Ферросплавы

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:

  • ферросилиций;
  • феррохром;
  • ферромарганец.

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:

  1. Восстановителем должен быть элемент, характеризующийся более высокой химической совместимостью с кислородом (способностью образовывать оксиды), чем извлекаемое вещество.
  2. Протекание реакции с присутствием железа, его окислов.

 Второе условие обусловлено способностью железа, понижать активность элементов, в частности препятствовать их окислению.

Современная технология производства ферросплавов

Производство ферросплавов

К настоящему времени, существует три восстановительные методики получения легирующих соединений на основе железа. Сюда относятся:

  1. Углевосстановительный способ.
  2. Силикотермическая обработка.
  3. Алюминотермическая технология.

Первый вариант применяется в производстве ферромарганца, а также сплавов железа с кремнием и хромом. Считается наиболее дешевой технологией, а сама восстановительная реакция относится к типу эндотермичных. Как результат, процесс проходит с постоянным подводом тепла, генерируемого электрическими дугами. Отличительные особенности углевосстановительной методики: непрерывная подача шихты и работа трансформаторов в интервале мощностей 10 – 115 МВхА. Продукт плавки при этом выпускается из печи периодически.

Термические способы производства ферросплавов также проходят внутри ферросплавных печей. Однако требуемые мощности трансформаторов при этих процессов существенно ниже – до 7 МВхА. Таким способом производятся низкоуглеродистые ферросплавы. В частности ферромарганец соединения лигатуры с тугоплавкими металлами, цирконием, бором.

Ферросплавы – свойства и типы соединений

Рассматривая характеристики соединений, где ведущим элементом выступает железо, необходимо остановиться на их классификации. Существует две основные группы, которые образуют ферросплавы – виды большие и малые.

В первый класс массового применения входят соединения:

  • кремнистые, включая все разновидности ферросилиция;
  • марганцевые, независимо от содержания углерода, металлический, азотированный и силико-марганец;
  • хромистые, включая лигатуры сложных композиций с участием Cr.

На фото феррохром ФХ025

К специализированной группе относятся:

  • ферро- вольфрам, молибден и ванадий;
  • соединения с щелочноземельными металлами, а также ряд комплексных составов Fe-Si-Mg-Ca, Si-B-Fe и прочие;
  • феррониобий и сложные системы на его основе;
  • ферротитан;
  • ферробор, ферроборал, прочие лигатуры с В;
  • сплавы с алюминием, редкоземельными металлами;
  • феррокобальт;
  • ферроникель.

Ферротитан дробленный марки ФТИ-70

Важную роль для ферросплавов, свойств соединений играет основный компонент состава, именуемый как ведущий элемент. На основе степени его восстановления вырабатывается технология производства соединения, ее эффективность.

На физико-химические свойства, характеризующие ферросплавы, состав, точнее ведущий элемент, также играет определяющую роль. В частности, важным оказывается строение электронных оболочек, модификация конфигурации которых приводит к изменению температуры плавления. Эта характеристика особенно важна, определяя назначение ферросплавов,  как легирующих и раскисляющих соединений в ряде отраслей:

  • изготовление сварочных электродов;
  • модификация свойств чугуна, стали;
  • производство получение ряда химических соединений, используемых при обогащении полезных ископаемых.

Производство электродов

Альтернативно, для чего нужны ферросплавы – так это получение элементов высокой степени чистоты. Тут железосодержащие соединения используются как восстановители. Отдельным классом выступает продукция с внедрением азота.

Азотированные ферросплавы

Предназначение соединений – обеспечение легирования стали молекулами N. Как пример можно привести применение азотированного феррохрома при получении нержавеющей высокохромистой стали. Следует добавить, что применение азотированных ферросплавов в литейном производстве на базе хрома, регулярно увеличивается. Причина тому – повышение растворимости азота в металле, именно, благодаря присутствию Cr. Таким образом, азотированные ферросплавы обеспечивают максимальное усваивание сталью, содержащегося в них N.

Наряду с феррохромом существует ряд других соединений, используемых в металлургии:

  1. Азотированный ферросплав марганца и феррованадий применяется в производстве высокопрочной стали, нержавейки, а также быстрорежущих марок.
  2. Ферросилиций востребован под изготовление любых видов стальной продукции, легированной кремнием. Наиболее эффективна лигатура для выплавки электротехнической стали.

Что касается отечественного рынка азотированных соединений, то производство ферросплавов в России дополнительно ориентировано на такие отрасли:

  • изготовление сварочных и наплавочных электродов;
  • нанесение износостойких покрытий;
  • выпуск пленочных нагревателей;
  • получение катализаторов, прочих химических веществ.

Цех производства электродов

При этом, на азотсодержащие ферросплавы стоимость существенно не разнится от стандартных аналогов. Политика ценообразования на соединения требует отдельного рассмотрения.

Маркировка ферросплавов

Присвоение кода продукции строится по простому принципу и содержит три группы буквенно-цифровых обозначений:

  1. Ф – ведущая литера, обозначающая принадлежность к ферросплавам.
  2. Базовый элемент. Вторая часть кода указывает на основное соединение, например для ферросилиция это С, ферромолибдена Мо, феррониобия Нб и так далее.
  3. Процентное содержание ведущего элемента.

Относительно последнего пункта необходимо добавить, что цифры на маркировке не указывают точное содержание базового элемента. Например, марка ФС45 характеризуется концентрацией кремния на уровне 41 – 47%.

Дополнительно, существующий на ферросплавы ГОСТ 26590-85, регламентирует, чтобы маркировка соединения содержала следующее пункты:

  • транспортный код;
  • знаки опасности;
  • собственно шифр продукции.

Первый пункт должен соответствовать требованиям ГОСТ 14192-77. Относительно безвредности соединения, следует отметить, что ферросплавы по классу опасности относятся к третьей группе соответственно ГОСТ 12.1.007-76. Это умеренно-опасные вещества, предельная концентрация которых в воздухе должна не превышать 10 мг на кубометр.

Дополнительным критерием опасности выступает размер частиц. Например, ферросилиций фракции менее 3,2 мм относят к опасным грузам, сопровождая маркировкой 4323. Более крупные частицы от 3,2 до 315 мм, а также чушки соединения, напротив не обладает опасностью при транспортировании.

Если говорить о ГОСТах на ферросплавы, то их существует огромное количество, посмотреть их Вы можете здесь.

Перечислять все марки ферросплавов тоже не имеет смысла, в рамках этой статьи, т.к. их существует огромное множество, у каждого ферросплава десятки маркировок.