Ферросплав

Ферросплавы относятся к различным сплавам железа , с высокой долей одного или нескольких других элементов таких как марганец (Mn), алюминий (Al) или кремний (Si). ^[1] Их используют при производстве сталей и сплавов. ^[2]^[3] Сплавы придают стали и чугуну отличительные свойства или выполняют важные функции в процессе производства и поэтому тесно связаны с черной металлургией , ведущим потребителем ферросплавов. Ведущими производителями ферросплавов в 2014 году были Китай , ЮАР , Индия , Россия и Казахстан , на долю которых пришлось 84% мирового производства. ^[4] Мировое производство ферросплавов в 2015 году оценивалось в 52,8 млн тонн. ^[5]

Соединения

Основными ферросплавами являются:

FeAl – ферроалюминий
FeB – ферробор – 12–20 % бора , не более. 3% кремния , макс. 2% алюминия , макс. 1% углерода
FeCe – ферроцерий
FeCr – феррохром
FeMg – ферромагний
FeMn – ферромарганец
FeMo – ферромолибден – мин. 60% Мо, макс. 1% Si, макс. 0,5% меди
FeNb – феррониобий
FeNi – ферроникель (и никелевый чугун )
FeP – феррофосфор
FeSi – ферросилиций – 15–90 % Si.
FeSiMg - ферросиликомагниевый (с содержанием Mg от 4 до 25%), также называемый нодулизатором.
FeTa – ферротантал
FeTi – ферротитан – 10..30–65..75 % Ti, не более. 5–6,5 % Al, макс. 1–4% Si
FeU – ферроуран
FeV – феррованадий
FeW – ферровольфрам

Производство по процессам

Ферросплавы производят, как правило, двумя способами: в доменной печи или в электродуговой печи . Производство доменных печей постоянно сокращалось в течение 20 века, тогда как производство электрической дуги продолжает расти. Сегодня ферромарганец еще можно эффективно производить в доменной печи, но даже в этом случае распространение получают электродуговые печи. Чаще всего ферросплавы производятся карботермическими реакциями , включающими восстановление оксидов углеродом (в виде кокса) в присутствии железа. Некоторые ферросплавы производятся добавлением элементов в расплавленный чугун.

Некоторые ферросплавы также можно производить методами прямого восстановления . Например, процесс Круппа-Ренна используется в Японии для производства ферроникеля . ^[6]

Производство и потребление по ферросплавам

Феррохром

Ведущими мировыми странами-производителями хромитовой руды в 2014 году были ЮАР (12 млн тонн), Казахстан (3,7 млн тонн), Индия (3,5 млн тонн) и Турция (2,6 млн тонн). Большая часть продукции хромитовых руд переплавлялась в электродуговых печах для получения феррохрома для металлургической промышленности. Ведущими мировыми странами-производителями феррохрома в 2014 году были Китай (4,5 млн тонн), ЮАР (3,6 млн тонн), Казахстан (1,2 млн тонн) и Индия (0,9 млн тонн). Большая часть из 11,7 млн тонн феррохрома, произведенного во всем мире, была использована при производстве нержавеющей стали, объем которого в 2014 году составил 41,7 млн тонн. ^[4]

Ферромарганец

Два марганцевых ферросплава, ферромарганец и силикомарганец, являются ключевыми ингредиентами для производства стали. Китай является ведущим мировым производителем марганцевых ферросплавов (2,7 млн тонн), объем производства которого намного превышает совокупный объем производства трех следующих крупнейших производителей — Бразилии (0,34 млн тонн), Южной Африки (0,61 млн тонн) и Украины (0,38 млн тонн). ^[2]

Ферромолибден

Основными производителями ферромолибдена являются Чили (16 918 т), Китай (40 000 т) и США (на которые в 2008 г. приходилось 78% мирового производства молибденитовой руды. Остальное приходилось на Канаду, Мексику и Перу. Молибденитовые концентраты обжигаются. с образованием оксида молибдена, который может быть преобразован в ферромолибден, химические вещества из молибдена или металлический молибден. Хотя в 2008 году Соединенные Штаты были второй ведущей страной-производителем молибдена в мире, в 2008 году они импортировали более 70% своих потребностей в ферромолибдене. в основном для сталелитейной промышленности (83% потребляемого ферромолибдена). ^[2]

