Силикотермический способ получения ферросплавов

Ферросплавы: способы получения, сфера применения и плюсы

Ферросплавы – сплавы железа с другими включениями. Обычно применяются для раскисления и легирования стали. Применяются в разных областях металлургии. Часто в разных проектах инженеры указывают, какой именно сплав им нужен. От свойств металла зависит дальнейшая работа с материалом, его конечные характеристики. Сегодня ферросплавы используются для создания предметов, отличающихся коррозионностойкими, жаропрочными и прочими характеристиками.

Способы получения ферросплавов

Для формирования таких соединений используются три метода:

• углевосстановительный;
• силикотермический;
• алюминотермический.

Первый способ актуален при изготовлении ферромарганца, соединений с добавлением кремния и хрома. Он популярен за счет своей небольшой стоимости. Термические способы предполагают использование ферроосплавных печей. С их помощью металл соединяют с цирконием, бором и тугоплавкими металлами.

Для выплавки высоколегированных сталей применяются материалы с небольшим содержанием углерода. Для этогочасто берется безуглеродистый феррохром, металлический хром и марганец, составы с ванадием, титаном и другими металлами.

Сфера применения

В черной металлургической промышленности ферросплавы позволяют получать более 2,5 тыс. марок разных сталей. Улучшенные виды актуальны для сфер:

• горной,
• химической,
• строительной,
• оборонной и в прочих.

Такое производство позволяет получить легированные стали с измененной функциональностью. Примером может послужить немагнитный или инструментальный материал. Подобные соединения являются источниками химических элементов в процессах нанесения защитных металлических покрытий. Они применяются для получения чистых веществ в качестве восстановителей.

К плюсам таких материалов относится:

• приемлемая стоимость по сравнению с чистым материалом;
• широкая сфера применения;
• уменьшение температуры плавления главного вещества.

Благодаря последнему появляется возможность производить выплавку сталей при более низких температурах.

Современный рынок не отличается узким разбросом цен. Это связано с большим ассортиментом ведущих элементов в соединениях и политикой заводов-производителя. От них и зависит конечная стоимость. Наиболее дорогие ферросплавы на базе тугоплавких металлов. Все выпускаемые в России виды соответствуют ГОСТ, имеют необходимые разрешительные документы.

Источник

Способы производства ферросплавов

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.

Источник

Что такое ферросплавы и где применяются

Для улучшения качественных показателей металла в современной металлургии ископаемое сырьё дополняют искусственно синтезированными продуктами. При литье чугуна или выплавке стали в список базовых компонентов обязательно входят ферросплавы.

Что такое ферросплавы?

Ферросплавы — это категория искусственно созданных соединений на основе железа, применяемых для легирования стали. Современные технологии позволяют синтезировать более сотни разновидностей ферросплавов, в составе которых в различных комбинациях включают до 25 химических элементов.

В перечень входят:

• легкие металлы (бор, алюминий, магний, барий, стронций, титан, кальций);
• тяжелые металлы (марганец, кобальт, хром, никель);
• редкоземельные металлы (тантал, молибден, вольфрам, ванадий);
• неметаллические элементы (фосфор, кремний);
• азот.

Данные компоненты востребованы в современной металлургической промышленности, поскольку значительно удешевляют технологию производства конечной продукции. Кроме того, использование этих добавок упрощает процесс легирования стали благодаря низкой температуре их плавления.

Говоря о том, как выглядит ферросплав, необходимо отметить, что размер фракции зависит от вида и назначения конечной продукции. Это может быть и сырье в виде чушек, отдельных кусков или сыпучего материала.

Сырьё для производства

Для производства синтетических соединений применяется руда, имеющая в своем составе определенный набор химических элементов.

Ферросилиций, феррохром, ферромарганец получают из руды, отличающейся повышенным содержанием именно этих элементов. На основе обогащенного концентрата производят ферровольфрам, ферромолибден, ферротитан, феррованадий.

При производстве ферросплавов используют технологию восстановления оксидов базовых элементов с использованием железа или окислов. В процессе синтеза формируется раствор железа с базовым элементом. При этом активность восстановленного металла снижается, железо блокирует окислительную реакцию, упрощая восстановительные процессы.

