Elektrometallurgi
Den aktuelle version af siden er endnu ikke blevet gennemgået af erfarne bidragydere og kan afvige væsentligt fra den version , der blev gennemgået den 20. september 2019; verifikation kræver 1 redigering .Elektrometallurgi er et sæt metoder til fremstilling af metaller baseret på elektrolyse ( elektrokemi ) eller opvarmning med elektrisk strøm ( elektrotermi ). Disse metoder bruges hovedsageligt til at opnå meget aktive metaller - alkali , jordalkali og aluminium , samt til fremstilling af legeret stål .
Typer af processer
Elektrometallurgi bruger elektrotermiske og elektrokemiske processer. Elektrotermiske processer bruges til at udvinde metaller fra malme og koncentrater, til at producere og raffinere jernholdige og ikke-jernholdige metaller og legeringer baseret på dem ( elektrotermiske ). I disse processer er elektrisk energi kilden til procesvarme. Elektrokemiske processer er udbredte i produktionen af jernholdige og ikke-jernholdige metaller baseret på elektrolyse af vandige opløsninger og smeltede medier ( elektrokemi ). På grund af elektrisk energi udføres redoxreaktioner ved fasegrænserne, når strøm passerer gennem elektrolytter. Et særligt sted i disse processer er optaget af galvanisering , som er baseret på de elektrokemiske processer af metalaflejring på overfladen af metal og ikke-metalprodukter.
Elektrokemiske processer omfatter stålsmeltning i lysbue- og induktionsovne , speciel elektrometallurgi, malmreducerende smeltning, herunder produktion af ferrolegeringer og mat , jernsmeltning i elektriske akselovne og produktion af nikkel , tin og andre metaller.
Elektrisk lysbuesmeltning
Elektrisk stål beregnet til videre forarbejdning smeltes hovedsageligt i lysbueovne med hovedbeklædning . De vigtige fordele ved disse ovne i forhold til andre stålsmelteenheder (muligheden for at opvarme metal til høje temperaturer på grund af en elektrisk lysbue , en vedvarende atmosfære i ovnen, mindre spild af legeringselementer , meget basiske slagger, der giver en betydelig reduktion af svovl indhold ) førte til deres anvendelse til produktion af legeret højkvalitetsstål - korrosionsbestandigt, værktøj (herunder højhastigheds-), strukturelt , elektrisk , varmebestandigt osv., samt nikkel-baserede legeringer.
Den globale trend i udviklingen af elektrisk lysbuesmeltning er en stigning i kapaciteten af en enkelt enhed op til 200-400 tons, en specifik transformereffekt op til 500-600 eller mere kVA / t , specialisering af enheder (kun i nogle - kun smeltning, i andre - raffinering og legering ), et højt niveau af automatisering og brug af computere til programstyring af smeltning. I ovne med øget effekt er det økonomisk muligt at smelte ikke kun legeret, men også almindeligt kulstofstål . I udviklede lande er andelen af kulstofstål i den samlede mængde elektrisk stål smeltet i elektriske ovne 50% eller mere. I USSR blev ~80% af legeret metal smeltet i elektriske ovne.
Til smeltning af specialstål og legeringer vinder plasmabueovne med en keramisk hoveddigel (med en kapacitet på op til 30 tons), udstyret med jævnstrøm og vekselstrøm plasmabrændere ( Plasma metallurgi ), popularitet. Elektriske lysbueovne med syreforing anvendes til smeltning af metal beregnet til stålstøbning. Syreprocessen som helhed er mere produktiv end den primære på grund af den korte varighed af smeltning, på grund af den kortere varighed af oxidations- og reduktionsperioderne. Surt stål er billigere end basisstål på grund af lavere forbrug af el, elektroder, bedre foringsholdbarhed, lavere forbrug af oxidationsmidler og muligheden for at implementere en siliciumreducerende proces. Lysbueovne med en kapacitet på op til 100 tons er også meget brugt til smeltning af støbejern i jernsmelteværksteder.
Induktionssmeltning
Stålsmeltning i en induktionsovn , hovedsagelig udført ved omsmeltningsmetoden, reduceres normalt til ladningssmeltning , metaldeoxidation og anløbning . Dette medfører høje krav til ladningsmaterialer indeholdende skadelige urenheder ( P , S ). Valget af digel (basisk eller syre) bestemmes af metallets egenskaber. For at forhindre, at foringssilicaen reduceres under smeltningsprocessen, smeltes stål og legeringer med et højt indhold af Mn , Ti , Al i hoveddigelen. En væsentlig ulempe ved induktionssmeltning er kolde slagger, som kun opvarmes af metal. I en række designs elimineres denne ulempe ved plasmaopvarmning af metalslaggeoverfladen, hvilket også gør det muligt at accelerere smeltningen af ladningen betydeligt. I vakuuminduktionsovne smeltes rene metaller, stål og legeringer til det passende formål ( vakuumsmeltning ). Kapaciteten af eksisterende ovne spænder fra nogle få kilogram til snesevis af tons. Vakuuminduktionssmeltning intensiveres ved udrensning med inerte ( Ar , Ne ) og aktive ( CO , CH4 ) gasser , elektromagnetisk omrøring af metallet i diglen og udrensning af metallet med slaggedannende pulvere.
