Ферросплавы относятся к различным сплавам из железа с высокой долей одного или более других элементами , такими как марганец (Mn), алюминий (Al) или кремния (Si). [1] Они используются при производстве сталей и сплавов. [2] [3] Сплавы придают отличительные качества стали и чугуну или выполняют важные функции во время производства и поэтому тесно связаны с черной металлургией , ведущим потребителем ферросплавов. Ведущими производителями ферросплавов в 2014 г. были Китай , ЮАР ,Индия , Россия и Казахстан , на долю которых приходится 84% мирового производства. [4] Мировое производство ферросплавов в 2015 году оценивалось в 52,8 миллиона тонн. [5]
Соединения
Основные ферросплавы:
- FeAl - ферроалюминий
- FeB - ферробор - 12–20% бора , не более 3% кремния , макс. 2% алюминия , макс. 1% углерода
- FeCe - ферроцерий
- FeCr - феррохром
- FeMg - ферромагний
- FeMn - ферромарганец
- FeMo - ферромолибден - мин. 60% Mo, макс. 1% Si, макс. 0,5% Cu
- FeNb - феррониобия
- FeNi - ферроникель (и никелевый чугун )
- FeP - феррофосфор
- FeSi - ферросилиций - 15–90% Si
- FeSiMg - ферросилиций-магний (с содержанием магния от 4 до 25%), также называемый нодулизатором.
- FeTi - ферротитан - 10..30–65..75% Ti, не более 5–6,5% Al, макс. 1–4% Si
- FeU - ферроуран
- FeV - феррованадий
- FeW - ферровольфрам
Производство по процессам
Ферросплавы обычно производят двумя способами: в доменной печи или в электродуговой печи . В течение 20 века производство доменных печей непрерывно сокращалось, в то время как производство электрической дуги все еще увеличивается. Сегодня ферромарганец все еще можно эффективно производить в доменной печи, но даже в этом случае все большее распространение получают электродуговые печи. Чаще всего ферросплавы производятся карботермическими реакциями , включающими восстановление оксидов углеродом (в виде кокса) в присутствии железа. Некоторые ферросплавы получают путем добавления элементов в расплавленный чугун.
Также возможно производить сомме ферросплавы процессами прямого восстановления [ fr ] . Например, процесс Круппа-Ренна [ fr ] используется в Японии для производства ферроникеля . [6]
Производство и потребление ферросплавов
Феррохром
Ведущими странами-производителями хромитовой руды в 2014 г. были ЮАР (12 млн т), Казахстан (3,7 млн т), Индия (3,5 млн т) и Турция (2,6 млн т). Большая часть производимой хромитовой руды выплавлялась в электродуговых печах для производства феррохрома для металлургической промышленности. Ведущими странами-производителями феррохрома в 2014 г. были Китай (4,5 млн т), ЮАР (3,6 млн т), Казахстан (1,2 млн т) и Индия (0,9 млн т). Большая часть из 11,7 млн тонн феррохрома, произведенного в мире, была использована на производство нержавеющей стали, что в 2014 году составило 41,7 млн тонн [4].
Ферромарганец
Два марганцевых ферросплава, ферромарганец и силикомарганец, являются ключевыми ингредиентами для выплавки стали. Китай является ведущим мировым производителем марганцевых ферросплавов (2,7 млн т), при этом объем производства намного превышает объемы производства следующих трех основных производителей - Бразилии (0,34 млн т), ЮАР (0,61 млн т) и Украины (0,38 млн т) вместе взятых. [2]
Ферромолибден
Основными производителями ферромолибдена являются Чили (16 918 т), Китай (40 000 т) и США, на долю которых в 2008 г. приходилось около 78% мирового производства молибденитовой руды, тогда как на Канаду, Мексику и Перу приходилось остальное. Концентраты молибденита обжигаются с образованием оксида молибдена, который может быть преобразован в ферромолибден, химические соединения молибдена или металлический молибден. Хотя в 2008 году Соединенные Штаты были второй ведущей страной по производству молибдена в мире, в 2008 году они импортировали более 70% необходимого ферромолибдена, в основном для сталелитейной промышленности (83% потребленного ферромолибдена). [2]
Ферроникель
Плотность | 3,8 г / см³ |
Температура плавления | 1500 ° С |
Точка кипения | 2900ºC |
В 2014 году около 33% годового мирового нового никеля был ферроникеля , [8] обширный обзор статья , которая была опубликована Swartzendruber и др в 1991 году [9] Многие из метеоритов , которые падают на Землю оказываются ферроникеля, [9] и имеют форму камасита и / или тенита . [ необходима цитата ] Ферроникель имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру (через Ni). [10] Он может иметь форму феррита , мартенсита или аустенита . Бинарная система Fe-Ni была исследована аналогично стали, поскольку присутствие никеля в высоколегированных сталях, таких как аустенитные нержавеющие стали и мартенситностареющие стали, является ключевым фактором перехода от объемноцентрированного кубического феррита к гранецентрированному кубическому ферриту. аустенит. [11]
