Ферроқорытпа үрдістерінің әртүрлі ерекшеліктері
Ферроқорытпалар өндірісінде кез келген элементтерді тотықсыздандыруға қабілетті көміртегі кең қолданыс тапқан. Жоғары температураларда металдарды көміртекпен тотықсыздандыру көміртекті термиялық тотықсыздандыру деген атау алған. Жалпы түрде реакция келесідей болады:
2 / у МехОу + 2С = 2х / у Ме + 2СО - Q,
2 / у МехОу + (2 + 2х / z)С = 2х / уz МеzCy + 2CO - Qc.
Оттектің тотықсыздандыру реакциясының өнімдерінің бірі көміртегінің монооксиді болып табылады, оны реакция аймағынан жою шихтадан металға жетекші элемент шығуының жоғары дәрежесін қамтамасыз етеді.
Көміртегінің артықшылықтары: оның бағасы жоғары емес, бұл ретте шығу тегі әртүрлі көміртекті материалдарды қолдануға болады. Көміртегінің кемшіліктері: 1) оксидтерді тотықсыздандыруда карбидтер түзіледі, сондықтан Si аз концентрациясында қорытпаларда көміртегі мөлшері жоғары болады, 2) оксидтердің тотықсыздандыру реакциялары көп мөлшерде қуат жұмсаумен жүреді, сондықтан қуаты үлкен пештер қажет.
Металл тотықтарын силикотермиялық тотықсыздандыру мына реакция бойынша жүреді:
2 / у МехОу + Si = 2x / y Me + SiO2 + QSi.
Тотықтарды кремниймен тотықсыздандыру кешенді қайта қорытылған ферроқорытпаларды (SiMn, FeSi, FeSiCr және басқалары) пайдаланумен жүреді, бұлар кремнеземді көміртекпен тотықсыздандыру арқылы алынады.
Кремний оттегімен химиялық жағынан өте ұқсас, бұл қуаты үлкен емес электрпештерде (2700 - 7000 кВА) әртүрлі оксидтердің (Cr2O3, MnO, MoO3, WO3 және басқалары) тотықсыздандырғышы қызмет атқаруы мүмкін.
Кремний тотықсыздандырғыштың келесідей кемшіліктері бар: 1) кремнеземнің түзілуі әсерінен қож мөлшері артады, бұл ретте SiO2 белсенділігі артып, жетекші элементтің төменгі оксидтерінің берік силикаттары пайда болады, 2) ферроқорытпаларды қорытуда кремний металдармен идеалды ерітінді қасиеттерінен кері ауытқуларға ие ерітінділер түзеді және кремнийдің концентрациясы төмен қорытпаларды алуды қиындатады, 3) құнының жоғары болуы.
Металдардың тотықтарын алюмотермиялық тотықсыздандыру мына реакция бойынша жүреді:
2 / у МехОу + 4 / 3Al = 2x / y Me + 2 / 3Al2O3 + QAl,
және Гибс энергиясының айтарлықтай өзгеруімен жүреді, бұл ретте үрдіс жетекші элементтің жоғары шығымымен өтеді. Алюмотермиялық үрдістің ерекшелігі: жылудың үлкен мөлшерінің бөлінуі және жылуды алусыз, пеш сыртында үрдістерді жүргізу мүмкіндігі бар. Бұл кезде кристалданудың басталуынан жоғары температурамен қож бен металл алуды, металл мен қождың жақсы бөлінуін, үрдістің жылдамдығын қамтамасыз ететін өте жоғары темеператураларға (2400 - 2800К) дейін жетеді.
Тотықсыздандырудың экзотермиялық реакциялары нәтижесінде бөлінетін Qэкз жылу мөлшеріне байланысты алюмотермиялық үрдістерді 3 топқа бөлуге болады:
1) өздігінен жүретін (Qэкз ≥ Qр + Qп), мұндағы Qэкз - тотықсыздандырғыштың жылулық эффектісі, Qр - металл мөлшері;
2) Qп жылулық шығымдардың тиісті компенсациясы, (Qэкз - Qр < Qп);
3) Q сырттан керекті жылу мөлшерін енгізу, (Qэкз < Qр).
