ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

СТАРООСКОЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ГОСУДАРСТВЕННОГО  ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬПОГО  ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ИНСТИТУТ СТАЛИ И  СПЛАВОВ

(ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ)» 
 
 
 
 
 
 

РЕФЕРАТ

На тему: «Производство высокоуглеродистого феррохрома» 
 
 
 
 
 
 

Выполнил:

Клюев В. А.

группа: МЧМ – 07 з/с

Проверил:

Тимофеев  П. В. 
 
 
 
 
 

Старый  Оскол, 2010г

Содержание

Введение………………………………………………………………….………..3

Феррохром…………………………………………………………….…………...4

Марки и химический состав феррохрома…………………………….…………5

Фракционный состав………………………………………………………….…..7

Сырье………………………………………………………………………………8

Производство  феррохрома в России……………………………………………14

Заключение……………………………………………………………………….20

Используемая  литература………………………………………..…….………..21 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение

       Ферросплавы – это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой температуры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла.

       Исходным  сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов – ферросилиция, ферромарганца; силикомарганца и феррохрома – пользуются рудами, так как в них высоко содержание окислов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферро-титана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием окислов основного элемента.

       Ферросплавы получают восстановлением окислов соответствующих металлов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстановитель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья. Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким химическим сродством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстановить из оксида. Иначе говоря, восстановителем может быть элемент, образующий более химически прочный оксид, чем восстанавливаемый элемент. Восстановительные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое соединение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции – окислению.

       .

Феррохром

       Феррохром — сплав железа и хрома (около 60 %). Основные примеси — углерод (до ~5 %), кремний (до 8 %), сера (до 0,05 %), фосфор (до 0,05 %).

       Применяется для выплавки сталей с особыми свойствами, для получения нержавеющей стали. Довольно успешно применяется хром при легировании чугуна. Присадка хрома повышает пределы прочности и текучести сталей. А использование хрома в углеродистых сталях повышает их твердость и износостойкость.

       Феррохром разделяют на следующие группы:

• низкоуглеродистый – содержащий углерод до 0,5%;
• среднеуглеродистый – содержащий углерод от 0,5 до 4,0%;
• высокоуглеродистый – содержащий углерод от 4,0 до 9,0%;
• низкоуглеродистый азотированный с содержанием азота от 1,0 до 6,0%.

       Феррохром получают при восстановлении достаточно богатых (с высоким содержанием оксида хрома и высоким отношением оксид хрома/оксид железа) хромитовых руд (или концентратов) углеродистым восстановителем (обычно кокс).

       Феррохром низкоуглеродистый. Технологический процесс выплавки феррохрома складывается из восстановления оксидов хрома и железа хромовой руды кремнием ферросиликохрома по реакциям 2 Cr2O3 + 3Si = 4Cr + 3SiO2, 2FeO + Si = 2Fe + SiO2. Процесс флюсовый. Шихта, применяемая для выплавки низкоуглеродистого феррохрома: хромовая руда, известь, ферросиликохром. Ферросиликохром дробится, руда и известь подаются без подготовки. Шихта подается в печные бункера, откуда по труботечкам поступает в печи.После проплавления шихты из печи выпускают шлак и металл. Разливка металла производится в чугунные изложницы. Шлак в ковшах вывозится в цех сепарации шлаков.

       Феррохром среднеуглеродистый. Процесс аналогичный производству низкоуглеродистого феррохрома, но сплав содержит повышенное содержание углерода. Увеличение содержания углерода в сплаве производится введением в шихту передельного (высокоуглеродистого) феррохрома. Состав шихты: хромовая руда, известь, ферросиликохром, передельный феррохром.

       Феррохром высокоуглеродистый. При выплавке углеродистого феррохрома происходит восстановление железа и хрома из оксидов в руде углеродом восстановителей по реакциям: 3(FеО.Сr2O3) + 3С = ЗFе + ЗСr2O3 + 3СО, 2/3Cr2O3 + 18/7С = 4/21 Сr7С3 + 2СО Выплавка углеродистого феррохрома является шлаковым процессом. Состав шихты при выплавке высокоуглеродистого феррохрома: хромовая руда, восстановитель (кокс, каменный уголь), кварцит.

       Хромовая  руда перед подачей на печь дробится, углеродистые восстановители подаются на печь без подготовки, кварцит дробится и рассевается. Подготовленная шихта поступает в печные карманы, из которых она по труботечкам поступает в печь. Процесс выплавки высокоуглеродистого феррохрома непрерывный. Феррохром и шлак выпускают в сварной футерованный ковш и шлаковни. Металл разливается в изложницы, шлаковни со шлаком вывозят на переработку. Цена феррохрома зависит от марки (ФХ001, ФХ002, ФХ003, ФХ005, ФХ006, ФХ010, ФХ015, ФХ025, ФХ100, ФХ850).

