Производство ферросплавов¶
Ферросплавы — это сплавы железа с различными элементами (марганцем, кремнием, хромом, ванадием, титаном, фосфором и другими), применяемые в металлургии в качестве легирующих добавок и раскислителей при выплавке стали. Термин «ФГДС» в контексте металлургического производства обычно обозначает ферросплавы ГОСТ — продукцию, выпускаемую по российским государственным стандартам (ГОСТ 4756—2016, ГОСТ 805—2016, ГОСТ 1414—2005 и другие), которые регламентируют химический состав, маркировку, методы испытаний и условия поставки.
¶Назначение ферросплавов
Ферросплавы применяются в сталеплавильном производстве для:
- легирования стали — придания сплаву заданных свойств (прочности, коррозионной стойкости, жаропрочности);
- раскисления — связывания растворённого в жидкой стали кислорода;
- легирования чугуна и производстве специальных сплавов;
- производства ферритовых и аустенитных сталей, нержавеющих сталей, инструментальных сталей.
Основные виды ферросплавов, выпускаемых по ГОСТ:
| Марка | Содержание элемента, % | Основное назначение |
|---|---|---|
| ФС75, ФС65, ФС45 (ферросилиций) | Si 45—75 | Раскисление, легирование |
| ФМн78, ФМн70 (ферромарганец) | Mn 70—82 | Легирование, раскисление |
| ФХ12, ФХ16 (феррохром) | Cr 50—70 | Производство нержавеющих сталей |
| ФВ (феррованадий) | V 35—55 | Легирование инструментальных сталей |
| ФТ (ферротитан) | Ti 25—40 | Раскисление, легирование |
| ФСиМн (силикомарганец) | Si 14—17, Mn 62—68 | Комплексное легирование |
¶Сырьё для производства
Для производства ферросплавов используются:
- Марганцевая руда (пиролюзит, родохрозит) — основное сырьё для ферромарганца и силикомарганца.
- Хромитовая руда (хромит) — для феррохрома.
- Кварцевый песок и кварциты — источник кремния для ферросилиция.
- Ванадиевые руды и титановые концентраты — для феррованадия и феррититана.
- Кокс — восстановитель и источник тепла.
- Известняк — флюс для образования шлака.
¶Производственный процесс
Производство ферросплавов осуществляется преимущественно дуговыми электропечами — высокими печами с вертикальным расположением электродов. Технологическая схема включает следующие этапы.
¶Подготовка сырьевой шихты
Руду дробят, сушат, обогащают (флотацией, магнитной сепарацией) для повышения содержания полезного компонента. Кокс дробят до фракции 25—40 мм. Шихту дозируют по рецептуре с точностью до ±1 %.
¶Загрузка печи и плавка
Шихту загружают в печь слоями. При подаче электрического тока между электродами и металлическим слоем шихты возникает электрическая дуга, температура которой достигает 2000—2500 °C. Восстановительные реакции протекают по схеме:
- для ферросилиция: SiO₂ + 2C → Si + 2CO;
- для ферромарганца: MnO + C → Mn + CO;
- для феррохрома: (Fe,Cr)₂O₃ + C → Fe + Cr + CO.
Образующийся жидкий металл стекает в нижнюю часть печи, а шлак — в шлаковую ванну. Плавка длится от 2 до 6 часов в зависимости от марки ферросплава.
¶Выпуск, разливка и доводка
Жидкий ферросплав выпускают через летку в ковш, затем разливают в изложницы (крупные чугунные формы) или на плиту. После затвердевания слитки дробят, при необходимости подвергают доводке — переплавке в дуговой печи для уточнения химического состава.
¶Контроль качества
Пробы металла анализируют спектральным методом. Контролируются содержание основного элемента, примесей (серы, фосфора, углерода), зерновой состав. Продукция маркируется и упаковывается в соответствии с требованиями ГОСТ.
¶Крупнейшие производители в России
Россия входит в число мировых лидеров по производству ферросплавов. Крупнейшие предприятия:
- Челябинский электрометаллургический комбинат (ЧЭМК) — один из крупнейших производителей ферросилиция и силикомарганца в мире.
- Кузнецкие ферросплавы (КузФС) — производство ферросилиция, ферромарганца, феррохрома.
- Соликамский магниевый завод — ферросплавы на основе магния.
- Новосибирский завод химконцентратов — ферротитан, феррованадий.
- Ванадий-Титановый комбинат (Череповец) — ферротитан.
По данным Минпромторга, Россия производит более 1,5 млн тонн ферросплавов в год, значительная часть экспортируется.
¶Экологические аспекты
Производство ферросплавов сопряжено с выбросами оксидов углерода, кремния, серы, а также пыли, содержащей оксиды металлов. Современные заводы оснащаются системами газоочистки (циклонами, барботажными и электрофильтрами), утилизацией шлаков и рекуперацией тепла. Некоторые российские предприятия перешли на технологию производства низкофосфористого феррохрома с использованием безотходных схем.
Источники:
- ГОСТ 4756—2016. Ферросилиций. Технические условия.
- ГОСТ 805—2016. Ферромарганец. Технические условия.
- ГОСТ 1414—2005. Ферросплавы. Общие технические условия.
- Справочник «Металлургия ферросплавов» / под ред. А. А. Вайденберга.
- Статистика Министерства промышленности и торговли РФ.