Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Електрометалургі́я — галузь металургії, яка охоплює процеси одержання, рафінування і оброблення металів і сплавів із руд та концентратів за допомогою електричної енергії.
В електрометалургії застосовуються електротермічні і електрохімічні процеси. Електротермічні процеси використовуються для видобування металів з руд і концентратів, виробництва і рафінування чорних і кольорових металів і сплавів на їх основі (Електротермія). У цих процесах електрична енергія є джерелом технологічного тепла. Електрохімічні процеси поширені у виробництві чорних і кольорових металів на основі електролізу водних розчинів і розплавлених середовищ (Електрохімія). Тут за рахунок електричної енергії здійснюються окиснювально-відновні реакції на межах розділу фаз при проходженні струму через електроліти. Особливе місце в цих процесах займає гальванотехніка, в основі якої лежать електрохімічні процеси осадження металів на поверхню металевих і неметалічних виробів.
Електротермічні процеси охоплюють плавку сталі в дугових і індукційних печах (див. ), спецелектрометалургію, рудовідновну плавку, що включає виробництво феросплавів і штейнів, виплавку чавуну в шахтних електропечах, отримання нікелю, олова і інших металів.
Електросталеплавильний процес найактивніше розвивається у США, де за 40 років (1965-2005 рр.) він збільшився більш ніж у 5 разів: з 10 до 55%. У Японії та Німеччині даний процес розвивався не так інтенсивно і в наш час[] його частка в цих країнах становить близько 25 і 30% відповідно. Дуже інтенсивно розвивається електросталеплавильний процес у Південній Кореї (з 30 до 45%), а в Росії та Китаї він останніми роками практично не розвивається: його частка становить близько 15%. Частка електросталі в Україні найнижча, і, незважаючи на деякий підйом у 2005-2007 рр., становить 10%.
Електродугова плавка
Електросталь, призначена для подальшого переділу, виплавляється головним чином в дугових печах з основною футеровкою. Важливі переваги цих печей перед іншими сталеплавильними агрегатами (можливість нагріву металу до високих температур за рахунок електричної дуги, відновна атмосфера в печі, менший чад легуючих елементів, високоосновні шлаки, що забезпечують істотне зниження вмісту сірки) зумовили їх використання для виробництва легованих високоякісних сталей — корозійностійких, інструментальних (в тому числі швидкорізальних), конструкційних, електротехнічних, жароміцних тощо, а також сплавів на нікелевій основі. Світова тенденція розвитку плавки електродуги — збільшення ємності одиничного агрегату до 200—400 т, питомої потужності трансформатора до 500—600 і більше КВА/т, спеціалізація агрегатів (у одних — тільки розплавлення, в інших — рафінування і легування), високий рівень автоматизації і застосування ЕОМ для програмного керування плавкою. У печах підвищеної потужності економічно доцільно плавити не тільки леговану, але і рядову вуглецеву сталь. У розвинених країнах частка вуглецевої сталі від загального об'єму електросталі, що виплавляється в електропечах, становить 50 % і більш. У СРСР в електропечах виплавлялося ~80 % легованого металу.
Для виплавки спеціальних сталей і сплавів набувають поширення плазмено-дугові печі з основним керамічним тиглем (ємністю до 30 т), обладнані плазмотронами постійного і змінного струму (Плазмова металургія). Дугові електропечі з кислою футеровкою використовують для плавки металу, призначеного для сталевого литва. Кислий процес в цілому більш високопродуктивний, ніж основний, через короткочасність плавки завдяки меншій тривалості окислювального і відновного періодів. Кисла сталь дешевша за основну унаслідок меншої витрати електроенергії, електродів, кращу стійкість футеровки, меншу витрату розкислювачів і можливості здійснення кремнієвідновного процесу. Дугові печі ємністю до 100 т широко застосовуються також для плавки чавуну в чавуноливарних цехах.
