Ферросилиций — ferrosilicon

Экономический ракурс

Сразу советуем посмотреть видео – “Бизнес по существу. Ферросплавы и металлургия”

Современный рынок ферросплавов не отличается узким разбросом цен. Это обусловлено широким ассортиментом ведущих элементов в соединениях, которые и задают цифры прайс-листов. Поэтому, корректно указывать конкретную марку или сорт продукции, а не ограничиваться стандартным: сколько стоят ферросплавы. Вторым критерием ценообразования выступает объем приобретаемого сырья.

В среднем, на ферросплавы цена за кг веса колеблется от 18 до 1600 рублей. При этом существенные скачки наблюдаются даже для продукции одного вида. Тот же недорогой ферросилиций характеризуется вполне широким разбросом стоимости. В частности, марка ФС25 котируется эквивалентом 18 руб., тогда как на ФС75 ферросплав, цена за 1 кг достигает 68 руб.

Наиболее дорогими оказываются соединения на базе тугоплавких металлов. На подобные ферросплавы цена за тонну также определяется ведущим элементом. Примером могут служить расценки за кг в рублях на следующие соединения:

Самые популярные и востребованные виды ферросплавов, которые принимают, цена за 1 в рублях:

Таким образом, чтобы ориентироваться на рынке стоимости ферро соединений необходимо понимать шифр их наименования.

Химический состав и марки

Физические свойства и области применения

Востребованность ферросиликохрома в литейной и сталеплавильной отраслях обусловлена уникальными физическими и химическими свойствами. Определенное содержание компонентов обеспечивает температуру плавления ниже по сравнению с параметрами выплавки чистых металлов. Благодаря легкому растворению снижается угар ведущих элементов. Поэтому для восстановления окислов ведущих элементов требуется более низкий разогрев. В итоге выплавка происходит более качественно и быстрее. Производство с низкими энергетическими расходами позволяет получать товар с меньшей себестоимостью.

Согласно нормативным документам в России сплавы ферросиликохрома предлагаются для продажи двух видов:

• Передельные. Применяются в качестве восстановителей для получения других марок низко или среднеуглеродистых ферросплавов путем силикотермии.
• Товарные. Используются при раскислении или легировании жидких металлов с помощью кремния и хрома, выплавке нержавеющих, хромокремниевых или хромистых малолегированных сталей.

Применение товарного ферросиликохрома, как и ферросиликимарганца (МНС17, ГОСТ 4756 91), позволяет придавать конечным продуктам конкретные структуры и свойства.

Шихтовые материалы для выплавки ферросилиция

Фракционный состав компонентов шихты должен обеспечивать хорошую газопроницаемость колошника печи при максимально возможной однородности шихтовой смеси и оптимальной ее проводимости, обеспечивающей глубокую посадку электродов при заданном электрическом режиме.

При производстве ферросилиция (или железокремниевых лигатур) используются следующие основные шихтовые материалы:

a) источник кремнезема — кварцит;

b) углеродистые восстановители кремнезема — коксовый орешек, полукокс, малозольные марки слабоспекающихся каменных углей;

c) в качестве рыхлителя колошника (отчасти и как восстановителя) — щепа древесная; источники поступления железа в сплав:

— стружка стальная углеродистых сталей (реже окалина),

— неофлюсованный агломерат,

— железная руда,

— отходы кремнистых сталей.

Производители ферросплавов в России

• Косогорский МТЗ в Туле (ферромарганец);
• Серовский завод, продукция (феррохром);
• Братский завод, основная продукция (ферросилиций);
• Рязанский завод, основная продукция (ферромолибден, феррованадий, ферровольфрам);
• Тихвинский завод, продукция (феррохром);
• Кузнецкий завод ферросплавов (ферросилиций);
• Ключевский завод ферросплавов (ферробор, ферронобий, ферротитан и др.);
• Челябинский АО “Ферросплав” (ферросилиций);
• Кингисеппский завод (ферромарганец, силикомарганец);
• Енисейский ферросплавный завод (в проекте);
• Алапаевский металлургический завод  (ферромарганец).

Разработка промышленной технологии получения синтетического ферросилиция из отходов производства ТадАЗа

В электропечь входят следующие основные узлы и агрегаты; установка редуктора, поворотная рама, опорная рама, крышка с механизмом, два гидроцилиндра.

Установка индуктора состоит из индуктора, магнитопроводов сварного корпуса, футеровки подины, набивного тигля и верхнего футеровочного поясаворотника.Индуктор состоит из рабочей и холостой катушек. К рабочей катушке подводится напряжение, она передаёт энергию металла в тигле. Холостая катушка служит только для охлаждения стенки тигля. Катушки выполнены из медной или алюминиевой трубки специального профиля и охлаждаются водой. Катушка разделены на секции с таким расчётом, чтобы необходимый расход воды обеспечивался давлением в водопроводной магистрале от 2 до 4кгс/см2.

Плавку ферросилиция в индукционной печи ведут с «болотом» или пусковым слитком при первой плавке. В период первой плавки в тигель загружается только твёрдая шихта.

Скорость нарастания температуры в период разогрева металла должно быть не более 100 С в час. Шихта должна загружаться в печь в несколько приёмов, по мере расплавления предыдущих загрузок. После расплавления шихты и во избежание перегрева металла, разъеданию футеровки тигля и бурного перемешивания расплавленного металла необходимо понижать подаваемую к печь мощность, перейдя на более низкую ступень трансформатора.

Режим плавки и температура уточняются каждый раз в регламенте. При использовании «болота» загрузку компонентов в печь следует производить в следующей последовательности: стальной лом, порошок кремния. После полного расплавления всей шихты уровень металла не должен, доходить до верха тигля 160-200 мм. Перегреть металл в печи до 1380-1400 С, снять и взять пробу для определения химсостава ферросилиция.

Корректировку состава ферросилиция проводить в случае необходимости. Подъём мощности при разогреве до номинальной температуры следует вести с использованием каждой ступени напряжения трансформатора. Температура проточной воды и индуктора должна быть не выше 50 С. При повышении температуры должно срабатывать реле протока воды и включаться сигнализация. Величина утечки тока через индуктор не должно превышать 40 мА через футеровку 80 мА. В процессе плавки необходимо поддерживать номинальную мощность, не допуская перегрузки трансформатора, поддерживать близким к 1.0,используя регулируемую часть ёмкости конденсаторной батареи. Во время работы электропечи необходимо внимательно следить за процессом плавки, температурой и расходом охлаждающей воды, а также за состоянием футеровки тигля. По окончании плавки необходимо замерить температуру жидкого металла с помощью оптического пирометра или термопары. Отключить печь и произвести удаление шлака с поверхности металла. Далее производить его разливку в чугунных изложницах на чушки. производится по ГОСТ 24941-81. Для контроля химического состава пробы должны отбираться от жидкого металла каждой плавки из печи перед вылив кой металла. Пробы отмечаются номером плавки, номером пробы. Методы определения содержания кремния по ГОСТ 13230-81. -Ответственность за отбор, клеймении и передачу проб в ЦЗЛ возлагается на ОТК. -Температура металла в тигле печи перед заливкой должно составлять 1350-1400 С. -При показаниях пирометра 1400 С металл готов к разливке или визуально при плавлении «зеркала» металла (отсутствие плёнки оксида). В случае остановки печи на продолжительное время (обед, перемена) металл необходимо перегреть и включить низкую ступень трансформатора. Перед выпуском металла из печи, после остановки перейти на высокую ступень трансформатора, перегреть и слить плавку. В случае полного слива необходимо очистить от остатков шлака, осмотреть тигель, убедиться в его неисправности и вернуть электропечь в нормальное положение. Если работа на печи временно прекращается, в горячий тигель следует загрузит шихту или кусковой слиток, заложить асбестовым листом. Следует постоянно следить за сохранностью верхней части футеровки тигля и не допускать её разрушения. После окончания работы, а также при подготовке электропечи к последующим плавкам необходимо проверить состояние футеровки, очистить стенки тигля от шлака, обдуть сжатым воздухом индуктор электропечи и все контактные соединения.

