14.05.2018

Технология производства металлического хрома


Технологическая схема получения металлического хрома (включая переработку конечных шлаков на полупродукт для синтетических шлаков или клинкер) показана на рис. 111.

При внепечной плавке все материалы применяются в порошкообразном виде и взвешиваются в необходимых пропорциях; точное дозирование шихтовых материалов плавки является одним из необходимых условий получения качественного металла. Регламентирование содержания алюминия в сплавах требует применения дозирующих устройств, обеспечивающих суммарную погрешность взвешивания компонентов шихты не выше 0,1%. Смешивание шихтовых материалов производится в барабанном смесителе. На внутренней поверхности барабана имеются наклонные лопасти, обеспечивающие перемещение смешиваемых материалов вдоль оси барабана. Время смешивания шихтовых материалов при массе шихты 5000—6000 кг составляет 35—40 мин. Такое длительное смешивание шихтовых материалов необходимо в связи с весьма низкой сыпучестью окиси 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 смешивания в передней части барабана шихта оказывается обогащенной алюминием, что приводит к получению некондиционного металла и к неполному извлечению хрома. Ниже приведено содержание алюминия в металле, полученном из проб шихты промышленной плавки металлического хрома, которые выгружались из барабана через различные промежутки времени.
Плавку металлического хрома на блок проводят в разъемном чугунном горне, на подину которого засыпают и уплотняют магнезитовый порошок (толщина слоя не менее 200 мм); стенки плавильного агрегата в нижней части до уровня металла футеруют магнезитовым кирпичом. Смешанную шихту в количестве 10—15% от общей навески загружают в подготовленный для плавки плавильный горн, разравнивают и на поверхность загружают запальную смесь, состоящую из магниевого порошка или стружки и селитры. После зажигания запальной смеси и начала экзотермических реакций на поверхность расплава постепенно загружают остальную часть навески шихты. Схема установки для внепечной выплавки металлического хрома на блок представлена на рис. 112.

Плавку металлического хрома ведут в специальной плавильной камере, оборудованной надежной системой отсоса газов и пылеулавливания. Скорость проплавления шихты должна находиться в пределах 110—130 кг/(м2*мин). Шихта, падающая с питателя, специальным устройством равномерно распределяется по колошнику, что обеспечивает проведение всей плавки с поверхностью расплава, закрытой шихтой. После окончания плавки отбирают пробу жидкого металла, в которой определяют содержание алюминия для контроля правильности расчета шихты и ведения технологического процесса.

При проведении плавки на 3000 кг окиси хрома расплав выдерживают в горне в течение 6 ч, после чего шахту снимают с вагонетки. Расплав остывает на вагонетке еще 4 ч, затем металл и шлак специальными клещами переносят в разделочный пролет, металл отделяют от шлака и охлаждают в воде для ускорения остывания и облегчения дробления.

Основные технико-экономические показатели внепечной плавки алюминотермического хрома следующие (расход на 1 т металла, содержащего 97% Cr): окись хрома 1650 кг, алюминиевый порошок 630 кг, натриевая селитра 140 кг; извлечение хрома 88%.
Аналогичные результаты достигнуты и в зарубежной практике. Р. Дуррер и Г. Фолькерт приводят результаты двух типичных производственных плавок:

1. Загружают 350 кг окиси хрома, 122 кг измельченного алюминия крупностью частиц <0,5 мм, 12 кг CaO, подогрев до 400° С. Получают 210 кг металла, содержащего 99,4% Cr (извлечение 87,2%).

2. Загружают 1560 кг окиси хрома, 662 кг измельченного алюминия крупностью частиц <0,2 мм, 340 кг бихромата калия, 25 кг CaO. Получают 1045 кг металла, содержащего 99,5% Cr (извлечение 88%).