В конце 20-го века 60% производства никеля было основано на плавке штейна сульфидных руд, что не подходило для производства ферроникеля. [12] По данным на 2003 год, доля латеритов в производстве первичного никеля составляла 42%. [12] Мировое годовое производство ферроникеля в 2014 году составляло около 250 000 тонн. [8] Двумя крупнейшими производителями были BHP Billiton и Société Le Nickel . [8] Латеритные руды часто используются для обеспечения производственного процесса. [13] [14] процесс RKEF часто используется. [15] Потребление энергии на тонну продукта является высоким для латеритных руд из-за низкосортного сырья, что приводит к образованию большого количества отходов шлака и газообразных загрязнений. [16] Как правило, более 90% продукции печи находится в виде шлака . [8] Технология рафинирования расплавленного ферроникеля - тема для специалистов, [17] и из-за изменчивости содержания руды процессы, возможно, даже потребуется адаптировать к источникам: например, процесс Ларко для греческих руд. [18] «Основная причина добавления никеля в ферросплавы состоит в том, чтобы способствовать аустенитной микроструктуре . Никель обычно увеличивает пластичность, ударную вязкость и коррозионную стойкость». [19] Никелевый чугун отличается от ферроникеля низкой массовой долей (4-10%) никеля и высоким содержанием углерода (> 3%). Напротив, ферроникель - это относительно чистый бинарный сплав. [19]
В 2008 году крупнейшими производителями ферроникеля были Япония (301 000 т), Новая Каледония (144 000 т) и Колумбия (105 000 т). Вместе эти три страны производили около 51% мирового производства, если не считать Китай. Украина, Индонезия, Греция и Македония, в порядке убывания валового выпуска продукции, произвели от 68 000 т до 90 000 т ферроникеля, что составляет дополнительный 31%, исключая Китай. Китай был исключен из статистики, потому что его промышленность производила большие объемы никелевого чугуна в дополнение к ряду обычных марок ферроникеля, что, по оценкам, составило 590 000 тонн брутто. Содержание никеля в отдельных китайских продуктах варьировалось от 1,6% до 80% в зависимости от конечного использования потребителями. [2]
В Соединенных Штатах на сталелитейную промышленность приходилось практически весь ферроникель, потребленный в 2008 году, при этом более 98% приходилось на нержавеющие и жаропрочные стали; Ферроникель в США в 2008 году не производился [2].
Никелевый чугун является низкосортным ферроникелем сделан в Китае, который является очень популярным , так как 2010s.
Ферросилиций
Потребление кремниевых ферросплавов обусловлено производством чугуна и стали, где кремниевые сплавы используются в качестве раскислителей. Некоторый металлический кремний также использовался в качестве легирующего агента с железом. Исходя из содержания кремния, чистое производство ферросилиция и различных кремниевых сплавов в США в 2008 году составило 148 000 тонн. Китай является основным поставщиком, который в 2008 году произвел больше ферросилиция (4,9 млн тонн), чем весь остальной мир вместе взятый. Другими крупными производителями являются Норвегия (0,21 млн тонн), Россия (0,85 млн тонн) и США (0,23 млн тонн). [2]
Ферротитан
Титан используется в сталеплавильном производстве для раскисления, контроля размера зерна, контроля и стабилизации углерода и азота. При выплавке стали титан обычно вводят в виде ферротитана из-за его относительно низкой температуры плавления и высокой плотности. К сталям с относительно высоким содержанием титана относятся стали без зазоров, нержавеющие и высокопрочные низколегированные стали. Ферротитан обычно получают путем индукционной плавки титанового лома с железом или сталью; однако он также производится непосредственно из концентратов титановых минералов. Стандартные марки ферротитана - это 30% и 70% титана. Ферросилиций-титан также производится для одновременного добавления кремния и титана. К ведущим странам-производителям ферротитана относятся Бразилия, Китай, Индия, Япония, Россия, Украина, Великобритания и США. [2]
Ферровольфрам
Вольфрам является важным легирующим элементом в быстрорежущих и других инструментальных сталях и в меньшей степени используется в некоторых нержавеющих и конструкционных сталях. Вольфрам часто добавляют в расплав стали в виде ферровольфрама, который может содержать до 80% вольфрама. В мировом производстве ферровольфрама доминирует Китай, который в 2008 году экспортировал 4835 т (вес брутто) сплава. Ферровольфрам относительно дорогой, его цена составляет около 31–44 долларов за килограмм содержащегося в нем вольфрама. [2]
Феррованадий
В 2008 году на Китай, Россию (12 000 т) и Южную Африку (17 000 т) приходилось 98% мировой добычи ванадия. В этих трех странах ванадий в основном извлекался из титансодержащей магнетитовой руды, перерабатываемой для производства чугуна. Процесс включает алюмотермическое восстановление оксида ванадия (V) , алюминия (в качестве геттера оксидов) и железного лома. [1] В результате получается шлак, содержащий от 20% до 24% пятиокиси ванадия, который может быть переработан в феррованадий, содержащий от 40% до 50% ванадия. Из 5 090 т ванадия, потребленного в США в 2008 году, 84% было произведено из феррованадия, и почти весь его (99%) пошел на производство стали. [2]
Рекомендации
Эта статья включает материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Геологической службы США : «Ферросплавы» (PDF) .
