В книге рассмотрены теория и практика электротермического производства технического кремния и ферросилиция; приводятся сведения о свойствах кремния, его соединений и сплавов с железом; освещаются физико-химические основы технологии, рассмотрены подбор шихтовых материалов, конструкции электроплавильных печей и параметры электрического режима, организация ферросплавных цехов и возможности улучшения технико-экономических показателей их работы.

Книга предназначена для инженерно-технических работников ферросплавных предприятий, исследователей, конструкторов, преподавателей, а также может быть полезна студентам, специализирующимся в области производства ферросплавов.

Введение

Производство ферросплавов в электропечах в России было освоено в 1910 г. на Южном Урале, на заводе «Пороги», выпускавшем всего 500 т ферросилиция в год с помощью однофазных печей мощностью 280 ква. В июле 1931 г. в Челябинска был построен первый советский ферросплавный завод. В последующие годы в результате строительства новых заводов производство ферросплавов в СССР выросло с 4614 т в 1931 г. до 171 475 т в 1937 г.

После Великой Отечественной войны вновь происходит бурный количественный и качественный рост производства стали и ферросплавов. Уже в 1947 г. производство ферросплавов возросло в 56 раз по сравнению с 1932 г.

Производство стали в СССР характеризуется следующими цифрами (млн. тонн): 1957 – 51,0; 1958 – 55,0; 1959 – 59,9. Директивами XXI съезда КПСС намечено производство стали в 1965 г. довести до 86 – 91 млн. тонн. Это означает еще более быстрый рост выпуска ферросплавов; поставлена задача увеличения производства ферросилиция в электрических печах взамен доменного ферросилиция.

По установленной электрической мощности первое места (около 60%) среди ферросплавов занимают кремнистые ферросплавы: технически чистый кремний («силиколь»), высокопроцентный ферросилиций, получаемый в электропечах, и комплексные ферросплавы, содержащие, кроме кремния и железа, хром, марганец, цирконий, алюминий или кальций.

Особенностью промышленного производства кремнистых ферросплавов является плавка в электрических дуговых печах с применением богатого сырья, относительно чистого от примесей. При правильном подборе и подготовке сырых материалов технологический процесс выплавки кремнистых ферросплавов оказывается почти бесшлаковым. Специфические особенности выплавки кремнистых ферросплавов позволяют выделить их в особую группу, отличающуюся от других ферросплавов.

Подавляющая часть кремнистых ферросплавов используется в качестве раскисляющих присадок при выплавке сталей почти всех марок и в качестве восстановителей при получении различных металлов и сплавов методом силикотермии [1]. В среднем расход ферросилиция в пересчете на 45%-ный на 1 т стали составляет 5 – 7 кг [2, 3, 4], В обычных сталях содержится до 0,35% Si, а в высоколегированных кремнистых – до 5% и выше.

Кремнистые ферросплавы широко используются для легирования специальных сталей, в том числе электротехнических, жаропрочных, окалиностойких, рессорно-пружинных, конструкционных, инструментальных и др.

Известно, что кремний, как легирующий элемент, существенно влияет на многие физические свойства сталей и сплавов. В трансформаторной стали кремний снижает потери на гистерезис и вихревые токи. В сочетании с хромом и некоторыми другими элементами кремний повышает прочность стали и сопротивление окислению при высоких температурах. Введение в конструкционную сталь до 2% Si повышает ее твердость, прочность, пределы упругости и текучести.

Ферросилиций широко используется для изготовления термитных смесей, для обогащения руд и во многих других областях.

Силикохром применяют для получения безуглеродистого феррохрома, силикомарганец – для получения малоуглеродистого марганца; изготовляется также кремнистый ванадий и др.

Технически чистый кремний используется для получения многих цветных сплавов (силумин, кремнистые бронзы, кремнемагниевые лигатуры), при производстве водорода и др.

Указанными выше примерами далеко не исчерпываются все области применения технического кремния и ферросилиция в промышленности. Однако и их достаточно, чтобы оценить огромное значение этих ферросплавов.

Особенности производства и применения кремнистых ферросплавов могут быть выяснены лишь на основе современных научных представлений, излагаемых в физической химии и теории металлургических процессов.

Большое практическое и теоретическое значение для производства ферросплавов имеют труды советских ученых Ф.П. Еднерала («Электрометаллургия»), В.П. Елютина, Ю.А. Павлова, Б, Е. Левина и ?.М. Алексеева («Ферросплавы»), О.А. Есина и П. В Гельда («Физическая химия пирометаллургических процессов» и «Процессы высокотемпературного восстановления»), Г.А. Сисояна («Электрическая дуга в рудно-термических печах») и др.