Плавка

[heat, melt; melting] — 1. Пирометаллургии, процесс переработки материалов (руд, концентратов, металлов и др.) с полным расплавлением шихты и разделением расплава обычно на 2 слоя (металл и шлак, металл и штейн); примен. для извлеч. металлов из руд, рафинир. черновых металлов, приготовления сплавов для отливки слитков и фасон, литья и др. целей. П. ведут в печах: шахтных (напр., домен, произ-во, про-из-во Pb, Ni, Си), отражат. (мартен, произ-во, отражат. плавка Си- концентратов), электропечах (произ-во стали, ферросплавов, Си, Ni), циклон, (переработка Cu-Zn сырья) и др. агрегатах. В особую группу плавок выделяют процессы, осн. на реакциях восстановления металлов из их соединений химич. более акт. металлами (см. Металлотермия). Как разновидность плавки можно рассматривать также конвертирование, заключ. в продувке воздухом или кислородом расплавл. материалов (чугун, штейн) с присадкой флюсов и неб. кол-ва сырья (лом, богатые концентраты) (см. Конвертирование). 1. Разовый цикл процесса плавки (1.); обычно включает след, осн. этапы: осмотр и тек. ремонт металлургич. агрегата (или шлаковой печи), загрузка составл. металлургич. шихты (или компон. шлака) до треб, химич. состава и темп-ры, выпуск металла (шлака) из печи в ковш. 3. Масса получ. в рез-те процесса плавки (1.) продукта (напр., 100-т пл. стали):

автогенная плавка [autogenous smelting] -плавка (1.) металлургич. сырья за счет тепла экзотермич. реакций при окислении сырья, без затрат тепловой энергии внеш. источников. А. п. применяют при переработке сульфидных (Си-, Pb-, Ni- и др.) концентратов, а в нек-рых случаях — и руд цв. металлов, облад. существ, теплотворной способностью (1,2-3,3 мДж/кг). А. п. может идти в периодич. и непрер. режимах. Впервые в конце XIX в.была освоена а. п. сплошных высокосернистых медистых пиритных куск. руд в шахтных печах (см. Пиритная плавка). Применяются 2 вида а. п.: в распыленном состоянии (взвеш., кислородно-факельная, циклонная), при к-рой сухая мелкозернистая шихта содержащим О2 газом вдув, в газ. пространство металлургия, печи, а образ, расплав стекает в ванну печи, где завершается формиров. и разделение сульфидных, металлич. и оксидных фаз; в расплаве, когда шихту, в т.ч. влажную и кусковую, подают непосредст. в ванну расплава и расплав акт. продувают содержащим О2 газом (плавка Ванюкова, в конвертерах и др.). На основе а. п. созданы непрер. совмещ. процессы («Норанда», «Q-S-L», КИВЦЭТ и др.), при к-рых в одном агрегате плавят шихту и обедн. шлак, а в нек-рых случаях — и конвертир. штейн;

вакуумная плавка [vacuum melting] — выплавка металлов и сплавов в вакууме с целью предотвр. контакта расплава с воздухом и ра-финир. его от газов, газообраз, и испаряют, примесей (Н, N, О, С, S, Си, Sn, Pb и др.). В. п. применяют, в первую очередь, при про-из-ве легкоокисляющ. металлов (Ti, Mo, W и др.), а тж. полупровод. (Si, Ge, их соединений). В. п. используют тж. для произ-ва особо-чистых сталей, Ni- и др. сплавов. Остат. давл. газов при в. п. от 1 до 10~5 Па. Наиб. глуб. вакуум поддерживают при индукц., эл-нном и прямом токовом нагреве. Дуговой и плазм, нагрев требует умерен, вакуума, т.к. частицы остат. газа в этих видах нагрева явл. переносчиками тока;

