном горне на блок или в наклоняющемся плавильном горне с выпуском расплавов (шлака и металла); 2) электропечная плавка с предварительным расплавлением части оксидов в дуговой печи.
Общим в этих схемах является собственно химизм процесса восстановления Cr2О3 алюминием при разных источниках прихода тепла и агрегатном оформлении технологических процессов.
10.3.1 Внепечной способ выплавки металлического хрома
Смешение шихтовых материалов производится в барабанном: смесителе. Для обеспечения равномерного перемешивания материалов необходимо, чтобы объем смесительного барабана был заполнен не более чем на одну треть. На внутренней поверхности барабана имеются наклонные лопасти, обеспечивающие перемещение смешиваемых материалов вдоль оси барабана. Время смешения шихтовых материалов составляет при весе шихты 5000-6000 кг 35-40 мин. Такое длительное смешение шихтовых материалов необходимо в связи с весьма низкой сыпучести оксида хрома, малым размером ее частиц и недостаточным развитием рафинировочных процессов при протекании внепечной алюминотермической плавки. Опыт работы наклонных реверсивных барабанов показывает, что при недостаточном времени смешения в передней части барабана шихта оказывается обогащенной алюминием, что приводит к получению некондиционного металла и к неполному извлечению хрома.
Внепечная плавка металлического хрома на блок производится в плавильном горне (рис. 10.1). Плавильный горн устанавливают на вагонетку, футерованную в один ряд на плашку шамотным кирпичом. На подину горна насыпают и уплотняют магнезитовый порошок слоем не менее 200 мм. Далее горн футеруют на высоту слитка металла магнезитовым кирпичом толщиной 65 мм. Зазоры между магнезитовым кирпичом и стенками горна заполняют мелким магнезитовым порошком. Для лучшего отставания футеровки подины горна от слитка поверх магнезитового порошка насыпают слой молотого шлака предыдущих плавок толщиной 20-30 мм. Шлак металлического хрома может использоваться для футеровки плавильного горна в качестве заменителя магнезитового порошка при выплавке, как металлического хрома, так и других сплавов. Стенки плавильного горна, состоящие из 8 чугунных сегментов, крепятся на болтах с прокладкой стыков листовым асбестом. Диаметр плавильного горна в зависимости от навески шихты колеблется в пределах 1200-2000 мм, высота горна 800-1600 мм.
Этот способ футеровки плавильных горнов позволяет полностью механизировать процесс подготовки плавильного горна, значительно улучшить поверхность слитка и, кроме того, в связи с более интенсивным остыванием расплава значительно сокращает общий цикл плавки.
1 – плавильный гори; 2 – вытяжной зонт; 3 – дополнительный бункер;
4 – элеватор; .5 – смеситель
Рисунок 10.1 – Установка внепечной выплавки металлического хрома на блок
При плавке хрома на блок шихту, состоящую из оксида хрома, алюминиевого порошка и извести, в количестве 10-15% от общей массы на плавку загружают в плавильный горн, разравнивают и на поверхность загружают запальную смесь, состоящую из магниевого порошка или стружки и селитры (NaNO3). После зажигания запальной смеси и начала экзотермических реакций на поверхность расплава постепенно загружают остальную часть навески шихты, равномерно распределяя ее по поверхности расплава, и закрывают горн для уменьшения тепловых потерь. Скорость проплавления шихты должна находиться в пределах 110-130 кг/(м2∙мин). После окончания загрузки шихты (30-40 мин), рассчитанной на 3 т Cr2О3, расплав выдерживается в горне в течение 6 ч, затем горн снимают с тележки. Расплав охлаждается в цехе еще 4 ч, после чего блок хрома отделяют от шлака и охлаждают в воде с целью ускорения остывания и облегчения его дробления. Металл обычно содержит 98-99,3% Cr; 1,2-0,1% А1; 0,3-0,1% Si; 0,3-0,6% Fe; 0,01-0,02% С; 0,04-0,006% Р; < 0,02 % S; 0,03-0,2% N.
При плавке хрома на блок требуются дополнительные площади цеха для участков охлаждения, значительные затраты ручного труда при сборке плавильного горна, чистке металла от шлака и огнеупоров; относительно большой расход огнеупоров; возникают дополнительные потери металла и тепла для нагрева вновь собранного горна и т.д.
Этих недостатков лишена более прогрессивная технология внепечной плавки хрома с выпуском высокоглиноземистого шлака и металла в изложницу, разработанная ЦНИИЧМ и АктЗФ. Плавку проводят в установленном на вагонетке наклоняющемся плавильном реакторе (рис. 10.2), футерованном магнезитовым кирпичом без связующего с засыпкой зазоров сухим магнезитовым порошком. Подиной служит блок металлического хрома толщиной 200-250 мм, а стенками – два сборных чугунных кольца. Диаметр рабочего пространства 1490 мм, высота 860 мм. Для уменьшения тепловых потерь горн оборудован сводом.
|
|
1 – опорная стойка; 2 – сливной носок; 3 – футеровка; 4 – магнезитовая подсыпка
Рисунок 10.2 – Наклоняющийся плавильный горн |
1 – верхнее кольцо; 2 – нижнее кольцо; 3 – блок металлического хрома; 4 – засыпка; 5 – платформа; 6 - вагонетка
Рисунок 10.3 – Изложница для приема расплава
|
Плавку ведут с нижним запалом. Шихта на плавку содержит 3360 кг Cr2О3, 1280 кг алюминиевого порошка, 220 кг селитры и 220 кг извести. На подину заваливают ~ 60 кг извести, затем 400-500 кг шихты и поджигают ее запальной смесью, после этого постепенно загружают остальную шихту без извести. Остаток извести (160 кг) загружают в горн вместе с последней порцией шихты (500-600 кг). При такой постепенной загрузке она хорошо растворяется в шлаке, а в металл попадает меньше углерода. Количество извести берут с учетом образования в шлаке гексаалюмината кальция. При большом содержании СаО образуется шлак нежелательного легкоплавкого состава.
После окончания плавки расплав выдерживают 2-5 мин для осаждения капель металла, затем выпускают в изложницу шлак, наклоняя горн. Сначала наклонением реактора заполняют шлаком в течение 1-1,5 мин изложницу до высоты первого котла (рис. 10.3). После небольшой выдержки шлака на стенке чугунной изложницы образуется шлаковый гарнисаж (5-8 мм), что позволяет при втором наклоне полностью сливать металл и шлак. Охлаждают расплав в изложнице в течение 2,5-3 ч, затем снимают верхнее кольцо, а через 0,5-1 ч переносят блок металла со шлаком на остывочную площадку. В это время в плавильном горне ведутся следующие плавки. При такой работе футеровка горна выдерживает 80-95 плавок.
При количестве алюминия в шихте 100-102% от теоретически необходимой его массы по реакции восстановления Cr2О3 до хрома концентрация алюминия в металле составляет < 0,5 %, а извлечение хрома – 93,2 % при полезном использовании алюминия 97,5%.
Жидкий шлак можно заливать в дуговую электропечь, куда присаживают известь и порошок алюминия (или углеродистый восстановитель) с целью доизвлечения хрома в попутную лигатуру и получения полупродукта для приготовления синтетических алюмо-кальциевых шлаков для внепечной обработки стали на металлургических комбинатах.