yandex.metrica
Технология ферросплавов

Применение химической термодинамики при производстве ферросплавов

Легирующие элементы содержатся в рудах преиму­щественно в виде оксидов. В случае содержания леги­рующего элемента в виде сульфидов, карбонатов и дру­гих подобных соединений руду обычно подвергают об­жигу для перевода этого элемента в кислородное соединение. В связи с высокой прочностью оксидов осво­бождение легирующих элементов от кислорода в резуль­тате термической диссоциации в большинстве случаев неосуществимо. Эти элементы и их сплавы с железом в условиях производства ферросплавов получают из руд методом восстановления.

Возможность восстановления того или другого окси­да можно оценить по изменению изобарно-изотермиче­ского потенциала. Чем меньше изменение этого потен­циала для образования данного оксида, тем легче его восстановить.

Теоретически каждый элемент, образующий прочный оксид, может служить восстановителем для менее прочного оксида. Прочность оксидов при 1500° С возрастает в следующей последовательности: MoO2→FeO→Cr2O3→MnO→СО→SiO2→TiO2→Al2O3→MgO→CaO
Таким образом, при указанной температуре каль­ций способен восстановить все перечисленные оксиды.

Большое распространение при производстве ферро­сплавов в качестве восстановителей получили углерод, кремний и алюминий. Наиболее экономичным является процесс восстановления углеродом, если нет ограничения по его содержанию в сплаве. На рис. 45 приведена диаграмма изменения ∇G0t с температурой для реакции восстановления некоторых оксидов углеродом до обра­зования чистого металла и карбидов. Кремний и алюминий используют в качестве восстановителей при про­изводстве без- и малоуглеродистых ферросплавов. В ряде случаев применяют комплексное восстановление сначала углеродом, а затем для обработки шлака используют сплавы кремния (например, при выплавке ферровольфрама, силикованадия) или смесь алюминия и ферросилиция или ферросиликоалюминий.

Зависимость реакции восстановления оксидов углеродом от температуры

Восстановление оксидов при производстве ферро­сплавов осуществляют в присутствии железа или его оксидов, что значительно облегчает протекание восстано­вительных процессов по следующим причинам:

  1. Оксиды железа восстанавливаются значительно быстрее оксидов большинства других элементов. Восстанавливаемые элементы растворяются в железе, что пони­жает их активность и смещает таким образом реакцию в сторону восстановления.
  2. Растворенные в железе элементы выводятся из зоны реакции, что, с одной стороны, способствует сме­щению реакции в сторону восстановления, а с другой — уменьшает испарение элементов.
  3. Сплавы железа имеют в большинстве случаев бо­лее низкую температуру плавления, чем чистые легирующие элементы, что позволяет проводить процессы при более низких температурах.