Produção de Ferrocrómio via Forno de Arco Submerso

Visão Geral dos Métodos de Fusão de Ferroligas

A fusão de ferroligas engloba várias técnicas, incluindo o método de redução eletrotérmica (notavelmente, a produção de ferrocrómio em forno de arco submerso), a redução termal de metais e a eletrólise. A escolha do método depende da variedade de ferroliga desejada e das especificações de qualidade. Os métodos chave incluem a redução carbotérmica (utilizando altos-fornos), a redução eletrotérmica (fornos de arco submerso para ferrocrómio), a redução termal de metais e a eletrólise. Adicionalmente, produtos de ferroligas com alto teor de carbono e alto teor de silício podem passar por refinamento adicional através de processos como a redução termal eletro-silício, a descarburação por sopro de oxigénio e a descarburação em estado sólido a vácuo, transformando-os em produtos de ferroligas com teor médio e baixo de carbono.

Fusão em Alto-Forno

O principal aparelho para a fusão em alto-forno é o próprio alto-forno, onde o processo de fusão de ferroligas espelha o da produção de ferro-gusa, conhecido como método de redução carbotérmica. Os produtos deste método incluem ferromanganês, ferro espelho (ferromanganês com menos de 30% de manganês), ferrossilício de baixo silício (contendo 10% a 15% de silício) e ferroníquel.

Fusão em Forno de Arco Submerso para Produção de Ferrocrómio

A maioria dos produtos de ferroligas, como ferrossilício, ferromanganês com carbono, liga de silício-manganês, ferrocrómio com carbono, níquel-ferro, liga de silício-crómio e liga de silício-cálcio, são produzidos usando fornos de arco submerso, especialmente para ferrocrómio.

Num forno de arco submerso, o minério é combinado com coque ou outro agente redutor carbonáceo, e a fusão é alcançada através de aquecimento elétrico. Durante a operação, os eletrodos são enterrados na carga, gerando calor de arco entre a ponta do eletrodo e o fundo do forno ou camada de coque, bem como calor de resistência da corrente que passa pela carga e escória.

Dado que elementos como manganês e crómio formam facilmente carbonetos, a fusão de ferromanganês e ferrocrómio geralmente produz produtos de ferroligas com alto teor de carbono. Por outro lado, produtos como liga de silício-manganês, liga de silício-crómio e liga de silício-cálcio geralmente têm menor teor de carbono devido à influência do silício. Como a eletricidade serve como principal fonte de calor e o carbono como principal agente redutor na fusão em forno de arco submerso, este método também é referido como método eletrotérmico ou eletro-carbotérmico.

Em operações padrão de forno de arco submerso, as fusões de ferroligas e a escória são periodicamente descarregadas através de orifícios de sangria e saídas de escória. Ferroligas com pontos de fusão excepcionalmente altos, como ferrotungsténio, são produzidas usando métodos de extração de ferro ou aglomeração.

O forno de arco submerso é a pedra angular da fusão eletrotérmica de ferroligas, muitas vezes enterrando profundamente seus eletrodos na carga, daí seu nome. Os parâmetros do forno, divididos em equipamentos e parâmetros característicos de fusão, influenciam significativamente os indicadores técnicos e econômicos da produção de ferroligas.

No processo de fusão da produção de ferrocrómio usando um forno de arco submerso, a utilização de um agente redutor carbonáceo segue dois princípios:

1. Alocação Química de Carbono: Refere-se à quantidade de carbono necessária para completar a redução do minério.
2. Correspondência Física de Carbono: Envolve o projeto do processo para abordar o impacto do agente redutor no comportamento condutivo e na permeabilidade da carga, considerando fatores como a resistividade, o tamanho das partículas e a relação de tamanho do minério e do agente redutor.

Processos de Refinação

A refinação de ferroligas brutas, inicialmente fundidas em fornos de arco submerso ou altos-fornos, envolve vários processos chave:

1. Método de Oxigénio em Conversor: Utilizando um conversor com vários métodos de fornecimento de oxigénio (sopragem superior, inferior, lateral e composta superior-inferior), este processo envolve a mistura de liga de ferro com alto teor de carbono líquido com oxigénio puro, refrigerante e materiais formadores de escória. O oxigénio de alta pressão é soprado para o conversor para facilitar a descarburação através de reações de oxidação, produzindo ferrocrómio e ferromanganês com teor médio e baixo de carbono intermitentemente.

2. Produção de Ferrocrómio em Forno de Arco Submerso - Método Shake the Bag: Este processo de refinação por redução termal eletro-silício envolve a fusão de ligas-mãe de silício-manganês ou silício-crómio com teor médio e baixo de carbono em um forno de arco submerso, depois refinação com minério de manganês ou crómio em um forno elétrico de refinação e saco agitador, adicionando fluxo de cal para dessiliconização.

3. Método de Descarburação em Estado Sólido a Vácuo: Ligas de ferro sólidas com alto teor de carbono são moídas em pó, misturadas com um oxidante e submetidas à descarburação a vácuo após mistura, prensagem e secagem, produzindo produtos de liga de ferro micro-carbono, usados principalmente para preparar ferrocrómio com baixo teor de carbono.

4. Método de Troca de Calor: Também conhecido como método Perrin, inventado por R. Perrin, esta técnica de dessiliconização e refinação envolve a mistura de metal líquido com escória líquida, usado principalmente para refinação de ferrocrómio.

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