Марки и химический состав феррохрома

       В обозначении марок феррохрома (по ГОСТу) буквы означают: Ф – железо, X – хром, Н – а зот. Буквы А и Б указывают на различие в массовой доле фосфора. Цифры означают максимальное содержание углерода в марках низко-, средне- и высокоуглеродистого феррохрома и минимальное содержание азота в марках азотированного феррохрома.

Фракционный состав

       Феррохром поставляется в кусках массой не более 20 кг или в виде дробленых и  просеянных частиц. Высокоуглеродистый феррохром допускается изготовлять в чушках массой не более 30 кг. Дробленый феррохром поставляют по классам крупности в соответствии со следующей таблицей (масса подрешетного продукта установлена для пункта поставки материала покупателю):

Основные  требования

• 1-й класс крупности - для высокоуглеродистого феррохрома в чушках.
• Размеры кусков (частиц) соответствуют номинальным размерам сторон квадратных ячеек в свету.
• Размер кусков (частиц) в надрешетном продукте не должен превышать более чем в 1,15 раза верхний предел установленного диапазона размеров при ручной ориентации их в наиболее благоприятное положение для прохождения через отверстия сетки.  
• По требованию покупателя феррохром 2-го класса крупности поставляют с массовой долей подрешетного продукта 5-7%. 5. Класс крупности указывают цифрой в конце обозначения марки, например ФХ001Б-4.

Рекомендуемые требования

• По требованию покупателя изготовляют низко- и среднеуглеродистый феррохром средней плотности не менее 7,10 г/куб.см и высокоуглеродистый феррохром средней плотности не менее 6,8 г/куб.см.
• Поверхность и излом кусков феррохрома не должны иметь резко выраженных включений шлака, песка и других инородных материалов. На поверхности кусков допускаются окисная пленка и следы противопригарных материалов.
• Феррохром поставляют в неупакованном виде.
• При транспортировании нескольких партий неупакованного феррохрома одним транспортным средством должно быть предусмотрено разделение партий перегородками, исключающими возможность их перемешивания.
• По согласованию с потребителем феррохром любой марки и класса крупности может быть упакован.

Сырье

       В России существует развитое производство феррохрома, созданное в годы Советской власти и ориентированное на переработку хромовых руд Казахстана. После распада СССР в России возникла проблема обеспечения сырьем заводов, выпускающих феррохром. Хромовые руды (хромиты) в нашей стране являются остродефицитным сырьем, что обусловлено отсутствием на ее территории крупных рудных месторождений этого металла.

       На  территории России существуют три района освоения месторождений хромитов. Первый – Горнозаводской район Пермской области. Балансом по Пермской области учтены запасы хромовых руд по трем месторождениям района. По состоянию на 1 января 2000 г. запасы составляют около 18 млн. т, все запасы переданы в разработку.

       Табл. 1 Запасы месторождений хромовых руд Горнозаводского района Пермской области, тыс. т

       Хромовые  руды месторождений относятся к  средне- и низкосортным рудам, которые  представляют интерес в первую очередь  для химической, огнеупорной и других отраслей промышленности. Чтобы использовать эти руды для производства феррохрома, требуется достаточно глубокое их обогащение.

       Запасы  Главного Сарановского месторождения  и валунчатых россыпей хромовых руд разрабатываются компанией ОАО «Сарановская шахта «Рудная», которое входит в состав корпорации «Кермас», с проектной мощностью 260 тыс. т в год.

       Завершены работы по предварительной геологической разведке северного фланга Главного Сарановского месторождения. По предварительной оценке здесь выявлены запасы 1,5 млн т руд: балансовые категории С1 – 812,4 тыс. т; забалансовые запасы категории С1 – 41,9 тыс. т; забалансовые запасы категории С2 – 660,6 тыс. т. Завершаются поисково-оценочные работы на Промежуточном участке (между Главным и Южно-Сарановским месторождениями). Пока с достаточной долей достоверности установлено наличие хромовых руд в районе рудопроявления «Любушкино». Предварительно подсчитанные здесь запасы категории С2 составляют 6270 т для разработки открытым способом. Для подземной добычи до горизонта +40 м вскрыты хромовые руды. Прогнозные ресурсы категории Р1 – 1500 тыс.т.

