2 Ферроқорытпалар сапасына қойылатын негізгі талаптар

Ферроқорытпалар сапасы жетекші элементтің мөлшерімен және оның ауытқу шектерімен, регламенттелетін ілеспелі қоспалар (С, S, Р, түсті металдар, N, Н, О және т.б.) концентрациясымен, гранулометриялық құрамымен, тығыздылығымен, кесектер және құймалар беттерінің күйімен, балқу температурасымен, бейметалл кірінділер мен қож сеппелерінің мөлшерімен сипатталады.

Ферроқорытпалар сапасының негізгі көрсеткіші болып оның химиялык құрамы, алдымен жетекші элементтің мөлшері саналады. Сонымен қатар, бір партияға біріктірілетін бөлек балқытулар ферроқорытпалардағы легірлеуші элемент мөлшерінің тұрақтылығы да өте маңызды.

Гранулометриялық құрам – ферроқорытпалар сапасының маңызды сипаттамасы, өйткені оның дұрыс таңдалуы сұйық болат құрамына еңгізу барысында оның балқуының жеделдетуін және легірлеуші элементтің болатқа өту деңгейінің жоғары болуын қамтамасыз етеді. Сондықтан тұтынушылар талаптары бойынша ферроқорытпалар берілген гранулометриялық кұраммен (әдетте 10-50 мм) өндіріледі.

Сонымен қатар, ферроқорытпалардың механикалық қасиеттерінің де маңызы зор, өйткені берілген гранулометриялық құрамдағы қорытпаларды алу үшін уату құрылғыларының таңдалуы осы қасиеттерге байланысты жүргізіледі.

3 Қолданылатын тотықсыздандырғыштар түріне байланысты ферроқорыту үрдістерінің жіктелуі

Ферроқорыту үрдістерін жіктеудің бұл белгісі – негізгі болып саналады, өйткені тотықсыздандырғыш түрінен тек әр-түрлі ферроқорытпалар технологияларының мәнін анықтайтын физика-химиялық үрдістер ғана емес, сонымен қатар үрдісті жүргізудің практикалық әдістері, қолданылатын пеш агрегаттарының түрі, алынатын қорытпаның химиялық құрамы мен қолдану облысы да тәуелді. Осы белгіге байланысты ферроқорытпаларды өңдіру үрдістері көміртегітермиялық, силикотермиялық және алюминотермиялық болып жіктеледі.

Көміртегітермиялық үрдістер. Көміртегітермиялық үрдістерде оксидтердің тотықсыздандырғышы ретінде қатты көміртегі қолданылады. Тотықсыздану реакциялары жалпы түрде төмендегідей болуы мүмкін:

2/у Ме_хО_у+ 2 С = 2 х/у Ме + 2СО +ΔН₁,

2/у Ме_хО_у + (2 + 2 х/z) С = 2 х/уz Ме_zС_у + 2 СО + ΔН₂

Көміртегітермиялық үрдістін артықшылықтарына келесі факторларды жатқызуға болады:

1) басты ерекшелігі тотықсыздану өнімдері бірінің көміртегі монооксидінің болуы. Көміртегі монооксидінің пеш ваннасынан бөлініп кетуі реакцияның қайтымсыздығын қамтамасыз етеді;

2) жоғары температурада барлық элементтер оксидтерден көміртегімен тотықсыздануы мүмкін, өйткені температура жоғарылаған сайын көміртегінің оттегіге химиялық ынтықтығы арта түседі;

3) көміртегінің құны төмен, сонымен қатар сапасы әр-түрлі көміртекті материалдар қолданылуы мүмкін.

Көміртегінің тотықсыздандырғыш ретіндегі кемшліктеріне келесі факторлар жатады:

1) оксидтердің тотықсыздануы кезінде элементтердің карбидтері түзіледі, сондықтан кремнийдің концентрациясы төмен болғанда қорытпалар құрамында көміртегі мөлшері жоғары болады;

2) оксидтердің көміртегімен тотықсыздану реакциялары жылудың көп мөлшерінің сіңірілуімен жүреді, сондықтан жоғары қуатты электрдоғалы пештердің қолданылуын қажет етеді.