Særlig elektrometallurgi
Særlig elektrometallurgi omfatter nye processer til smeltning og raffinering af metaller og legeringer, som blev udviklet i 1950'erne og 1960'erne. XX århundrede for at imødekomme behovene for moderne teknologi (rum, jet, nuklear, kemiteknik osv.) i strukturelle materialer med høje mekaniske egenskaber, varmebestandighed, korrosionsbestandighed osv. Særlig elektrometallurgi omfatter vakuumbuesmeltning, elektronstrålesmeltning, elektroslagge omsmeltning og plasma - lysbuesmeltning. Disse metoder smelter stål og legeringer til kritiske formål, ildfaste metaller - wolfram, molybdæn, niobium og deres legeringer, meget reaktive metaller - titanium , vanadium , zirconium , legeringer baseret på dem osv. Vakuumbuesmeltning blev foreslået i 1905 af W. von Bolton (Tyskland); i industriel skala blev denne metode første gang brugt til at smelte titanium af W. Kroll (USA) i 1940. Metoden til elektroslaggomsmeltning blev udviklet i 1952-53. ved Institut for Elsvejsning. Paton fra Videnskabsakademiet i den ukrainske SSR . Til fremstilling af nikkelbaserede stål og legeringer til særligt kritiske formål anvendes forskellige dupleksprocesser , hvoraf den vigtigste er kombinationen af vakuuminduktionssmeltning og vakuumbueomsmeltning. Vakuumkraniesmeltning indtager en særlig plads i speciel elektrometallurgi, hvor elektrisk lysbue , elektronstråle, plasma tjener som varmekilder . I disse ovne, der anvendes til højaktive og ildfaste metaller ( W , Mo , etc. og legeringer baseret på dem), bruges en del af et sjældent metal i en vandkølet digel med et kranium til at opnå barrer og formede støbegods.
Malmreducerende smeltning
Malmreducerende smeltning omfatter fremstilling af ferrolegeringer, ikke-jernholdige metallurgiprodukter - kobber og nikkelsten , bly , zink , titaniumslagge osv . Processen består i reduktion af naturlige malme og koncentrater med kulstof , silicium og andre reduktionsmidler ved høje temperaturer, som primært skabes på grund af kraftige elektriske lysbuer ( Ore-termisk ovn ). Gendannelsesprocesser er normalt kontinuerlige. Efterhånden som smeltningen skrider frem, fyldes den forberedte ladning i badet, og de resulterende produkter udledes periodisk fra den elektriske ovn. Effekten af sådanne ovne når 100 MVA. På nogle virksomheder, baseret på malmreducerende smeltning, produceres råjern i elektriske højovne eller skaftløse lysbueovne.
Elektrokemiske processer til fremstilling af metaller
G. Devi i 1807 var den første til at bruge elektrolyse til at opnå natrium og kalium.
I slutningen af 1970'erne mere end 50 metaller blev opnået ved elektrolyse, især kobber, nikkel, aluminium, magnesium, kalium, calcium. Der er 2 typer elektrolytiske processer. Den første er relateret til katodisk bundfældning af metaller fra opløsninger opnået ved hydrometallurgiske metoder ; i dette tilfælde svarer reduktionen (aflejringen) på metallets katode fra opløsningen til reaktionen af den elektrokemiske oxidation af anionen på den uopløselige anode .
Den anden type processer er forbundet med den elektrolytiske raffinering af et metal fra dets legering, hvorfra en opløselig anode er lavet. I det første trin, som et resultat af den elektrolytiske opløsning af anoden, overføres metallet til opløsningen; i det andet trin sætter det sig på katoden. Rækkefølgen af opløsning af metaller ved anoden og aflejring ved katoden bestemmes af spændingsgrænsen. Men under virkelige forhold afhænger metalfrigivelsespotentialerne væsentligt af størrelsen af brintoverspændingen på det tilsvarende metal. Zink, mangan, nikkel, jern og andre metaller raffineres i industriel skala; aluminium , magnesium , kalium osv. opnås ved elektrolyse af smeltede salte ved 700-1000 °C. Sidstnævnte metode er forbundet med et større forbrug af elektricitet (15-20 tusinde kWh/t) sammenlignet med elektrolyse af vandige opløsninger (op til 10 tusinde kWh/t).
Historie
I begyndelsen af det 19. århundrede så V.V. Petrov muligheden for at opnå rene metaller fra deres oxider (malme) ved hjælp af en elektrisk lysbue. Denne metalreduktionsproces er kernen i moderne elektrometallurgi. De første lysbueovne til genvinding fra malme blev bygget i slutningen af 1870'erne. Men elektriske ovne bruger meget elektricitet, så deres industrielle brug begyndte først, da de begyndte at bygge kraftige kraftværker, og problemet med at overføre elektrisk energi over en afstand blev løst.
Litteratur
- Belyaev A.I. Metallurgy of light metals, 6. udgave, M., 1970.
- Edneral F.P. Elektrometallurgi af stål og ferrolegeringer, 4. udgave, M., 1977.
- Zelikman A. N., Meyerson G. A. Metallurgy of sjældne metaller, M., 1973.
- Kuznetsov A.N. Electrometallurgy // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
 Ordbøger og encyklopædier |
|
|---|---|
| I bibliografiske kataloger |
| Metallurgi | |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Generelle begreber Metaller Legering Metallurgisk omfordeling Jern- og Stålværker Metallurgisk kompleks Metallurg Historie om produktion og brug af jern | |||||||||||||
| Industrier |
| ||||||||||||
| Kerneprocesser _ |
| ||||||||||||
| Hovedenheder _ |
| ||||||||||||
| Vigtigste produkter og materialer |
| ||||||||||||
| Videnskabelige discipliner |
| ||||||||||||
| Andet | |||||||||||||
| Metallurgi efter land Rusland Ukraine Kasakhstan USA Indien Kina Japan Tyskland | |||||||||||||