Несмотря на то, что способ выплавки металлического хрома в стационарном плавильном агрегате без выпуска металла и шлака (на блок) наиболее прост в промышленном осуществлении и до настоящего времени находит применение за рубежом, ему присущ целый ряд существенных недостатков:

1. При внепечной плавке на блок весьма плохо используются площади плавильного цеха. Несмотря на то, что процесс плавки на 4—6 т шихтовых материалов протекает всего 30—40 мин, плавильный горн с охлаждающимся в нем расплавом задалживается в каждом производственном цикле до 15 ч, вследствие чего остывочные участки занимают до 30% общей площади цеха.

2. Значительные затраты ручного труда для выполнения операций по сборке и разборке плавильного горна, а также для чистки металла от шлака и огнеупоров в связи с трудностью механизации этих операций. Большой удельный вес этих операций в общем производственном цикле внепечной плавки приводит к тому, что степень механизации труда плавильной бригады не превышает 55—70%.

3. В большинстве случаев остывший в горне слиток металла необходимо очищать от приваренных огнеупоров, что вызывает дополнительные потери металла, составляющие 0,5—2,0% от его массы.

4. Так как каждую плавку проводят во вновь собранном горне, на нагрев футеровки расходуется значительное количество тепла.

5. Выплавка на блок требует большого расхода огнеупорного кирпича, который, как правило, оказывается пригодным лишь для одной плавки.

Разработана технология выплавки металлического хрома с выпуском расплава. Промышленные плавки проводятся в наклоняющемся плавильном реакторе, позволяющем проплавлять одновременно свыше 5 т шихты (рис. 113).
Футеровка реактора выполнена клиновым и прямым магнезитовым кирпичом без связки, щели между кирпичами засыпаны магнезитовым порошком; для облегчения разборки футеровки кожух реактора имеет съемное днище. Высота рабочего пространства 860 мм, диам. 1490 мм; общая толщина подины 375 мм, толщина стен 250—300 мм. Плавильный реактор имеет массивный сливной носок, позволяющий выпускать расплав непосредственно в изложницу. С целью снижения тепловых потерь реактор имеет футерованный свод.

Изложница для приема расплава (рис. 114) собирается на футерованной плавильной вагонетке, подиной служит блок металлического хрома высотой 200—250 мм, стенками — сборные чугунные кольца. Использование горячих изложниц недопустимо, так как при этом происходит подплавление стенок нижнего кольца в зоне расположения жидкого металла.

Шихта промышленной плавки рассчитывается на 3360 кг окиси хрома. При проведении плавки в холодном реакторе (в начале кампании) количество алюминиевого порошка на плавку составляет 1290 кг, натриевой селитры 260 кг и извести 220 кг. Для плавки в горячем горне количество окиси хрома и извести остается тем же, навеска натриевой селитры уменьшается до 220 кг, а количество алюминиевого порошка изменяется от 1270 кг при содержании Cr2O3 в металлургической окиси хрома 98% до 1280 кг при содержании 99% Cr2O3.

Перед началом плавки на подину плавильного горна загружают 60 кг извести и на нее 400—500 кг шихты, которую зажигают запальной смесью. По мере проплавления увеличивают скорость подачи шихты, так как площадь поверхности колошника по высоте горна возрастает с 2 до 2,5 м2. Процесс идет спокойно, выбросов расплава из-за бурного выделения газов, присущих плавке на блок, не происходит. Вторую порцию извести (160 кг) подают вместе с последними порциями непроплавленной шихты (500—600 кг), при этом известь полностью растворяется в шлаке и содержание углерода в сплаве не повышается. Если загружать вторую порцию извести после проплавления всей шихты на поверхность расплава, она растворяется в шлаке не полностью и образует при выпуске настыли на боковых стенках сливного носка, способствуя быстрому его зарастанию.

После проплавления шихты дают двухминутную выдержку для осаждения капель металла и выпускают расплав в два приема, наклоняя плавильный горн. После заполнения шлаком нижнего кольца делают выдержку в течение 1—1,5 мин для образования шлакового гарниссажа толщиной 5—8 мм на подине и стенках изложницы, затем сливают остальной шлак и металл и берут жидкую пробу для экспресс-анализа на содержание алюминия и железа в сплаве. Разрушение блока — подины струей расплава не наблюдается.

