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.

Феррохром низкоуглеродистый
Марка (ГОСТ)		Массовая доля, %
		Cr		C		Si		P		S		Al
		не менее		не более
ФХ001А		68,0		0,01		0,8		0,02		0,02		0,2
ФХ001Б		68,0		0,01		0,8		0,03		0,02		0,2
ФХ002А		68,0		0,02		1,5		0,02		0,02		0,2
ФХ002Б		68,0		0,02		1,5		0,03		0,02		0,2
ФХ003А		68,0		0,03		1,5		0,02		0,02		0,2
ФХ003Б		68,0		0,03		1,5		0,03		0,02		0,2
ФХ004А		68,0		0,04		1,5		0,02		0,02		0,2
ФХ004Б		68,0		0,04		1,5		0,03		0,02		0,2
ФХ005А		65,0		0,05		1,5		0,03		0,02		0,2
ФХ005Б		65,0		0,05		1,5		0,05		0,02		0,2
ФХ006А		65,0		0,06		1,5		0,03		0,02		0,2
ФХ006Б		65,0		0,06		1,5		0,05		0,02		0,2
ФХ010А		65,0		0,10		1,5		0,03		0,02		0,2
ФХ010Б		65,0		0,10		1,5		0,05		0,02		0,2
ФХ015А		65,0		0,15		1,5		0,03		0,02		–
ФХ015Б		65,0		0,15		1,5		0,05		0,02		–
ФХ025А		65,0		0,25		2,0		0,03		0,02		–
ФХ025Б		65,0		0,25		2,0		0,05		0,02		–
ФХ050А		65,0		0,50		2,0		0,03		0,02		–
ФХ050Б		65,0		0,50		2,0		0,05		0,02		–
Феррохром низкоуглеродистый азотированный
Марка (ГОСТ)	Массовая доля, %
	Cr	C	Si		P		S		Al		N
	не менее	не более									не менее
ФХН100А	65,0	0,06	1,0		0,02		0,02		0,2		1,0
ФХН100Б	65,0	0,06	1,0		0,03		0,02		0,2		1,0
ФХН200А	65,0	0,06	1,0		0,03		0,02		0,2		2,0
ФХН200Б	65,0	0,06	1,0		0,04		0,02		0,2		2,0
ФХН400А	65,0	0,06	1,0		0,03		0,04		0,2		4,0
ФХН400Б	65,0	0,06	1,0		0,04		0,04		0,2		4,0
ФХН600А	60,0	0,03	1,0		0,03		0,04		0,2		6,0
ФХН600Б	60,0	0,03	1,0		0,04		0,04		0,2		6,0

Феррохром среднеуглеродистый
Марка (ГОСТ)	Массовая доля, %
	Cr	C	Si	P	S
	не менее	не более
ФХ100А	65,0	0,06	2,0	0,03	0,02
ФХ100Б	65,0	0,06	2,0	0,05	0,04
ФХ200А	65,0	2,0	2,0	0,03	0,02
ФХ200Б	65,0	2,0	2,0	0,05	0,04
ФХ400А	65,0	4,0	2,0	0,03	0,04
ФХ400Б	65,0	4,0	2,0	0,05	0,04

Феррохром высокоуглеродистый
Марка (ГОСТ)	Массовая доля, %
	Cr	C	Si	P	S
	не менее	не более
ФХ650А	65,0	65,0	2,0	0,03	0,06
ФХ650Б	65,0	65,0	2,0	0,05	0,08
ФХ800А	65,0	8,0	2,0	0,03	0,06
ФХ800Б	65,0	8,0	2,0	0,05	0,08
ФХ850А	65,0	8,5	2,0	0,03	0,05
ФХ850Б	65,0	8,5	2,0	0,05	0,08
ФХ900А	65,0	9,0	2,0	0,03	0,04
ФХ900Б	65,0	9,0	2,0	0,05	0,06

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

Класс крупности	Размер кусков, мм	Максимальная массовая доля продукта, %
		надрешетного	подрешетного
1	100 – 315	10	20
2	50 – 200	10	10
3	5 – 200	5	5
4	5 – 100	10	10
5	20 – 50	10	10
6	5 – 50	10	10
7	5 – 20	10	10

·         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

Месторождения	Категории
	В	С1	В + С1	С2	Забалансовые
Главное Сарановское	61	2 304	2 365	4 188	825
Южно-Сарановское		2 444	2 444	885	2 162
Сарановская группа россыпей		84	84
Всего	61	4 832	4 893	5 073	2 987

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. 

