Ферросплавы относятся к различным сплавам железа с высокой долей одного или нескольких других элементов , таких как марганец (Mn), алюминий (Al) или кремний (Si). [1] Они используются в производстве сталей и сплавов. [2] [3] Сплавы придают стали и чугуну отличительные свойства или выполняют важные функции в процессе производства и, следовательно, 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]
Основными ферросплавами являются:
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.
Также возможно производить некоторые ферросплавы методами прямого восстановления . Например, процесс Круппа-Ренна [fr] используется в Японии для производства ферроникеля . [6]
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, общий объем производства которого в 2014 году составил 41,7 млн тонн [4].
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]
Основными производителями ферромолибдена являются Чили (16 918 т), Китай (40 000 т) и США (на долю которых 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] ).
В 2014 году около 33% ежегодного нового никеля в мире составлял ферроникель , [8] обширная обзорная статья которого была опубликована Шварцендрубером и др. в 1991 году. [9] Многие из метеоритов , падающих на Землю, оказались ферроникелем. [9] и принимают форму камасита и/или тэнита . [ нужна цитация ] 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, это не поддавалось производству ферроникеля. [12] По данным на 2003 год, 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] Часто используется процесс RKEF. [15] Потребление энергии на тонну продукта для латеритных руд является высоким из-за низкосортного сырья, что приводит к образованию большого количества шлаковых отходов и газовых загрязнений. [16] Как правило, более 90% продукции печи находится в форме шлака . [8] Техника переработки расплавленного ферроникеля является темой для специалистов, [17] и 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 тоннажи никелевого чугуна в дополнение к ряду обычных марок ферроникеля, общий объем производства которых 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 сталелитейную промышленность приходился 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.
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 все 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]
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 добавляют в расплавленную сталь для создания закаливаемых специальных сталей. Он также используется в качестве сварочного материала, порошкового напыления и в порошковой металлургии. [20]
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: цены составляют около 31–44 долларов за килограмм содержащегося вольфрама. [2]
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] При этом образуется 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]
В эту статью включены общедоступные материалы из журнала Ferroalloys (PDF) . Геологическая служба США .
{{cite journal}}: CS1 maint: date and year (link)