Использует

Ферросилиций используется в качестве источника кремния для восстановления металлов из их оксидов и для раскисления стали и других сплавов железа. Это предотвращает потерю углерода из расплавленной стали (так называемая блокировка тепла ); ферромарганец , шпигель , силициды кальция и многие другие материалы используются для той же цели. Его можно использовать для изготовления других ферросплавов. Ферросилиций также используется для производства кремния, коррозионно-стойких и жаропрочных сплавов железа и кремния, а также кремнистой стали для электродвигателей и сердечников трансформаторов . При производстве чугуна ферросилиций используется для модифицирования чугуна для ускорения графитизации. При дуговой сварке ферросилиций можно найти в некоторых покрытиях электродов.

Ферросилиций является основой для производства предварительных сплавов, таких как ферросилиций магния (MgFeSi), используемых для производства высокопрочного чугуна . MgFeSi содержит 3–42% магния и небольшое количество редкоземельных металлов . Ферросилиций также важен как добавка к чугунам для контроля исходного содержания кремния.

Ферросилиций магния способствует образованию конкреций, которые придают высокопрочному чугуну его гибкость. В отличие от серого чугуна, образующего чешуйки графита , высокопрочный чугун содержит вкрапления или поры графита, затрудняющие растрескивание.

Ферросилиций также используется в процессе Pidgeon для производства магния из доломита . Обработка высококремнистого ферросилиция хлористым водородом является основой промышленного синтеза трихлорсилана .

Ферросилиций также используется в количестве 3–3,5% при производстве листов для магнитной цепи электрических трансформаторов .

Свойства и методы получения

На качество ферросплава влияет процентное содержание в его составе ведущего элемента. Допускаются отклонения его значения в заданном диапазоне величин. Свойства ферросплава также зависят от наличия в их составе различных примесей (сера, фосфор, углерод, азот, цветные металлы). Различаются ферросплавы одного вида по гранулометрическому составу, механическим свойствам, плотности, содержанию неметаллических включений (водород, кислород и др.), по температуре плавления. Для производства ферросплавов большой группы используют электроплавильные технологии. Для малой группы могут применять металлотермические, доменные, электролитические способы извлечения металлов из соответствующих руд.

Ферросплавы – свойства и типы соединений

Рассматривая характеристики соединений, где ведущим элементом выступает железо, необходимо остановиться на их классификации. Существует две основные группы, которые образуют ферросплавы – виды большие и малые.

В первый класс массового применения входят соединения:

• кремнистые, включая все разновидности ферросилиция;
• марганцевые, независимо от содержания углерода, металлический, азотированный и силико-марганец;
• хромистые, включая лигатуры сложных композиций с участием Cr.

На фото феррохром ФХ025

К специализированной группе относятся:

• ферро- вольфрам, молибден и ванадий;
• соединения с щелочноземельными металлами, а также ряд комплексных составов Fe-Si-Mg-Ca, Si-B-Fe и прочие;
• феррониобий и сложные системы на его основе;
• ферротитан;
• ферробор, ферроборал, прочие лигатуры с В;
• сплавы с алюминием, редкоземельными металлами;
• феррокобальт;
• ферроникель.

Ферротитан дробленный марки ФТИ-70

Важную роль для ферросплавов, свойств соединений играет основный компонент состава, именуемый как ведущий элемент. На основе степени его восстановления вырабатывается технология производства соединения, ее эффективность.