Алюмотермиялық (пештен тыс) үрдісті екі тәсілмен жүргізуге болады: шихтаның жоғарғы немесе төменгі тұтандырғышымен көрікте (шахтада, шөміште).
Жоғарғы тұтандырғышпен көрікте (шахтада) немесе шөміште пештен тыс балқыту - балқыту үрдісі көріктің жоғарғы бөлігінде басталады, балқытпа айнасы астындағы шихта қатты және ұнтақ тәріздес. Жоғарғы тұтандырғышпен балқыту кезінде үрдіс қарқындылығын реттеуге болмайды, себебі бұл балқытпа шығарылуына әкелуі мүмкін. Металл тамшысының пайда болуы шихтаның барлық биіктігінде оның жанама шөгуімен жүреді, бұл қож бен металл королькаларының жоғалуымен байланысты.
Төменгі тұтандырғышпен пештен тыс балқыту көрік табанында балқытпа түзіліп, үрдістің басталуымен сипатталады. Шихта қажетті қарқындылықпен балқытпаға беріледі. Металл бірден көріктің төмеңгі бөлігінде түзіледі және королькамен металдың жоғалуы 2 -5% - ға төмендейді. Жылу жоғалымы төмендейді, себебі балқытпа шихта қабатымен жабылған. Балқытуды тек блокқа қана емес, қожды немесе қож бен металды шығарумен жүргізуге болады, бұл көрікті келесі балқыту үшін бірден пайдалануға мүмкіндік береді. Алюмотермиялық үрдістің артықшылықтары: 1) беріктігі жоғары металдар оксидтерін шихтадан қажетті мөлшерде шығара отырып, оларды тотықсыздандыру, өйткені алюминий оттегіге өте ұқсас, 2) түсті металдардың қоспаларымен және көміртегі концентрациясымен техникалық таза металдар және қорытпалар алу және оксидтерді тотықсыздандыру, 3) үрдісті жабдықтау қарапайымдылығы, аз қаржылық шығындар, 4) металл мен қожды шығара отырып, көлбеу көрікте үрдісті жүргізу, 5) синтетикалық қождар, сонымен қатар жоғары глиноземді цементтің клинкерін алу үшін жоғары глиноземді қождарды пайдалану, 6) шихтада металдар мен қорытпалардың металл қалдықтарының үлкен мөлшерін қолдану мүмкіндігі, 7) кальций мен магнийдің қымбат ұнтақтарына қарағанда алюминий ұнтағын алу, сақтау жәіне пайдалану қарапайымдылығы.
Үрдіс кемшіліктері: 1) біріншілік алюминий тапшылығы және бағасының жоғары болуы, 2) королькалар түрінде тотықсызданған металдың жоғалуына алып келетін, жоғары тұтқырлықты жоғары глиноземді қож түзілуі, 3) жетекші элементтердің төмеңгі оксидтердің түзілуі, оксидтердің тотықсыздану және шихтадан металдардың шығуы төмендейді.
Бақылау сұрақтары:
1. Ферроқорытпа деген не?
2. Ферроқорытпа өнеркәсібі не өндіреді?
3. Ферроқорытпа өндірісінің даму тарихы жөнінде не білесіздер?
4. Ферроқорытпалар қалай жіктеледі?
5. Ферроқорытпалар қалай тағайындалады?
6. Ферроқорытпаларда қандай металдар болады?
7. Ферроқорытпа үрдістерінің ерекшелігі.
8. Флюсті және флюссіз үрдістер неге негізделген?
9. Домналы үрдіске сипаттама беріңіз.
10. Металлотермиялық үрдіс туралы айтып беріңіз.
Глоссарий:
1.Ферроқорытпалар - темірдің Менделеевтің элементтер периодтық жүйесіндегі әртүрлі элементтермен қорытпалары.
2.Модификатор - бұл аз мөлшері онымен өңделген металдың немесе қорытпаның құрылымы мен қасиеттерін айтарлықтай өзгертетін зат.
