35. Ферроқорытпа үрдістерінің әр түрлі типтерінің 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 Ме_хО_у + 2С = 2х / у Ме + 2СО - Q,

2 / у Ме_хО_у + (2 + 2х / z)С = 2х / уz Ме_zC_y + 2CO - Q_c.

 

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 Ме_хО_у + Si = 2x / y Me + SiO₂ + Q_Si.

 

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 Ме_хО_у + 4 / 3Al = 2x / y Me + 2 / 3Al₂O₃ + Q_Al,

 

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 (2400-2800 К) дейін жетеді.

Тотықсыздандырудың экзотермиялық реакциялары нәтижесінде бөлінетін Q_экз жылу мөлшеріне байланысты алюмотермиялық үрдістерді 3 топқа бөлуге болады:

1) өздігінен жүретін (Q_экз ≥ Q_р + Q_п), мұндағы Q_экз – тотықсыздандырғыштың жылулық эффектісі, Q_р – металл мөлшері;

2) Q_п жылулық шығымдардың тиісті компенсациясы, (Q_экз - Q_р < Q_п);

3) Q сырттан керекті жылу мөлшерін енгізу, (Q_экз < Q_р).

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.