Рабочая температура плавления подобного соединения обычно ниже, чем той, что необходима для плавления базового компонента. Эта особенность дает возможность снизить температуру рабочей среды при выполнении технологических процессов восстановления. В случае, когда сырьё не содержит железа, то для синтеза ферросплава в шихту добавляют руду или лом железа.

Производство ферросплавов

В основе производства ферросплавов лежит химическая реакция восстановления. Это напрямую влияет на требования, которым должны отвечать применяемые реагенты:

• железо или его окислы, препятствующие обратному окислению;
• восстановитель, более совместимый с кислородом с химической точки зрения, чем извлекаемый элемент.

Современные технологии предполагают три пути производства легирующих синтетических соединений на основе железа:

• углевосстановительный;
• силикотермический;
• алюминотермический метод.

Первый способ применяют для изготовления соединений с марганцем, хромом и кремнием. Реакция эндотермического типа относится к наиболее дешевым технологиям. Рабочий процесс выполняют с постоянным подводом тепла, вырабатываемого электрическими дугами. К отличительным особенностям данной технологии относят непрерывный процесс подачи шихты, использование трансформаторов мощностью от 10 до 115 МВхА. Конечный продукт периодически выгружают из печи.

Термические способы производства ферроматериалов также предполагают применение ферросплавных печей с трансформаторами мощностью до 7 МВхА. Такая технология применяется для производства низкоуглеродистых ферросплавов (безуглеродистого феррохрома, металлического марганца и хрома, ферросплавов с титаном, ванадием, бором, цирконием, вольфрамом и другими элементами).

Альтернативный метод изготовления ферросплавов требует использования футерованных горнов. Рабочая температура в них должна быть достаточно для расплавления шлака и металла.

Классификация ферросплавов

В основе промышленной классификации ферросплавов лежит востребованность их в металлургии и, соответственно, объем производства. Виды ферросплавов подразделяют на большие и малые основные группы.

В «большую» группу входят продукты массового использования:

• кремнистые (в том числе и все виды ферросилиция);
• все виды ферромарганца (независимо от % углерода);
• хромистые (в том числе и очень сложные соединения).

«Малая» группа отличается узкой специализацией применения. В перечень таких компонентов входят:

• продукты с содержанием ванадия, вольфрама и молибдена;
• ферротитан;
• феррокобальт;
• феррониобий и сложные сочетания на его основе;
• ферроникель;
• соединения железа с бором в любых вариациях;
• сплавы с редкоземельными металлами и алюминием;
• комбинации со щелочноземельными металлами;
• очень сложные комплексные продукты.

Как маркируются

Ферроматериалы маркируют достаточно простым методом. «Ф» в начале символизирует принадлежность продукта к ферросплавам. Следующий символ указывает на основной элемент в составе синтетического материала, основа сплава, определяющая его наименование и основные свойства. Число в маркировке характеризует массовую долю основного элемента в составе искусственного компонента. Последующие символы означают присутствие в составе дополнительных веществ.

К примеру, ФМо60 служит маркировкой для ферромолибдена с содержанием основного компонента не ниже 60%.

Следует отметить, что число в маркировке обозначает приблизительное содержание ведущего элемента. Ферросплав на основе кремния с меткой ФС45 имеет в составе от 41 до 47% базового элемента.

Дополнительно в маркировке может содержаться информация, указывающая на:

• транспортный код;
• степень опасности;
• шифр определенной продукции.

Код транспортировки регламентирован ГОСТ 14192-77. Степень опасности у ферросплавов независимо от типа установлена в рамках третьей группы, в которую входят умеренно-опасные вещества. Предельная концентрация их в воздухе должна быть менее 10 мг на кубический метр. На этот показатель заметно влияет размер фракции. Чушки при транспортировке не представляют угрозы, а ферросилиций с фракцией менее 3,2 мм входит в категорию опасных грузов.

Учитывая разнообразие ферросплавных соединений, существует огромное количество их марок.

Применение ферросплавов

Основная ферросплавная составляющая определяет свойства и технические характеристики синтетического продукта. На основе степени восстановления этого базового элемента разрабатывается технология производства, и определяется ее эффективность.

Базовый элемент ферросплавов напрямую определяет их химические и физические свойства. В первую очередь это влияет на рабочую температуру плавления. Именно этот показатель служит базовым в использовании ферросплавов для легирования или раскисления конечной продукции металлургии.