В настоящее время основными потребителями руды ГОКа являются Аксуский завод ферросплавов и АО «Феррохром» (Актюбинский завод ферросплавов), а также Актюбинский химический завод. Кроме того, незначительное количество руды – до 10-12 тыс. т в год – отправляется на Украину. Другим перспективным рынком представляется Китай. 

На Донском ГОКе дробление и сортировка богатой руды (свыше 45% оксида хрома), обогащение бедной (менее 39%) осуществляется на двух дробильно-обогатительных фабриках (ДОФ) с общей мощностью по дроблению 5 млн. т в год, по выпуску концентрата – 1,2 млн. т. На обеих ДОФ применяется гравитационный способ обогащения.

Кроме того, создана линия по производству окатышей из обогащенной руды, содержание оксида хрома в которой будет доведено до 53%. Проектная мощность данной фабрики обожженных окатышей хромовых руд по технологии финской фирмы «Оутокумпу» составляет 700 тыс. т в год. «Казхром» намерен в течение этого года расширить мощности по выпуску окатышей из хромитов на 400 тыс. т/год.

С вводом в строй указанных двух объектов на предприятии помимо проблем использования бедной рудной мелочи и шламов будет также решен и целый ряд вопросов экологического характера. С течением времени будут переработаны все скопившиеся отходы производства в объеме порядка 4,5 млн. т, а также вновь возникающие. В результате, будет использоваться 95% всей извлекаемой из недр руды.

В 2003 г. объем добычи хромитов в России достиг 131 тыс. т, в Казахстане – 3,32 млн. т (табл. 2). В обеих странах еще не достигнут уровень добычи 1990 г. В будущем «Казхром», возможно, займется производством нержавеющей стали для удовлетворения спроса со стороны России и Китая.

Табл 2. Добыча хромовой руды в России и Казахстане, млн.т

Страна	1990	1994	2000	2001	2002	2003
Россия, всего	0,19	0,15	0,098	0,102	0,08	0,131
В том числе:
открытый	0,004	0,011	0,001	0,004	0,003	0,017
подземный	0,18	0,14	0,097	0,098	0,077	0,114
Казахстан, всего	3,8	2,4	3,21	2,85	3,11	3,32
В том числе:
открытый	2,5	2,00	1,34	1,03	0,87	1,01
подземный		0,39	1,87	1,82	2,24	2,31

Производство углеродистого феррохрома

Из всех легирующих элементов в сталях наибольшее применение находит хром. Для легирования стали хромом в нашей стране производят 17 марок феррохрома. Эти сплавы в основном отличаются по содержанию углерода, которое изменяется от 0,01 до 9%. Углеродистый феррохром производят четырех марок: ФХ650, ФХ800, ФХ850 и ФХ900, которые содержат более 65% Сг и соответственно углерода менее 6,5; 8; 8,5 и 9%. Они содержат до 2% Si, до 0,05% Р и до 0,06% S.

Для выплавки углеродистого феррохрома применяют хромовые руды в основном Донского месторождения (Казахстан), которые содержат 30-58% СггО3, остальное FeO, MgO, AlaO3, SiOz.8 связи с истошением богатых руд в последние годы используют бедные (с содержанием до 30% Сг2О3) руды, подвергая их обогащению и иногда агломерации. К рудам и концентратам предъявляют следующие требования: содержание СггО3 не менее 47%; отношение Cr3O3/FeO не менее 3,0, такое соотношение обеспечивает получение сплава с содержанием хрома более 60%; содержание SiO2 не более 7-9%. Высокое содержание СггО3 и низкое содержание SiO2 позволяют уменьшить количество шлака и потерь хрома со шлаком, снизить расход электроэнергии. Иногда в шихту добавляют шлак производства среднеуглеродистого феррохрома, содержащий 27-32 Сг2О3 и иногда оборотные отходы сплава.

В качестве флюса применяют кварцит, необходимый для получения требуемых свойств и состава (27-32% SiO2) шлака.