Ферроникель

Характеристики,
17–24% В ^[7]
Плотность	3,8 г/см ³
Температура плавления	1500°С
Точка кипения	2900°С

в мире В 2014 году около 33% ежегодного нового никеля составлял ферроникель . ^[8] обширная обзорная статья которого была опубликована Шварцендрубером и др. в 1991 году. ^[9] Многие из метеоритов , упавших на Землю, оказались ферроникелевыми. ^[9] и принимают форму камасита и/или тэнита . ^{[ нужна ссылка ]} Ферроникель имеет гранецентрированную кубическую кристаллическую структуру (через Ni). ^[10] Он может принимать форму феррита , мартенсита или аустенита . Бинарная система Fe-Ni исследовалась по аналогии со сталью, поскольку присутствие никеля в высоколегированных сталях, таких как аустенитные нержавеющие стали и мартенситностареющие стали, является ключевым фактором перехода от объемноцентрированного кубического феррита к гранецентрированному кубическому ферриту. аустенит. ^[11]

В конце 20 века 60% производства никеля базировалось на штейновой плавке сульфидных руд, что не поддавалось производству ферроникеля. ^[12] По данным 2003 г. доля латеритов в производстве первичного никеля составила 42%. ^[12] Мировое годовое производство ферроникеля в 2014 году составило около 250 000 тонн. ^[8] Двумя крупнейшими производителями были BHP и Société Le Nickel . ^[8] Латеритные руды часто используются в производственном процессе. ^[13]^[14] процесс RKEF . Часто используется ^[15] Затраты энергии на тонну продукции для латеритных руд высоки из-за низкосортного сырья, что приводит к образованию большого количества шлаковых отходов и газовых загрязнений. ^[16] Обычно более 90% продукции печи находится в форме шлака . ^[8] Технология рафинирования расплавленного ферроникеля – тема для специалистов, ^[17] а из-за изменчивости содержания руды процессы, возможно, даже придется адаптировать в зависимости от источника: например, процесс Ларко для греческих руд. ^[18] «Основной причиной добавления никеля в ферросплавы является создание аустенитной микроструктуры . Никель обычно увеличивает пластичность, ударную вязкость и коррозионную стойкость». ^[19] Никелевый чугун отличается от ферроникеля малой массовой долей (4–10%) никеля и высоким содержанием углерода (>3%). Напротив, ферроникель представляет собой относительно чистый бинарный сплав. ^[19]

В 2008 году основными странами-производителями ферроникеля были Япония (301 000 тонн), Новая Каледония (144 000 тонн) и Колумбия (105 000 тонн). Вместе на эти три страны приходится около 51% мирового производства, если исключить Китай. Украина, Индонезия, Греция и Македония (в порядке убывания валового объема производства) произвели от 68 000 до 90 000 т ферроникеля, что составляет дополнительно 31%, исключая Китай. Китай был исключен из статистики, поскольку его промышленность производила большие объемы никелевого чугуна в дополнение к ряду обычных марок ферроникеля, общий объем производства оценивался в 590 000 тонн брутто. Содержание никеля в отдельных китайских продуктах варьировалось от 1,6% до 80%, в зависимости от конечного использования потребителем. ^[2]

В США на долю сталелитейной промышленности пришлось практически весь ферроникель, потребленный в 2008 году, причем более 98% использовалось в производстве нержавеющих и жаропрочных сталей; В 2008 году в США ферроникель не производился. ^[2]

Никелевый чугун — это низкосортный ферроникель, производимый в Китае, который очень популярен с 2010-х годов.

Ферросилиций

Потребление кремниевых ферросплавов обусловлено производством чугуна и стали, где кремниевые сплавы используются в качестве раскислителей. Некоторое количество металлического кремния также использовалось в качестве легирующего агента с железом.С учетом содержания кремния чистое производство ферросилиция и различных кремниевых сплавов в США в 2008 году составило 148 000 тонн. Основным поставщиком является Китай, который в 2008 году произвел больше ферросилиция (4,9 млн тонн), чем остальные страны мира вместе взятые. Другими крупными производителями являются Норвегия (0,21 млн тонн), Россия (0,85 млн тонн) и США (0,23 млн тонн). ^[2]