Көміртегітермиялық үрдістермен негізінен үлкен топтағы қорытпалар өндіріледі.

Силикотермиялық үрдістер. Металдардың оксидтерден силикотермиялық тотықсыздануы келесі реакция бойынша жүреді:

2/у Ме_хО_у + Sі= 2 х/у Ме + SіО₂ – ΔН_Si

Оксидтердің кремниймен тотықсыздануын кешенді қайта өнделетін ферроқорытпалар көмегімен жүргізеді. Силикотермиялық үрдістерде кремнийлі тотықсыздандырғыш ретінде силикомарганец, ферросилиций, ферросилихром және т.б. қолданылады, ал олар алдын-ала кремнийді кремнеземнен және де хром мен марганецті олардың оксидтерінен көміртегімен тотықсыздандыру арқылы алынады. Сонымен, төмен көміртекті ферроқорытпалар өндірісінің технологиялық сұлбасына қайта өнделетін қорытпаларды (ферросиликомарганец және ферросиликохром) балқыту сатысы кіреді. Кейбір ферроқорытпалар (FeW, FeМо, FeV және т.б.) өндірісінің силикотермиялық үрдістерінде тотықсыздандырғыш ретінде ФС75 немесе ФС65 маркалы ферросилиций қолданылады. Оксидтердің кремниймен тотықсыздануы нәтижесінде қож кремнеземмен байытылады. SіО₂ активтігін азайтпай жетекші элементтің жоғары тотықсыздану дәрежесіне қол жеткізу мүмкін емес, сондықтан балқытуды әкті қолданып қождамалы әдіспен жүргізу қажет.

Кремний тотықсыздандырғыш ретінде кремнийге қарағанда оттегіге химиялық ынтықтығы жоғары элементтер оксидтерін тотықсыздандырғанда да қолданылуы мүмкін. Бұл кезде жетекші элементтің қанағаттанарлық түсіміне шикіқұрамға кремнийдің артық мөлшерін қосу арқылы қол жеткізіледі. Алынған өнім кремнийдің жоғары концентрациясына ие болады, мысалы, силикотермиялық силикокальций және т.б.

Оттегі жоғары химиялық ынтықтылыққа ие кремний Сr₂О₃, МnО, МоО₃, WО₃, V₂О₅ және т.б. оксидтерден элементтерді тотықсыздандыру үшін қолданылуы мүмкін. Оксидтердің кремниймен тотықсыздануы жылу бөлінуімен жүреді. Бұл жылу мөлшері силикотермиялық үрдісті пештен тыс жүргізуге жеткіліксіз, сондықтан қуаттылығы салыстырмалы төмен (2,5-7,0 МВA) электрпештер қолданылады.

Кремний тотықсыздандырғыш ретінде келесі кемшіліктерге ие:

1) кремнеземнің түзілуі салдарынан қож мөлшері артады. Бұл кезде SіО₂ белсенділігі көбееді, жетекші элементтің төменгі оксидтерінің берік силикаттары түзіледі. Тотықсызданудың әрі қарай жүруі қожға (шикіқұрамға) негізгі оксидтерді еңгізгенде ғана мүмкін;

2) ферроқорытпаларды балқыту температурасында кремний металдармен идеалды ерітінділер қасиеттерінен теріс ауытқуларына ие ерітінділер түзеді, бұл Me-Si байланысының беріктігін дәлелдейді және кремний концентрациясы төмен қорытпалар алынуын қиындатады;

3) силикотермиялық үрдісті жүргізу нәтижесінде негізділігі СаО/SіО₂ екіге тең және құрамында қос кальций силикаты Са₂SiO₄ (ларнит) бар қождар түзіледі. Мұндай қождардың сууы барысында 675°С температурада β-Са₂SiO₄ → γ-Са₂SiO₄ түрленуі орын алады. Мұндай түрлену барысында силикаттар көлемі 11%-ға ұлғаяды. Нәтижесінде түзілген қождар ұнтақталып, шаңға айналады. Ал ұсақ қождар келешекте халық шаруашылығында қолданыс таппай, қож үйінділерінде жинақталады да, үлкен экологиялық апатқа әкеліп соқтырады.

Алюминотермиялық үрдістер. Металдардың оксидтерден алюминотермиялық тотықсыздануы келесі реакция бойынша

2/у Ме_х О_у + 4/3 А1 = 2 х/у Ме + 2/3 А1₂О₃ – ΔН_Аl

едәуір жылу бөлінуімен жүреді. Алюминотермиялық процестің негізгі ерекшеліктері: тотықсыздану реакциясының жүруі нәтижесінде едәуір мөлшерде жылу бөлінуі және үрдістерді пештен тыс электр энергиясының жеткізуінсіз жүргізу мүмкіндігі. Бұл кезде температуралары кристалдану температурасынан жоғары қож бен металл алынуын, металл және қож фазаларын жақсы бөлінуін, үрдістің жоғары жылдамдығын қамтамасыз ететін жоғары температураларға (2400-2800 К) қол жеткізіледі.

Алюминотермиялық үрдістерде металдарды оксидтерден тотықсыздандыру үшін жылудың қосымша мөлшерінің жеткізілуі, яғни электр пештерінің қолданылуы қажет болмайды. Тек ерекше берік оксидтерді тотықсыздандырғанда (мысалы, ферросиликоцирконий) балқытуды доғалы электр пештерде жүргізеді. Алюминотермиялық үрдістің өздігінен (қыздыру үшін жылуды жеткізусіз) жүру мүмкіндігі алюминотермиялық тотықсыздануының жылу эффектісі, шикіқұрам мен балқыту өнімдерінің жылу сыйымдылығы мен жылу өткізгіштігі, қоршаған ортамен жылу алмасудың қарқындылығы, металл және қож түзілу жылуы және т.б. сияқты факторлармен анықталады. Алюминотермиялық балқытудың сырттан жылу жеткізуінсіз іске асыру мүмкіндігінің негізгі шарты – тотықсызданудың жылу эффектісінің Q_экз реакция өнімдерін қыздыруға, балқытуға және балқыманы металл және қож фазаларының жеткілікті бөлінуін қамтамасыз ететін температураға дейін қыздыруға қажет жылу мөлшері Q_бал мен балқыту үрдісіндегі жылу жоғалымдарының орның толтыруға қажет Q_жоғ жылу мөлшерінен артық болуы: Q_экз > Q_бал + Q_жоғ.

Алюминотермиялық үрдістердің артықшылықтары:

1) оттегіге химиялық ынтықтылығы алюминийден төмен көптеген элементтерді тотықсыздандыру мүмкіндігі;

2) көміртегі және түсті металдар қоспаларының концентрациясы төмен қорытпалар мен техникалық таза металдар алу мүмкіндігі;

3) үрдістің қарапайым аппараттық қамсыздандырылуы, күрделі шығындардың төмендігі;

4) үрдісті металл мен қожды шығаруға мүмкіндік беретін еңткейтілетін горнда жүргізілуі;

5) оксидтер мен қождамаларды электрпеште алдын-ала балқыту мүмкіндігі, бұл үрдісті елеулі жеделдетуге және алюминий шығынын азайтуға мүмкіндік береді;

6) жоғары глиноземді қождардың синтетикалық (жасанды) қождар мен жоғары глиноземді цемент алу үшін қолдану мүмкіндігі.

Алюминотермиялық үрдістердің кемшіліктері:

1) алюминий құнының жоғарылығы және дефициттігі;

2) жетекші элементтер төменгі оксидтерінің түзілу мүмкінділігі, осы оксидтердің тотықсыздануы термодинамикалық ықтималдығы мен металдардың шикіқұрамнан түсімінің азаюы;

3) тотықсызданған металдың «королёктер» түрінде жоғалымдарын тудыратын тұтқырлығы жоғары глиноземді қождардың түзілуі.