       Второй  район страны – Кольский полуостров и Карелия. В Мурманской области возле города Мончегорск расположено Сопчеозерское месторождение хромитов. В 1998 г. компания «Кольская ГМК» начала горные разработки на месторождении. По горно-геологическим условиям (мощность рудного поля, качество руд, месторасположение, развитая инфраструктура) Сопчеозерское месторождение превосходит все известные месторождения хромитов в России. В непосредственной близости от района опытных разработок находится автострада, в полутора километрах – железная дорога, по территории проходит высоковольтная ЛЭП. Запасы и прогнозируемые ресурсы хромитов по степени изученности категорий С1, С2 и Р1 составляет 10,3 млн. т руды со средним содержанием 23,68% Cr2O3 при бортовом содержании 10%. В 2001 г. на месторождении, разрабатываемом, было пробурено 7 283,4 погонных м скважин и получен прирост запасов в 2,7 млн. т руды (общие запасы месторождения увеличились до 13 млн. т). Известно, что на Сопчеозерском месторождении в 2001 г. добыто около 50 тыс. т руды и получено 1,3 тыс. т хромитового концентрата. Дальнейшие геологоразведочные работы позволят более детально изучить рудное тело для промышленного освоения, увеличить запасы и ресурсы за счет глубоких горизонтов и флангов до 12-15 млн. т. В республике Карелия к важному объекту относится Бураковско-Аганозерский рудный узел, в состав которого входит Аганозерское месторождение и Шалозерское проявление хромовых руд с прогнозными ресурсами более 700 млн. т руды, содержание в руде Cr2O3 23-24%. Геологоразведкой и освоением месторождения занимается ОАО МНПО «Полиметалл». 

Рис. 1. Месторождения  хромовых руд Уральского федерального округа

       Третий  район – Рай-Изский массив, размещенный  на территории Ямало-Ненецкого автономного  округа. Общие ресурсы массива  Рай-Из оцениваются в 170 млн. т руды. Запасы хромовых руд разрабатываемых месторождений «Центральное» и «Южное» этого массива приняты в объеме 22 млн. т. Добычу сырья на месторождениях с сентября 2003 г. осуществляет ОАО «Конгор-Хром» (учредителями компании являются ОАО ЧЭМК (80%) и ОАО «Ямальская горная компания» (20%). ОАО «Конгор-Хром» в этом году завершило строительство фабрики по переработке руды мощностью 1,5 млн. т руды в год. Строительство фабрики, как предполагалось сначала общей производительностью 700 тыс. т, было начато в 2004 г. В ходе строительства производительность фабрики была увеличена. В настоящее время предприятие довело ежемесячную добычу до 75 тыс. т хромовой руды. В 2005 г. предприятие планирует увеличить по сравнению с предыдущим годом добычу руды в три раза до 900 тыс. т. В 2004 г. в соответствии с планом было добыто 306 тыс. т хромовой руды.

       В Уральском регионе имеется большое  количество ранее обнаруженных и разрабатываемых в прежние времена мелких и средних по запасам месторождений. Однако лишь небольшие запасы хромовых руд могут быть использованы для производства хромистых сплавов без проведения глубокого обогащения. Достаточно богатые хромовые руды в настоящее время встречаются в относительно мелких месторождениях. 

       На  различных хромитоносных массивах Урала уже к настоящему времени  обнаружены промышленные запасы хромовой руды в объеме нескольких сотен тыс. т. Исключительно большие прогнозные запасы руд, оцениваемые в десятки млн. т, обнаружены на Полярном и Приполярном Урале, в массивах Крака Башкирии, Алапаевском массиве и в Челябинской области (Уфалейский и Полтаво-Брединский массивы и др.). Оценка этих запасов хотя и основана на достаточно надежных геологоразведочных данных, однако необходимы более детальные геологические и экономические исследования.

       В связи с тем, что хромовые руды месторождений с промышленными и прогнозными запасами Урала и России в целом в настоящее время относятся преимущественно к средне- и низкосортным, исключительно серьезной проблемой становится подготовка этих руд для производства хромистых сплавов, в том числе повышение в них содержания окиси хрома и показателя качества.

       Прогнозные  ресурсы этих руд в Уральском  федеральном округе составляют 240 млн. т, подтвержденные запасы – 7,8 млн. т (рис. 1). Фактически, все известные на сегодняшний день месторождения уже разрабатываются. При этом добыча сырья в Уральском федеральном округе составляет 54 тыс. т, производство товарных руд – 195 тыс. т (за счет добычи на территории Пермской области). Решение проблемы дефицита этого сырья в УрФО возможно только за счет дополнительного геологического изучения Полярного и Приполярного Урала.