3.Базалық тонна - бұл жетекші элементтің немесе оның қосылысының белгілі бір мөлшері қатаң сақталған кеннің, ферроқорытпаның, концентраттың бір тоннасы.
4.Электротермиялық тәсіл - металдар мен қорытпаларды тотықсыздандыру, балқыту, қыздыру және оларды тазарту үшін электрлік энергияны жылулық энергияға түрлендіруге мүмкіндік беретін энергетикалық қондырғыларда жүзеге асырылады.
5.Металлотермиялық тәсіл - оксидтерді алюминиймен, кремниймен, кальциймен тотықсыздандыру химиялық реакциялар жылуын пайдалану (алюминотермия, силикотермия, кальциетермия).
6.Электролиттік тәсіл - сулы ерітінділердің немесе ерітілген тұздардың электролизіне негізделген және аса таза металдарды алу үшін қолданылады.
Блиц - тест:
Нұсқа
1. Ферроқорытпа өнеркәсібі жай және күрделі ферроқорытпалардың ... астам әртүрлі түрлері мен маркаларын шығарады.
a) 100
b) 200
c) 150
d) 300
e) 50
2. Жеңіл металдар:
a) Ba, B, Ca, Сr
b) Al, Ba, B, Ca
c) Mg, Sr, Ti, Sn
d) Ca, Mg, Sr, Cu
e) Ba, B, Ca, W
3. Электрлік доға құбылысын ашқан орыс ғалымы, профессор:
a) Менделеев 1910 ж
b) Кузнецкий 1805 ж
c) Петров 1802 ж
d) Бекетов 1802 ж
e) Бекетов 1809 ж
4. ТМД ферроқорытпа өнеркәсібі қазіргі уақытта қанша жұмыс істейтін электроферроқорытпа зауыттарын қамтиды?
a) 100 жұмыс істейтін элетроферроқорытпа зауыттары
b) 20 жұмыс істейтін элетроферроқорытпа зауыттары
c) 9 жұмыс істейтін элетроферроқорытпа зауыттары
d) 10 жұмыс істейтін элетроферроқорытпа зауыттары
e) 5 жұмыс істейтін элетроферроқорытпа зауыттары
5. Ферроқорытпалар ... сипатталмайды:
a) Жетекші элементтің өзгерісінің шектерімен және мөлшерімен
b) Қоспалар концентрациясымен
c) Тығыздықпен
d) Балқу температурасымен
e) Кристалдану температурасымен
6. Жалпы түрде көміртекпен тотықсыздандырудың жалпы реакциясы келесі түрде болуы мүмкін:
a) 2 / х МехОу + 2С = х / у Ме + 2СО - Q
b) 2 / у МехОу + 2С = 2х / у Ме + 2СО - Q
c) 2Мех Оу + С = 2х / у Ме + 2СО + Q
d) 2 / у МехОу + 2С = 2х / у Ме + 2СО2 - Q
e) 2МехОу + 2С = 2х / у Ме + 2СО2 + Q
7. Металдар оксидтерін силикотермиялық тотықсыздандыру мына реакция бойынша жүреді:
a) 2 / у МехОу + Si = 2x / y Me + SiO2 - QSi
b) 2 / у МехОу + Si = 2x / y Me + SiO + QSi
c) 2у МехОу + Si = 2x / y Me + SiO2 + QSi
d) 2МехОу + Si = 2x / y Me + SiO2 + QSi
e) 2 / у МехОу + Si = 2x / y Me + SiO2 + QSi
8. Кремний оттегімен химиялық жағынан өте ұқсас, бұл қуаты ... электрпештерде әртүрлі оксидтердің (Cr2O3, MnO, MoO3, WO3 және басқалары) тотықсыздандырғышы қызмет атқаруы мүмкін:
a) 3700 - 7000кВА
b) 5000 - 7000кВА
c) 2700 - 7000кВА
d) 1700 - 2700кВА
e) 2700 - 6000кВА
9. Ферроқорытпалар өндірісінің негізгі тәсіліне жатпайды:
a) Электротермиялық
b) Металлотермиялық
c) Домендік
d) Электролиттік
e) Силикотермиялық
10. ФС45 маркалы FeSi құрамында 41 - 47% Si болады, базалық тоннаға құрамында ... бар қорытпа қабылданған:
a) 45% Si
b) 47% Si
c) 46% Si
d) 48% Si
e) 44% Si
Нұсқа
1. Ферроқорытпалар өнеркәсібінде жай және күрделі ферроқорытпалардың әртүрлі түрлері мен маркалары өндіріледі, олардың құрамына шамамен қанша элемент кіреді?