Ферротитан

Титан используется в производстве стали для раскисления, контроля размера зерна, а также контроля и стабилизации углерода и азота. При выплавке стали титан обычно вводят в виде ферротитана из-за его относительно низкой температуры плавления и высокой плотности. К сталям с относительно высоким содержанием титана относятся безпромежуточные, нержавеющие и высокопрочные низколегированные стали. Ферротитан обычно производят путем индукционной плавки титанового лома с железом или сталью; однако его также производят непосредственно из минеральных концентратов титана. Стандартные марки ферротитана составляют 30% и 70% титана. Ферросилиций-титан также производится с возможностью одновременного добавления кремния и титана. В число ведущих стран-производителей ферротитана входят Бразилия, Китай, Индия, Япония, Россия, Украина, Великобритания и США. ^[2]

Ферротантал

Ферротантал добавляют в расплавленную сталь для получения закаливаемых специальных сталей. Он также используется в качестве сварочного материала, порошкового напыления и в порошковой металлургии. ^[20]

Ферровольфрам

Вольфрам является важным легирующим элементом в быстрорежущих и других инструментальных сталях и в меньшей степени используется в некоторых нержавеющих и конструкционных сталях. Вольфрам часто добавляют в стальные расплавы в виде ферровольфрама, который может содержать до 80% вольфрама. В мировом производстве ферровольфрама доминирует Китай, который в 2008 году экспортировал 4835 тонн (брутто) сплава. Ферровольфрам относительно дорог: цена составляет около 31–44 долларов за килограмм содержащегося вольфрама. ^[2]

Феррованадий

В 2008 году на Китай, Россию (12 000 т) и Южную Африку (17 000 т) приходилось 98% мирового производства ванадия. В этих трех странах ванадий в основном добывался из титансодержащей магнетитовой руды, перерабатываемой для производства чугуна. Этот процесс включает алюминотермическое восстановление оксида ванадия (V) , алюминия (в качестве поглотителя оксида) и железного лома. ^[1] В результате получается шлак, содержащий от 20% до 24% пентаоксида ванадия, который можно далее перерабатывать в феррованадий, содержащий от 40% до 50% ванадия. Из 5090 т ванадия, потребленного в США в 2008 году, 84% пришлось на феррованадий, и почти весь его (99%) пошел на производство стали. ^[2]

Ссылки

В этой статье использованы общедоступные материалы из Ферросплавы (PDF) . Геологическая служба США .

^ Перейти обратно: ^а ^б Рудольф Фихте. «Ферросплавы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a10_305 . ISBN 978-3527306732 .
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Коратерс, Лиза А.; и др. (октябрь 2010 г.). Ферросплавы (PDF) . Ежегодник полезных ископаемых 2008 (отчет). Том. Геологическая служба ИУС. С. 25.1–25.14. дои : 10.3133/mybvi . Проверено 18 октября 2019 г.
^ Москалык, Р.Р.; Альфантази, AM (2003). «Обработка ванадия: обзор». Минеральное машиностроение . 16 (9 сентября 2003 г.): 793–805. дои : 10.1016/S0892-6875(03)00213-9 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Бедингер, Джордж М.; Коратерс, Лиза А.; и др. (октябрь 2016 г.). Ферросплавы (PDF) . Ежегодник полезных ископаемых 2014 (Отчет). Том. Геологическая служба ИУС. стр. 25.1–25.3. дои : 10.3133/mybvi . Проверено 18 октября 2019 г.
^ Сингерлинг, Шерил А.; Так, Кристофер А.; и др. (июнь 2018 г.). Ферросплавы (PDF) . Ежегодник полезных ископаемых 2015 (Отчет). Том. Геологическая служба ИУС. С. 25.1–25.14. дои : 10.3133/mybvi . Проверено 18 октября 2019 г.
^ Кудо, Акира. Японско-германские деловые отношения: сотрудничество и соперничество в межвоенный период . стр. 89–108. Архивировано из оригинала 20 октября 2014 г. Проверено 21 декабря 2014 г.
^ «Ферроникель – свойства, применение» . AZoM.com . 21 августа 2013 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Суинборн, Дуглас Р. «Моделирование плавки никелевого латерита в ферроникель» (PDF) . Симпозиум по высокотемпературной обработке 2014 . Суинбернский технологический университет.
^ Перейти обратно: ^а ^б Шварцендрубер, LJ; Иткин, вице-президент; Алкок, CB (1991). «Система Fe-Ni (железо-никель)». Журнал фазовых равновесий . 12 (3): 288–312. дои : 10.1007/BF02649918 . S2CID 198915324 .
^ Тацуя Токунага; Хироши Отани; Мицухиро Хасебе (2005). «Термодинамическое исследование фазовых равновесий в системе Ni–Fe–B» . Операции с материалами . 46 (6): 1193–1198. дои : 10.2320/матертранс.46.1193 . {{cite journal}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )
^ Накада, Нобуо; Кусуноки, Наоки; Кадзихара, Масанори; Хамада, Дзюнъити (2017). «Разница в термодинамике феррита и мартенсита в системе Fe-Ni» . Скрипта Материалия . 138 : 105–108. дои : 10.1016/j.scriptamat.2017.05.050 .
^ Перейти обратно: ^а ^б Кескинкилич, Эндер (2019). «Процессы плавки никелевого латерита и некоторые примеры недавних возможных модификаций традиционного способа» . Металлы . 9 (9): 974. дои : 10.3390/met9090974 .
^ Крандвелл, Фрэнк К.; Моутс, Майкл С.; Рамачандран, Венкоба; Робинсон, Тимоти Г.; Давенпорт, Уильям Г. (2011). «Обновление латеритовых руд». Добывающая металлургия никеля, кобальта и металлов платиновой группы . стр. 39–47. дои : 10.1016/B978-0-08-096809-4.10003-6 . ISBN 9780080968094 .
^ Поляков, Олег (2013). «Технология ферроникеля». Справочник по ферросплавам . стр. 367–375. дои : 10.1016/B978-0-08-097753-9.00010-1 . ISBN 9780080977539 .
^ «Производство FeNi из руд с высоким содержанием никеля» Свана, Эрик и Истеб, Роальд (1983) Производство FeNi из руд с высоким содержанием никеля. В: Материалы семинара по проблемам и перспективам ферросплавной промышленности в Индии, 24–26 октября 1983 г., NML, Джамшедпур.
^ Суинборн, ДР (2014). «Понимание выплавки ферроникеля из латеритов посредством компьютерного термодинамического моделирования». Обогащение полезных ископаемых и добывающая металлургия . 123 (3): 127–140. дои : 10.1179/1743285514Y.0000000056 . S2CID 136838900 .
^ Крандвелл, Фрэнк К.; Моутс, Майкл С.; Рамачандран, Венкоба; Робинсон, Тимоти Г.; Давенпорт, Уильям Г. (2011). «Рафинирование расплавленного ферроникеля». Добывающая металлургия никеля, кобальта и металлов платиновой группы . стр. 85–93. дои : 10.1016/B978-0-08-096809-4.10007-3 . ISBN 9780080968094 .
^ Зевголис, Эммануил. (2004). Эволюция греческого процесса производства ферроникеля . Международный симпозиум по латеритному никелю. 619–632.
^ Перейти обратно: ^а ^б «Металлический никель против ферроникеля для производства ферросплавов» . Металлс Хаб ГмбХ.
^ «FA1679 Ферро-танталовый (FeTa) сплав» . Тугоплавкие металлы и сплавы . Проверено 5 декабря 2022 г.

[Ullmann-1] Перейти обратно: ^а ^б Рудольф Фихте. «Ферросплавы». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.a10_305 . ISBN 978-3527306732 .

[usgs2008-2] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г ^час ^я Коратерс, Лиза А.; и др. (октябрь 2010 г.). Ферросплавы (PDF) . Ежегодник полезных ископаемых 2008 (отчет). Том. Геологическая служба ИУС. С. 25.1–25.14. дои : 10.3133/mybvi . Проверено 18 октября 2019 г.

[Moskalyk-3] Москалык, Р.Р.; Альфантази, AM (2003). «Обработка ванадия: обзор». Минеральное машиностроение . 16 (9 сентября 2003 г.): 793–805. дои : 10.1016/S0892-6875(03)00213-9 .

[usgs2014-4] Перейти обратно: ^а ^б Бедингер, Джордж М.; Коратерс, Лиза А.; и др. (октябрь 2016 г.). Ферросплавы (PDF) . Ежегодник полезных ископаемых 2014 (Отчет). Том. Геологическая служба ИУС. стр. 25.1–25.3. дои : 10.3133/mybvi . Проверено 18 октября 2019 г.

[usgs2015-5] Сингерлинг, Шерил А.; Так, Кристофер А.; и др. (июнь 2018 г.). Ферросплавы (PDF) . Ежегодник полезных ископаемых 2015 (Отчет). Том. Геологическая служба ИУС. С. 25.1–25.14. дои : 10.3133/mybvi . Проверено 18 октября 2019 г.

[JapaneseGerman-6] Кудо, Акира. Японско-германские деловые отношения: сотрудничество и соперничество в межвоенный период . стр. 89–108. Архивировано из оригинала 20 октября 2014 г. Проверено 21 декабря 2014 г.

[7] «Ферроникель – свойства, применение» . AZoM.com . 21 августа 2013 г.

[swinbourne14-8] Перейти обратно: ^а ^б ^с ^д Суинборн, Дуглас Р. «Моделирование плавки никелевого латерита в ферроникель» (PDF) . Симпозиум по высокотемпературной обработке 2014 . Суинбернский технологический университет.

[swartzendruber91-9] Перейти обратно: ^а ^б Шварцендрубер, LJ; Иткин, вице-президент; Алкок, CB (1991). «Система Fe-Ni (железо-никель)». Журнал фазовых равновесий . 12 (3): 288–312. дои : 10.1007/BF02649918 . S2CID 198915324 .

[tokunaga05-10] Тацуя Токунага; Хироши Отани; Мицухиро Хасебе (2005). «Термодинамическое исследование фазовых равновесий в системе Ni–Fe–B» . Операции с материалами . 46 (6): 1193–1198. дои : 10.2320/матертранс.46.1193 . {{cite journal}}: CS1 maint: дата и год ( ссылка )

[nakada17-11] Накада, Нобуо; Кусуноки, Наоки; Кадзихара, Масанори; Хамада, Дзюнъити (2017). «Разница в термодинамике феррита и мартенсита в системе Fe-Ni» . Скрипта Материалия . 138 : 105–108. дои : 10.1016/j.scriptamat.2017.05.050 .

[ender19-12] Перейти обратно: ^а ^б Кескинкилич, Эндер (2019). «Процессы плавки никелевого латерита и некоторые примеры недавних возможных модификаций традиционного способа» . Металлы . 9 (9): 974. дои : 10.3390/met9090974 .

[crundwell11a-13] Крандвелл, Фрэнк К.; Моутс, Майкл С.; Рамачандран, Венкоба; Робинсон, Тимоти Г.; Давенпорт, Уильям Г. (2011). «Обновление латеритовых руд». Добывающая металлургия никеля, кобальта и металлов платиновой группы . стр. 39–47. дои : 10.1016/B978-0-08-096809-4.10003-6 . ISBN 9780080968094 .

[polyakov13-14] Поляков, Олег (2013). «Технология ферроникеля». Справочник по ферросплавам . стр. 367–375. дои : 10.1016/B978-0-08-097753-9.00010-1 . ISBN 9780080977539 .

[svana83-15] «Производство FeNi из руд с высоким содержанием никеля» Свана, Эрик и Истеб, Роальд (1983) Производство FeNi из руд с высоким содержанием никеля. В: Материалы семинара по проблемам и перспективам ферросплавной промышленности в Индии, 24–26 октября 1983 г., NML, Джамшедпур.

[swinbourne13-16] Суинборн, ДР (2014). «Понимание выплавки ферроникеля из латеритов посредством компьютерного термодинамического моделирования». Обогащение полезных ископаемых и добывающая металлургия . 123 (3): 127–140. дои : 10.1179/1743285514Y.0000000056 . S2CID 136838900 .

[crundwell11b-17] Крандвелл, Фрэнк К.; Моутс, Майкл С.; Рамачандран, Венкоба; Робинсон, Тимоти Г.; Давенпорт, Уильям Г. (2011). «Рафинирование расплавленного ферроникеля». Добывающая металлургия никеля, кобальта и металлов платиновой группы . стр. 85–93. дои : 10.1016/B978-0-08-096809-4.10007-3 . ISBN 9780080968094 .

[zevoglis04-18] Зевголис, Эммануил. (2004). Эволюция греческого процесса производства ферроникеля . Международный симпозиум по латеритному никелю. 619–632.

[mhg-19] Перейти обратно: ^а ^б «Металлический никель против ферроникеля для производства ферросплавов» . Металлс Хаб ГмбХ.

[20] «FA1679 Ферро-танталовый (FeTa) сплав» . Тугоплавкие металлы и сплавы . Проверено 5 декабря 2022 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]

[18]

[19]

[20]