вакуумная индукционная плавка (ВИП)
[vacuum induction melting] — выплавка металлов и сплавов в вакуумной индукц. печи с керамич. тиглем. У металла ВИП много пре-имущ. по ср. с металлом открытой индукц. плавки: более низ. содерж. газов, вредных примесей цв. металлов и неметаллич. включений, ббльшая однород. макро- и микроструктур, лучш. горяч, пластичность, механич. и физич. св-ва и т.д. ВИП применяют для произ-ва разных групп сталей и сплавов, в т. ч. высокопрочных конструкц. и коррозиен ноет, сталей, прециз. (инвар, магнитно-мягкие и др.), жа-рост., жаропрочных сплавов и др.;

восстановительная плавка [reduction melting] — рудная плавка с восстановл. металла из оксид, соединений (агломерата, руды) углеродистыми восстановителями и перевода пустой породы в шлак; осуществл. преимущ. в шахтных печах с плавлением и получением восстановителя (углерода, СО) в рез-те горения кокса. Восстановл. оксидов разделяют на «прямое» и «непрямое». «Прямое» восстановл. — непосредств. взаимод. оксида с тв. углеродом: МеО + С = Me + CO с достат. скор, идет при t > 700-800 °С. «Непрямое» восстановл. оесидов: МеО + СО = Me + СО2.
В. п. применяют в металлургии железа, свинца, сурьмы и др. металлов;

гарнисажная плавка [skull melting] — п. (1.) гарнисажем с целью предотвр. взаимод. жидкого металла или шлака с футеровкой печи или стенками металлич. тигля. В печах с охлаждаемой футеровкой гарнисаж в основном получ. в рез-те физико-химич. взаимод. шихты и материалов футеровки; в печах без футеровки — из расплава в виде корки на стенках металлич. (обычно медных или стальных) тиглей (или кристаллизаторов);

зонная плавка [zonal melting] — метод ра-финир., заключ. в перемещ. узкой расплавл. зоны вдоль прутка (слитка, заготовки) из рафинир. металла или сплава; осн. на разных р-римостях разных элементов в тв. и жид. фазах материала; примен. для получ. чистых металлов и полупроводников, выращ. монокристаллов и т.д. В завис, от конструкции устр-ва различают вертик., горизонт., бестигельную и др. виды з. п.;

КИВЦЕТ-плавка [KIVCET melting] - кис-лородно-взвеш. циклон, электротермич. п. сульфидных руд и концентратов с объедин. в одном агрегате скор, кислородно-взвеш. окислит, процессов: относит, медл. разделения продуктов плавки, восстан. и отгонки нек-рых металлов в электротермич. части агрегата. процесс разработан в 1960-х гг. в Каз. ССР — работниками ВНИИцветмет и Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината. Различают агрегаты для переработки сульфидного Си-сырья (КИВЦЭТ) и РЬ-сырья (КИВЦЭТ ЦС). Установка состоит из цикл, плавильной камеры, разделит, водоохлаждае-мой перегородки и электротермич. отстойной части. В плавильной зоне сжигают сухой (влажность < 1,0 %) сульфидный концентрат по реакции 2MeS + 2О2 + SiO2 = 2МеО • SiO2 + + 2SO2, являющейся основным источником теплоты для расплавления всего материала. В электротермич. зону загружают тв. кокс или уголь для восстановления окисл. в плавильной зоне цв. металлов. Печь снабжена котлами-утилизаторами и системой очистки газов, к-рые после очистки направляют на произ-во H2SO4. Размеры пром. печей (КИВЦЭТ ЦС): пл. плав, зоны до 10 м2, пл. восстановит, зоны до 100 м2. Высота печи в плав, зоне до Юм. Извлеч. РЬ в черновой металл — 96,5 %, Zn в возгоны — 85 %. Расход на 1 т РЬ-концентра-та: кислорода 265 м3, коксика 0,09 т, электроэнергии 1000 кВт-ч, воды на охлаждение 8,0 м5;

кислородно-взвешенная плавка [oxygen flash smelting] — автог. плавка сульфидов металлов во взвеш. сост. с использ. подогретого до 450— 500 °С кислородно-воздушного дутья; разработан ф. «Outocumpu» (Финляндия), на основе теории, созд. в 1930-е гг. А. Н. Вольским, Г. Л. Лейзеровичем, В. А. Ванюковым и др. русск. учеными.
При к.-в. п. пылевидные частицы сульфидного концентрата вдув, через горелки в реакц. шахту печи подогретой кислородно-воздушной смесью. Продукты плавки — штейн, содерж. сульфиды цв. металлов и железа, шлак и газ, с высокой концентрацией SO2. Штейн затем перераб. в конвертерах, шлак обедняют разными способами, газ используют в про-из-ве H2SO4. Наиб. дет. к.-в. п. отработана применит, к переработке Cu-Zn-, Cu-, Cu-Ni- и др. полиметаллич. сырья. Иногда примен. ком-бин. взвеш. плавл. с др. процессами, напр, с циклон.плавкой;

кислородно-факельная плавка [oxygen fuel-fired smelting] — автог. плавка сульфидов металлов во взвеш. состоянии с использ. кислород, факела. При к.-ф. п. перераб. пылевидный концентрат вносится в плам. пространство печи струей технич. кислорода, что приводит кформиров. пылегаз. факела, в к-ром окисл. и расплавл. материалы. Заверш. процесс образованием в ванне печи расплава, расслаив. на Штейн и шлак.
К.-ф. п. впервые освоена в 1953 г. на з-де «Copper-Cliff» ф. «INCO» (Канада). В СНГ крупный промыш. комплекс по переработке медных сульфидных концентратов к.-ф. п. эк-сплуат. на Алмалыкском медном заводе (Казахстан). Осн. техн.-эк. пок. к.-о. п.: проплав 15-16 т с 1 м2 пода в сутки, содерж. Си в штейне — 40 %, в шлаке — 0,7 %, извлеч. Си в Штейн — 97,2 %, содерж. SO2 в газах — 75 %. К.-ф. п. может тж. успешно использ. для переработки Cu-Zn-, Cu-Ni- и др. сульфид, концентратов;

ликвационная плавка [segregation smelting] — плавка (1.) с получ. гетерог. (слоист.) расплава вследствие разницы удельных весов со-ставл. его жидких фаз. Л. п. широко используют при рафинир. пирометаллургич. Pb, Zn, чернового Sn, Sb, при получении силумина из силикоалюминия и др. Разработаны также процессы прямого получения вольфрамата и молибдата натрия с использованием ликва-ционной плавки;

медно-серная плавка [copper sulfur smelting) - пиритная п. высокосернистых медьсодержащих руд в шахтных печах в комбинации с
обработкой печных газов с целью получения элемент, серы. В кач-ве восстановителя используют до 12 % кокса размером 25 (+10) мм.
Распределение S по продуктам плавки, %:4,5—11 в отвальном шлаке, 8—17 в штейне, 5—77 в элемент, сере, 7—8 потери;

осадительная плавка [precipitation smelting]— процесс выплавки металлов, основ, на реакции между их сульфидами и металлич. же
лезом (осадителем). О. п. — осн. метод переработки Sb-сырья в России по реакции Sb2S3 + 3Fe = 2Sb + 3FeS, при 1000-1100 °C необратимой. Осадитель вводят в шихту в виде стальной или чугун, стружки. Если Sb в сырье окисл., в шихту добавляют восстановитель (уголь или кокс). Продукты о. п.: черновой металл — на рафинир., шлак — в отвал,
уловл. из печных газов пыль — на восстановит, плавку;

отражательная плавка [reverberatory smelting] — плавка (1.) металлов и сплавов в отражат. печи за счет тепла от сжигания углерод, топлива (измельч. уголь, мазут, прир. газ) в горизонт, раб. пространстве над ванной расплава и теплопередачи лучеиспуск. от факела и раскал. им стен и свода.
При перераб. измельч. сульфидных Си-концентратов используют два варианта о. п.: п. сырой (необожж.) шихты и п. огарка (обожж.) шихты. При о. п. Си-сырья получают Штейн и шлак. Металлы с вые. сродством к кислороду концентрир. в шлаке. Си, Ni, благ, Металлы и част. Fe и S переходят в сульфид, фазу — штейн. Ввиду неб. взаимной р-римости и разной плотн., Штейн и шлак при отстаивании раздел, на два слоя;

пиритная плавка [pyritic smelting] — плавка в шахтных печах пирит. Cu-руд в смеси с кварцем и известняком без добавки кокса или с добавкой неб. кол-ва (2-4 %) кокс, мелочи. П. п. можно перераб. только сплош. сульфид. Материалы, содерж. 80-90 % пирита и халькопирита с вые. (40—44 %) содерж. серы. П. п. была освоена в конце XIX в. Большая заслуга в ее освоении принадлежит металлургам Урала и Армении. Основные реакции процесса п. п.:1/2S2;
FeS2 = FeS 2CuFeS = 2FeS + Cu2S + S; 2FeS + 3O2 + SiO2= Fe2SiO4 + 2SO2.
П. п. в чистом виде в настоящее время не имеет промышленного применения из-за ограниченности распространения кусковых пи-ритных руд, но она послужила основой для развития полупиритной, медно-серной и автогенной плавок;

плавка Ванюкова [Vanyukov smelting] — п. (1.) сульфидных, Си-, Cu-Ni- и Cu-Zn- концентратов разных гранулометрии, составов при влажности до 1 1 % с использ. бок. подачи воздушно-кислородного (30-70 % О2) дутья в шлак, расплав; отличается тем, что сульфиды плав, и окисл. не в ванне штейна, а в слое шлака, движущ, в печи сверху вниз. П. В. можно непрер. плавить как мелкие материалы так и кусковую шихту. Крупную и влажную шихту непрер. загруж. непосред. на поверх, расплава. Сухие и пылевидные материалы могут вдув, через фурмы. процесс разраб. в 1960-х гг. в Московском институте стали и сплавов и преимущ. использ. в промышл. произ-ве меди. Продукты плавки: богатый медный Штейн (вплоть до белого матта), отвальный шлак, сод. < 0,6 % Си, пыль (выход - 1 %) и богатые по SO2 газы, идущие на произ-во H2SO4;

плавка в жидкой ванне (ПЖВ) [liquid-phase melting] — 1. процесс прям, получ. жидк. железа восстановл. железорудных материалов углеродом в слое шлака, интенс. продув, кислородом; разраб. в 1970-х гг. 2. Автог. плавка, при к-рой сульфид, концентраты плавят и окисл. в ванне шлака (см. плавка Ванюкова),

плавка во взвешенном состоянии [levitation
melting] — 1. Автог. п. пылевидных сульфидов металлов введением в разогр. до вые. темп-р плав, простран. печи в токе нагретого до 450— 500 °С воздушно-кислородного дутья; преимущ. использ. при произ-ве меди. 2. Расплавл. и выдержка неб. масс металла, взвеш. в элек-тромагн. поле (см. тж. Печь для плавки во взвешенном состоянии);

плазменная плавка [plasma smelting] — выплавка металлов и сплавов в плазменных дуговой или индукционной печах. При этом технологический режим выплавки (нагрев металла, порядок присадки раскислителей и легирующих, выдержка расплава и др.) осуществляется аналогично выплавке в открытых дуговой или индукционной печах. Наличие инертной атмосферы при п. п. обеспечивает значительное сниж. угара легир.: Мп, Сг, V, Ti и др. Низкое парц. давл. СО Н2 и N2 в Аг-среде плазм, печи способст. хорошему раскислению металла углеродом и снижению содержания в нем водорода и азота. При частичной замене аргона азотом в плазмообраз. газе или непосредст. в газ. среде печи получают легир. азотом металл (напр., аустенит. нерж. стали) без примен. азотир. ферросплавов. В плазм, печах выплавляют сложнолегир. стали и сплавы вые. кач-ва, не хуже металла, выплавл. в вакуумной индукц. печи;

