Надо Знать

добавить знаний



Электрометаллургия



План:


Введение

Электрометаллургия - область металлургии, охватывающая промышленные способы получения металлов и сплавов с помощью электрического тока. В электрометаллургии применяются электротермические и электрохимические процессы. Электротермические процессы используются для извлечения металлов из руд и концентратов, производства и рафинирования черных и цветных металлов и сплавов на их основе (Электротермия). В этих процессах электрическая энергия является источником технологического тепла. Электрохимические процессы распространены в производстве черных и цветных металлов на основе электролиза водных растворов и расплавленных сред ( Электрохимия). Здесь за счет электрической энергии осуществляются окислительно-восстановительные реакции на границах раздела фаз при прохождении тока через электролиты. Особое место в этих процессах занимает Гальванотехника, в основе которой лежат электрохимические процессы осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий.

Электротермические процессы охватывают плавку стали в дуговых и индукционных печах (см. Электросталеплавильное производство), спецэлектрометаллургия, рудовосстановительных плавку, включающая производство ферросплавов и штейнов, выплавку чугуна в шахтных электропечах, получение никеля, олова и других металлов.

Электросталеплавильный процесс наиболее активно развивается в США, где за 40 лет (1965-2005 гг) он увеличился более чем в 5 раз: с 10 до 55%. В Японии и Германии данный процесс развивался не так интенсивно и в наше время [ Когда? ] йо-го доля в этих странах составляет около 25 и 30% соответственно. Очень интенсивно развивается электросталеплавильный процесс в Юго-ной Кореи (с 30 до 45%), а в России и Китае он в последние годы практически не развивается: его доля составляет около 15%. Доля электростали в Украине самая низкая, и, несмотря на некоторый подъем в 2005-2007 гг, составляет 10%.


1. Электродуговая плавка

Электросталь, предназначенная для дальнейшего передела, выплавляется главным образом в дуговых печах с основной футеровкой. Важные преимущества этих печей перед другими сталеплавильными агрегатами (возможность нагрева металла до высоких температур за счет электрической дуги, восстановительная атмосфера в печи, меньше чад легирующих элементов, высокоосновные шлаки, обеспечивающих существенное снижение содержания серы) обусловили их использования для производства легированных высококачественных сталей - коррозионностойких, инструментальных (в том числе быстрорежущих), конструкционных, электротехнических, жаропрочных и т.д., а также сплавов на никелевой основе. Мировая тенденция развития плавки электродуги - увеличение емкости единичного агрегата до 200-400 т, удельной мощности трансформатора до 500-600 и более КВА / т, специализация агрегатов (в одних - только расплавления, в других - рафинирования и легирования), высокий уровень автоматизации и применения ЭВМ для программного управления плавкой. В печах повышенной мощности экономически целесообразно плавить не только легированную, но и рядовой углеродистую сталь. В развитых странах доля углеродистой стали от общего объема электростали, выплавляемой в электропечах, составляет 50% и более. В СССР в электропечах выплавлялось ~ 80% легированного металла.

Для выплавки специальных сталей и сплавов получают распространение плазменно-дуговые печи с основным керамическим тиглем (емкостью до 30 т), оборудованы плазмотронами постоянного и переменного тока ( Плазменная металлургия). Дуговые электропечи с кислой футеровкой используют для плавки металла, предназначенного для стального литья. Кислый процесс в целом более высокопроизводительный, чем основной, через кратковременность плавки благодаря меньшей продолжительности окислительного и восстановительного периодов. Кислая сталь дешевле основную вследствие меньшего расхода электроэнергии, электродов, лучшую стойкость футеровки, меньший расход раскислителей и возможности осуществления кремниевидновного процесса. Дуговые печи емкостью до 100 т широко применяются для плавки чугуна в чугунолитейных цехах.


2. Индукционная плавка

Плавка стали в индукционной печи, осуществляемая в основном методом переплавки, сводится, как правило, до расплавления шихты, раскисления металла и выпуска. Это обусловливает высокие требования к шихтовых материалов по содержанию вредных примесей ( P, S). Выбор тигля (основной или кислый) определяется свойствами металла. Чтобы кремнезем футеровки не восстанавливался в процессе плавки, стали и сплавы с повышенным содержанием Mn, Ti, Al выплавляют в основном тигле. Существенный недостаток индукционной плавки - холодные шлаки, которые нагреваются только от металла. В ряде конструкций этот недостаток устраняется путем плазменного нагрева поверхности металл-шлак, что позволяет также значительно ускорить расплавление шихты. В вакуумных индукционных печах выплавляют чистые металлы, стали и сплавы ответственного назначения (Вакуумная плавка). Емкость существующих печей от нескольких кг до десятков т. вакуумной индукционной плавку интенсифицируют продувкой инертными ( Ar, НЕ) и активными ( C O, C H 4) газами, электромагнитным перемешиванием металла в тигле, продувкой металла шлакообразующих порошками.