Через 2,5—3 ч после выпуска снимают верхнее кольцо изложницы, затем через 0,5—1,0 ч переносят блок шлака и металла на остывочную площадку. Изложница охлаждается до температуры не выше 50° С.

Общая продолжительность кампании плавильного агрегата 80—95 плавок. Настыли шлака образуются преимущественно в носке и на передней стенке агрегата на границе расплава, в зоне расположения металла магнезитовая футеровка покрыта тонким слоем шлака. Зарастание носка в конечном итоге препятствует полному выпуску металла, поэтому после проведения 25—30 плавок в новой футеровке производят холодную чистку плавильного агрегата от настылей без ремонта футеровки.

Количество извести в шихте определяется из расчета получения в шлаке гексаалюмината кальция CaO*6Аl2O3, имеющего температуру плавления 1850° С. При большем количестве CaO образуются легкоплавкие соединения, что нежелательно, так как в этом случае шлак длительное время находится в жидком состоянии.

Оптимальное количество восстановителя составляет 100—101 % к теоретическому, остаточное содержание алюминия в сплаве при этом не превышает 0,5%, использование алюминия 97,5%.

Средние технико-экономические показатели (на 1 т металла с расчетным содержанием хрома 97%) промышленной выплавки металлического хрома с выпуском металла и шлака были следующими: расход окиси хрома 1552 кг, алюминиевого порошка 595 кг, селитры натриевой 129 кг, извести 101,8 кг, магнезитового кирпича 50,7 кг, извлечение хрома 93,2%.
Следует отметить, что утверждение авторов монографии о повышении газонасыщенности металла при работе с выпуском расплава и о необходимости проводить выплавку металлического хрома только на блок не соответствует действительности: выплавка металлического хрома со сливом металла и шлака, содержащего 8—10% CaO, приводит к получению металла с содержанием азота 0,03—0,06%, что существенно ниже, чем при выплавке на блок.

Количество окисных включений в хроме определяется прежде всего содержанием остаточного алюминия в металле. При содержании алюминия менее 0,1% окисные включения представлены в основном окисью хрома, в интервале 0,1—0,5% Al — зернами твердого раствора Cr2O3 в корунде, при более высоком содержании алюминия — чистым корундом (рис. 115). Снизить содержание кислорода в хроме возможно прежде всего путем уменьшения количества запутавшихся шлаковых включений (повышение стойкости футеровки, правильный подбор флюсующих добавок и др.), что существенно облегчается при работе с выпуском расплава.

Был проведен ряд исследований электропечного способа выплавки металлического хрома с предварительным расплавлением части окислов. Сущность этого способа заключается в том, что недостающее для нормального протекания процесса тепло восполняется физическим теплом, вносимым предварительно расплавленными окислами шихты.

Перед началом процесса алюминотермического восстановления часть окислов без восстановителя, а также вся навеска флюсов, задаваемых на плавку (рудная часть шихты), расплавляются на подине печи или плавильного горна электрическими дугами. Затем печь отключают, электроды поднимают, а на поверхность расплава задают остальную часть окислов с порошкообразным восстановителем, рассчитанным на восстановление и твердых, и расплавленных окислов (восстановительная часть шихты). Количество тепла, необходимое для проведения алюминотермической плавки, и количество окислов, которое подлежит расплавлению, определяют из теплового баланса плавки.

Выплавка алюминотермических сплавов с предварительным расплавлением части окислов может быть осуществлена как в обычном алюминотермическом реакторе на блок, так и в электропечи сталеплавильного типа с выпуском металла и шлака.

Одним из существенных преимуществ электропечного металлотермического процесса является повышение безопасности производства и упрощение схемы подготовки и транспортировки шихты, так как рудная часть шихты не имеет в своем составе восстановителя, а восстановительная часть содержит его в таком избытке, что в обычных условиях она не воспламеняется.

Предварительное расплавление части восстанавливаемых окислов позволяет вводить в состав шихты любое количество флюсов, необходимое для получения конечного шлака оптимального состава, что благоприятно сказывается как на проведении восстановительных реакций, так и на полноте осаждения получаемого металла.