На физико-химические свойства, характеризующие ферросплавы, состав, точнее ведущий элемент, также играет определяющую роль. В частности, важным оказывается строение электронных оболочек, модификация конфигурации которых приводит к изменению температуры плавления. Эта характеристика особенно важна, определяя назначение ферросплавов,  как легирующих и раскисляющих соединений в ряде отраслей:

• изготовление сварочных электродов;
• модификация свойств чугуна, стали;
• производство получение ряда химических соединений, используемых при обогащении полезных ископаемых.

Производство электродов

Альтернативно, для чего нужны ферросплавы – так это получение элементов высокой степени чистоты. Тут железосодержащие соединения используются как восстановители. Отдельным классом выступает продукция с внедрением азота.

Азотированные ферросплавы

Предназначение соединений – обеспечение легирования стали молекулами N. Как пример можно привести применение азотированного феррохрома при получении нержавеющей высокохромистой стали. Следует добавить, что применение азотированных ферросплавов в литейном производстве на базе хрома, регулярно увеличивается. Причина тому – повышение растворимости азота в металле, именно, благодаря присутствию Cr. Таким образом, азотированные ферросплавы обеспечивают максимальное усваивание сталью, содержащегося в них N.

Наряду с феррохромом существует ряд других соединений, используемых в металлургии:

1. Азотированный ферросплав марганца и феррованадий применяется в производстве высокопрочной стали, нержавейки, а также быстрорежущих марок.
2. Ферросилиций востребован под изготовление любых видов стальной продукции, легированной кремнием. Наиболее эффективна лигатура для выплавки электротехнической стали.

Что касается отечественного рынка азотированных соединений, то производство ферросплавов в России дополнительно ориентировано на такие отрасли:

• изготовление сварочных и наплавочных электродов;
• нанесение износостойких покрытий;
• выпуск пленочных нагревателей;
• получение катализаторов, прочих химических веществ.

Цех производства электродов

При этом, на азотсодержащие ферросплавы стоимость существенно не разнится от стандартных аналогов. Политика ценообразования на соединения требует отдельного рассмотрения.

Группы ферросплавов

В зависимости от вида химического элемента, входящего в состав ферросплавов, их подразделяют на две группы: массового применения и специальные. В первую входят сплавы железа с хромом, кремнием, марганцем. Они составляют так называемую большую группу. Добавки этих химических элементов применяют в относительно больших количествах. Они раскисляют и легируют стали. Их применение позволяет придать конечному продукту ряд полезных свойств, в частности, таких как повышенная прочность, устойчивость к коррозии.

Группа специальных ферросплавов (или по-другому малая группа) применяется в меньших количествах и применительно не ко всем видам стали. К этой группе относится сплав железа с никелем, а также сплавы, содержащие алюминоцирконий, кобальт, вольфрам, молибден, ванадий, силикоцирконий, бор, титан, ниобий. Комбинация их применения придаёт выплавляемой стали те или иные особые свойства, предъявляемые условиями её использования. К ферросплавам относят и сплавы металлов, где железо является лишь примесью, например, силикомарганец и сплав никеля с хромом.

Способы производства

Сплавы ферросиликохома ГОСТ 11861-91 производятся кусками массой до 20 кг либо измельченной массой с фракциями просеянных частиц не более 315 мм. Для их получения применяются две технологии производства:

• Шлаковая. Одностадийный способ позволяет выплавлять ферросиликохром с низким содержанием углерода до 0,02 при массовой доле хрома около 45% Si.
• Бесшлаковая. Двухстадийный способ используется для выплавки ферросплавов с содержанием углерода до 2%, высокохромистого железа с повышенной стойкостью к коррозии, которые применяются для легирования или раскисления металлов.

Получение ферросилиция

При получении ферросилиция в основном используется каменноугольный кокс — орешек.

В качестве восстановителей при получении ферросилиция применяют древесный уголь, нефтяной или металлургия, кокс, иногда каменный уголь.

Так, если первые печи для получения ферросилиция фирмы Сименс имели мощность 7800 ква, в настоящее время работают печи на 13500 и 16500 ква.