• Легирование улучшает эксплуатационные свойства стали благодаря введению в ее состав дополнительных металлов (молибдена, вольфрама).
• Процедура раскисления необходима для повышения механических свойств выплавляемых материалов за счет удаления из их состава кислорода.

Кроме металлургии феррометалл применяют в качестве источника базовых элементов при нанесении защитных металлических покрытий. Примером, для чего нужны ферросплавы, служит изготовление сварочных электродов, производство пленочных нагревателей.

В сферу применения входит и обогащение железной руды, а также получение химически чистых веществ, необходимых в некоторых отраслях производства.

Азотированные ферросплавы

Основное их назначение заключается в легировании стали молекулами азота. Использование азотированных компонентов на основе хрома стимулирует растворение азота в расплаве.

Для выпуска высоколегированных марок стали, быстрорежущей и нержавеющей стали используют феррованадий и компоненты на основе марганца.

Ферросилиций необходим для производства марок стали, легированных кремнием, а также электротехнической стали.

В нашей стране именно азотированные компоненты предназначены для различных отраслей металлургии и машиностроения.

Компоненты на основе марганца

Ферромарганец позволяет удалить кислород и связать молекулы серы, что заметно улучшает износостойкость конечного материала. Подобная составляющая необходима для марок особой стали, устойчивой к ударным нагрузкам. Они идут на изготовление рабочих органов камнедробилок, шаровых мельниц, землеройных установок.

При производстве некоторых марок чугуна ферромарганец позволяет увеличить электросопротивление материала без реакции на изменение температуры рабочей среды. Примером применения конечного материала служат реостаты.

Кремнистые ферросплавы

Данные компоненты предназначены для различных целей:

• в качестве легирующей добавки при выплавке трансформаторных марок стали;
• как раскислитель при производстве чугуна;
• в качестве сырья при изготовлении различных очищенных марок кремния, органических материалов на его основе.

Кремний активно применяется в различных технологических процессах при производстве различных электронных приборов, микросхем, цемента, стекла, силикатной керамики, различных силиконов и силиконового масла.

Хромистые соединения

Обязательным компонентом шихты при выплавке нержавеющей и высоколегированной стали служит феррохром. Его используют и создания износостойких и эстетичных хромированных покрытий.

Сплавы, имеющие хром в своем составе, предназначены для космической сферы и авиастроения.

Ферровольфрам

Ферросплав вольфрама и железа предназначен для легирования специальных жаропрочных, магнитных, особых марок конструкционной стали. Такая добавка позволяет увеличить твердость и прочность материала даже в условиях высоких рабочих температур, повысить максимальный показатель текучести материала, интенсивность намагничивания.

Ферроникель

Никель входит в список основных элементов, положительно влияющих на эксплуатационные свойства стали. Она становится более вязкой, пластичной и устойчивой к механическому воздействию. Применение ферроникеля необходимо для выпуска кислотостойких, жаропрочных, устойчивых к коррозии сталей и сплавов.

С экономической точки зрения внесение ферроникеля заметно выгоднее, чем использование чистого металла.

Преимущества и недостатки

Применение синтезированных компонентов при в металлургическом производстве обладает рядом плюсов и минусов. К достоинствам технологии необходимо отнести:

• низкую стоимость на фоне цены на чистые металлы;
• снижение рабочей температуры плавления в печах при производстве стали.

Использование ферросплавов в качестве компонента при литье чугуна и выплавке стали позволяет снизить себестоимость конечной продукции, упростить технологические процессы за счет снижения температуры плавления рабочей массы.

К недостаткам этих компонентов в первую очередь относят низкое содержание в составе легирующих элементов. Кроме того в составе добавок имеется немало сторонних примесей, способных отрицательно повлиять на свойства конечного продукта (марганец, углероды, фосфор).

Стоимость ферросплавов

В условиях современного рынка нет точного ответа на вопрос о стоимости ферросплавов, поскольку на политику ценообразования влияет большое количество факторов.

Учитывая сложный состав некоторых синтезированных компонентов, а также большой ассортимент используемых материалов разброс цен получается немалым. При выяснении стоимости следует уточнить марку конкретного компонента. Кроме марки на стоимость влияет объем сырья в партии.

Стоимость килограмма ферросплавов колеблется в большом диапазоне от 18 до 1600 рублей. В категорию самых дорогих входят соединения на базе тугоплавких компонентов.

Источник