Виды ферросплавных процессов.

Химическое сродство элементов к кислороду.

 

Условия осуществления химических реакций и направление ее протекания определяется изменением энергии Гиббса:

∆ G⁰₂₉₈ = ∆ H⁰₂₉₈ - T∆ S⁰₂₉₈

где ∆ H⁰₂₉₈ – изменение энтальпии реакции, кдж/моль;

T – температура, К;

∆ S⁰₂₉₈ - изменение энтропии реакции, кдж/(к * моль)

При изменении температуры в небольшом интервале значения ∆ H⁰_Т и ∆ S⁰_Т колеблются незначительно и для практических расчетов их считают постоянными. Тепловой эффект реакции (процесса) при необходимой температуре определяется по выражению:

 

Т₂

∆ H⁰_Т2 = ∆ H⁰_Т1 + ∫ ∆С_р dT

Т₁

 

для ∆ H⁰_Т2 при заданной температуре Т₂ необходимо знать значение ∆ H⁰_Т1 при какой другой Т₁(например стандартной 298К) и зависимость теплоемкостей всех участвующих в реакции веществ от температуры в интервале между Т₂ и Т_1.

Зависимость ∆ S⁰_Т2 от температуры может рассчитана:

 

Т₂

∆ S⁰_Т2 = ∆ S⁰_Т1 + ∫ ∆С_р dT

Т₁ T

 

Значения ∆ H⁰₂₉₈ и ∆ S⁰₂₉₈ элементов и соединений (для элементов ∆ H⁰₂₉₈ = 0) приводится в таблицах стандартных величин, что позволяет выполнить необходимые расчеты. Для большинства соединений значения ∆ G⁰_Т в определенном интервале температур или при данной температуре приводится в таблице. В качестве Т₁ принимают значение 298К (стандартное состояние). Химическое сродство элемента к кислороду характеризуется изменением энергии Гиббса для реакции:

 

x Ме + у/2 О₂ = Ме_х О_у; К_р = а _МехОу / (а^х_Ме Р^у/2_О2)

 

Технология получения ферробора

Бор можно восстановить из оксидов углеродом, кремнием, алюминием. С углеродом бор образует стойкие карбиды. В случае углеродотермического восстановления полученные сплавы будут содержать высокое количество углерода (12 – 23% В, 2% С)

 

2/3В₂О₃ + 2С = 4/3В + 2СО

2/3В₂О₃ + 7/3С = 1/3В₄С + 2СО

 

Температура начала восстановления 1751 и 1702ºС. Этот процесс в виду своих недостатков не получил широкого распространения.

При восстановлении кремнием:

 

2/3В₂О₃ + 2Si = 4/3В + SiО₂

 

Возможно получение сплава с высоким содержанием кремния и всего 2 – 4% бора.

Наибольшую термодинамическую возможность имеет реакция восстановления В₂О₃ алюминием:

 

2/3В₂О₃ + 4/3Аl = 4/3В + 2/3Al₂О₃

 

При получении ферробора восстановление облегчается вследствии образования борида железа:

 

В₂О₃ + 2Al + 2Fe = 2FeВ + Al₂О₃

При восстановлении В₂О₃ образуется 3,38 МДж/1 кг борного ангидрида. Оптимальное значение удельной теплоты при выплавке ферробора из боритовых руд должно составлять 5,75 МДж/кг шихты, поэтому ферробор выплавляют внепечным способом с использованием значительного количества термитных добавок или в электропечи.

Для производства ферробора важное значение имеют минералы:

кернит NaB₄O₇·2H₂O;

колеманит Ca₂B₃O₁₁·5H₂O;

бура Na₂B₄O₇·10Н₂О.

 

Виды ферросплавных процессов.

Классификация сплавов получение ферросплавов по виду используемого агрегата.

В настоящие время существуют 4 основныхспособов производства ферросплавов: 1) электротермический; 2) металлотермический; 3) доменный; 4) электролитический

Электротермический способ – осуществляется в энергетических установках, которая позволяет преобразовать электрическую энергию в тепловую для восстановления, плавления, нагрева металлов и сплавов и рафинирования их. Область применения продуктов: 1) электрометаллургия ферросплавов; 2)электрометаллургия стали; 3) получение карбидов (Si; B; Ca и др.); 4) электроплавка оксидов (белый электрокорунд; кварцевый песок, плавленый магнезит и т.д.) 5) возгонка и конденсация (фосфора, сероуглерода CS и т.д.) 6)синтез и крекинг веществ в газовой фазе с помощью электрического разряда (озон; оксиды азота и др.)

