Технология получения ферросиликоциркония алюминотермическим способом

Производимый ферросиликоцирконий должен удовлетворять по химическому составу требованиям, приведенным в табл. 13.1.

Таблица 13.1.Химический состав, %, ферросиликоциркония

Выплавку ферросиликоциркония алюминотермическим способом можно вести с использованием флюсов – извести и плавикового шпата или плавкой с одновременным получением двух продуктов (ферросиликоциркония и цирконового электрокорунда) без применения флюса (бесфлюсовый процесс). Для обеспечения термичности процесса и ввода железа в сплав используют магнетитовую и особо малофосфористую железную руду (>60% Fe). Более предпочтительна богатая руда с содержанием кремнезема <7%. Руда имеет размер частиц до 3 мм. Для восстановления циркония применяют порошок первичного или вторичного алюминия (в зависимости от требований заказчика по примесям в сплаве). Технология получения цирконового электрокорунда является эффективной.

Получение ферросиликоциркония одностадийным процессом. Выплавку ферросиликоциркония ведут в электропечи на блок или с выпуском металла. На рис. 13.9 показана технологическая схема агрегатов при производстве ферросиликоциркония в электропечи с разделением плавки на два периода (стадии) и выпуском расплава.

Рис. 13.9.Технологическая схема агрегатов получения ферросиликоциркония: 1 – газоотводящий тракт; 2, 3 – подача материала; 4 – дуговая печь; 5 - изложница

Печь сталеплавильного типа с трансформатором 1000 кВ∙А имеет углеродистую футеровку подины из блоков или подовой массы, подвергающейся коксованию в течение 8–10 ч под током с периодическим отключением печи. Шихту рассчитывают на получение сплава с концентрацией циркония 50–54%.

Показатели плавки ферросиликоциркония с выпуском расплава и использованием вторичного алюминия на 1 т сплава следующие:

Расход материала, кг:

цирконового концентрата(60% ZrO₂) 1094

первичного алюминиевого порошка –

вторичного алюминиевого порошка 542,2

извести 423,2

ферросилиция ФС75 65,0

железной руды 114,0

селитры 24,0

Расход электроэнергии, кВт∙ч 1506

Извлечение циркония, % 82,3

Средняя масса плавки, кг 1283

Получаемый плавкой на выпуск сплава и шлака ферросиликоцирконий имеет примерный химсостав: 50–51% Zr, 26–27% Si, 5–8% Al, 0,1–0,13% С.

В шлаке остается 7–9% ZrO₂ при 54–56% Al₂O₃; 28–30% CaO; 0,5–2,5% SiO₂; 1,3–1,6% MgO и 0,2–0,5% FeO. Шлаки имеют следующий минеральный состав 10–15 MgO×Al₂O₃%; 60–70% CaO×2Al₂O₃; 10–15% ZrO₂; 4–5% CaO×Al₂O₃ + 2CaO×Al₂O₃×SiO₂.

Выплавка ферросиликоциркония и цирконового электрокорунда. Плавку ферросиликоциркония с одновременным получением циркониевого электрокорунда ведут одностадийным процессом (табл. 13.2).

Таблица 13.2.Химический состав, %, цирконового электрокорунда

*Al₂O₃ - основа

В шихту массой 2100–2400 кг входят цирконовый концентрат, алюминиевый порошок из вторичного алюминия, ферросилиций и железная руда. Известь в шихту не вводят. Шихтовые материалы должны содержать минимальное количество оксидов кальция и магния, переходящих в электрокорунд и снижающих твердость получаемых из циркониевого электрокорунда абразивных изделий.

Состав шихты определяется маркой электрокорунда: с уменьшением количества алюминиевого порошка снижается степень восстановления циркония, увеличивается содержание ZrO₂ в электрокорунде и уменьшается концентрация циркония в сплаве (табл. 13.3).

Таблица 13.3. Химический состав шихты, металла и электрокорунда и их количества при выплавке электрокорунда различного состава

Плавку ведут в электропечи сталеплавильного типа с углеродистой футеровкой. После проплавления шихты полученный электрокорунд сливают в металлическую изложницу. По окончании плавки часть шлака (электрокорунда) выпускают на дно другой изложницы и после его охлаждения (через 3 мин) выпускают металл в шлак.