- •1(1). Определение металлов. Понятие о кристаллических решетках. Структура металлов в твердом, жидком, парообразном состояниях и в виде плазмы.
- •2(2). Электролиз расплавленных солей
- •2(1). Промышленная классификация металлов в элементарном состоянии. Основные виды металлических сплавов.
- •3(1). Представления о природных минералах
- •4(1). Производство металлических материалов методами пиро- и гидрометаллургии
- •4(2). Электролиз водных растворов
- •3(2). Металлотермия
- •5(1). Классификация металлургических технологий
- •6(1). Применение химической термодинамики и кинетики в теории металлургических процессов
- •6(2). Автоклавное восстановление металлов из растворов газами
- •5(2). Цементация
- •7(1). Гомогенные и гетерогенные металлургические системы
- •8(1). Явление массопереноса. Молекулярная и конвективная диффузия
- •8(2). Характеристика и структура металлургических предприятий интегрированного типа (с полным циклом), мини- и микрозаводов.
- •7(2). Металлургические производственные комплексы. Их место в народном хозяйстве.
- •9(1). Представление об энергии активации
- •10(1). Поверхностные явления
- •10(2). Общая схема доменной плавки
- •9(2). Подготовка железорудного сырья к плавке
- •11(1). Основы теории горения топлива
- •12(1). Металлические и шлаковые расплавы металлургических систем, их характеристики и физико-химические свойства
- •12(2). Кислородно-конвертерный процесс
- •11(2). Внедоменные способы получения железа (бескоксовая металлургия)
- •13(1). Строение жидких металлических и шлаковых расплавов, поведение в них примесей
- •14(1). Диаграмма состояния «железо-углерод»
- •14(2). Электросталеплавильное производство
- •13(2). Мартеновский процесс
- •15(1). Физико-химические процессы, протекающие при кристаллизации металлических расплавов
- •16(1). Термодинамические и кинетические закономерности зарождения твердой фазы в расплаве
- •16(2). Внеагрегатная обработка стали (внепечное рафинирование)
- •15(2). Специальная электрометаллургия
- •17(1). Усадочные явления при кристаллизации металлических расплавов
- •18(1). Дендритная и зональная ликвация. Химическая и физическая неоднородность слитка
- •18(2). Классификация и маркировка стали
- •17(2). Десульфурация, дефосфорация, раскисление и легирование стали
- •19(1). Структурные превращения при охлаждении металлов и сплавов в твердом состоянии. Представления о термической обработке металлов и сплавов.
- •20(1). Общие сведения о железе, чугунах, сталях и сплавах
- •20(2). Разливка стали в изложницы и на машинах непрерывного литья заготовок (мнлз)
- •19(2). Современные способы разливки стали
- •21(1). Основные виды металлопродукции из черных металлов
- •22(2). Обработка металлов давлением
- •21(2). Газы и неметаллические включения в стали
- •23(1). Оценка запасов месторождений железорудного сырья
- •24(1). Характеристика железных руд
- •24(2). Основные тенденции и перспективы развития прокатного производства
- •23(2). Основные тенденции и перспективы развития доменного производства и бескоксовой металлургии
- •25(1). Топливо и флюсы металлургического назначения
- •25(2). Основные тенденции и перспективы развития сталеплавильного производства
3(2). Металлотермия
Металлотермия – металлургические процессы получения металлов из их соединений (оксидов, комплексных соединений и др.) восстановлением более активными металлами, сопровождаемым выделением теплоты. Основоположник металлотермии – русский ученый Н.И. Бекетов.
В качестве металла-восстановителя используют алюминий, марганец, кальций, литий и др. щелочноземельные и щелочные металлы. Если восстановитель – алюминий, то процесс называется алюминотермическим (магнийтермический, силикотермический).
Указанные восстановители применяются в виде порошков, крупки, гранул, стружки. Указанные компоненты смешиваются с твердыми шлакообразными смесями или флюсами.
В ряде случаев применяют в качестве восстановителя жидкий металл, однако, такое его использование усложняется безопасностью работы. Чаще всего металлические восстановители используют в твердом виде или как компонент экзотермических смесей.
Металлотермия широко используется в производстве чистых металлов из окислов и хлоридов, и при производстве ферросплавов из окисных руд и концентратов.
Чистые металлы, как правило, получают из чистых окислов или хлоридов. Например, при производстве металлического титана природный минерал ильменит добывают и подвергают обогащению, получая ильменитовый концентрат. Указанный концентрат используют при производстве ферротитана. Часть концентрата подвергают хлорированию (обработке жидким хлором). При этом тугоплавкий окисел титана превращается в легкоплавкий хлорид TiCl4, который заливают в специальный автоклав.
TiCl4 + Mg = Ti + 2MgCl2
Из полученных кристаллов титана получают кристаллическую губку методом брикетирования.
Титановую губку используют для легирования сталей или из нее методом прессования получают цилиндрическую заготовку – электрод, который переплавляют на установке вакуумного дугового переплава (ВДП) в слиток.
Переплав производят в медном водоохлаждаемом кристаллизаторе. Вся система находится под вакуумом, с остаточным давлением порядка 1 микрона.
В кристаллизаторе происходит наплавление ванны жидкого металла и формирование слитка. Таким образом, получают металлические слитки из титана.
При ВДП возможно легирование металлической ванны. Из титановых слитков изготавливают диски турбин реактивных двигателей. Из титановых сплавов изготавливают ответственные элементы конструкций самолетов, ракет, кораблей и т.д.
Образующийся MgCl2 при производстве титановой губки отправляется на электролиз для получения жидкого магния. Таким образом, промышленный комплекс по производству титана и магния практически работает в замкнутом цикле.
Металлотермическим способом получают следующие ферросплавы: феррованадий, ферромолибден, низкоуглеродный феррохром и др.
Способы получения ферросплавов:
Печной (используют электропечи). Электропечная металлотермия применяется, когда выделяющейся теплоты недостаточно для расплавления и необходимого перегрева продуктов плавки; недостающее тепло подводится электронагревом.
2. Внепечной (тигельный, ковшевой). В тигле производят плавку на слиток, постепенно загружая шихтовую экзосмесь в тигель. Внепечная металлотермия проводится, когда теплоты, выделяемой во время восстановительных реакций, достаточно для получения продуктов реакции в жидком состоянии и их разделения (1750-23000 С). Внепечная металлотермия используется в алюминотермии.