В качестве восстановителя применяют отсортированный коксик размером 10-25 мм, содержащий не более 0,5% S и не более 0,04% Р.  В состав хромовой руды входят оксиды железа, они вносят в сплав требуемое количество железа. Углеродистый феррохром выплавляют непрерывным процессом в открытых и закрытых печах с магнезитовой футеровкой мощностью до 40 MB * А и более при рабочем напряжении 140-250В.

Шихту, содержащую хромовую руду, коксик и кварцит рассчитывают, исходя из того, что восстанавливаются и переходят в сплав 92% хрома и 95% железа и так, чтобы шлак содержал,%: SiO: 27-32, MgO 30-34, А1гО3 26-30, СггО3 < 8. Такой шлак имеет высокую температуру плавления (расплавляется при ~1650°С), что необходимо для достаточного нагрева сплава. Примерная пропорция между составляющими шихты: хромовой руды 700кг, коксика 160-170 кг, кварцита до 250 кг (иногда оборотных отходов сплава до 180кг). Хромовую руду (или ее часть) берут тугоплавкую, трудновосстановимую (содержащую магнохромит MgO * Сг2О3, восстанавливающийся углеродом при 1546 °С) и плохо растворимую в шлаке, что обеспечивает формирование над расплавом феррохрома так называемого "рудного слоя", необходимого для окисления избыточных углерода и кремния в образующемся феррохроме. Шихту загружают равномерно по поверхности колошника. Процесс плавки характеризуется следующим строением ванны по высоте: слой твердой шихты с проходящими здесь процессами твердофазного восстановления, зона плавления пустой породы и восстанавливающегося металла со слоем жидкого шлака внизу (у конца электродов), "рудный слой", слой жидкого сплава. Газовых полостей под электродами нет.

Восстановление хрома протекает по следующим реакциям:

1/3Сr2О3 + С = 2/ЗСr+ СО – 270100 Дж;

1/3Сr2О3 + 9/7С = 2/21Сr7Сэ + СО – 250200 Дж.

Температура начала восстановления по первой реакции равна 1240 °С, по второй 1130 °С; сопоставление этих температур и тепловых эффектов показывает, что термодинамически легче идет восстановления с образованием карбида хрома Сг7С3, и эта реакция наиболее вероятна. Из оксидов железа руды углеродом легко восстанавливается железо, причем этот процесс опережает восстановление хрома; железо, растворяясь в карбиде хрома, облегчает восстановление последнего. Процессы восстановления протекают в основном в твердой фазе, начиная с 1100-1200°С, и с возрастающей скоростью в более горячих зонах. Основная часть хрома оказывается восстановленной при 1400-1600°С, при этих температурах идет восстановление кремния. Б связи с образованием карбидов хрома формирующийся сплав содержит до 8-12% С. При температурах ~1550°С происходит плавление восстановленного металла с образованием феррохрома, капли которого стекают вниз; при температурах ~1650°С начинают расплавляться невосстановленные оксиды с образованием жидкого шлака. Благодаря тому, что хромовая руда тугоплавка, трудновосстановима и плохо растворима в шлаке, на границе раздела шлак - жидкий феррохром формируется "рудный слой" - вязкий слой шлакового расплава с множеством кусочков руды.

Во время прохождения капель сплава через "рудный слой" происходит частичное окисление углерода и кремния сплава за счет реагирования с кислородом оксидов руды (например, Сr7С3 + Сг2О3 = 9Сr + ЗСО) с одновременным восстановлением хрома из рудного слоя. В результате этого снижается содержание углерода и кремния в сплаве (например, в сплаве ФХ650 получается менее 6,5% С и менее 2% Si). Содержащийся в руде фосфор восстанавливается и переходит в сплав; основная часть серы кокса переходит в сплав, часть ее улетучивается. Количество шлака равно 0,8 - 1,3 т/т шлака. Сплав и шлак выпускают через одну летку одновременно три-четыре раза в смену в футерованный ковш или в стальной ковш со шлаковым гарнисажем от предыдущего выпуска, избыток шлака из ковша перетекает в чугунные шлаковни. Сплав разливают в чугунные изложницы (толщина слитка должка быть менее 200 мм для удобства дробления) или в чушки на разливочных машинах конвейерного типа. Расход материалов и электроэнергии при выплавке 1 т углеродистого феррохрома: хромовой руды (50% Сr2Оэ) 1900, хромового шлака (30% Сr2О3) 100, коксика 450, кварцита 40 кг, электроэнергии 3300-3400 кВт * ч.