Такая организация процесса позволяет снизить содержание углерода в металлическом хроме по сравнению с внепечной плавкой вследствие окисления (в период расплавления) углерода, содержащегося в окислах и флюсах. Это обстоятельство особенно важно при введении в шихту больших количеств извести или при использовании хромосодержащих материалов с повышенным содержанием углерода. Помимо углерода, в процессе расплавления удаляется кристаллизационная влага и другие летучие примеси (фториды, хлориды и т. д.), которые при внепечном процессе в значительной мере могут отягощать тепловой баланс плавки.

Изменяя количество проплавляемых окислов, можно варьировать величину удельной теплоты процесса в весьма широких пределах.

Так как восстановительная часть шихты содержит алюминий, необходимый для восстановления окислов хрома — твердых и находящихся в расплаве — то условия восстановления окислой при проплавлении этой части шихты на поверхности расплава весьма близки к условиям внепечной плавки с избытком восстановителя. Это способствует более полному восстановлению хрома по сравнению с внепечной плавкой, а также позволяет применять восстановитель повышенной крупности.

При опускании образовавшихся капель хрома с повышенным содержанием алюминия через слой расплавленных окислов диффузия окиси хрома к месту реакции значительно облегчается. Протекание процесса рафинирования капли хрома от избыточного восстановителя может лимитироваться также диффузией алюминия к поверхности капли, однако известно, что скорость диффузии в расплавленных металлах при одинаковых температурных условиях значительно выше, чем в жидких шлаках; кроме того, алюминий в сплавах хрома является поверхностно активным металлом. Указанные обстоятельства способствуют достаточно полному рафинированию от избыточного алюминия капель хрома, опускающихся через расплав окислов.
Промышленное испытание технологии электропечной выплавки металлического хрома на блок проводили в агрегате, изображенном на рис. 116. При работе на стационарной электропечи мощностью 750 кВт плавильным пространством печи служил чугунный разъемный горн, применяемый для внепечного производства металлического хрома, диаметром 1600 мм и высотой 1400 мм; горн устанавливали на специальной вагонетке. Внутреннюю поверхность горна футеровали магнезитовым кирпичом. Пространство между кирпичом и стенками горна засыпали магнезитовым порошком. Подину набивали магнезитовым порошком, поверх которого подсыпали молотый шлак предыдущих плавок. Расплавление рудно-известковой смеси проводили при линейном напряжении 69 В; электроды графитированные, диаметром 200 мм.

Перед началом плавки на подине плавильного горна проплавляли так называемую запальную часть шихты (10% общей навески окиси хрома), состав которой не отличался от шихты внепечной плавки. После окончания восстановительных реакций на образовавшемся шлаке зажигали дуги и проплавляли рудно-известковую часть шихты. Скорость проплавления контролировали раз-ходом электроэнергии: на каждые 100 кг смеси расходуется — 150 кВт-ч электроэнергии.

Восстановительную часть шихты загружали после полного проплавления рудно-известковой части на поверхность расплава. Скорость проплавления шихты была в пределах 80— 90 кг/(м2*мин).

При электропечной плавке на блок охлаждение и разделку металла проводят так же, как и при внепечном металлургическом процессе.

На одной из промышленных плавок был проведен материальный и тепловой баланс.
Состав шихты исследованной плавки указан в табл. 68, из которой следует, что при промышленной выплавке металлического хрома с частичным расплавлением окислов в электропечи основное количество шихтовых материалов находится в восстановительной части шихты: в ней содержится 69,6% навески окиси хрома и свыше 70% общей массы шихты. В запальной части шихты находится 8,6% навески окиси хрома, в рудной 21,6%.

Запальная часть содержит около 10% Al от общего количества в шихте.

Количество селитры в шихте составляет 0,7% от общей массы окиси хрома, тогда как в шихте внепечной промышленной плавки оно составляет не менее 7,5—8,0%.

