Раздел 2
Оптимизация состава
многокомпонентной Шихты
при выплавке ферросплавов
на основе нечеткого подхода
Становление и развитие новых социально-экономических отношений в обществе
выявило определенный ряд приоритетных направлений в
промышленно-производственном комплексе Украины. Исторически сложилось так, что
в силу ряда причин в Украине было сосредоточено около 40% всех мощностей
ферросплавного производства бывшего СССР, обеспечивавших потребность
металлургического комплекса страны в марганцевых ферросплавах на 83%,
кремнистых – на 32%, лигатурах и модификаторах – на 20% [45].
С образованием независимого государства металлургическая промышленность Украины
и, в частности, ферросплавная подотрасль, столкнулись с серьезными проблемами
производства и реализации продукции, чему способствовали лимитирование
поступления электроэнергии и многократно возросшая ее стоимость, снижение
добычи марганцевого сырья и производства кокса, резкое уменьшение спроса на
ферросплавы в условиях сокращения внешнего и внутреннего рынков, а также
неблагоприятные макроэкономические факторы [42].
В последние годы в ферросплавном производстве наметилась определенная
стабилизация, увеличился экспорт ферросплавов, особенно в дальнее зарубежье
[45].
Поскольку основными видами ферросплавов, выплавляемых на предприятиях Украины,
являются марганцевые и кремнистые, в будущем предполагается существенно
изменить структуру их производства.
Современная металлургия ферросплавов специализируется на первичном извлечении
металлов из руд, концентратов и технически чистых оксидов [18]. Основное
количество ферросплавов применяют в сталеплавильном производстве для
легирования и раскисления стали, а также для легирования и модифицирования
чугуна и сплавов, для производства химических соединений, в качестве исходного
материала для защитных покрытий на металлических конструкциях и устройствах,
при обогащении полезных ископаемых. Ферросплавы служат также исходным сырьем
при получении особо чистых веществ (элементов и соединений).
2.1. Основные способы получения ферросплавов
Практически все ферросплавные элементы находятся в природе в виде различных
соединений (оксиды, сульфида и т.д.). Соответственно добываемые из земли руды и
продукты их обогащения (концентраты) также содержат эти соединения. Таким
образом, задача получения того или иного ферросплава заключается в освобождении
(восстановлении) ферросплавного элемента от его связи и переводе в металл, а
также в отделении пустой породы, содержащей соединения других металлов [24].
Последнее достигается в процессе шлакообразования непосредственно при выплавке
ферросплавов.
Современное ферросплавное производство предусматривает восстановление элементов
только из их кислородных соединений [17]. Поэтому шихтовые материалы,
предназначенные для этого, представлены окисленными рудами, концентратами или
продуктами окислительной переработки сырья. Отделение кислорода от
ферросплавного элемента можно осуществить либо реакцией диссоциации непрочных
оксидов, либо восстановительной реакцией, основанной на использовании элементов
с высоким сродством к кислороду.
Наибольшее распространение в качестве восстановителей при производстве
ферросплавов получили [18]: углерод (углеродотермический или карботермический
процесс), кремний (силикотермический процесс) и алюминий (металлотермический
или алюмотермический процесс).
Выбор восстановителя для получения различных ферросплавов связан с целым рядом
обстоятельств, которые необходимо учитывать. Например, при использовании в
качестве восстановителя углерода, из двух возможных реакций:
где x, y, z - коэффициенты и индексы соответствующей химической реакции
восстановления металлов,
термодинамическая вероятность протекания последней намного больше, чем реакции
восстановления до металла [15]. На практике это приводит к насыщению расплава
углеродом (при относительно невысокой концентрации кремния) и, следовательно,
не представляется возможным получить низкоуглеродистый ферросплав без
дополнительных технологических приемов. Наиболее известными примерами
восстановления оксидов углеродом в металлургии черных металлов и ферросплавов
является производство чугуна и углеродистого ферромарганца.
В случае необходимости получения с помощью углеродотермического процесса
пониженного содержания углерода в сплаве используют взаимосвязь между снижением
растворимости углерода в ферросплавах и содержанием в них кремния [24]. Дело в
том, что образующиеся соединения в системе термодинамически намного прочнее
карбидов. При повышении концентрации кремния в сплаве происходит разрушение
последних, а освободившийся углерод выделяется в виде свободного графита или
связывается с кремнием в карбиды. Отмеченная закономерность обуславливает выбор
и стандартизацию сплавов на основе марганца и хрома, производство которых
осуществляется углеродотермическим процессом [17].
Вторая особенность этих процессов заключается в том [18], что реакции
восстановления протекают с поглощением большого количества тепла
(эндотермические реакции). Следовательно, для успешного их осуществления, т.е.
более полного извлечения основного элемента необходимо подводить в реакционную
зону соответствующее количество тепла. Поэтому углеродотермические процессы
могут быть успешно реализованы только при условии использования различных
тепловых агрегатов. Основное количество ферросплавов углеродотермическим
процессом в настоящее время производят в мощных (до 48 МВЧА) и сверхмощных (81
МВЧА) руднотермических электропечах.
К марганцевым ферросплавам
- Киев+380960830922