       Традиционно большую часть хромового сырья  ферросплавным заводам Урала поставляет Донской ГОК (Казахстан), турецкие руды использует только Серовский завод ферросплавов, входящий в корпорацию «Кермас», которая владеет рудниками хромитов в Турции. В последние годы проблемы закупки хромовой руды по импорту являются основным сдерживающим фактором роста производства хромовых сплавов, поэтому с позиции экономической безопасности развитие отечественной хромоворудной базы остается актуальной задачей.

       Основным  поставщиком хромовой руды для уральских  предприятий является Казахстан, который  играет ведущую роль в мировом  производстве товарной хромовой руды, уступая только ЮАР. Образованная в 1995 г. корпорация «Казхром» контролирует всю добычу хромитов и производство хромовой продукции в стране. Казахстан располагает крупными запасами хромитов со средним содержанием триоксида хрома 50,2%, что выше, чем в рудах практически всех других стран. Казахстанским рудам свойственны также низкие содержания железа и вредных примесей – фосфора и серы, и они могут использоваться во всех сферах применения без каких-либо ограничений. 

       Запасы  хромовых руд Казахстана и их добыча сосредоточены на северо-западе страны в Актюбинской области, в пределах Кемпирсайского массива, месторождения которого отрабатываются единственным предприятием в составе ТНК «Казхром» – Донским ГОКом. Всего в Казахстане насчитывается более 160 хромитовых месторождений, из которых около 20 имеют промышленное значение. Общий объем подтвержденных запасов категорий А+В+С1 составляет 316 млн. т. Определенным недостатком является приуроченность большей части (92%) запасов хромитов к глубоким горизонтам массива и связанная с этим необходимость их отработки подземным способом. Хромоворудная база Казахстана характеризуется высокой степенью концентрации и освоения. Так, 78% запасов хромитов категорий А+В+С1 (247 млн. т) приходится на месторождения «Алмаз-Жемчужина» и «Миллионное» (поле шахт «Имени 10-летия независимости Казахстана» и «Глубокая») и 14% (46 млн. т) – на месторождение «40 лет Казахской ССР» – «Молодежное» (поле шахты «Молодежная»).

       Существенным  резервом расширения минерально-сырьевой базы Донского ГОКа являются запасы категории С2 – около 100 млн. т, большая часть которых (до 80%) сосредоточена на глубоких горизонтах месторождений «Алмаз-Жемчужина» и ? 21. В составе сырьевой базы комбината учитываются также отходы добычи и обогащения хромовых руд, складированные в отвалах: 1,9 млн. т бедных руд со средним содержанием Cr2O3 35,3%; 13,4 млн. т некондиционных руд со средним содержанием Cr2O3 21,2% и 5,0 млн. т «хвостов» обогащения со средним содержанием Cr2O3 30,6%. Поскольку обогащение некондиционных руд в настоящее время экономически невыгодно, а технология извлечения оксида хрома из шламовых отходов обогащения пока не отработана, большая часть техногенных отходов – 91% общей массы и 87% содержания Cr2O3 – рассматривается в качестве резервных ресурсов. Кроме того, в бортах и на дне многочисленных отработанных (и действующих) карьеров Донского ГОКа учтено 14,2 млн. т богатых хромовых руд, ранее списанных как потери при добыче. Повторная разработка этих карьеров обеспечит рациональное использование недр и позволит продлить проведение открытых горных работ. 

       В 2007 г. «Казхром» перейдет исключительно  на подземную добычу руды. Донской  ГОК в настоящее время разрабатывает  только один карьер «Поисковый». Корпорация «Казхром» планирует полностью  отработать этот карьер к 2007 г., затем он будет использоваться для технических нужд. Всего предприятием отработано 22 карьера, которые впоследствии были засыпаны и рекультивированы. После закрытия карьера «Поисковый» добыча руды будет вестись на двух шахтах – «Имени 10-летия независимости Казахстана» и «Молодежная». Первая очередь шахты «Имени 10-летия независимости Казахстана» мощностью 2 млн. т руды в год была сдана в строй в 2001 г., строительство этой шахты будет продолжаться до 2018 г., а ее глубина составит 1,5 км. Шахта «Молодежная» работает с 1982 г. Ее первоначальные запасы составляли 62 млн. т. На начало 2003 г. не извлеченным оставался 41 млн. т. Добываемая здесь руда обладает высоким содержанием оксида хрома – 50-51%. При проектной мощности шахты «Молодежная» в 2 млн. т руды в год в настоящее время здесь добывается 1,7-1,75 млн. т, что как раз соответствует потребностям потребителей.