Металлотермический способ основан на использовании тепла химических реакций восстановления оксидов алюминием, кремнием, кальцием (алюминотермия, силикотермия, кальциетермия).

Ферросплавы, сплавы и металлы выплавленные металлотермическим способом характеризуются низким содержанием железа на основе Cr; Fe; Ni и др. металлов. Металлотермическим методом получают: внепечная плавка на блок, плавка с выпуском шлака и металла и т.д. Способ позволяет использовать отвальные шлаки в огнеупорной, сталеплавильной, строительной отраслях промышленности.

Электролитический способ основан на электролизе водных растворов или растворенных солей и используются для получения особо чистых металлов.

Доменный процесс – получают ферросплавы (Mn; Si; Cr) с высоким содержанием углерода (FeMn; FeCr; FeSi и др.)

Выплавка в доменных печах ферросплавы насыщены углеродом из-за высокого расхода кокса, они были загрязнены серой и фосфором. Объем производства этим методом сокращается. Так например производство FeSi в доменных печах прекращено.

 

 

24.Технология Ферромолибдена.

 

В СССР производство FeMo было освоена на ЧЭМК в 1937 году. FeMo химический состав которого удовлетворяет требованиям ГОСТ 4759-79 получают внепечным силикотермическим способом используют в качестве восстановителя FeSi. Для обеспечения самопроизвольного протекания процесса без подвода энергии из вне термичность должна составлять 2000-2100 кДж/кг шихты. Требуемая термичность обеспечивает добавлением в шихту определенного количества алюминия до (55-57 кг) на 1 т. FeMо. Вместо алюминия можно использовать SiAl (38-40 %Si, 60-62 %Al или FeSiAl). Плавку ведут в плавильной шахте представляющей собой футерованную шамотным кирпичем цилиндрическую обечайку. Установленный на песочное основание футерованный цилиндр образует плавильную ванну или шахту. На шахту устанавливают свод с отверстием для отвода газа по следующей его очистке и улавливается молибдено содержащая пыль. Нижней части имеется отверстие (летка) для выпуска шлака. Установка свода уменьшает на 50% потери тепла лучеиспусканием поверхностью расплава. Состав шихты примерно следующий: 100 кг, концентрата 30 кг FeSi (ФС 75), 20 кг железной руды 23 кг. стальной стружки, 2 кг плавикового шпата, 4,5 кг. алюминиевого порошка, 5 кг извести. Размер шахты рассчитывают с учетом возможного проплавления за одну плавку до 50 колош. После загрузки и уплотнения шихты поджигают запальную смесь и плавка протекает с верхним запалом шихты. Температура процесса должна быть в пределах 1850-1950 ⁰С оптимальная скорость проплавления шихты 10-12 гр/см² мин. Поскольку одним из основных продуктов реакции восстановления оксидов молибдена является кремнезем, шлак плавки ферромолибдена кислый и вязкий. Для его разжижения в шихту присаживают плавиковый шпат. Шлак FeMo содержит: 0,06-0,15% Mo, 5,9-8,5% FeO, 67-71% SiO₂, 6-8% CaO, 9,2-12% Al₂O_3, 0,7-1,7% MgO. Снижение вязкости обеспечивает лучшие условия для осаждения корольков металла, что повышает полезное извлечение молибдена. С этой целью после окончания восстановительных процессов плавку выдерживают в шахте в течении 40-50 мин. Затем шлак выпускают через летку. Он стекает по желобу в бассейн для грануляции. Гранулированный шлак используют в строительстве. FeMo после выпуска шлака остывает в виде блока в течении 7-8 часов с последующем охлаждении в баке с водой (4ч). В процессе дробления блока получают товарные куски FeMo массой до 5кг. и отходы которые переплавляют в дуговой печи мощностью 2,5 МВА.

 

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: