ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ

ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯ , область металлургии,
охватывающая
пром. способы получения металлов и сплавов с помощью электрич. тока. В
Э. применяются электротермич. и электрохимич. процессы. Электротермич.
процессы используются для извлечения металлов из руд и концентратов, производства
и рафинирования чёрных и цветных металлов и сплавов на их основе (см. Электротермия).
В
этих процессах электрич. энергия является источником технологич. тепла.
Электрохимич. процессы распространены в произ-ве чёрных и цветных металлов
на основе электролиза водных растворов и расплавл. сред (см. Электрохимия).
Здесь за счёт электрич. энергии осуществляются окислительно-восстановит,
реакции на границах раздела фаз при прохождении тока через электролиты.
Особое место в этих процессах занимает гальванотехника,
в основе
к-рой лежат электрохимич. процессы осаждения металлов на поверхность металлич.
и неметаллич. изделий.

Электротермич. процессы охватывают плавку
стали в дуговых и индукционных печах (см. Электросталеплавилъное производство),
спецэлектрометаллургию,
рудовосстановит. плавку, включающую произ-во
ферросплавов и штейнов,
выплавку чугуна в шахтных электропечах, получение никеля, олова и др.
металлов.

Электродуговая плавка. Электросталь, предназначенная
для дальнейшего передела, выплавляется гл. обр. в дуговых печах с
основной футеровкой. Важные

преимущества этих печей перед др. сталеплавильными
агрегатами (возможность нагрева металла до высоких темп-р за счёт электрич.
дуги, восстановит, атмосфера в печи, меньший угар
легирующих элементов,
высокоосновные
шлаки, обеспечивающие существ, снижение содержания серы) предопределили
их использование для произ-ва легированных высококачеств. сталей - коррозионностойких,
инструментальных (в т. ч. быстрорежущих), конструкционных, электротехнич.,
жаропрочных и др., а также сплавов на никелевой основе. Мировая тенденция
развития электродуговой плавки - увеличение ёмкости единичного агрегата
до 200-400 т, удельной мощности трансформатора до 500-600 и более
ква/т, специализация агрегатов (в одних - только расплавление, в
других - рафинирование и легирование), высокий уровень автоматизации и
применение ЭВМ для программного управления плаысой. В печах повышенной
мощности экономически целесообразно плавить не только легированную, но
и рядовую углеродистую сталь. В развитых капиталистич. странах доля углеродистой
стали от общего объёма электростали, выплавляемой в электропечах, составляет
50% и более. В СССР в электропечах выплавляется 80% легированного металла.

Для выплавки спец. сталей и сплавов получают
распространение плазменно-дуговые печи с основным керамич. тиглем (ёмкостью
до 30 т), оборудованные плазмотронами постоянного и переменного
тока (см. Плазменная металлургия). Дуговые электропечи с кислой
футеровкой используют для плавки металла, предназначенного для стального
литья. Кислый процесс в целом более высокопроизводителен, чем основной,
из-за кратковременности плавки благодаря меньшей продолжительности окислительного
и восстановит, периодов. Кислая сталь дешевле основной вследствие меньшего
расхода электроэнергии, электродов, лучшей стойкости футеровки, меньшего
расхода раскислителей и возможности осуществления кремневосстановит. процесса.
Дуговые печи ёмкостью до 100 т широко применяются также для плавки
чугуна в чугунолитейных цехах.

Индукционная плавка. Плавка стали в индукционной
печи, осуществляемая в основном методом переплава, сводится, как правило,
к расплавлению шихты, раскислению металла и выпуску. Это обусловливает
высокие требования к шихтовым материалам по содержанию вредных примесей
(P,S). Выбор тигля (основной или кислый) определяется свойствами металла.
Чтобы кремнезём футеровки не восстанавливался в процессе плавки, стали
и сплавы с повышенным содержанием Mn, Ti, Al выплавляют в основном тигле.
Существ, недостаток индукционной плавки - холодные шлаки, к-рые нагреваются
только от металла. В ряде конструкций этот недостаток устраняется путём
плазменного нагрева поверхности металл-шлак, что позволяет также значительно
ускорить расплавление шихты. В вакуумных индукционных печах выплавляют
чистые металлы, стали и сплавы ответств. назначения (см.
Вакуумная плавка).
Ёмкость
существующих печей от неск. кг до десятков
т. Вакуумную индукционную
плавку интенсифицируют продувкой инертными (Аг, Не) и активными (СО, СНгазами, электромагнитным перемешиванием металла в тигле, продувкой металле,
шлакообразующими порошками.