В 2004 г. в России по сравнению с 2003 г. объем выпуска феррохрома вырос на 28%, до 400 тыс. т. Три предприятия в стране производят феррохром. Крупнейшим является Челябинский электрометаллургический комбинат (ОАО ЧЭМК) с производственной мощностью 250-310 тыс. т феррохрома в год. Второе и третье места занимают Серовский завод ферросплавов (СЗФ) и Ключевской завод ферросплавов (КЗФ). В табл. 3 указаны объемы производства феррохрома по каждому предприятию. Следует отметить, что Ключевской завод ферросплавов является крупнейшим в России производителем металлического хрома, объем выпуска которого включен в общую статистику производства феррохрома. Около трех четвертей от объемов феррохрома этого завода, указанных в табл.3, приходится на металлический хром. Три российских производителя феррохрома предприятия входят в состав трех разных корпораций.

Табл 3. Производство феррохрома в России, тыс. т

Предприятие	2000	2001	2002	2003	2004
Челябинский электрометаллургический комбинат	132 600	107 400	127 000	194 300	246 000
Серовский завод ферросплавов	120 600	95 000	85 400	111 400	146 000
Ключевской завод ферросплавов	11 870	9 090	7 800	9 200	12 400
Итого	265 070	211 490	220 200	314 900	404 400

ОАО ЧЭМК входит в состав Урало-Сибирской горно-металлургической компании, которая была образована летом 2003 г. В состав этой компании также входят ОАО «Кузнецкий ферросплавный завод», ОАО «Конгор-Хром», Юргинский абразивный завод, Антоновское рудоуправление. ЧЭМК является крупнейшим производителем ферросплавов в России и вместе с Кузнецким ферросплавным заводом контролирует более 80% внутреннего рынка ферросплавов. В течение 2004 г. наблюдалось снижение спроса на марганцевые сплавы и рост спроса на хромистые сплавы, а именно – высокоуглеродистый феррохром. Такая тенденция развития рыночной ситуации привела к необходимости переориентировать производственные мощности ОАО ЧЭМК на производство феррохрома и развития Харповского месторождения хромовой руды (Рай-Из). В течение 2005 г. планируется реконструкция печей первого блока цеха ?7 и их перевод на выплавку высокоуглеродистого феррохрома; в цехе ?8 строительство печи ?51 для выплавки высокоуглеродистого феррохрома. Челябинский электрометаллургический комбинат к 2007г  намерен увеличить производство со 120 тыс.т до 300-350 тыс.т.

ОАО «Серовский завод ферросплавов» находится в составе транснациональной корпорации «Кермас». В эту корпорацию входят также ОАО «Сарановская шахта «Рудная», заводЗАО «Русский хром 1915», фирма EWW, контролирующая три рудника хромитов в Турции и выпускающая низкоуглеродистый феррохром, и компания Samancor Chrome (ЮАР), добывающая хромиты в Южной Африке. В настоящее на предприятия группы «Кермас» приходится более 20% общемирового производства высокоуглеродистого феррохрома, более 40% низко- и среднеуглеродистого феррохрома. Корпорация «Кермас» контролирует более 50% мировых запасов хромовой руды. Ассортимент продукции «Кермас» приведен в табл. 4. 

Табл. 4 Химический состав продукции корпорации «Кермас»

Продукция	Производительность, тыс. т в год	Cr, %	C, %	Si, %	S, %
Серовский ферросплавный завод
Высокоуглеродистый FeCr		>60	7-9	1,5	<0,05
Средне и низкоуглеродистый FeCr	100	>65	0,03-2,0	1,5	следы
EWW
Низкоуглеродистый FeCr	38	65-82	0,015-0,5	1,5	0,01
Samancor Chrome
Чардж-хром	1000	50-55	6-8	3-6	0,050
Среднеуглеродистый FeCr	70	52-58	1,5-4,0	0,5	0,025
Низкоуглеродистый FeCr	45	58-68	0,02-0,10	1-0	0,02

В феврале 2003 г. руководство группы «Кермас» продало половину акций ЗАО «Русского хрома 1915» итальянской компании Stoppani Group. Итальянцы, которым под давлением властей пришлось закрыть вредное производство в курортном городе Коголето, стали совладельцами хромового завода полного цикла в России и перевезли в Первоуральск, где находится завод «Русский хром 1915» часть демонтированного оборудования. Владельцы «Кермас» получили доступ к сбытовой сети Stoppani Group в странах Латинской Америки: Аргентине, Бразилии и Уругвае. В ближайшее время производство феррохрома в корпорации «Кермас» будет увеличено на 200 тыс. т, поскольку на одном из заводов установлены система трубчатой печи предварительного восстановления хромовой руды и печь постоянного тока для производства феррохрома.

