 |
|
|
Архитектура Астрономия Аудит Биология Ботаника Бухгалтерский учёт Войное дело Генетика География Геология Дизайн Искусство История Кино Кулинария Культура Литература Математика Медицина Металлургия Мифология Музыка Психология Религия Спорт Строительство Техника Транспорт Туризм Усадьба Физика Фотография Химия Экология Электричество Электроника Энергетика |
СПОСОБИ ОТРИМАННЯ ФЕРОСПЛАВІВ
На сучасному етапі розвитку феросплавного виробництва використовують чотири основних способи отримання феросплавів: доменний, електролітичний, електро- та металотермічний. Останнім часом усе частіше застосовують способи отримання якісних феросплавів вакуумуванням у твердому й рідкому станах, рафінуванням вуглецевих сплавів продувкою у кисневих конверторах і змішуванням рідких розплавів. Доменний процес. Перші феросплави на основі мангану, хрому і силіцію було отримано в доменних печах. Марки феросплавів, які виплавляють у доменних печах, обмежуються сплавами, що не потребують високих температур. У доменній печі можна виплавляти так званий «бідний», або доменний, феросиліцій (9—15 % Sі), дзеркальний чавун (10—25 % Мn), ферофосфор (до 15 % Р), високовуглецевий фероманган. Виплавлені в доменних печах феросплави насичені вуглецем і мають підвищений вміст фосфору й сірки, що пояснюється великими витратами коксу для отримання сплавів. Обсяг виробництва доменних феросплавів неухильно скорочується. Нині в Україні у доменних печах виплавляють лише високовуглецевий фероманган і невелику кількість дзеркального чавуну. Електротермічний процес проводять в електроенергетичних установках, де електрична енергія перетворюється на теплову, що використовується для нагрівання, плавлення, відновлення і рафінування. Електротермічні способи ґрунтуються на використанні теплоти, що виділяється в дугових електричних печах під час проходження електричного струму через газовий проміжок і шихтові матеріали, які мають високий електричний опір. Процеси характеризуються можливістю отримання високих температур в ділянці горіння електричних дуг, хімічною нейтральністю джерела теплоти, можливістю здійснення процесів із будь-яким складом газової фази та у вакуумі, а також легко й швидко змінювати потужність установки та повністю автоматизувати її роботу. Більшість феросплавів, зокрема великої групи феросплавів, виплавляють саме електротермічним способом. При цьому зазвичай застосовують закриті та герметичні феросплавні печі великої потужності. Металотермічний процес ґрунтується на використанні теплоти хімічних реакцій відновлення оксидів алюмінієм, силіцієм, іноді — кальцієм, магнієм і натрієм. Металотермічні способи виробництва феросплавів, сплавів, лігатур і технічно чистих металів залежно від типу відновників, які використовують, поділяють на алюміно-, силіко-, кальціє- і натрієтермічні. У виробництві феросплавів найчастіше застосовують алюміно- і силікотермічні способи. Як відновники для отримання феросплавів одночасно використовують силіцій і алюміній. Феросплави, cплави і метали, отримані металотермічним способом, характеризуються низьким вмістом вуглецю та інших домішок. При цьому можна отримувати комплексні сплави із низьким вмістом заліза на основі хрому, титану, нікелю та інших металів. Металотермічні способи не потребують великих капітальних витрат на будівництво цехів і установок. Крім того, досягають високого (96—98 %) вилучення ведучих елементів. Електролітичний процес ґрунтується на електролізі водних розчинів або розплавлених солей. Застосовують цей спосіб для отримання особливо чистих металів. Під час електролізу на аноді відбувається реакція окиснення, а на катоді — відновлення:
У процесі перебігу електролітичного процесу витрачається велика кількість електроенергії. Класифікація феросплавних процесів враховує ще кілька істотних параметрів. Безперервні процеси характеризуються безперервним завантаженням шихти в рудовідновну електропіч із закритим колошником i періодичним або безперервним випусканням феросплаву і шлаку (за аналогією з доменним процесом отримання чавуну). Термін «закритий колошник», тобто закритий верхній горизонт печі, означає, що рівень шихти в печі весь час підтримується постійним, а дзеркало металу зверху закрите шихтою (не плутати з терміном «закрита піч», тобто наявністю у конструкції печі склепіння). Електроди постійно занурені в шихту. За безперервних процесів використовують печі великої електричної потужності (16,5—100 МВ × А), а як відновник — вуглецеві матеріали. Періодичні процеси проводять з використанням певної кількості шихтових матеріалів, призначених лише для однієї плавки. Завантажена у піч однією чи кількома порціями шихта повністю під час плавки проплавляється з відновленням оксидів ведучих елементів. Метал і шлак випускають періодично, але найчастіше продукти плавки випускають одночасно. Флюсові й безфлюсові процеси. Флюсовий спосіб здебільшого застосовують за періодичного процесу плавки. При цьому процес відновлення оксидів ведучих елементів можна подати у вигляді таких реакцій:
Флюс (СаО, МgО) додають у шихту з метою зменшення активності За безфлюсового процесу флюс у шихту не подають, що забезпечує зниження питомої витрати електроенергії та підвищення продуктивності електропечі. При цьому ведучого елемента в метал вилучається набагато менше, а концентрація його в шлаці підвищується, тобто кінцевими продуктами плавки є метал і переробний шлак. Шлакові й безшлакові процеси. Електротермічні процеси поділяють на безшлакові та шлакові. Всі флюсові процеси є шлаковими. Віднесення безфлюсових процесів до шлакових або безшлакових залежить від того, чи використовують для зливання шлаку окремий технологічний посуд (шлакові чаші). Відносну кількість шлаку під час виробництва феросплавів визначають або у відсотках від маси металу, або за кратністю шлаку як відношення маси шлаку до маси металу. Кількість шлаку за безшлакових процесів становить 1,5—8 %, а кратність — 0,015—0,08, тоді як для шлакових процесів ці показники становить 100—350 %. Слід зазначити, що як для шлакових, так і для безшлакових процесів шлак має надзвичайно велике значення. Хімічний склад шлаків феросплавного виробництва значно відрізняється від їхнього складу за доменного та сталеплавильного виробництва насамперед тим, що крім традиційних компонентів (FеО, СаО, Температура плавлення шлаку — одна з найважливіших характеристик технології виплавки феросплавів. На рух шихтових матеріалів у печі впливають ще два температурних параметри — температура плавлення шихтових матеріалів та температура відновлювального процесу. Оптимальними вважають умови, якщо всі три зазначені температурні параметри між собою близькі. Оснóвність. Важливим показником шлаку є його основність, тобто співвідношення в ньому оснόвних і кислих оксидів:
Поиск по сайту: |
(на катоді); (4.1)
(на аноді). (4.2)
(4.3)
(4.4)
(4.5)
і 
При цьому реакція зміщується в напрямі відновлення оксидів ведучих елементів.
МgО, 
СаF2, МnS, СаS) залежно від марок феросплавів, які виплавляють, вони містять у великій кількості оксиди, карбіди і сульфіди цирконію, ванадію, хрому, вольфраму, силіцію, титану та інших елементів.
або 
Оснóвність шлаку впливає на температуру його плавлення, електропровідність розплаву, можливість проведення тих чи інших відновних та/або рафінувальних процесів. Шлаки з оснόвністю більше ніж 1,0 вважають оснόвними, відповідно шлаки з оснόвністю менше ніж 1,0 шлаками кислими.