Электротермический способ производства глинозема предусматривает предварительную плавку алюминиевых руд в электропечах с получением ферросилиция и алюмокальциевого шлака, который является основным сырьем для получения глинозема. Электротермический способ связан с большим расходом электроэнергии, поэтому в настоящее время не находит применения. Однако при наличии дешевой энергии интерес к нему может возобновиться.

Электротермический способ производства глинозема предусматривает предварительную плавку алюминиевых руд в электропечах с получением ферросилиция и алюмокальциевого шлака, который является основным сырьем для получения глинозема. Электротермический способ связан с большим расходом электроэнергии и поэтому в настоящее время не находит применения.

Некоторые — руднотермические процессы протекают без существенного количества шлака, как, например, процессы получения ферросилиция и карбида кальция.

Силикоалюминий содержит 25 — 40 % А1; 50 — 60 % Si и до 10 % Fe. Исходными материалами для получения ферросилико-алюминия являются глиноземистые руды (бокситы и др.), бедные по глинозему, с повышенным содержанием кремнезема. Такие руды невыгодно использовать для получения чистого алюминия. В качестве восстановителя используется древесный уголь. Плавку ведут в мощных электропечах по технологии, близкой к технологии получения богатого ферросилиция.

Производство ферросплавов

Сырьевая база этого технологического процесса представляет собой разнообразные руды или концентраты. В частности, руда востребована в производстве следующих групп соединений:

• ферросилиций;
• феррохром;
• ферромарганец.

На фото ферросилиций

Причина тому – высокий процент окислов элемента, подлежащего восстановлению в составе руд. Напротив, металлургия ферросплавов железа и тугоплавких металлов использует в качестве сырья рудные концентраты. Это связано с низкой концентрацией полезных элементов. Чтобы повысить эффективность, руду предварительно обогащают, получая из нее концентрат требуемого окисла.

Как видно, в основе производства ферросплавов лежит реакция восстановления. Это задает определенные требования по выбору реагентов:

1. Восстановителем должен быть элемент, характеризующийся более высокой химической совместимостью с кислородом (способностью образовывать оксиды), чем извлекаемое вещество.
2. Протекание реакции с присутствием железа, его окислов.

 Второе условие обусловлено способностью железа, понижать активность элементов, в частности препятствовать их окислению.

Производство водорода

Ферросилиций используется военными для быстрого производства водорода для воздушных шаров методом ферросилиция. В химической реакции используются гидроксид натрия , ферросилиций и вода. Генератор достаточно мал, чтобы поместиться в грузовике, и требует лишь небольшого количества электроэнергии, материалы стабильны и негорючие, и они не производят водород, пока не смешиваются. Метод используется со времен Первой мировой войны . До этого процесс и чистоту получения водорода с помощью пара, проходящего через горячий утюг, было трудно контролировать. В процессе «силикола» тяжелый стальной сосуд высокого давления заполняется гидроксидом натрия и ферросилицием, а при закрытии добавляется контролируемое количество воды; растворение гидроксида нагревает смесь примерно до 200 ° F (93 ° C) и запускает реакцию; производятся силикат натрия , водород и водяной пар.

Производство и реакции

Ферросилиций получают восстановлением оксида кремния или песка с коксом в присутствии железа. Типичные источники железа — это металлолом или прокатная окалина . Ферросиликоны с содержанием кремния до 15% производятся в доменных печах, футерованных кислым огнеупорным кирпичом . Ферросиликон с повышенным содержанием кремния производят в электродуговых печах . Обычно на рынке представлены ферросилики с содержанием кремния 15%, 45%, 75% и 90%. Остальное — железо, около 2% которого состоит из других элементов, таких как алюминий и кальций. Для предотвращения образования карбида кремния используется избыток кремнезема . Микрокремнезем — полезный побочный продукт.