Спецэлектрометаллургия охватывает новые
процессы плавки и рафинирования металлов и сплавов, получившие развитие
в 50-60-х гг. 20 в. для удовлетворения потребностей совр. техники (космической,
реактивной, атомной, химич. машиностроения и др.) в конструкц. материалах
с высокими механич. свойствами, жаропрочностью, коррозионной стойкостью
и т. д. Спецэлектрометаллургия включает вакуумную дуговую плавку (см. Дуговая
вакуумная печь), электроннолучевую плавку, электрошлаковый переплав
и
плазменно-дуговую плавку. Этими методами переплавляют стали и сплавы ответств.
назначения, тугоплавкие металлы - вольфрам, молибден, ниобий и их сплавы,
высокореакционные металлы - титан, ванадий, цирконий, сплавы на их основе
и др. Вакуумная дуговая плавка была предложена в 1905 В. фон Больтоном
(Германия); в пром. масштабах этот метод впервые использован для плавки
титана В. Кроллом (США) в 1940. Метод электрошлакового переплава разработан
в 1952-53 в Ин-те электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. Для получения
сталей и сплавов на никелевой основе особо ответств. назначения применяют
различные варианты дуплекс-процессов, важнейший из К-рых - сочетание
вакуумной индукционной плавки и вакуумно-дугового переплава. Особое место
в спецэлектрометаллургии занимает вакуумная гарнисажная плавка (см. Гарнисаж),
в
к-рой источниками тепла служат электрич. дуга, электронный луч, плазма.
В этих печах, применяемых для высокоактивных и тугоплавких металлов (W,
Мо и др. и сплавы на их основе), порция жидкого металла в водоохлаждаемом
тигле с гарнисажем используется для получения слитков и фасонных отливок.

Рудовосстановительная плавка включает произ-во
ферросплавов, продуктов цветной металлургии - медных и никелевых штейнов,
свинца, цинка, титанистых шлаков и др. Процесс заключается в восстановлении
природных руд и концентратов углеродом, кремнием и др. восстановителями
при высоких темп-рах, создаваемых гл. обр. за счёт мощной электрич. дуги
(см. Руднотермическая печь). Восстановит, процессы обычно являются
непрерывными. По мере проплав-ления подготовленную шихту загружают в ванну,
а получаемые продукты периодически выпускают из электропечи. Мощность таких
печей достигает 100 Мва. В нек-рых странах (Швеция, Норвегия, Япония,
Италия и др.) на основе рудовосстановит. плавки производится чугун в электродоменных
печах или электродуговых бесшахтных печах.

Электрохимические процессы получения металлов.
Г. Дэви в 1807 впервые применил электролиз для получения натрия
и калия.

В кон. 70-х гг. 20 в. методом электролиза
получают более 50 металлов, в т. ч. медь, никель, алюминий, магний, калий,
кальций и др. Различают 2 типа электролитич. процессов. Первый связан с
катодным осаждением металлов из растворов, полученных методами
гидрометаллургии
- выщелачиванием руд и концентратов; в этом случае восстановлению (отложению)
на катоде металла из раствора отвечает реакция электрохимич. окисления
аниона на нерастворимом аноде.

Второй тип процессов связан с электролитическим
рафинированием металла из его сплава, из к-рого изготовляется растворимый
анод. На первой стадии в результате электролитич. растворения анода металл
переводится в раствор, на второй - он осаждается на катоде. Последовательность
растворения металлов на аноде и осаждения на катоде определяется рядом
напряжений. Однако в реальных условиях потенциалы выделения металлов
существенно зависят от величины перенапряжения водорода на соответствующем
металле. В пром. масштабах рафинируют цинк, марганец, никель, железо и
др. металлы; алюминий, магний, калий и др. получают электролизом расплавл.
солей при 700-1000 °С. Последний способ связан с большим расходом электроэнергии
(15-20 тыс. квт*ч/т) по сравнению с электролизом водных растворов
(до 10 тыс. квт*ч/т).

Лит.: Беляев А. И., Металлургия
легких металлов, 6 изд., М., 1970; Зеликман А. Н., М е е р с о н
Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973; Е д н е р а л Ф. П., Электрометаллургия
стали и ферросплавов, 4 изд., М., 1977.

В. А. Григорян.

А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я