Індукційна плавка
Плавка сталі в індукційній печі, здійснювана в основному методом переплавки, зводиться, як правило, до розплавлення шихти, розкислювання металу і випуску. Це обумовлює високі вимоги до шихтових матеріалів за змістом шкідливих домішок (P, S). Вибір тигля (основний або кислий) визначається властивостями металу. Щоб кремнезем футеровки не відновлювався в процесі плавки, сталі і сплави з підвищеним вмістом Mn, Ti, Al виплавляють в основному тиглі. Істотний недолік індукційної плавки — холодні шлаки, які нагріваються тільки від металу. У ряді конструкцій цей недолік усувається шляхом плазмового нагріву поверхні метал-шлак, що дозволяє також значно прискорити розплавлення шихти. У вакуумних індукційних печах виплавляють чисті метали, сталі і сплави відповідального призначення (). Ємність існуючих печей від декількох кг до десятків т. Вакуумну індукційну плавку інтенсифікують продуванням інертними (Ar, He) і активними (CO, CH4) газами, електромагнітним перемішуванням металу в тиглі, продуванням металу шлакоутворюючими порошками.
Спецелектрометалургія
Спецелектрометалургія охоплює нові процеси плавки і рафінування металів і сплавів, що отримали розвиток в 50—60-х рр. 20 ст. для задоволення потреб сучасної техніки (космічної, реактивної, атомної, хімічного машинобудування і ін.) в конструкційних матеріалах з високими механічними властивостями, жароміцністю, корозійною стійкістю і т. д. Спецелектрометалургія включає вакуумну дугову плавку (), електроннопроменеву плавку, електрошлакову переплавку і плазмено-дугову плавку. Цими методами переплавляють сталі і сплави відповідального призначення, тугоплавкі метали — вольфрам, молібден, ніобій і їхні сплави, високореакційні метали — титан, ванадій, цирконій, сплави на їх основі і ін. Вакуумна дугова плавка була запропонована в 1905 В. фон Больтоном (Німеччина); у промислових масштабах цей метод вперше використаний для плавки титана В. Кроллом (США) в 1940. Метод електрошлакової переплавки розроблений в 1952—53 в Інституті електрозварювання ім. Є. О. Патона АН УРСР. Для отримання сталей і сплавів на нікелевій основі особливо відповідального призначення застосовують різні варіанти дуплекс-процесів, найважливіший з яких — поєднання вакуумної індукційної плавки і вакуумно-дугової переплавки. Особливе місце в спецелектрометалургії займає вакуумна плавка, в якій джерелами тепла служать електрична дуга, електронний промінь, плазма. У цих печах, вживаних для високоактивних і тугоплавких металів (W, Мо та інші і сплави на їхній основі), порція рідкого металу у водоохолоджуваному тиглі з гарнісажем використовується для отримання зливків і фасонних відливок.
Рудовідновна плавка
Рудовідновна плавка включає виробництво феросплавів, продуктів кольорової металургії — мідних і нікелевих штейнів, свинцю, цинку, титанових шлаків і ін. Процес полягає у відновленні природних руд і концентратів вуглецем, кремнієм і іншими відновниками при високих температурах, що створюються головним чином за рахунок могутньої електричної дуги (). Відновні процеси зазвичай є безперервними. У міру проплавлення підготовлену шихту завантажують у ванну, а отримувані продукти періодично випускають з електропечі. Потужність таких печей досягає 100 МВа. У деяких країнах (Швеція, Норвегія, Японія, Італія і інших) на основі рудовідновної плавки виробляється чавун в електродоменних печах або електродугових бесшахтних печах.
Електрохімічні процеси отримання металів
Г. Деві в 1807 вперше застосував електроліз для отримання натрію і калію.
В кінці 1970-х рр. методом електролізу отримують більше 50 металів, зокрема мідь, нікель, алюміній, магній, калій, кальцій і ін. Розрізняють 2 типи електролітичних процесів. Перший пов'язаний з катодним осадженням металів з розчинів, отриманих методами гідрометалургії, — вилуговуванням руд і концентратів; в цьому випадку відновленню (відкладенню) на катоді металу з розчину відповідає реакція електрохімічного окислення аніона на нерозчинному аноді.
Другий тип процесів пов'язаний з електролітичним рафінуванням металу з його сплаву, з якого виготовляється розчинний анод. На першій стадії в результаті електролітичного розчинення анода метал переводиться в розчин, на другій — він осідає на катоді. Послідовність розчинення металів на аноді і осадження на катоді визначається поряд напруги. Проте в реальних умовах потенціали виділення металів істотно залежать від величини перенапруження водню на відповідному металі. У промислових масштабах рафінують цинк, марганець, нікель, залізо і інші метали; алюміній, магній, калій та ін. отримують електролізом розплавлених солей при 700—1000 °С. Останній спосіб пов'язаний з великою витратою електроенергії (15—20 тис. кВт·год/т) в порівнянні з електролізом водних розчинів (до 10 тис. кВт·год/т).