В шихтовых материалах находилось следующее количество элементов: Cr — 1558 кг, Si — 8,5 кг, Fe — 5,7 кг, С — 0,7 кг, S — 0,93 кг, P — 0,46 кг.

В результате плавки получено 1,456 кг металла следующего химического состава: 99,06% Cr; 0,24% Si; 0,24% Al; 0,41% Fe; 0,019% С; 0,10% N; 0,016% S и 0,007% Р. Следовательно, в процессе восстановительных реакций в металл перешло 1450 кг Cr; 3,5 кг Si; 3,5 кг Al; 0,6 кг Fe; 0,28 кгС; 1,46 кг N; 0,23 кг S и 0,10 кг Р.

Таким образом, коэффициенты извлечения u элементов при проведении плавки оказываются следующими:
Содержание железа в металле в количествах, превышающих массу железа в шихтовых материалах, является следствием растворения магнезитовой футеровки и шлаковой подсыпки в процессе плавки (этим же обстоятельством вызывается повышенное содержание окиси магния и некоторых других окислов в шлаке).

На восстановление хрома, кремния, железа израсходовано алюминия:
Таким образом, на восстановление элементов, находящихся в слитке металла, израсходовано 92,55% от общего количества восстановителя, в том числе на восстановление хрома 91,7%.

На разложение селитры израсходовано 16*270/510 = 8,5 кг, или 1,04% Al. При внепечной выплавке металлического хрома на разложение термитных добавок расходуется 10—12% восстановителя.

Исследование минералогического состава шлаков алюминотермической плавки металлического хрома показывает, что в нем остаются металлические корольки, восстановленные во время алюминотермических реакций, но не осевшие в слиток, в количестве -1,5% от массы восстановленного металла; в связи с этим расход алюминия на восстановление металла необходимо увеличить на 758,7*0,015 = 11,4 кг.

Если предположить, что окись хрома, не восстановленная в процессе плавки до металла, восстанавливается до CrO (с последующим распадом при охлаждении на Cr2O3 и хром, остающийся в шлаке в виде мельчайших включений), то дополнительный расход алюминия на протекание восстановительных реакций составит
В этом случае угар и вынос алюминия на колошнике в процессе проведения плавки составляет 820—(758,7 + 11,4 + 16,2) = 25,2 кг, или 3% от общего количества восстановителя, заданного в плавку.

В процессе плавки получено 1990 кг шлака, содержащего 10,19% Cr (в пересчете на Cr2O3); 0,6% SiO2; 0,09% FeO; 75,70% Al2O3; 0,35% Na2O; 8,35% CaO; 3,26% MgO.

Кратность шлака составляет 1990 : 1456 = 1,37.

Помимо продуктов реакции, в образований шлака участвует шлаковая подсыпка, которая практически полностью расплавляется в процессе плавки, и окись магния из футеровки, растворяющаяся в образующемся шлаке. Всего переходит окиси магния из футеровки:
Ниже приведен материальный баланс исследованной плавки:
Проведение алюминотермического процесса производства металлического хрома в электропечи сопровождается повышенными потерями шихтовых материалов вследствие выноса дисперсной окиси хрома и мелких фракций алюминиевого порошка образующимися газами.

Проведение материальных балансов внепечной алюминотермической выплавки металлического хрома также свидетельствует о больших потерях шихтовых материалов, доходящих до 3—3,5% от массы шихты.

В общем виде тепловой баланс металлотермической плавки с частичным расплавлением окислов в электропечи может быть записан следующим уравнением:
где Qэкз — сумма тепловых эффектов экзотермических реакций, кДж;

Qэл — тепло, вносимое электрическими дугами, кДж;

m1 и AH1 — масса и теплосодержание 1 кг металла;

m2 и AH2 — масса и теплосодержание 1 кг шлака;

Qп — тепловые потери, сопровождающие процесс, кДж.

