Технологические особенности производства ферросиликохрома
Loading...
Date
2021
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Національна металургійна академія України, Дніпро; Технічний університет м. Варна, Болгарія
Abstract
RUS: Цель. Авторы ставят целью обосновать технологические особенности производства ферросиликохрома и преимущества двухстадийного способа перед одностадийным способом производства. Методика. Применён расширенный анализ процесса выплавки силикохрома одностадийным (шлаковым) способом в котором совместно восстанавливаются железо и хром из оксидов в составе хромитовой руды и кремний из кварцита углеродистым восстановителем. Особенностью процесса является необходимость протекания реакции восстановления кремния из SiO2 в составе кварцита углеродом коксика. Механизм восстановления кремния углеродом достаточно сложен и связан с образованием CO, SiO и тугоплавкого карбида кремния SiC. Таким образом, в зоне высоких температур, в результате взаимодействия жидкого SiO2 с жидким кремнием, в присутствии твердого углерода образуется газообразный монооксид кремния, который затем взаимодействует с карбидом кремния. В верхних слоях печи непрореагировавший SiO взаимодействует с углеродом коксика с образованием SiC. На равновесие данных реакций влияет присутствие передельного феррохрома в составе шихты. По мере опускания шихты вниз происходит обезуглероживание феррохрома. Результаты. Технологической особенностью производства силикохрома одностадийным способом является необходимость значительного перегрева нижних горизонтов печи для понижения содержания хрома в конечном шлаке с целью понижения его вязкости и обеспечения нормального выпуска расплава. Перегрев может приводить как к повышенному расходу углеродистого восстановителя, так и к увеличению улета восстановленного кремния, и как следствие, к понижению извлечения хрома и ухудшению стойкости футеровки печи из-за роста содержания хрома в шлаке, что повышает его температуру плавления и вязкость. Научная новизна.В результате сравнительного анализа был сделан вывод.что для успешной организации технологии одностадийного силикохрома необходимо поддержание оптимального соотношения оксидов алюминия и магния в шлаке, а также достаточный его нагрев, что связано с электрическими и геометрическими параметрами печи, т. е. удельной мощностью. Протекание процесса целесообразно организовать таким образом, чтобы температура плавления шлака была выше температуры начала восстановления кремния из SiO2, а также чтобы как можно более полное восстановление хрома из оксида проходило до достижения им высокотемпературных зон печи, иначе реакция Cr2O3 с восстановленным кремнием или его монооксидом будет приводить к образованию SiO2, а следовательно, к формированию более вязкого и кислого шлака. Практическая значимость. Существуют два способа получения ферросиликохрома: одно- (шлаковый) и двухстадийный (бесшлаковый). В основном применяют двухстадийный способ, который основан на восстановлении кремния из кремнезема (кварцита) углеродом в присуствии передельного углеродистого феррохрома, получаемого на первой стадии. При одностадийном (шлаковом) способе в шихту используют хромитовую руду, кварцит и коксик. Одностадийный (шлаковый) способ выплавки ферросиликохрома на ферросплавных заводах не применяется.
ENG: Purpose. The authors aim to substantiate the technological features of the production of ferrosilicochromium and the advantages of the two-stage method over the one-stage production method. Methodology. An extended analysis of the process of smelting silicochrome by a single-stage (slag) method was applied, in which iron and chromium are jointly reduced from oxides in the composition of chromite ore and silicon from quartzite with a carbonaceous reducing agent. A feature of the process is the need for the reaction of silicon reduction from SiO2 in the composition of quartzite with coke carbon. The mechanism of silicon reduction by carbon is rather complicated and is associated with the formation of CO, SiO, and refractory silicon carbide SiC. Thus, in the high temperature zone, as a result of the interaction of liquid SiO2 with liquid silicon, in the presence of solid carbon, gaseous silicon monoxide is formed, which then interacts with silicon carbide. In the upper layers of the furnace, unreacted SiO reacts with coke carbon to form SiC. The presence of pig ferrochromium in the composition of the charge affects the balance of these reactions. As the charge is lowered down, decarburization of ferrochromium occurs. Results. A technological feature of the production of silicochromium by a single-stage method is the need for significant overheating of the lower horizons of the furnace to reduce the chromium content in the final slag in order to reduce its viscosity and ensure normal melt discharge. Overheating can lead to both an increased consumption of the carbonaceous reducing agent and an increase in the flight of reduced silicon, and as a result, to a decrease in the extraction of chromium and a deterioration in the durability of the furnace lining due to an increase in the chromium content in the slag, which increases its melting point and viscosity. Scientific novelty. As a result of a comparative analysis, it was concluded that for the successful organization of the technology of one-stage silicochrome, it is necessary to maintain the optimal ratio of aluminum and magnesium oxides in the slag, as well as its sufficient heating, which is associated with the electrical and geometric parameters of the furnace, i.e. power density. It is expedient to organize the flow of the process in such a way that the melting temperature of the slag is higher than the temperature of the beginning of the reduction of silicon from SiO2, and also that the fullest possible reduction of chromium from the oxide takes place before it reaches the high-temperature zones of the furnace, otherwise the reaction of Cr2O3 with reduced silicon or its monoxide will lead to to the formation of SiO2, and consequently, to the formation of a more viscous and acidic slag. Practical significance. There are two ways to obtain ferrosilicochromium: one- (slag) and two-stage (slag-free). Basically, a two-stage method is used, which is based on the reduction of silicon from silica (quartzite) with carbon in the presence of pig carbonaceous ferrochromium obtained in the first stage. In the one-stage (slag) method, chromite ore, quartzite and coke are used in the charge. The one-stage (slag) method of smelting ferrosilicochromium is not used at ferroalloy plants.
ENG: Purpose. The authors aim to substantiate the technological features of the production of ferrosilicochromium and the advantages of the two-stage method over the one-stage production method. Methodology. An extended analysis of the process of smelting silicochrome by a single-stage (slag) method was applied, in which iron and chromium are jointly reduced from oxides in the composition of chromite ore and silicon from quartzite with a carbonaceous reducing agent. A feature of the process is the need for the reaction of silicon reduction from SiO2 in the composition of quartzite with coke carbon. The mechanism of silicon reduction by carbon is rather complicated and is associated with the formation of CO, SiO, and refractory silicon carbide SiC. Thus, in the high temperature zone, as a result of the interaction of liquid SiO2 with liquid silicon, in the presence of solid carbon, gaseous silicon monoxide is formed, which then interacts with silicon carbide. In the upper layers of the furnace, unreacted SiO reacts with coke carbon to form SiC. The presence of pig ferrochromium in the composition of the charge affects the balance of these reactions. As the charge is lowered down, decarburization of ferrochromium occurs. Results. A technological feature of the production of silicochromium by a single-stage method is the need for significant overheating of the lower horizons of the furnace to reduce the chromium content in the final slag in order to reduce its viscosity and ensure normal melt discharge. Overheating can lead to both an increased consumption of the carbonaceous reducing agent and an increase in the flight of reduced silicon, and as a result, to a decrease in the extraction of chromium and a deterioration in the durability of the furnace lining due to an increase in the chromium content in the slag, which increases its melting point and viscosity. Scientific novelty. As a result of a comparative analysis, it was concluded that for the successful organization of the technology of one-stage silicochrome, it is necessary to maintain the optimal ratio of aluminum and magnesium oxides in the slag, as well as its sufficient heating, which is associated with the electrical and geometric parameters of the furnace, i.e. power density. It is expedient to organize the flow of the process in such a way that the melting temperature of the slag is higher than the temperature of the beginning of the reduction of silicon from SiO2, and also that the fullest possible reduction of chromium from the oxide takes place before it reaches the high-temperature zones of the furnace, otherwise the reaction of Cr2O3 with reduced silicon or its monoxide will lead to to the formation of SiO2, and consequently, to the formation of a more viscous and acidic slag. Practical significance. There are two ways to obtain ferrosilicochromium: one- (slag) and two-stage (slag-free). Basically, a two-stage method is used, which is based on the reduction of silicon from silica (quartzite) with carbon in the presence of pig carbonaceous ferrochromium obtained in the first stage. In the one-stage (slag) method, chromite ore, quartzite and coke are used in the charge. The one-stage (slag) method of smelting ferrosilicochromium is not used at ferroalloy plants.
Description
Keywords
ферросиликохром, передельный углеродистый феррохром, реакция восстановления, вязкость, карбид кремния, кислый шлак, ferrosilicochrome, pig carbon ferrochrome, reduction reaction, viscosity, silicon carbide, acid slag, КТТАМП
Citation
Водин И. И., Данилюк А. С., Лихачев Е. С., Малыш В. В., Здорик О. В. Технологические особенности производства ферросиликохрома. Стратегія якості в промисловості і освіті : матеріали XVІ Міжнародної конференції (Варна, 2–5 червня, 2021 р.). Дніпро-Варна, 2021. С. 35–39.