- ^ а б Рудольф Фихте. «Ферросплавы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. DOI : 10.1002 / 14356007.a10_305 .
- ^ Б с д е е г ч I Corathers, Lisa A .; и другие. (Октябрь 2010 г.). Ферросплавы (PDF) . Ежегодник полезных ископаемых 2008 (Отчет). Я . Геологическая служба США. С. 25.1–25.14. DOI : 10,3133 / mybvi . Проверено 18 октября 2019 .
- ^ Москалык, р. Альфантази, AM (2003). «Обработка ванадия: обзор». Минеральное машиностроение . 16 (9 сентября 2003 г.): 793–805. DOI : 10.1016 / S0892-6875 (03) 00213-9 .
- ^ а б Бедингер, Джордж М .; Corathers, Lisa A .; и другие. (Октябрь 2016 г.). Ферросплавы (PDF) . Ежегодник полезных ископаемых 2014 (Отчет). Я . Геологическая служба США. С. 25.1–25.3. DOI : 10,3133 / mybvi . Проверено 18 октября 2019 .
- ^ Сингерлинг, Шерил А .; Так, Кристофер А .; и другие. (Июнь 2018). Ферросплавы (PDF) . Ежегодник полезных ископаемых 2015 (Отчет). Я . Геологическая служба США. С. 25.1–25.14. DOI : 10,3133 / mybvi . Проверено 18 октября 2019 .
- ^ Кудо, Акира. Японо-германские деловые отношения: сотрудничество и соперничество в период между мировыми войнами . С. 89–108. Архивировано из оригинала на 2014-10-20 . Проверено 21 декабря 2014 .
- ^ https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=9883
- ^ а б в г Суинборн, Дуглас Р. "Моделирование плавления латерита никеля в ферроникель" (PDF) . Симпозиум по высокотемпературной обработке 2014 . Технологический университет Суинберна.
- ^ а б Swartzendruber, LJ; Иткин В.П .; Алкок, CB (1991). «Система Fe-Ni (железо-никель)». Журнал фазовых равновесий . 12 (3): 288–312. DOI : 10.1007 / BF02649918 . S2CID 198915324 .
- ^ Тацуя Токунага; Хироши Отани; Мицухиро Хасебе (2005). «Термодинамическое исследование фазовых равновесий в системе Ni – Fe – B» . Материалы Сделки . 46 (6): 1193–1198. DOI : 10,2320 / matertrans.46.1193 .CS1 maint: дата и год ( ссылка )
- ^ Накада, Нобуо; Кусуноки, Наоки; Кадихара, Масанори; Хамада, Джуничи (2017). «Различие в термодинамике феррита и мартенсита в системе Fe-Ni». Scripta Materialia . 138 : 105–108. DOI : 10.1016 / j.scriptamat.2017.05.050 .
- ^ а б Кескинкилик, Эндер (2019). «Способы плавки никелевого латерита и некоторые примеры недавних возможных модификаций обычного способа плавки» . Металлы . 9 (9): 974. DOI : 10,3390 / met9090974 .
- ^ Crundwell, Фрэнк К .; Moats, Michael S .; Рамачандран, Венкоба; Робинсон, Тимоти Дж .; Давенпорт, Уильям Г. (2011). «Облагораживание латеритных руд». Добывающая металлургия никеля, кобальта и металлов платиновой группы . С. 39–47. DOI : 10.1016 / B978-0-08-096809-4.10003-6 . ISBN 9780080968094.
- ^ Поляков, Олег (2013). «Технология Ферроникеля». Справочник по ферросплавам . С. 367–375. DOI : 10.1016 / B978-0-08-097753-9.00010-1 . ISBN 9780080977539.
- ^ «Производство FeNi из руд с высоким содержанием железного никеля» Свана, Эрик и Истеб, Роальд (1983) Производство FeNi из руд с высоким содержанием железного никеля. В: Материалы семинара по проблемам и перспективам ферросплавной промышленности в Индии, 24-26 октября 1983 г., NML, Джамшедпур.
- ^ Суинборн, Д.Р. (2014). «Понимание процесса выплавки ферроникеля из латеритов с помощью компьютерного термодинамического моделирования». Обработка полезных ископаемых и добывающая металлургия . 123 (3): 127–140. DOI : 10.1179 / 1743285514Y.0000000056 . S2CID 136838900 .
- ^ Crundwell, Фрэнк К .; Moats, Michael S .; Рамачандран, Венкоба; Робинсон, Тимоти Дж .; Давенпорт, Уильям Г. (2011). «Переработка расплавленного ферроникеля». Добывающая металлургия никеля, кобальта и металлов платиновой группы . С. 85–93. DOI : 10.1016 / B978-0-08-096809-4.10007-3 . ISBN 9780080968094.
- ^ Zevgolis, Эммануил. (2004). Эволюция греческого процесса производства ферроникеля . Международный симпозиум по латеритному никелю. 619-632.
- ^ а б «Металлический никель против ферроникеля для производства черных сплавов» . Metals Hub GmbH.