Ключевской завод ферросплавов входит в объединение «Русский хром», созданное в конце 2004 г. В состав объединения вошли все предприятия и компании связанные деятельностью с Ключевским заводом ферросплавов. Задачей создания объединения является достижение более эффективных методов организации и управления компаниями, концентрация усилий на достижение главной цели: укрепить лидирующую позицию завода как крупнейшего в мире производителя металлического хрома. На заводе производят алюмотермический металлический хром, который отличается от мировых аналогов своей чистотой низким содержанием примесей, и специальные виды феррохрома. Конкурентом КЗФ является ОАО «Новотроицкий завод хромовых соединений», который выпускает алюмотермический металлический хром (производительность 2 тыс. т в год), бихромат натрия, фосфат хрома, пигментную и металлургическую окись хрома.

Российская компания «Полема», входящая в «Тулачермет», является единственным российским производителем электролитического металлического хрома. Мощность компании по выпуску электролитического хрома составляет 700-800 т в год. «Полема» предлагает высокосортный электролитический хром с минимальными содержаниями 99,95% Cr (марка ERX-1), 99,9% Cr (ERX-2) и 99,4% Cr (EX), а также порошки с минимальными содержаниями 98,8% Cr и 98,2% Cr (марки PXE-1 и PXE-2, соответственно). Качество российского низко- и среднеуглеродистого феррохрома не уступает, а зачастую и превосходит качество продукции конкурентов. Поскольку количественно конкурентоспособность определяется себестоимостью, то было рассмотрено распределение затрат в стоимости российского феррохрома (табл. 5). Этот расчет выполнен специалистами корпорации «Кермас». Затраты на руду и электроэнергию пересчитаны с учетом использования передельных сплавов (феррохрома и силикохрома).

Табл 5. Структура себестоимости российского феррохрома, %

Вид затрат	Высокоуглеродистый феррохром	Среднеуглеродистый феррохром	Низкоуглеродистый феррохром
Хромовая руда	51	30	30
Электроэнергия	20	10	8
Углеродистые восстановители	17	-	-
Силиконовые восстановители	-	41	44
Прочие, включая постоянные издержки	12	19	18

Рис. 2. Экспертная оценка рыночных возможностей стран-производителей феррохрома


Заключение

Рыночные возможности конкурентов на рынке низко- и среднеуглеродистого феррохрома в 2003 г. и 2005-2006 гг. (рис. 2) были проанализированы специалистами корпорации «Кермас» методом экспертных оценок. Сопоставление уровней этих оценок показывает, что к 2005-2006 гг. экспертные оценки российских производителей существенно улучшатся и приблизятся к экспертным оценкам конкурентов. Для улучшения положения российских производителей феррохрома необходимо, прежде всего, развивать сырьевую базу для обеспечения поставок руды не по рыночной цене, а по себестоимости. Наиболее благоприятна ситуация с сырьем у Серовского завода ферросплавов. ЧЭМК активно занимается разработкой месторождений Полярного Урала. Также важно обеспечение электроэнергией, возможно строительство собственных источников энергоснабжения. Дополнительным источником сырья может послужить содержимое шлаковых отвалов. В отвалах Серовского завода ферросплавов находятся около 8 млн. т шлаков с содержанием феррохрома 4-6%. В настоящее время рассматриваются различные инвестиционные проекты для увеличения возврата металла из шлаков.
 Используемая литература

1. Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия - М.: Академкнига, 2002

2. Поволоцкий Д.Я., Рощин В.Е., Мальков Н.В. Электрометаллургия стали и ферросплавов. М.: Металлургия, 1995

3. Севрюков Н. Н, Кузьмин Б.А., Челищев Е.В. Общая металлургия. - М.: Металлургия, 1976

4. Тарасов А.В., Уткин Н.И. Общая металлургия. Учебник для вузов. - М.: Металлургия, 1997