Див. також
Примітки
- ДСТУ 3790-98 Металургія кольорових металів. Терміни та визначення основних понять.
Література
- у Великій радянській енциклопедії (рос.)
- Беляев А. И. Металлургия легких металлов, 6 изд., М., 1970;
- Зеликман А. Н., Меерсон Г. А. Металлургия редких металлов, М., 1973;
- Еднерал Ф. П. Электрометаллургия стали и ферросплавов, 4 изд., М., 1977.
Посилання
- Відновлення металів // Термінологічний словник-довідник з будівництва та архітектури / Р. А. Шмиг, В. М. Боярчук, І. М. Добрянський, В. М. Барабаш ; за заг. ред. Р. А. Шмига. — Львів, 2010. — С. 49. — .
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Elektrometalurgi ya galuz metalurgiyi yaka ohoplyuye procesi oderzhannya rafinuvannya i obroblennya metaliv i splaviv iz rud ta koncentrativ za dopomogoyu elektrichnoyi energiyi V elektrometalurgiyi zastosovuyutsya elektrotermichni i elektrohimichni procesi Elektrotermichni procesi vikoristovuyutsya dlya vidobuvannya metaliv z rud i koncentrativ virobnictva i rafinuvannya chornih i kolorovih metaliv i splaviv na yih osnovi Elektrotermiya U cih procesah elektrichna energiya ye dzherelom tehnologichnogo tepla Elektrohimichni procesi poshireni u virobnictvi chornih i kolorovih metaliv na osnovi elektrolizu vodnih rozchiniv i rozplavlenih seredovish Elektrohimiya Tut za rahunok elektrichnoyi energiyi zdijsnyuyutsya okisnyuvalno vidnovni reakciyi na mezhah rozdilu faz pri prohodzhenni strumu cherez elektroliti Osoblive misce v cih procesah zajmaye galvanotehnika v osnovi yakoyi lezhat elektrohimichni procesi osadzhennya metaliv na poverhnyu metalevih i nemetalichnih virobiv Elektrotermichni procesi ohoplyuyut plavku stali v dugovih i indukcijnih pechah div specelektrometalurgiyu rudovidnovnu plavku sho vklyuchaye virobnictvo ferosplaviv i shtejniv viplavku chavunu v shahtnih elektropechah otrimannya nikelyu olova i inshih metaliv Elektrostaleplavilnij proces najaktivnishe rozvivayetsya u SShA de za 40 rokiv 1965 2005 rr vin zbilshivsya bilsh nizh u 5 raziv z 10 do 55 U Yaponiyi ta Nimechchini danij proces rozvivavsya ne tak intensivno i v nash chas koli jogo chastka v cih krayinah stanovit blizko 25 i 30 vidpovidno Duzhe intensivno rozvivayetsya elektrostaleplavilnij proces u Pivdennij Koreyi z 30 do 45 a v Rosiyi ta Kitayi vin ostannimi rokami praktichno ne rozvivayetsya jogo chastka stanovit blizko 15 Chastka elektrostali v Ukrayini najnizhcha i nezvazhayuchi na deyakij pidjom u 2005 2007 rr stanovit 10 Elektrodugova plavkaDokladnishe Elektrostal priznachena dlya podalshogo peredilu viplavlyayetsya golovnim chinom v dugovih pechah z osnovnoyu futerovkoyu Vazhlivi perevagi cih pechej pered inshimi staleplavilnimi agregatami mozhlivist nagrivu metalu do visokih temperatur za rahunok elektrichnoyi dugi vidnovna atmosfera v pechi menshij chad leguyuchih elementiv visokoosnovni shlaki sho zabezpechuyut istotne znizhennya vmistu sirki zumovili yih vikoristannya dlya virobnictva legovanih visokoyakisnih stalej korozijnostijkih instrumentalnih v tomu chisli shvidkorizalnih konstrukcijnih elektrotehnichnih zharomicnih tosho a takozh splaviv na nikelevij osnovi Svitova tendenciya rozvitku plavki elektrodugi zbilshennya yemnosti odinichnogo agregatu do 200 400 t pitomoyi potuzhnosti transformatora do 500 600 i bilshe KVA t specializaciya agregativ u odnih tilki rozplavlennya v inshih rafinuvannya i leguvannya visokij riven avtomatizaciyi i zastosuvannya EOM dlya programnogo keruvannya plavkoyu U pechah pidvishenoyi potuzhnosti ekonomichno docilno plaviti ne tilki legovanu ale i ryadovu vuglecevu stal U rozvinenih krayinah chastka vuglecevoyi stali vid zagalnogo ob yemu elektrostali sho viplavlyayetsya v elektropechah stanovit 50 i bilsh U SRSR v elektropechah viplavlyalosya 80 legovanogo metalu Dlya viplavki specialnih stalej i splaviv nabuvayut poshirennya plazmeno dugovi pechi z osnovnim keramichnim tiglem yemnistyu do 30 t obladnani plazmotronami postijnogo i zminnogo strumu Plazmova metalurgiya Dugovi elektropechi z kisloyu futerovkoyu vikoristovuyut dlya plavki metalu priznachenogo dlya stalevogo litva Kislij proces v cilomu bilsh visokoproduktivnij nizh osnovnij cherez korotkochasnist plavki zavdyaki menshij trivalosti okislyuvalnogo i vidnovnogo periodiv Kisla stal deshevsha za osnovnu unaslidok menshoyi vitrati elektroenergiyi elektrodiv krashu stijkist futerovki menshu vitratu rozkislyuvachiv i mozhlivosti zdijsnennya kremniyevidnovnogo procesu Dugovi pechi yemnistyu do 100 t shiroko zastosovuyutsya takozh dlya plavki chavunu v chavunolivarnih cehah Indukcijna plavkaPlavka stali v indukcijnij pechi zdijsnyuvana v osnovnomu metodom pereplavki zvoditsya yak pravilo do rozplavlennya shihti rozkislyuvannya metalu i vipusku Ce obumovlyuye visoki vimogi do shihtovih materialiv za zmistom shkidlivih domishok P S Vibir tiglya osnovnij abo kislij viznachayetsya vlastivostyami metalu Shob kremnezem futerovki ne vidnovlyuvavsya v procesi plavki stali i splavi z pidvishenim vmistom Mn Ti Al viplavlyayut v osnovnomu tigli Istotnij nedolik indukcijnoyi plavki holodni shlaki yaki nagrivayutsya tilki vid metalu U ryadi konstrukcij cej nedolik usuvayetsya shlyahom plazmovogo nagrivu poverhni metal shlak sho dozvolyaye takozh znachno priskoriti rozplavlennya shihti U vakuumnih indukcijnih pechah viplavlyayut chisti metali stali i splavi vidpovidalnogo priznachennya Yemnist isnuyuchih pechej vid dekilkoh kg do desyatkiv t Vakuumnu indukcijnu plavku intensifikuyut produvannyam inertnimi Ar He i aktivnimi CO CH4 gazami elektromagnitnim peremishuvannyam metalu v tigli produvannyam metalu shlakoutvoryuyuchimi poroshkami SpecelektrometalurgiyaDokladnishe Specelektrometalurgiya ohoplyuye novi procesi plavki i rafinuvannya metaliv i splaviv sho otrimali rozvitok v 50 60 h rr 20 st dlya zadovolennya potreb suchasnoyi tehniki kosmichnoyi reaktivnoyi atomnoyi himichnogo mashinobuduvannya i in v konstrukcijnih materialah z visokimi mehanichnimi vlastivostyami zharomicnistyu korozijnoyu stijkistyu i t d Specelektrometalurgiya vklyuchaye vakuumnu dugovu plavku elektronnopromenevu plavku elektroshlakovu pereplavku i plazmeno dugovu plavku Cimi metodami pereplavlyayut stali i splavi vidpovidalnogo priznachennya tugoplavki metali volfram molibden niobij i yihni splavi visokoreakcijni metali titan vanadij cirkonij splavi na yih osnovi i in Vakuumna dugova plavka bula zaproponovana v 1905 V fon Boltonom Nimechchina u promislovih masshtabah cej metod vpershe vikoristanij dlya plavki titana V Krollom SShA v 1940 Metod elektroshlakovoyi pereplavki rozroblenij v 1952 53 v Instituti elektrozvaryuvannya im Ye O Patona AN URSR