Содержание:
- Особенности ферросплавов
- Свойства и типы ферросплавов
- Виды соединений и сфера их применения
- Методы производства ферросплавов
Ферросплавы — это искусственно созданные соединения на основе железа. Они входят в перечень базовых элементов для выплавки стали и литья чугуна.
Особенности ферросплавов
Ферросплав представляет собой соединение железа с различными химическими элементами. Современные промышленные предприятия производят более ста видов простых и сложных ферросплавов.
Наиболее известны соединения железа с:
- легкими металлами: алюминием (Al), барием (Ba), бором (B), кальцием (Ca), магнием (Mg), стронцием (Sr), титаном (Ti);
- редкими и редкоземельными металлами: ванадием (V), вольфрамом (W), церием (Ce), иттрием (Y), молибденом (Mo), ниобием (Nb), танталом (Ta);
- тяжелыми металлами: кобальтом (Co), марганцем (Mn), никелем (Ni), хромом (Cr);
- неметаллами: кремнием (Si), фосфором (P);
- газами: азотом (N).
С помощью ферросплавов можно получить конструкционные, устойчивые к коррозии, жаропрочные, прецизионные и электротехнические стали, литейные чугуны и т.д.
Свойства и типы ферросплавов
Соединения на основе железа подразделяют на два вида:
- Большие ферросплавы:
- кремнистые соединения, в том числе разновидности ферросилиция;
- марганцевые соединения, металлический, азотированный и силикомарганец;
- хромистые соединения, в том числе лигатуры сложных композиций с Cr.
- Малые ферросплавы:
- ферровольфрам, ферромолибден и феррованадий;
- соединения с щелочноземельными металлами, комплексы Fe-Si-Mg-Ca, Si-B-Fe и другие;
- феррониобий;
- ферротитан;
- ферробор, ферроборал и другие лигатуры с В;
- алюминиевые и редкоземельные сплавы;
- феррокобальт;
- ферроникель.
Свойства ферросплавов зависят от основного компонента состава или ведущего элемента. Технология производства основана на степени его восстановления.
Виды соединений и сфера их применения
Ферросплавы используют в металлургической промышленности, например, при легировании сплавов и раскислении сталей. Благодаря этим компонентам металлоизделия получают определенные механические, физические и химические характеристики.
Ферровольфрам ГОСТ 1729З-9З, ISO 5450:1980
Сплавы железа с вольфрамом используют в металлургической промышленности для легирования быстрорежущих, кислотостойких, жаростойких и конструкционных сталей и магнитных сплавов. Благодаря вольфраму возрастает текучесть сплавов и сила намагничивания.
Таблица 1. Марки ферровольфрама и их состав.
|
Марка
|
Содержание вещества в %
|
|
W
|
Мо
|
Mn
|
Si
|
С
|
Р
|
S
|
Cu
|
As
|
Sn
|
Al
|
Pb
|
Bi
|
Sb
|
|
ФB80
|
80,1
|
6,0
|
0,2
|
0,8
|
0,10
|
0,03
|
0,02
|
0,10
|
0,04
|
0,04
|
3,0
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
|
ФB75
|
75,2
|
7,0
|
0,2
|
1,1
|
0,15
|
0,04
|
0,04
|
0,20
|
0,05
|
0,05
|
5,0
|
—
|
—
|
—
|
|
ФB70
|
70,4
|
7,0
|
0,3
|
2
|
0,2
|
0,06
|
0,06
|
0,30
|
0,06
|
0,08
|
6,0
|
—
|
—
|
—
|
|
ФB72
|
72,0
|
1,0
|
0,4
|
0,5
|
0,3
|
0,04
|
0,08
|
0,15
|
0,04
|
0,08
|
—
|
0,02
|
0,02
|
0,02
|
|
ФB70
|
70,5
|
2,0
|
0,5
|
0,8
|
0,5
|
0,06
|
0,10
|
0,20
|
0,05
|
0,10
|
—
|
—
|
—
|
—
|
|
ФB65
|
65,3
|
6,0
|
0,6
|
1,2
|
0,7
|
0,10
|
0,15
|
0,30
|
0,08
|
0,20
|
—
|
—
|
—
|
—
|
Ферромолибден ГОСТ 4759-89, 1З151.1-89, CT СЭВ 1229-88
Сырье для создания сплава — молибденовые руды, обогащенные методом флотации и прошедшие окислительный обжиг. Кроме того, молибденовый концентрат можно получить при восстановлении углем в известковой среде. Концентрат заменяет чистый Мо при легировании сталей и чугунов.
Молибден повышает ударную вязкость, закаливаемость и прокаливаемость сплавов, снижает их отпускную хрупкость. Соединения с молибденом устойчивы к износу, прочны, выдерживают высокие температуры.
