Ферросплавы для чего используются
Ферросплавы
Кратко определяя, что такое ферросплавы и их применение, можно сказать – это категория соединений на основе или с присутствием железа, преимущественно используемых под легирование стали. Существует две причины востребованности подобных сплавов. Во-первых, технологически, легирование ферросплавами обходится дешевле, чем применение чистых металлов. Во-вторых, получаемые сплавы железа характеризуются более низкими температурами плавления, что упрощает процесс легирования стали. Ферросплавы (англ. – ferroalloys) очень востребованы в мировой металлургии.
Производство ферросплавов
Сырьевая база этого технологического процесса представляет собой разнообразные руды или концентраты. В частности, руда востребована в производстве следующих групп соединений:
Причина тому – высокий процент окислов элемента, подлежащего восстановлению в составе руд. Напротив, металлургия ферросплавов железа и тугоплавких металлов использует в качестве сырья рудные концентраты. Это связано с низкой концентрацией полезных элементов. Чтобы повысить эффективность, руду предварительно обогащают, получая из нее концентрат требуемого окисла.
Как видно, в основе производства ферросплавов лежит реакция восстановления. Это задает определенные требования по выбору реагентов:
Второе условие обусловлено способностью железа, понижать активность элементов, в частности препятствовать их окислению.
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.
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:
Современные технологии предполагают три пути производства легирующих синтетических соединений на основе железа:
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:
«Малая» группа отличается узкой специализацией применения. В перечень таких компонентов входят:
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:
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.
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:
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:
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.
Ферросплавы
Как правило, стоимость металла в виде ферросплава ниже, чем стоимость его в чистом виде. Это связано, в частности, с тем, что руда обычно содержит — в том или ином виде — железо, при переработке переходящее в сплав вместе с основным компонентом, и технологическая схема получения ферросплава оказывается одним из самых коротких и дешёвых путей переработки сырья. В то же время для получения чистого сплава в технологию приходится вводить дополнительные этапы, усложняющие процесс и увеличивающие затраты. При этом получение железистого металла может быть либо полностью исключено либо являться одним из промежуточных этапов, когда получаемый передельный ферросплав перерабатывается на чистый металл.
При восстановительной плавке железо, растворяя основной элемент, снижает его активность, понижает температуру плавления сплава.
При легировании и раскислении стали и сплавов использование легирующего элемента в виде ферросплава повышает его усвоение расплавом, снижает угар.
По объёму производства разделяют так называемые «большие» и «малые» ферросплавы.
хромистые ферросплавыМалые ферросплавы:
* сплавы щёлочноземельных металлов
* ферротитан и титансодержащие сплавы
* ферробор, ферроборал и лигатуры с бором
* сплавы с алюминием
* сплавы с редкоземельными металлами
ферроникель и феррокобальт.Так, например, мировое производство феррохрома в 1989 году составляло (из расчёта на сплав с 60 % хрома) 3,450 млн тонн.
Мировое производство ферроникеля в 2001 году составило 954 тыс. тонн.
Связанные понятия
5 %), кремний (до 8 %), сера (до 0,05 %), фосфор (до 0,05 %). Получают при восстановлении достаточно богатых (с высоким содержанием оксида хрома и высоким отношением оксид хрома/оксид железа) хромитовых руд (или концентратов) углеродистым восстановителем (обычно кокс). Большая часть феррохрома в мире производится в Южной Африке, Казахстане (корпорация «Казхром» группы ENRC.
ФЕРРОСПЛАВЫ
Ферросплавы – сплавы железа с другими элементами, применяемые для раскисления и легирования железоуглеродистых сплавов. К ферросплавам условно относят также некоторые сплавы, содержащие Fe лишь в виде примесей (например, силикоалюминий, силикокальций). Ферросплавы получают плавкой руды или рудного концентрата в ферросплавных печах. Сортамент ферросплавов весьма разнообразен. Важнейшие из ферросплавов: ферросилиций, ГОСТ 17260-80.
Полезное
Смотреть что такое «ФЕРРОСПЛАВЫ» в других словарях:
Ферросплавы — Ферросплавы сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.), применяемые главным образом для раскисления и легирования стали (напр., феррохром, ферросилиций). К ферросплавам условно относят также некоторые сплавы, содержащие… … Википедия
ФЕРРОСПЛАВЫ — сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.), применяемые главным образом для раскисления и легирования стали (напр., феррохром, ферросилиций). К ферросплавам условно относят также некоторые сплавы, содержащие железо лишь в виде… … Большой Энциклопедический словарь
ФЕРРОСПЛАВЫ — ФЕРРОСПЛАВЫ, соединения кремния, марганца, хрома, молибдена, ванадия, титана и некоторых других элементов, которые добавляют в расплавленную сталь, чтобы сделать ее прочной и способной сопротивляться коррозии. Каждому отдельному ферросплаву дают… … Научно-технический энциклопедический словарь
ФЕРРОСПЛАВЫ — сплавы железа с хромом, марганцем, никелем, вольфрамом, молибденом, кремнием, ранадием и т. п. Содержание последних иногда доходит до 90 %. Ф. готовятся из смеси железной и специальной руды, главным образом в электрических печах. Применяются в… … Морской словарь
ФЕРРОСПЛАВЫ — сплавы железа с кремнием (ферросилиций), хромом (феррохром), марганцем (ферромарганец), вольфрамом (ферровольфрам), титаном (ферротитан) и др. элементами, применяемые для раскисления и легирования железоуглеродистых сплавов. К Ф. условно относят… … Большая политехническая энциклопедия
Ферросплавы — [ferroalloys] сплавы железа с одним или несколькими элементами, полученные преимущественно первичным извлечением металлов из руд, концентратов, технически чистых оксидов и предназначенные главным образом для легирования и раскисления стали,… … Энциклопедический словарь по металлургии
ферросплавы — полупродукты металлургического производства – сплавы железа с ванадием, кремнием, марганцем, хромом и другими элементами. Используются при выплавке стали для раскисления и легирования жидкого металла, связывания вредных примесей, придания металлу … Энциклопедия техники
ферросплавы — сплавы железа с другими элементами (Cr, Si, Mn, Ti и др.), применяемые главным образом для раскисления и легирования стали (например, феррохром, ферросилиций). К ферросплавам условно относят также некоторые сплавы, содержащие железо лишь в виде… … Энциклопедический словарь
Ферросплавы — полупродукты металлургического производства – сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом и др. элементами, используемые при выплавке стали (для раскисления и легирования жидкого металла, связывания вредных примесей, придания металлу… … Большая советская энциклопедия
ФЕРРОСПЛАВЫ — см. Железа сплавы … Химическая энциклопедия
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:
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:
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:
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.