книги из ГПНТБ / Розенцвейг Я.Д. Краткий справочник ферросплавщика (для рабочих)

Fe + 2H C l->FcC I2 + H 3f*

2NaCl + CuSQ, ^ CuCl2 + Na2S04.

Состояние, при котором скорости реакций, протекающих в прямом и в противоположном направлениях, 'равны, назы­ вается состоянием равновесия.

Х и м и ч е с к а я ф о р м у л а — это изображение соста­

ва молекулы вещества посредством химических знаков или символов.

Пример. Кремнезем (SiO?) состоит из одного атома крем­ ния и двух атомов кислорода. Атомная масса кремния 28, а кис­

Изображение химической реакции с помощью химиче­ ских формул называется уравнением реакции.

Уравнения реакции.составляются с учетом основных хи­ мических законов следующим образом:

1) в левой части уравнения пишут формулы веществ, вступивших в 'реакцию, а в правой части — формулы ве­ ществ, 'получившихся ,в результате реакции;

2) перед формулами расставляют коэффициенты таким

кокса, нужного для восстановления 100 кг кварцита. Кварцит содержит 96% SiСь, кокс —80% С.

Углерод, отнимая у кремния кислород, превращается в окись

углерода СО:

SiO=+ С —S1 + СО.

* Эта реакция необратима, так как в результате ее образуется газообразный водород, который выделяется из зоны реакции и поэтому не может вновь вступать в химическое взаимодействие.

21

Так как в коксе всего 80% углерода, то необходимо кокса

кремния. Мы взяли на 100 кг кварцита 38,4 кг углерода; следо-

ХИМ ИЧЕСКИ Е ВЕЩ ЕСТВА

В зависимости от состава все вещества делятся на про­ стые и сложные; простые в свою очередь делятся на ме­ таллы и металлоиды. Сложные вещества также подразде­ ляются на классы, главными из которых являются окислы,

основания, кислоты и соли (табл. 2)'.

Взаимосвязь простых и сложных веществ показана в табл. 3.

22

характер химических превращений на основе законов физи­ ки. Знание физико-химических закономерностей позволяет металлургам предвидеть направление реакции в металлур­ гических процессах, определять зависимость скорости реак­ ции от температуры, состава шлака, а также управлять хо­ дом металлургических процессов.

Химические превращения всегда сопровождаются выде­ лением или поглощением тепла. -Количество выделившегося или поглощенного в результате реакции тепла называется

тепловым эффектом и обозначается Q.

Бели :в ходе реакции тепло выделяется, то такую реакцию называют экзотермической, а тепловой эффект пишут со

знаком плюс (+ Q). В этом случае общее количество энер­ гии в системе уменьшается, так как часть ее .выделяется в виде теплоты в окружающее пространство, т. е. уменьшает­ ся теплосодержание системы; при этом - изменение тепло­ содержания системы записывают со таком минус (—АН).

Если тепло в ходе реакции поглощается, то реакция на­ зывается эндотермической и тепловой эффект имеет знак минус (—Q), а изменение теплосодержания—'плюс (+ АН).

Теплота, выделяющаяся или. поглощающаяся при образо-

23

вашш .какого-либо вещества, 'называется теплотой образо­ вания этого вещества.

Тепловой эффект реакции равен теплоте образования продуктов реакции минус теплота образования исходных соединении, причем теплоты образования умножаются на коэффициенты, с которыми эти соединения и продукты участвуют в реакции, а простые вещества в расчет .не при­

печах протекает восстановление окислов различных метал­ лов. Прочность окислов характеризуется упругостью дис­ социации (разложения), т. е. давлением кислорода, обра­

зующегося при разложении окисла и находящегося в рав­ новесии с окислом. Чем меньше упругость диссоциации, тем более прочен окисел. В обьгчных условиях окислы не раз­ лагаются, но при повышении температуры начинается дис­ социация менее прочных окислов, а при высокой темпера­ туре— и более прочных.

При реа.кции -восстановления происходит отнятие кисло­ рода у окислов восстановителем — веществом, образующим

ет S1O2.

На ход реакции можно -влиять рядом методов, способст­ вуя ее .протеканию в ту или иную сторону (сдвигая равно­ весие реакции). Это явление основано на принципе Ле-Ша- телье: если ‘система, находящаяся в равновесии, подверга­ ется внешнему воздействию (изменение температуры, дав­

24

ления «ли концентрации), то в ней происходят изменения, противодействующие этому воздействию и направленные на восстановление первоначальных условий, т. е. всякая сис­ тема стремится сохранить 'состояние равновесия. Например, если реакция идет с выделением тепла, то подъем темпе­ ратуры уменьшает полноту ее протекания; -если тепло пог­ лощается, то, наоборот, полнота протекания реакции с ростом температуры возрастает.

Например, реакция

ОО

(327070 кдж)

идет с поглощением тепла и для полного ее протекания температуру nipnг обработке феррохрома в конвертере лот­

почти полностью окислить углерод феррохрома вследствие интенсивного удаления газообразной окиси углерода.

Наконец, связывание продуктов реакции в прочные сое­ динения в шлаке также способствует сдвигу реакции. Нап­ ример, введение извести (СаО) .в шихту обеспечивает бо­ лее полное -восстановление окиси хрома в результате связывания Si02 в силикаты кальция типа 2СаО ■Sj02.

Изменением состава и свойств шлака можно создать ус­ ловия, способствующие протеканию одних реакций и пре­ пятствующие -протеканию других.

Обычно -шлаки ферросплавного производства состоят из СаО, S i02, А120 3, MgO, FeO, СггОз, МпО, ТЮ2, Zr02 и дру­ гих окислов. В зависимости от того, преобладают ли основ­

Са0 - s,0- ( i § j -

В .-металлургических процессах количество шлака харак­ теризуют кратностью шлака, т. е. отношением количества

шлака к количеству металла.

