В настоящее время ферросплавы получают доменным, электротермическим (в дуговых электропечах) и металлотермическим (электропечным и внепечным) методами. В последнее время все шире применяют способы получения ферросплавов путем вакуум-термической обработки в твердом и жидком состоянии, рафинирования углеродистых сплавов продувкой кислородом в конверторе, смешением жидких расплавов и т. д.
Производство ферросплавов в доменных печах
Количество ферросплавов, выплавляемых в доменных печах, ограничено такими сплавами, выплавка которых не требует очень высоких температур и которые имеют пониженное содержание ведущего элемента. В доменных печах выплавляют доменный ферросилиций с 9—15% Si, зеркальный чугун с 10—25% Mn, углеродистый ферромарганец с 70—80% Mn, феррофосфор с 15% P и некоторые другие сплавы. Выплавляемые в доменных печах ферросплавы насыщены углеродом и вследствие высокого (по сравнению с электротермическими способами) расхода кокса более загрязнены серой и фосфором. Общий объем производства ферросплавов этим методом сокращается.
Электротермическое производство ферросплавов
Электротермическое производство ферросплавов по роду применяемого восстановителя делится на два процесса: углевосстановительный, основанный на применении в качестве восстановителя углеродистых материалов, и металлотермический, основанный на применении в качестве восстановителей кремния и алюминия и их сплавов.
По принципу работы электротермическое производство ферросплавов может быть непрерывным или периодическим. При непрерывном процессе производства ферросплавов шихту загружают в печь равномерно по мере ее проплавления; поэтому уровень шихты в печи почти постоянен. Сплав и шлак периодически выпускают из печи по мере их накопления на подине. Зоны металлургических реакций с высокими температурами (1400—2500° С) закрыты слоем твердой шихты и поэтому потери тепла и испарение (улет) восстановленных элементов значительно уменьшаются. Плавку непрерывным процессом с закрытым колошником можно производить как в открытой (без свода), так и в закрытой (со сводом) печи.
Периодическим процессом работают печи, предназначенные для получения рафинированных сплавов. При производстве ферросплавов периодическим процессом плавку ведут с открытым колошником. К этому типу процесса также относится плавка на блок. Периодическим процессом осуществляют производство ферросплавов продувкой в кислородном конверторе, вакуумной обработкой в твердом и жидком состоянии, получение азотированных сплавов и т. п.
В зависимости от удельного количества образующегося шлака процессы производства феросплавов можно разделить на шлаковые и бесшлаковые. Количество образующегося шлака характеризуется отношением массы выпущенного из печи шлака к массе выпущенного сплава, т. е. кратностью шлака. При бесшлаковом процессе кратность шлака колеблется в пределах 0,05—0,1. Примерами бесшлакового процесса может служить производство ферросилиция всех марок, кристаллического кремния и др., примером шлакового процесса — производство феррохрома, ферромарганца, ферровольфрама и др. Кратность шлака в этих процессах колеблется от 0,4 до ≥2,5 в зависимости от количества и состава пустой породы в руде (концентрате).
Металлотермический способ
Металлотермический способ позволяет получать ферросплавы с очень низким содержанием углерода (
Промышленное значение имеют алюминотермическое производство металлического хрома, безуглеродистого ферротитана, феррованадия, феррониобия и силикотермическое или алюминосиликотермическое производство ферромолибдена и ферровольфрама и др.
Металлотермический процесс — периодический, плавка ведется в специальных горнах, футерованных огнеупорным материалом, а при использовании электроподогрева шлака или в случае предварительного расплава части шихты печная ванна, в которой ведется плавка, делается сменной. Для уменьшения тепловых потерь, а значит, и снижения расхода восстановителя и повышения качества сплавов ведутся работы по осуществлению полунепрерывной или непрерывной внепечной плавки.
Важными преимуществами металлотермического способа производства ферросплавов являются низкие капитальные вложения на строительство новых цехов, отсутствие сложного оборудования и возможность быстрого увеличения производства без больших дополнительных затрат.