Шихтовые материалы выплавки металлического хрома

Основным материалом выплавки металлического хрома является окись хрома, получаемая химической переработкой хромовых руд, содержащих не менее 45% Cr2O3.

Первоначальной стадией переработки хромовых руд является получение хромата натрия или калия путем спекания хромовой руды при высоких температурах (1100—1200 °C) с кальцинированной содой в окислительных условиях:

Хроматы натрия или калия являются исходным продуктом не только для получения окиси хрома, но также бихромата калия и натрия, хромового ангидрида и хромата кальция, используемых иногда в качестве присадок в шихту при алюминотермическом производстве металлического хрома.

В промышленности применяется несколько технологических схем получения окиси хрома, основанных на различных приемах перевода шестивалентного хрома в трехвалентный.

При использовании хроматно-серного метода гидратированный осадок окиси хрома получают путем восстановления хроматных щелоков тонкоизмельченной серой и образования в растворе гипосульфита и щелочи по реакции

Реакция идет при температуре кипения только в щелочной среде. Гидратированную окись хрома прокаливают при 1000—1100° С. Этот метод имеет то несомненное преимущество, что окись хрома получается непосредственно из хроматных щелоков, минуя стадии их переработки на бихромат натрия, бихромат калия и хромовый ангидрид. Качество окиси хрома, полученной таким методом, полностью удовлетворяет требованиям, предъявляемым к металлургической окиси хрома.

В соответствии с ГОСТ 2912—73 к металлургической окиси хрома марок OXM-0 и OXM-1 предъявляются следующие требования:

В качестве восстановителя применяется порошок, приготовленный из первичных сортов алюминия. Химический состав первичного алюминия должен соответствовать нормативам, приведенным в табл. 67.

Натриевая селитра 1-го и 2-го сортов, используемая при внепечной выплавке металлического хрома, должна, согласно ГОСТ 828—68, соответствовать следующим требованиям:

В связи с гигроскопичностью натриевой селитры ее задают в шихту алюминотермической плавки непосредственно после просушивания.

Наиболее распространенным флюсующим материалом, применяемым не только при выплавке маталлического хрома, но и многих ферросплавов, является известь. Характерная особенность окиси кальция — образование со многими окислами металлов химических соединений с пониженной температурой плавления.

В ряде случаев добавка извести приводит к снижению вязкости шлаков, к изменению межфазного натяжения на границе металл—шлак, к сдвигу равновесия реакции вправо при восстановлении металлов из основных окислов и улучшает другие физико-химические и технологические свойства шлаков.

При производстве сплавов и лигатур алюминотермическим способом основной составляющей образующегося шлака является глинозем, который имеет высокую температуру плавления. Введение в шихту окиси кальция может значительно понизить температуру кристаллизации шлака (рис. 109).

С окисью хрома (на воздухе) известь также образует относительно легкоплавкие соединения (рис. 110), что позволяет проводить, например, предварительное расплавление окиси хрома с известью в электропечи до начала восстановительных реакций или получать известково-хромистый расплав при алюминотермическом производстве безуглеродистого феррохрома.

Наряду с отмеченными преимуществами известь имеет и 2200 существенные недостатки, которые накладывают ряд ограничений на ее применение в производстве алюминотермических сплавов.

Одним из таких недостатков является активное взаимодействие окиси кальция с влагой, в результате чего гидратированная известь значительно ухудшает технологические и экономические показатели производства, а в ряде случаев становится вообще непригодной для использования.

Вторым существенным недостатком является то, что известь способствует при определенных условиях повышению содержания углерода в получаемом металле и делает невозможным ее применение в качестве флюсующих добавок непосредственно в шихте при производстве безуглеродистых сплавов, в которых содержание углерода строго ограниченно. В извести, получаемой в производственных условиях, всегда имеется определенное количество «недопала» (CaCO3), который может служить источником углерода при внепечном алюминотермическом производстве сплавов. Поэтому известь, применяемая для производства алюминотермических сплавов, должна содержать минимальное количество «недопала» и примесей.

Для получения извести, используемой при выплавке металлического хрома, применяют известняк, содержащий не менее 52% окиси кальция и не более 1,6% двуокиси кремния. В обожженной извести содержание окиси кальция должно быть не менее 90%, а содержание углерода не более 1,5%.