Минерал перриит похож на ферросилиций и имеет состав Fe ₅ Si ₂ . При контакте с водой ферросилиций может медленно выделять водород . Реакция, которая ускоряется в присутствии основания, используется для получения водорода . Температура плавления и плотность ферросилиция зависят от его содержания кремния, с двумя почти-эвтектическими областями, одна вблизи Fe ₂ Si и вторым охватывающим FeSi ₂ -FeSi ₃ диапазоном составов.

Физические свойства ферросилиция

Массовая доля Si (%)	20	35 год	50	60	80	100
Точка солидуса (° C)	1538	1200	1203	1212	1207	1207	1414
Точка ликвидуса (° C)	1538	1212	1410	1220	1230	1360	1414
Плотность (г / см 3 )	7,87	6,76	5,65	5.1	4,27	3,44	2.33

Особенности производства

Производится путем восстановления кремнезема и железной руды коксом. Плавка ведется непрерывным бесшлаковым процессом в ферросплавных печах с самообжигающимися электродами.

Различают 3 способа производства и поставки:

• Поплавочный — весь расплав получают из массы одной плавки.
• Помарочный — сплав получают из расплава различных плавок.
• Смешанный — сплав производится из основной массы ферросилиция, в который добавляют кремний из нескольких плавок.

Марки ФС20-ФС65 выплавляют в закрытых электропечах. Более насыщенные кремнием марки ФС75-ФС92 выплавляется в открытых печах без свода из-за образования газа монооксида кремния.

Рост требований к качеству ферросилиция по содержанию примесей

В настоящее время ведущие фирмы — производители ферросилиция освоили производство чистых и высокочистых по примесям сортов ферросилиция, а также модификаторов на его основе.

Фирма «Elkem» (Норвегия) производит 10 марок ферросилиция, содержащего кремния 74-78%, с пониженным содержанием примесей: Аl — 0,015-1,0%; Ti — 0,05-0,10%; С — 0,01-0,10%, Р — 0,02-0,025%. В том [числе фирма производит высокочистый ферросилиций, содержащий кремния 75-77%, с максимальным I содержанием: А1 — 0,05%; Ti — 0,05%; С — 0,02% (таблица 2).

Табл. 2. Распределение элементов между продуктами плавки ферросилиция марки ФС75 на печи мощностью 29МВА

Фирма — «Fesil AS» (Норвегия) производит 4 марки ферросилиция, содержащего кремния 73-78%, с пониженным содержанием примесей: А1 — 0,06-0,75%; Ti — 0,04-0,1%; С — 0,02-0,10%, Р — 0,02-0,025%. В том числе фирма производит высокочистый ферросилиций с максимальным содержанием: А1 — 0,06%; Ti -0,04%; С — 0,02%.

Фирма «Pechiney electrometallurgy» (Франция) производит 4 марки ферросилиция, содержащего кремния 75-79%, с пониженным содержанием примесей: А1 — 0,05-0,30%; Ti — 0,025-0,04%; С — 0,02-0,10%, Са — 0,05-0,1%, Мп — 0,25-0,13%, Ti — 0,025-0,1%; Р — 0,02-0,03%. В том числе фирма производит два сорта высокочистого ферросилиция с максимальным содержанием: А1 — 0,05-0,08%; Ti — 0,025-0,04%; С — 0,02-0,04%, Са — 0,05-0,08%.

Фирма «Лазиска Хута» (Польша) также освоила производство двух марок ферросилиция, содержащего кремния 72-80%, с пониженным содержанием алюминия (при обычном содержании других примесей): FeSi75A10,3 — с максимальным содержанием А1 — 0,30% и FeSi75A10,7 — с максимальным содержанием А1 -0,70%.

Приведенные примеры показывают значительное отставание ОАО «Кузнецкие ферросплавы» в области производства ферросилиция с пониженным содержанием примесей и особенно в производстве высокочистого ферросилиция. В настоящее время ОАО «Кузнецкие ферросплавы» производит только две марки ферросилиция ФС75 по содержанию примесей: с содержанием А1 ниже 2% и ниже 1,5%.

От: admin

Эта тема закрыта для публикации ответов.