a) 30 элемент
b) 40 элемент
c) 15 элемент
d) 20 элемент
e) 25 элемент
2. Сирек және сирек кездесетін металдар:
a) V, W, Ge, Fe
b) Nb, Se, Ta, Ag
c) Mo, Nb, Se, Ko
d) W, Ge, Y, Mo
e) Y, Mo, Nb, Cu
3. 1859 жылы кім теория және тәжірибе жүзінде металдар мен қорытпаларды алюмотермиялық тәсілмен алу мүмкіндігін көрсетті?
a) Бисенов
b) Павлов
c) Бекетов
d) Петров
e) Менделеев
4. Қазақстанда хром кендерінің бірегей кенорны бар (Ақтөбе облысы, Хромтау қ.), оның қоры ... құрайды:
a) Негізгі игерілетін кенорындарының 85% - н
b) Негізгі игерілетін кенорындарының 95% - н
c) Негізгі игерілетін кенорындарының 75% - н
d) Негізгі игерілетін кенорындарының 55% - н
e) Негізгі игерілетін кенорындарының 65% - н
5. Ферроқорытпалар сипатталмайды:
a) Темір концентрациясымен
b) Түйіршіктік құрамымен
c) Балқу температурасымен
d) Құрамында O2, H2 бейметалл кірінділерінің болуымен
e) Қоспалар концентрациясымен
6. Жалпы түрде көміртекпен тотықсыздандыру жалпы реакциясы келесі түрде болуы мүмкін:
a) 2МехОу + (2 + 2х)С = 2х / уz МеzCy + 2CO2 - Qc
b) 2МехОу + (2 + 2z)С = 2х / уz МеzCy + 2CO + Qc
c) 2 / у МехОу + (2 + 2х / z)С = 2х / уz МеzCy + 2CO2 - Qc
d) 2 / у МехОу + (2 + 2х / z)С = 2х / уz МеzCy + 2CO - Qc
e) 2 / у МехОу + (2 + 2х / z)С = 2х / уz МеzCy + 2CO + Qc
7. Металдар оксидтерін алюмотермиялық тотықсыздандыру мына реакция бойынша жүреді:
a) 2у МехОу + 4 / 3Al = 2x / y Me + 2 / 3Al2O3 + QAl
b) 2 / у МехОу + 4 / 3Al = 2x / y Me + 2 / 3Al2O3 + QAl
c) 2 / у МехОу + 4 / 3Al = 2x / y Me + 2 / 3Al2O3 - QAl
d) 2 / у МехОу + 4 / 3Al = 2x / y Me + 2Al2O3 + QAl
e) 2 / у МехОу + 4 / 3Al = 2xMe + 2 / 3Al2O3 + QAl
8. Қожсыз үрдісте қож еселігі ... аралығында болады:
a) 0,5 - 0,1
b) 0,05 - 0,01
c) 0,05 - 0,1
d) 0,5 - 0,1
e) 0,5 - 1
9. Қазіргі уақытта ферроқорытпаларды өндірудің қанша негізгі тәсілдері бар?
a) 4
b) 3
c) 8
d) 2
e) 5
10. ФС45 маркалы FeSi құрамында ... болады:
a) 42 - 49% Si
b) 43 - 57% Si
c) 31 - 47% Si
d) 41 - 47% Si
e) 41 - 63% Si
Дәріс 9