При исследовании теплового баланса плавки для измерения температур отдельных элементов плавильного горна по ходу плавки в теле шахты горна были просверлены специальные отверстия и стационарно установлены 7 термопар и термометр сопротивления (рис. 117). Характер изменения температур в отдельных точках горна по периодам плавки показан на рис. 118.
Продолжительность плавки составила 1 ч 44 мин, в том числе проплавление запальной части 3 мин, расплавление рудной части (работа под током) 1 ч 27 мин и проплавление восстановительной части 14 мин.

Расход электроэнергии на плавку составил 1017 кВт*ч.

Температура расплава в момент окончания проплавления рудной части шихты, измеренная вольфрам-молибденовой и вольфрам-рениевой термопарами, составила соответственно 2140 и 2120 К, а температура процесса в момент окончания восстановительных реакций соответственно 2370 и 2320 К.

Приходная часть теплового баланса определяется суммированием тепла экзотермических реакций и тепла, вносимого электроэнергией, по каждому периоду плавки:

А. Вносит тепла запальная часть шихты, кДж;
Всего запальная часть вносит 887685 кДж.

Б. Вносит тепла электроэнергия в период расплавления окислов:
где 0,88 — к. п. д. электропечной установки.

В. Вносит тепла восстановительная часть шихты, кДж:
Принимая, что при растворении азота в хроме образуется нитрид Cr2N, теплота образования которого равна 105,9 кДж/моль, находим, что при растворении 1,46 кг азота выделяется тепла
Всего восстановительная часть шихты вносит 7082261 кДж. Общий приход тепла составляет 11191626 кДж.

Расходная часть теплового баланса состоит из теплосодержания металла QМе, теплосодержания шлака Qшл, и тепловых потерь Qп. Теплосодержание жидкого хрома при 2373 К составляет 1793 кДж/кг, тогда теплосодержание металла равно:
Теплосодержание шлака в точке его плавления по приближенной оценке qшл.га = 2144 кДж/кг. Теплоту плавления шлака определяем аддитивно по теплотам плавления окиси хрома, глинозема, окиси магния и окиси кальция; остальными примесями пренебрегаем. В этом случае теплота плавления 1 кг шлака равна:
Принимая среднюю теплоемкость шлака равной 1,486 Дж/град, находим изменение теплосодержания жидкого шлака в интервале температур 2238—2373 К:
Следовательно, теплосодержание жидкого шлака равно:
Тепловые потери, определяемые по разности между приходом тепла и теплосодержанием металла и шлака, равны:
Тепловые потери распределяются между отдельными их статьями следующим образом:

а. Потери тепла в период расплавления рудной части шихты, кДж:
Потери тепла электродами весьма трудно поддаются непосредственному измерению. По данным тепловых балансов электросталеплавильных печей, приведенных Н.В. Окороковым, в электродах, шинах и кабелях теряется примерно 10% подводимого электрическими дугами тепла. Если принять ту же величину потерь для рассматриваемого случая, то получим, что потери тепла электродами составляют 322 400 кДж.

Таким образом, общие тепловые потери в период расплавления рудной части шихты равны 741 654 кДж.

Весьма небольшие потери лучеиспусканием и конвекцией с колошника являются следствием проплавления рудной части шихты с закрытым колошником, что становится возможным при введении извести в состав проплавляемой смеси.

б. Потери тепла в восстановительный период, кДж:
Из сопоставления тепловых потерь в период расплавления рудной части шихты и в восстановительный период следует, что почти 70% тепла, необходимого для нагрева футеровки, аккумулируется в процессе расплавления рудной части шихты; это значительно сокращает тепловые потери в восстановительный период и улучшает условия протекания восстановительных реакций.

Расчет теплосодержания жидкого расплава, состоящего из 200 кг извести и 500 кг окиси хрома, дает для 2143 К величину 1 914 197 кДж. Следовательно, коэффициент использования тепла электроэнергии равен:
Таким образом, в период расплавления рудно-известковой смеси тепловые потери составляют 40,6%.

Тепловые потери в восстановительный период могут быть оценены следующим образом: приход тепла 7 073 678 кДж; расход тепла в этом периоде равен увеличению теплосодержания расплава, т. е. (2 611 516 + 6 690 000) - (1 914 197 + 884 956) = 6 502 363 кДж.