3. Спецэлектрометаллургия

Спецэлектрометаллургия охватывает новые процессы плавки и рафинирования металлов и сплавов, получивших развитие в 50-60-20 в. для удовлетворения потребностей современной техники (космической, реактивной, атомной, химического машиностроения и др..) в конструкционных материалах с высокими механическими свойствами, жаропрочностью, коррозионной стойкостью и т. д. спецэлектрометаллургия включает вакуумную дуговую плавку (Дуговая вакуумная печь), электроннолучевую плавку, электрошлаковой переплавку и плазменно-дуговую плавку. Этими методами переплавляют стали и сплавы ответственного назначения, тугоплавкие металлы - вольфрам, молибден, ниобий и их сплавы, высокореакционных металлы - титан, ванадий, цирконий, сплавы на их основе и др.. Вакуумная дуговая плавка была предложена в 1905 В. фон Больтоном ( Германия) в промышленных масштабах этот метод впервые использован для плавки титана В. Кролл ( США) в 1940. Метод электрошлакового переплава разработан в 1952 -53 в Институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. Для получения сталей и сплавов на никелевой основе особо ответственного назначения применяют различные варианты дуплекс-процессов, важнейший из которых - сочетание вакуумной индукционной плавки и вакуумно-дугового переплава. Особое место в спецэлектрометаллургии занимает вакуумная гарнисажна плавка, в которой источниками тепла служат электрическая дуга, электронный луч, плазма. В этих печах, применяемых для высокоактивных и тугоплавких металлов (W, Мо и другие и сплавы на их основе), порция жидкого металла в водоохлаждаемых тигле с гарнисажа используется для получения слитков и фасонных отливок.


4. Рудовосстановительных плавка

Рудовосстановительных плавка включает производство ферросплавов, продуктов цветной металлургии - медных и никелевых штейнов, свинца, цинка, титановых шлаков и др.. Процесс заключается в восстановлении природных руд и концентратов углеродом, кремнием и другими восстановителями при высоких температурах, создаются главным образом за счет мощной электрической дуги (руднотермических печь). Восстановительные процессы обычно являются непрерывными. По мере проплавления подготовленную шихту загружают в ванну, а получаемые продукты периодически выпускают из электропечи. Мощность таких печей достигает 100 МВА. В некоторых странах ( Швеция, Норвегия, Япония, Италия и др.) на основе рудовосстановительных плавки производится чугун в електродоменних печах или электродуговых бесшахтних печах.


5. Электрохимические процессы получения металлов

Г. Дэви в 1807 впервые применил электролиз для получения натрия и калия.

В конце 1970-х гг методом электролиза получают более 50 металлов, в частности медь, никель, алюминий, магний, калий, кальций и др.. Различают 2 типа электролитических процессов. Первый связан с катодным осаждением металлов из растворов, полученных методами гидрометаллургии, - выщелачиванием руд и концентратов, в этом случае восстановлению (отложению) на катоде металла из раствора соответствует реакция электрохимического окисления аниона на нерастворимом аноде.

Второй тип процессов связан с электролитическим рафинированием металла с его сплава, из которого изготавливается растворимый анод. На первой стадии в результате электролитического растворения анода металл переводится в раствор, на второй - он осаждается на катоде. Последовательность растворения металлов на аноде и осаждения на катоде определяется рядом напряжения. Однако в реальных условиях потенциалы выделения металлов существенно зависят от величины перенапряжения водорода на соответствующем металле. В промышленных масштабах рафинируют цинк, марганец, никель, железо и другие металлы; алюминий, магний, калий и др.. получают электролизом расплавленных солей при 700-1000 ? С. Последний способ связан с большим расходом электроэнергии (15-20 тыс. кВт ? ч / т) по сравнению с электролизом водных растворов (до 10 тыс. кВт ? ч / т).



См.. также

Литература


код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам