Введение

В металлургии и ряде других отраслей техники использу­ют ферросплавы, а также технически чистые металлы для раскисления и легирования стали, получения легированно­го чугуна и различных сплавов. Улучшение качества и специальные свойства конструкционных, коррозионно - стойких, жаропрочных, жаростойких, прецизионных и элек­тротехнических сталей, специальных литейных чугунов и самых разнообразных сплавов достигается легированием различными элементами. Ферросплавы - это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольфрамом и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой температуры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла.

Исходным сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов - ферросилиция, ферромарганца; силикомарганца и феррохрома - пользуются рудами, так как в них высоко содержание окислов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферро-титана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием окислов основного элемента.

Ферросплавы получают восстановлением окислов соответствующих металлов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстановитель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья.

Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким химическим сродством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстановить из оксида. Иначе говоря, восстановителем может быть элемент, образующий болеехимически прочный оксид, чем восстанавливаемый элемент. Восстановительные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое соединение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции - окислению.

1 Свойства металла

Хром - химический элемент, относящийся к металлам. Цвет у вещества серебристо - голубой. В таблице Менделеева элемент стоит под 24-ым атомным номером. Хром - элемент побочной подгруппы 6-й группы 4-го периода периодической системы химических элементов Д.И.Менделеева с атомным номером 24. Обозначается символом Cr. Хром иногда относят к черным металлам.

Хром - твёрдый металл. Хром относятся к чёрным металлам. Хром является довольно распространённым элементом (0,02 масс. долей, %). Основные соединения хрома - хромистый железняк (хромит) FeO·Cr₂O₃. Вторым по значимости минералом является крокоит PbCrO₄. Элемент не окисляется, не боится влаги и тугоплавок. Так, взаимодействие с парами воды запускается лишь при 600^oC. Получается оксид хрома. Запускается и реакция с азотом, дающая нитрид 24-го элемента.

Хром является одним из важнейших легирующих металлов. Присадка хрома повышает пределы прочности и текучести стали при медленном снижении относительного удлинения. В углеродистых сталях присутствие хрома увеличивает ее твердость и износостойкость. Окалиностойкие стали содержат 3-12% Cr, нержавеющие и кислотостойкие стали - >12% Cr. Хром широко применяют при производстве сложнолегированных сталей, что позволяет получить высокие эксплуатационные качества при необходимых свойствах стали. В последние годы все шире используют и легированные хромом чугуны. Черная металлургия потребляет ~60% добываемого хрома. Для легирования стали используют в основном феррохром - сплав хрома и железа и ферросиликохром - сплав железа, хрома и кремния. Хром в сочетании с кремнием придаёт стали жаростойкость. При высоком содержании углерода хром повышает сопротивление истиранию и износу. По принятой терминологии сорта, содержащие < 2% С, называют рафинированным феррохромом. В тех случаях, когда в получаемых хромистых сплавах ограничено содержание железа, применяют вместо феррохрома металлический хром или специальные лигатуры на основе хрома. Ограничение содержания хрома в высокоуглеродистом феррохроме до ≥ 65% препятствует использованию более бедных руд. Ряд зарубежных фирм с успехом производит высокоуглеродистый феррохром с 55 - 60% Cr. Успешно используют и высокоуглеродистый феррохром, содержащий до 11% Si.

При 600^oC, так же, возможны несколько соединений с углеродом и образование сульфида.Далее, реакции возможны уже при температуре плавления хрома, а это - 1870 градусов Цельсия. Запускаются реакции с бором, кремнием. Если довести температуру до 2000^oC, хром воспламенится при контакте с кислородом. Итогом горения станет окись темно-зеленого цвета. Этот осадок легко реагирует с растворами соляной и серной кислоты. Итогом взаимодействия становятся хлорид и сульфид хрома.

Среднее содержание хрома в различных изверженных породах резко непостоянно. В ультраосновных породах (перидотитах) оно достигает 2кг/т, в основных породах (базальтах и др.) - 200г/т, а в гранитах десятки г/т. Он является типичным литофильным элементом и почти весь заключен в минералах типа хромшпинелидов. Хром вместе с железом, титаном, никелем, ванадием и марганцем составляют одно геохимическое семейство.

Различают три основных минерала хрома: магнохромит (Mg, Fe) Cr₂O₄, хромпикотит (Mg,Fe) (Cr,Al)₂O₄ и алюмохромит (Fe,Mg) (Cr,Al)₂O₄. По внешнему виду они неразличимы, и их неточно называют “хромиты”. Состав их изменчив:

-Cr₂O₃ 18 - 62%,

- FeO 1 - 18%,

- MgO 5 - 16%,

- Al₂O₃ 0.2 - 0.4 (до 33%),

- Fe₂O₃ 2 - 30%,

- примеси TiO₂ до 2%,

- V₂O₅ до 0.2%,

- ZnO до 5%,

- MnO 1%; присутствуют также Co,Ni и др.