Следовательно, тепловые потери в этот период составляют 571315 кДж, т. е. около 8%. Небольшие тепловые потери при протекании восстановительных реакций не только способствуют более полному восстановлению хрома, но и обусловливают сокращение скорости охлаждения расплава, а следовательно, уменьшение потерь металла в виде корольков, остающихся в шлаке.

Удельная теплота процесса электропечной алюминотермической плавки с частичным расплавлением окислов также является одной из важнейших его характеристик и может быть определена по уравнению
где nш — число грамм-атомов в общей навеске шихты;

Qэкз — тепловой эффект восстановительных реакций, кДж;

Qрасп — теплосодержание расплавленных окислов, кДж.

Изменяя количество проплавляемой окиси хрома в электропечи, можно в широких масштабах варьировать удельную теплоту процесса и температуру алюминотермического производства металлического хрома. При тепловом расчете шихты количество расплавляемых окислов определяется тем недостающим количеством тепла, которое необходимо восполнить для обеспечения оптимальной температуры (или пропорциональной ей удельной теплоты процесса).

Используя уравнение (239), можно получить формулу для определения количества окислов, которое необходимо расплавить для нормального протекания процесса. Так как
где m — количество расплавляемых окислов, кг;

En — сумма грамм-атомов шихты;

Qэкз — суммарная теплота экзотермических реакций, кДж;

Tр — температура расплавленных окислов, К;

AН298Тр — изменение теплосодержания 1 кг расплавляемых окислов от 298 К до Tр.

Величина АН298Тр может быть определена по известной формуле
где Tпер — температура фазового перехода, К.

Для упрощения практических расчетов количества расплавляемых окислов хрома при выплавке металлического хрома в электропечи можно воспользоваться уравнением зависимости температуры процесса от удельной теплоты процесса и предложить следующую формулу для определения необходимого количества расплавляемой окиси хрома (с учетом заданного количества извести в рудную часть шихты, равного 9,45 кг)
где bH'необх — необходимая удельная теплота процесса;

Еn — количество грамм-атомов шихты рудной и восстановительной частей;

qп — доля тепловых потерь в восстановительный период плавки;

Qэкз — количество тепла, выделяющегося в результате восстановительных реакций;

bH'распл — удельная теплота расплава рудной части шихты в конце проплавления;

nCаО — количество грамм-атомов CaO в рудной части ШИХТЫ (nCaО = 328).

30,4*10в-3 — переводной коэффициент из грамм-атомов в кг для окиси хрома.

Используя данные теплового баланса, приведем пример расчета количества проплавляемой окиси хрома по уравнению (243) для шихты, рассчитанной на 100 кг окиси хрома.

Температура процесса (температура расплава, замеренная после окончания восстановительных реакций) составила в среднем 2345 К. Необходимую температуру процесса можно определить также, исходя из формулы
где Tпл — температура плавления наиболее тугоплавкой составляющей продуктов реакции.

Так как процесс выплавки металлического хрома проводится с применением флюсов, понижающих температуру плавления шлака, то наиболее тугоплавкой составляющей является металлический хром.

Тогда необходимая температура процесса будет:
Определим необходимую удельную теплоту процесса:
Коэффициенты k и с уравнения (245) приняты для реакции восстановления окиси хрома без учета флюсующих добавок, так как количество последних относительно невелико.

В процессе участвует грамм-атомов (для упрощения расчета общего количества грамм-атомов принимаем, что окись хрома, известь и алюминий содержат 100% основного вещества):
В результате восстановительных реакций выделится тепла в восстановительный период:
Тепловые потери процесса можно оценить по формуле
Температура расплава, замеренная в конце проплавления рудной части шихты, обычно колеблется в пределах 2100—2160 K. Для расчета принимаем Tрасп = 2130 К.
Подставляя найденные величины в уравнение (243), получим количество окиси хрома, которое необходимо предварительно расплавить в электропечи:
что удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными.





Яндекс.Метрика