25

Ход процессов выплавки ферросплавов часто зависит от жидкоподвижности и вязкости шлака. Вязкие шлаки не способствуют протеканию реакции, не выходят из печи, рас­ страивая ее ход. .Вязкость шлака в основном определяется составом шлака и степенью его .перепрева.

Скорость протекания реакции зависит от концентрации реагирующих веществ, т. е. от количества вещества, нахо­ дящегося в единице объема или веса (обычно выражается в процентах). Чем выше концентрация исходных веществ, тем быстрее идет реакция; с повышением содержания про­ дуктов реакции скорость уменьшается. Такая закономер­ ность вытекает из закона действующих масс; в состоянии равновесия отношение произведении концентрации продук­

реагирующих веществ в единицу времени, зависит от тем­ пературы, а также от того, протекает ли она только на по­ верхности раздела фаз (например, шлак— .металл) или по всему объему. Обычно скорость объемных реакции выше, чем поверхностных.

Для металлурпгческн.х процессов большое значение име­ ет закон распределения: отношение концентрации вещества, распределяющегося между двумя иеомешнпаюшнмися жид­ костями, является (при каждой давно и температуре вели­ чиной 1ПОСТОЯННОЙ, не зависящей от абсолютных шли отно­

сительных колтеста каждого .из 'растворителей и раство­ ряемого вещества. Такими неамешивагащимнея жидкостями в .■металлургии являются чугун и шлак, сталь и шлак, фер­ росплав ni шлак. На законе распределения основано уда­ ление «з .металла серы, фосфора, кислорода.

Математически закол распределения выражается следую­

26

ФЕРРОСПЛАВНОЕ

ПРОИЗВОДСТВО

НАЗНАЧЕНИЕ

ФЕРРОСПЛАВОВ

В качестве элементов, вводимых в сталь для легирова­ ния и 'раскисления, .попользуют хром, -никель, титан, марга­ нец, кремний, вольфрам, ванадий, молибден, ниобий и др. Некоторые элементы (никель, алюминий) вводят в сталь в чистом виде, а большинство—-в виде сплавов с железом, называемых ферросплавами *.

Присутствие железа в сплавах облегчает их производст­ во и .применение.

Получение аплава элемента с железом в большинстве случаев проще и дешевле, чем производство этого элемен­ та в чистом виде. 'Кроме того, железо снижает температу­ ру плавления сплавов с тугоплавкими металлами -(молиб­ деном, вольфрамом), способствуя тем самым усвоению их стальной ванной.

алюминий, силнкокальций), и, кроме того, некоторые металлы и

27

28

Элемент, вводимый в виде ферросплава в сталь, либо действует как раскиелитель, либо, соединяясь с железом ванны, придает металлу нужные свойства; соединяясь с не­ которыми примесями, находящимися в стали, легирующий элемент делает их безвредными.

Наиболее характерные случаи применения ферросплавов приведены в табл. 4.

СПОСОБЫ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРРОСПЛАВОВ

Основные способы производства ферросплавов — электро­ термический, металлотермический, доменный.

Э л е к т р о т е р м и ч е с к и й с п о с о б производства ос­

нован на восстановлении руд в электропечах. Этим спосо­ бом в настоящее время получают .большую часть ферро­ сплавов. По характеру процесса электротермическое произ­ водство может быть непрерывным или периодическим.

При непрерывном процессе сырые материалы загружают в печь иго мере проплавления предыдущих порции шихты; сплав .выпускают через определенные промежутки времени.

При периодическом процессе ® печь полностью загружают

29

все шихтовые материалы; после выпуска готового сплава и шлака в печь опять загружают шихту и начинают новую плавку. По виду применяемого .восстановителя эти процес­ сы могут Сыть углетер.мическимн’ или снликотермическими.

Разновидностью периодического процесса является плав­ ка «на блок»: после накопления в печи определенного ко­ личества потового '.металла печь останавливают, охлаждают и извлекают из нее блок металла. Этот способ применяют в тех случаях, когда выплавляемый сила.в имеет высокую температуру плавления и поэтому не может быть выпущен нз печи в жидком состоянии. В СССР этот процесс не применяется.

При м е т а л л о т е р м и ч е с к о м с п о с о б е восста­

новителем служит алюминий, кремний или их смесь; в за­ висимости от этого процесс называют алюмпнотермяческнм, снлнкотермическнм или алюмоснликотермпческим. При соединении этих элементов с кислородом руды (или концентрата) выделяется большое количество тепла, по­ этому процесс можно вести без подвода тепла извне. До­ стоинством металлотермических процессов является то, что они не требуют сложного оборудования и позволяют сравнительно легко получать безуглеродистые форросплавы и специальные лигатуры. (Более подробно сущность металлотермнческого процесса (изложена на стр. 192).

■В д о м е н н ы х msчах выплавляют только углеродистый

ферромарганец, зеркальный чугун, низкопроцентный ферро­ силиций (9—.15% Si), а также феррофосфор (доменный) и феррома.нганфосфор (доменный). Объем производства фер­ росплавов в доменных печах в последнее время сокра­ щается *.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ФЕРРОСПЛАВНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ВCCGP

В1802 г. русский ученый В. В. Петров открыл явление электрической дуги и, используя электроэнергию, осущест­ вил плавление и восстановление окислов .различных метал­ лов. Этим было положено начало развития электрометал­ лургия.

* Расчеты показали, что экономически целесообразнее выплав­ лять весь бедный ферроснлнци/1 в электропечах. В ближайшие го­ ды выплавка низкопроцентного ферросилиции в доменных печах будет гчекрэ’дена

30