Jak se vyrábějí slitiny železa?

Feroslitiny

Feroslitiny jsou předslitiny obsahující železo a jeden nebo více neželezných kovů jako legující prvky. Feroslitiny se obecně dělí do dvou kategorií: volně ložené feroslitiny (vyráběné ve velkém množství v elektrických obloukových pecích) a speciální feroslitiny (vyráběné v menších množstvích, ale s rostoucím významem). Hromadné feroslitiny se používají výhradně v ocelářství a slévárnách oceli, zatímco použití speciálních feroslitin je rozmanitější. Obecně se asi 90 % feroslitin používá v ocelářském průmyslu.
Jak bylo uvedeno výše, feroslitiny lze rozdělit do dvou hlavních kategorií: objemové slitiny (ferochrom, ferosilicia, feromangan, křemík, mangan a feronickel) a speciální slitiny (ferrovanadium, feromolybden, ferrowolfram, ferrotitanium, feroboron aferroniobium).

Výroba feroslitin

Existují dva hlavní způsoby výroby feroslitin, jedním je použití uhlíku v kombinaci s vhodnými procesy tavení a druhým je metalotermická redukce jinými kovy. První proces je obvykle spojen s dávkovými operacemi, zatímco druhý se používá hlavně k zaměření na specializované vysoce kvalitní slitiny, které mají obvykle nižší obsah uhlíku.

Proces pod tavidlem

Proces pod tavidlem je operace redukčního tavení. Reaktanty se skládají z kovových rud (oxid železitý, oxid křemíku, oxid manganu, oxid chromu atd.). a redukční činidlo, zdroj uhlíku, obvykle ve formě koksu, dřevěného uhlí, vysoce a málo těkavého uhlí nebo pilin. Jako tavidlo lze také přidat vápenec. Suroviny se drtí, třídí a v některých případech suší, než jsou dopraveny do mísící komory k vážení a míchání.

Dopravníky, lopaty, skipové elevátory nebo vozy dodávají zpracovaný materiál do násypky nad pecí. Směs je potom gravitačně přiváděna přes podávací žlab, podle potřeby buď kontinuálně, nebo přerušovaně. Při vysokých teplotách reakční zóny reaguje zdroj uhlíku s oxidy kovů za vzniku oxidu uhelnatého a redukuje rudu na základní kovy.

Tavení v elektrické obloukové peci se provádí přeměnou elektrické energie na teplo. Střídavý proud aplikovaný na elektrody způsobí, že elektrický proud protéká nábojem mezi hroty elektrod. To poskytuje reakční zónu s teplotami až 2000 °C (3632 °F). Jak střídavý proud protéká mezi hroty elektrod, hrot každé elektrody neustále mění polaritu. Pro udržení rovnoměrného elektrického zatížení se hloubka elektrody automaticky plynule mění mechanickými nebo hydraulickými prostředky.

Exotermické (metalotermní) procesy

Exotermické procesy se běžně používají k výrobě vysoce kvalitních slitin s nízkým obsahem uhlíku. Meziroztavená slitina použitá v tomto procesu může pocházet přímo z pece s ponořeným obloukem nebo z jiného typu topného zařízení. Křemík nebo hliník se snoubí s kyslíkem v roztavené slitině, což má za následek prudký nárůst teploty a intenzivní míchání roztavené lázně.

Redukcí křemíku se vyrábí ferochrom (FeCr) a feromangan (FeMn) s nízkým a středním obsahem uhlíku. Redukce hliníku se používá k výrobě kovového chrómu,ferrotitanium, ferrovanadiuma ferroniobium.Ferromolybdenaferrowolframjsou vyráběny smíšeným procesem tepelného zpracování hliníku a křemíku. Přestože je hliník dražší než uhlík nebo křemík, produkt je čistší. Nízkouhlíkový (LC) ferrochrom se obvykle vyrábí tavením chromové rudy a vápna v peci.

Specifikované množství roztaveného ferosilicia se pak umístí do ocelové pánve. Poté se do pánve přidá známé množství ferosilicia střední kvality. Reakce je extrémně exotermická a uvolňuje z rudy chrom, čímž vzniká LC ferochrom a kalciumsilikátová struska. Tato struska, která stále obsahuje regenerovatelný oxid chrómu, reaguje s roztaveným ferochromem s vysokým obsahem uhlíku ve druhé pánvi za vzniku ferochromu střední kvality. Exotermické procesy se obvykle provádějí v otevřených nádobách a mohou během redukčního procesu po krátkou dobu produkovat emise podobné procesům pod tavidlem.