Ферросплав - Ferroalloy

Ферросплавы относятся к различным сплавам из железа с высокой долей одного или более других элементами , такими как марганец (Mn), алюминий (Al) или кремния (Si). Их используют при производстве сталей и сплавов. Сплавы придают стали и чугуну отличительные качества или выполняют важные функции в процессе производства и поэтому тесно связаны с черной металлургией , ведущим потребителем ферросплавов. Ведущими производителями ферросплавов в 2014 году были Китай , ЮАР , Индия , Россия и Казахстан , на которые приходилось 84% мирового производства. Мировое производство ферросплавов в 2015 году оценивалось в 52,8 миллиона тонн.

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

Эволюция мирового производства ферросплавов 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 с помощью процессов прямого восстановления . Например, процесс Круппа-Ренна используется в Японии для производства ферроникеля .

Производство и потребление ферросплавов

Феррохром

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 произведенного в мире феррохрома в 11,7 млн ​​тонн была потреблена на производство нержавеющей стали, а в 2014 году этот показатель составил 41,7 млн ​​тонн.

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.

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 страной-производителем молибдена в мире, в 2008 году они импортировали более 70% необходимого ферромолибдена, в основном для сталелитейной промышленности (83% потребленного ферромолибдена).

Ферроникель

В 2014 году около 33% производимого в мире нового никеля составлял ферроникель , обширная обзорная статья которого была опубликована Свартцендрубером и др. В 1991 году. Многие из метеоритов , падающих на Землю, оказались ферроникелевыми и имеют форму камасита. и / или тенит . Ферроникель имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру (через Ni). Он может иметь форму феррита , мартенсита или аустенита . Бинарная система Fe-Ni была исследована в целях аналогии со сталью, 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.

В конце 20 века производство никеля на 60% было основано на плавке сульфидных руд на штейне, что не годилось для производства ферроникеля. По данным на 2003 год, доля латеритов в производстве первичного никеля составила 42%. Годовое мировое производство ферроникеля в 2014 году составило около 250 000 тонн. Двумя крупнейшими производителями были BHP Billiton и Société Le Nickel . Латеритовые руды часто используются для обеспечения производственного процесса. Процесс RKEF часто используется. Потребление энергии на тонну продукта является высоким для латеритных руд из-за низкого содержания сырья, что приводит к образованию большого количества отходов шлака и газообразных загрязнений. Как правило, более 90% продукции печи находится в виде шлака . Технология очистки расплавленного ферроникеля является темой для специалистов, и из-за изменчивости содержания руды процессы, возможно, даже придется адаптировать к источникам: например, процесс Ларко для греческих руд. «Основная причина добавления никеля в ферросплавы состоит в том, чтобы способствовать аустенитной микроструктуре . Никель обычно увеличивает пластичность, ударную вязкость и коррозионную стойкость». Никелевый чугун отличается от ферроникеля низкой массовой долей (4–10%) никеля и высоким содержанием углерода (> 3%). Напротив, ферроникель - это относительно чистый бинарный сплав.

В 2008 году основными 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, поскольку его промышленность производила большие объемы никелевого чугуна в дополнение к ряду обычных марок ферроникеля, при расчетном общем объеме производства 590 000 тонн брутто. Содержание никеля в отдельных китайских продуктах варьировалось от 1,6% до 80% в зависимости от конечного использования потребителями.

В Соединенных Штатах на сталелитейную промышленность приходилось практически весь ферроникель, потребленный в 2008 году, причем более 98% приходилось на нержавеющие и жаропрочные стали; ферроникель в США в 2008 г. не производился.

Никелевый чугун является низкосортным ферроникелем сделан в Китае, который является очень популярным , так как 2010s.

Ферросилиций

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).

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.

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.

Феррованадий

Куски феррованадия

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 передельного чугуна. Процесс включает алюмотермическое восстановление оксида ванадия (V) , алюминия (в качестве геттера оксидов) и железного лома. 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.

использованная литература

 Эта статья включает материалы, являющиеся  общественным достоянием, из документа Геологической службы США : «Ферросплавы» (PDF) .