Ako sa vyrábajú zliatiny železa?

Ferozliatiny

Ferozliatiny sú predzliatiny obsahujúce železo a jeden alebo viacero neželezných kovov ako legujúcich prvkov. Ferozliatiny sa vo všeobecnosti delia do dvoch kategórií: voľne ložené ferozliatiny (vyrábané vo veľkých množstvách v elektrických oblúkových peciach) a špeciálne ferozliatiny (vyrábané v menších množstvách, ale s rastúcim významom). Objemové ferozliatiny sa používajú výlučne v oceliarstve a zlievarňach ocele, pričom použitie špeciálnych ferozliatin je rôznorodejšie. Vo všeobecnosti sa asi 90 % ferozliatin používa v oceliarskom priemysle.
Ako bolo uvedené vyššie, ferozliatiny možno rozdeliť do dvoch hlavných kategórií: objemové zliatiny (ferochróm, ferosilicia, feromangán, kremík, mangán a feronickel) a špeciálne zliatiny (ferovanádium, feromolybdén, ferrowolfram, ferotitanium, ferobór aferroniobium).

Výroba ferozliatin

Existujú dva hlavné spôsoby výroby ferozliatin, jedným je použitie uhlíka v kombinácii s vhodnými procesmi tavenia a druhým je metalotermická redukcia inými kovmi. Prvý proces je zvyčajne spojený s dávkovými operáciami, zatiaľ čo druhý sa používa hlavne na zameranie sa na špecializované vysokokvalitné zliatiny, ktoré majú zvyčajne nižší obsah uhlíka.

Proces ponoreného oblúka

Proces pod tavivom je operácia redukčného tavenia. Reaktanty pozostávajú z kovových rúd (oxid železitý, oxid kremičitý, oxid mangánu, oxid chrómu atď.). a redukčné činidlo, zdroj uhlíka, zvyčajne vo forme koksu, dreveného uhlia, vysoko a nízko prchavého uhlia alebo pilín. Ako tavivo sa môže pridať aj vápenec. Suroviny sa drvia, triedia a v niektorých prípadoch sušia a potom sa dopravia do miešacej komory na váženie a miešanie.

Dopravníky, vedrá, skipové výťahy alebo autá dodávajú spracovaný materiál do násypky nad pecou. Zmes sa potom gravitačne privádza cez plniaci žľab, buď kontinuálne alebo prerušovane, podľa potreby. Pri vysokých teplotách reakčnej zóny zdroj uhlíka reaguje s oxidmi kovov za vzniku oxidu uhoľnatého a redukuje rudu na základné kovy.

Tavenie v elektrickej oblúkovej peci sa uskutočňuje premenou elektrickej energie na teplo. Striedavý prúd aplikovaný na elektródy spôsobuje, že elektrický prúd preteká nábojom medzi hrotmi elektród. To poskytuje reakčnú zónu s teplotami až 2000 °C (3632 °F). Ako striedavý prúd preteká medzi hrotmi elektród, hrot každej elektródy neustále mení polaritu. Na udržanie rovnomerného elektrického zaťaženia sa hĺbka elektródy automaticky plynule mení mechanickými alebo hydraulickými prostriedkami.

Exotermické (metalotermické) procesy

Exotermické procesy sa bežne používajú na výrobu vysoko kvalitných zliatin s nízkym obsahom uhlíka. Medzitavená zliatina použitá v tomto procese môže pochádzať priamo z pece s ponoreným oblúkom alebo z iného typu vykurovacieho zariadenia. Kremík alebo hliník sa v roztavenej zliatine spája s kyslíkom, čo vedie k prudkému zvýšeniu teploty a intenzívnemu miešaniu roztaveného kúpeľa.

Redukciou kremíka sa vyrába ferochróm (FeCr) a feromangán (FeMn) s nízkym a stredným obsahom uhlíka. Redukcia hliníka sa používa na výrobu kovového chrómu,ferotitanium, ferovanádiuma ferroniobium.Ferromolybdénaferrowolframsa vyrábajú zmiešaným procesom tepelného spracovania hliníka a kremíka. Hoci je hliník drahší ako uhlík alebo kremík, produkt je čistejší. Ferochróm s nízkym obsahom uhlíka (LC) sa zvyčajne vyrába tavením chrómovej rudy a vápna v peci.

Špecifikované množstvo roztaveného ferosilicia sa potom umiestni do oceľovej panvy. Potom sa do panvy pridá známe množstvo ferosilicia strednej triedy. Reakcia je extrémne exotermická a uvoľňuje chróm z rudy, čím vzniká LC ferochróm a troska kremičitanu vápenatého. Táto troska, ktorá stále obsahuje regenerovateľný oxid chrómu, reaguje s roztaveným ferochrómom s vysokým obsahom uhlíka v druhej panve za vzniku ferochrómu strednej triedy. Exotermické procesy sa zvyčajne vykonávajú v otvorených nádobách a môžu počas procesu redukcie na krátky čas produkovať emisie podobné procesom pod tavným oblúkom.