Dlya otrimannya stalej i splaviv na nikelevij osnovi osoblivo vidpovidalnogo priznachennya zastosovuyut rizni varianti dupleks procesiv najvazhlivishij z yakih poyednannya vakuumnoyi indukcijnoyi plavki i vakuumno dugovoyi pereplavki Osoblive misce v specelektrometalurgiyi zajmaye vakuumna plavka v yakij dzherelami tepla sluzhat elektrichna duga elektronnij promin plazma U cih pechah vzhivanih dlya visokoaktivnih i tugoplavkih metaliv W Mo ta inshi i splavi na yihnij osnovi porciya ridkogo metalu u vodooholodzhuvanomu tigli z garnisazhem vikoristovuyetsya dlya otrimannya zlivkiv i fasonnih vidlivok Rudovidnovna plavkaRudovidnovna plavka vklyuchaye virobnictvo ferosplaviv produktiv kolorovoyi metalurgiyi midnih i nikelevih shtejniv svincyu cinku titanovih shlakiv i in Proces polyagaye u vidnovlenni prirodnih rud i koncentrativ vuglecem kremniyem i inshimi vidnovnikami pri visokih temperaturah sho stvoryuyutsya golovnim chinom za rahunok mogutnoyi elektrichnoyi dugi Vidnovni procesi zazvichaj ye bezperervnimi U miru proplavlennya pidgotovlenu shihtu zavantazhuyut u vannu a otrimuvani produkti periodichno vipuskayut z elektropechi Potuzhnist takih pechej dosyagaye 100 MVa U deyakih krayinah Shveciya Norvegiya Yaponiya Italiya i inshih na osnovi rudovidnovnoyi plavki viroblyayetsya chavun v elektrodomennih pechah abo elektrodugovih besshahtnih pechah Elektrohimichni procesi otrimannya metalivG Devi v 1807 vpershe zastosuvav elektroliz dlya otrimannya natriyu i kaliyu V kinci 1970 h rr metodom elektrolizu otrimuyut bilshe 50 metaliv zokrema mid nikel alyuminij magnij kalij kalcij i in Rozriznyayut 2 tipi elektrolitichnih procesiv Pershij pov yazanij z katodnim osadzhennyam metaliv z rozchiniv otrimanih metodami gidrometalurgiyi vilugovuvannyam rud i koncentrativ v comu vipadku vidnovlennyu vidkladennyu na katodi metalu z rozchinu vidpovidaye reakciya elektrohimichnogo okislennya aniona na nerozchinnomu anodi Drugij tip procesiv pov yazanij z elektrolitichnim rafinuvannyam metalu z jogo splavu z yakogo vigotovlyayetsya rozchinnij anod Na pershij stadiyi v rezultati elektrolitichnogo rozchinennya anoda metal perevoditsya v rozchin na drugij vin osidaye na katodi Poslidovnist rozchinennya metaliv na anodi i osadzhennya na katodi viznachayetsya poryad naprugi Prote v realnih umovah potenciali vidilennya metaliv istotno zalezhat vid velichini perenapruzhennya vodnyu na vidpovidnomu metali U promislovih masshtabah rafinuyut cink marganec nikel zalizo i inshi metali alyuminij magnij kalij ta in otrimuyut elektrolizom rozplavlenih solej pri 700 1000 S Ostannij sposib pov yazanij z velikoyu vitratoyu elektroenergiyi 15 20 tis kVt god t v porivnyanni z elektrolizom vodnih rozchiniv do 10 tis kVt god t Div takozhVtorinna metalurgiya Vakuumna metalurgiyaPrimitkiDSTU 3790 98 Metalurgiya kolorovih metaliv Termini ta viznachennya osnovnih ponyat Literaturau Velikij radyanskij enciklopediyi ros Belyaev A I Metallurgiya legkih metallov 6 izd M 1970 Zelikman A N Meerson G A Metallurgiya redkih metallov M 1973 Edneral F P Elektrometallurgiya stali i ferrosplavov 4 izd M 1977 PosilannyaVidnovlennya metaliv Terminologichnij slovnik dovidnik z budivnictva ta arhitekturi R A Shmig V M Boyarchuk I M Dobryanskij V M Barabash za zag red R A Shmiga Lviv 2010 S 49 ISBN 978 966 7407 83 4