Таблица 2. Марки ферромолибдена и их состав.
|
Марка
|
Содержание вещества в %
|
|
Мо
|
W
|
Si
|
С
|
Р
|
S
|
Cu
|
As
|
Sn
|
Sb
|
Pb
|
Zn
|
Bi
|
|
ФMo60
|
60,1
|
0,3
|
0,5
|
0,05
|
0,05
|
0,10
|
0,5
|
0,02
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
|
ФMo60
|
60,2
|
0,3
|
0,8
|
0,05
|
0,05
|
0,10
|
0,5
|
0,02
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
|
ФMo58
|
58,1
|
0,5
|
0,5
|
0,08
|
0,05
|
0,10
|
0,8
|
0,03
|
0,02
|
0,02
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
|
ФMo58
|
58,4
|
0,5
|
1,0
|
0,08
|
0,05
|
0,12
|
0,8
|
0,03
|
0,02
|
0,02
|
0,01
|
0,01
|
0,01
|
|
ФMo55
|
55,3
|
0,8
|
1,5
|
0,10
|
0,10
|
0,15
|
1,0
|
—
|
0,05
|
0,05
|
—
|
—
|
—
|
|
ФMo50
|
50,5
|
—
|
3,0
|
0,50
|
0,10
|
0,50
|
2,0
|
—
|
0,10
|
0,10
|
—
|
—
|
—
|
Ферротитан ГОСТ 4761-91, ИСО 5454-80
Для получения низкопроцентных сплавов железа и титана используют алюминий и ильменитовый концентрат. Чтобы получить высокопроцентные сплавы, в электропечах выплавляют отходы железа и титана. Сплав Fe-Ti необходим для раскисления и легирования сталей. Кроме того, он повышает их плотность, прочность, обрабатываемость, устойчивость к коррозии.
Таблица 3. Марки ферротитана и их состав.
|
Марки
|
Содержание в %
|
|
Ti
|
Al
|
Si
|
Mn
|
С
|
H
|
S
|
V
|
|
FeТ30A16
|
20,0-35,0
|
6,0
|
4,0
|
—
|
0,15
|
0,10
|
0,06
|
—
|
|
FeТ30A110
|
20,0-35,0
|
10,0
|
8,0
|
—
|
0,20
|
0,10
|
0,07
|
—
|
|
FeТ40A16
|
35,0-50,0
|
6,0
|
4,5
|
1,5
|
0,10
|
0,10
|
0,05
|
—
|
|
FeТ40A18
|
35,0-50,0
|
8,0
|
5,0
|
1,5
|
0,10
|
0,05
|
0,05
|
—
|
|
FeТ40A10
|
35,0-50,0
|
10,0
|
8,0
|
1,5
|
0,20
|
0,10
|
0,07
|
—
|
|
FeТ70
|
65,0-75,0
|
0,5
|
0,10
|
0,20
|
0,20
|
0,03
|
0,03
|
0,50
|
|
FeТ70A112
|
65,0-75,0
|
2,0
|
0,25
|
1,0
|
0,20
|
0,04
|
0,04
|
1,5
|
|
FeТ70A15
|
65,0-75,0
|
5,0
|
0,50
|
1,0
|
0,30
|
0,05
|
0,04
|
Феррохром ГОСТ 4757-91, ИСО 5448-81
Соединение железа и хрома получают методом восстановления хромовых руд или концентратов коксом. Феррохром используется на сталелитейных и металлургических предприятиях. Более 85% сплавов Fe c Cr используют для производства хромистых сталей. Например, в состав нержавейки входит 11—20% хрома.
Таблица 4. Марки феррохрома и их состав.
|
Марки
|
Массовая доля, %
|
|
Cr
|
С
|
Si
|
Р
|
S
|
Al
|
ФX001А
ФX001Б
|
68
|
0,01
|
0,8
|
0,02 0,03
|
0,02
|
0,2
|
ФX002А
ФX002Б
|
0,02
|
1,5
|
0,02 0,03
|
ФX003А
ФX003Б
|
0,03
|
0,02 0,03
|
ФX004А
ФX004Б
|
0,04
|
0,02 0,03
|
ФX005А
ФX005Б
|
65
|
0,05
|
1,5
|
0,03 0,05
|
0,02
|
0,2
|
ФX006А
ФX006Б
|
0,06
|
0,03 0,05
|
ФX010А
ФX010Б
|
0,10
|
0,03 0,05
|
ФX015А
ФX015Б
|
0,15
|
0,03 0,05
|
—
|
ФX025А
ФX025Б
|
0,25
|
2,0
|
0,03 0,05
|
ФX050А
ФX050Б
|
0,50
|
0,03 0,05
|
Ферроникель ГОСТ P ИСО 11400-2016, ISO 6501:1988
Соединения железа и никеля получают при восстановительной электроплавке окисленной никелевой руды и путем переработки вторичного сырья. Например, отходов легированных сталей и железоникелевых аккумуляторных батарей, которые вышли из строя. Ферроникель необходим для легирования сталей и сплавов: материалы становятся прочнее и пластичнее. Соединение повышает их прокаливаемость и изменяет степень теплового расширения.
Таблица 5. Марки ферроникеля и их состав.
|
Марки
|
С
|
Si
|
Р
|
S
|
Cu
|
Cr
|
|
LС — низкоуглеродистый
|
0,030
|
0,20
|
0,030
|
0,030
|
0,20
|
0,10
|
|
LСLP — низкоуглеродистый и низкофосфористый
|
0,030
|
0,20
|
0,020
|
0,030
|
0,20
|
0,10
|
|
MС — среднеуглеродистый
|
1,0
|
1,0
|
0,030
|
0,10
|
0,20
|
0,50
|
|
MСLP — среднеуглеродистый и низкофосфористый
|
1,0
|
1,0
|
0,020
|
0,10
|
0,20
|
0,50
|
|
HС — высокоуглеродистый
|
2,5
|
4,0
|
0,030
|
0,40
|
0,20
|
2,0
|
Ферросилиций ГОСТ 24991-81, 1415-93, ИСО 5445-80
Сплав железа с кремнием получают при восстановлении кремнезема или кварцита углеродом кокса в дуговой ферросплавной печи. Ферросилиций используют для раскисления и легирования электротехнических, рессорно-пружинных, кислотостойких, жаростойких сталей. Это способствует повышению твердости, упругости и текучести материалов, увеличивает стойкость к окислению и разрывам.
Таблица 6. Марки ферросилиция и их состав.
|
Марки
|
Si
|
С
|
S
|
Р
|
Al
|
Mn
|
Cr
|
|
ФC90
|
87,0-95,0
|
0,1
|
0,02
|
0,03
|
3,5
|
0,3
|
0,2
|
|
ФC75
|
74,0-80,0
|
0,1
|
0,02
|
0,04
|
3,0
|
0,4
|
0,3
|
|
ФC70
|
68,0-74,0
|
0,1
|
0,02
|
0,04
|
2,6
|
0,4
|
0,4
|
|
ФC70Al1
|
68,0-74,0
|
0,1
|
0,02
|
0,04
|
1,5
|
0,3
|
0,3
|
|
ФC65
|
63,0-68,0
|
0,1
|
0,02
|
0,05
|
2,5
|
0,4
|
0,4
|
|
ФC50
|
47,0-52,0
|
0,1
|
0,02
|
0,05
|
1,8
|
0,6
|
0,5
|
|
ФC45
|
41,0-47,0
|
0,2
|
0,02
|
0,05
|
2,3
|
1,2
|
0,5
|
|
ФC25
|
23,0-29,0
|
0,8
|
0,02
|
0,06
|
1,2
|
1,4
|
0,8
|
|
ФC20
|
19,0-23,0
|
1,6
|
0,02
|
0,1
|
1,3
|
1,8
|
0,8
|
Ферросплавы — источники химических элементов. Их можно использовать в качестве защитных покрытий и восстановителей в металлотермических процессах. Также они применяются для получения чистых химических веществ и обогащения полезных ископаемых.
Методы производства ферросплавов
Ферросплавы получают несколькими способами:
- Углевосстановительная методика. По этой технологии производят углеродистый ферромарганец, феррохром и все сплавы с кремнием. Для восстановления необходим дешевый углерод. В процессе восстановления марганца и хрома образуются карбиды. Ферросплавы содержат высокий процент углерода. Их можно использовать для изготовления углеродистой и слаболегированной стали.
- Силикотермическая и алюминотермическая методика. Для получения высоколегированных сталей можно использовать ферросплавы с минимальным содержанием углерода. Это безуглеродистый феррохром, металлический хром и марганец, ферросплавы с титаном, вольфрамом, ванадием. Восстановителем выступает кремний, алюминий или любой другой элемент, который больше похож на кислород, чем восстанавливаемый.
Для получения ферросплавов необходимо восстановить оксиды соответствующих металлов. Железо растворяет восстановленный элемент и образует с ним химическое соединение. Кроме того, оно снижает активность, упрощает восстановление, затрудняет окисление металла. Температура плавления такого соединения относительно невысока. Если в исходном сырье для выплавки ферросплавов нет железа, в шихту необходимо ввести лом или железную руду.
В состав ферросплавов входят железо, вольфрам, молибден, титан, хром и т. д. Эти двухкомпонентные соединения снижают себестоимость производства и сохраняют качество готовой продукции.