полупиритная плавка [semipyritic smelting] - плавка (1.) Си- или Cu-Ni-руды, содерж. 15—25 % S. Недостаток тепла от окисления пирита по сравн. с пиритной п., компенс. добавкой углеродистого топлива или обогащ. дутья кислородом. Осн. реакции в печи те же, что и при пиритной плавке. Расход кокса 3— 10 % от веса шихты. Степенью десульфуриза-ции — кол-вом окисл. серы (60-80 %) регул. содерж. меди в штейне. В отличие от пиритной плавки, где приходится ошлаковывать большое кол-во железа, для чего вводят флюс — кварц, ошлаковывают SiO;, содерж. в руде. Для улучшения физ.-хим. св-в шлака вводят СаСО3. Продукты плавки, шлак и Штейн раздел, во внеш. отстойнике;

разделительная плавка (ОРФОРД-процесс)
[top-and-bottom smelting, Orford process] -переработка Cu-Ni- файнштейнов, основ, на расслаив. в присут. Na^S на два слоя: верх, (top), в к-ром концентр, ок. 90 % Си, и ниж. (bottom) с < 95 % Ni. P. п. ведут в шахтных ватержакет-ных печах в две стадии. На первой в плавку поступают файнштейн, кокс и бисульфат натрия. Получают 1-й «топ», в к-ром концентр, осн. Масса меди, и 1-й «боттом», содержащий 64—67 % Ni и 10—12 % Си, к-рый вторично переплав, в смеси с бисульфатом и сульфатом натрия, восстанавлив. углеродом. В рез-те получают 2-й «топ» (содерж. 15—20 % Ni, 10-15 % Си и 40-60 % Na2S), направл. на первую плавку, и 2-й «боттом» — конечный продукт р. п., содерж. 71-72 % Ni 1-2 % Си — на получение никеля;

реакционная плавка [reaction smelting] -плавка (1.), при к-рой получают металл в рез-те взаимодействия его оксида и сульфида; отличается тем, что образ, шлак в тв. виде. Р. п. — один из осн. способов перераб. бог. РЬ- и Sb- руд.
В основе процесса — реакции:
PbS + 2РЬО = ЗРЬ + SO,
PbS + PbSO4 = 2Pb + SO2. Оксидные соедин. свинца, необх. для этих реакций, получ. в той же печи при взаимод. загруж. в нее сульфидов свинца с подаваемым в Печь воздухом. Содержание металла в рудах и концентратах, поступ. на реакц. плавку, д. б. > 60 %, чаше 65-80 %;

руднотермическая плавка [ore-thermal furnace] — плавка (1.) руд в рудноплав. печи (напр., для получения Си- и Cu-Ni-штейнов) с теплогенерацией в рез-те горения электрич. дуги под слоем шихты или шлака и прохожд. электрич. тока м-ду электродами через шихту или шлак;

сократительная плавка [concentrating smelting] — получение в шахтных печах обо-гащ. медью штейна (до 25—40 % Си) плавлением штейна медно-серной плавки с кварц, флюсом, известняком и коксом;

циклонная плавка [cyclone smelting] — п. измельч. руды или концентрата в быстро вращ. спиралев. (вихр.) потоке газовозд. смеси. Измельч. перерабат. сырье, чаще сульфидное, вдувают в струе воздуха, как правило, обо-гащ. кислородом, в верх, часть цилиндрич. камеры циклон, печи в акс. или тангенц. на-правл. через спец. фурмы. Подав, из горелочных устр-в в плав, камеру тв., жид. или газообр. топливо, как и частицы сырья, вовлекается во вращение газовозд. вихрем, что приводит к быстрому сгоранию топлива или плавлению сырья. Расплавл. Продукты поступ. в отстойную камеру, где раздел, на Штейн и шлак, а газы направл. в пылеулавлив. камеру.
Различ. окислит, и восстановит, ц. п. В завис, оттехнологич. особен, ц. п. примен. дополнит, устр-ва (электроотстойник, грануляц. камера и т.п.);

шахтная плавка [shaft furnace] — плавка (1.) в шахтной печи; примен. гл. обр. в ЦМ для выплавки чернового свинца, меди, Си- и Ni-штейна. Загруж. сверху шихта, сост. из окус-ков. металлсодержащего сырья, флюсов и кокса, по мере выгор. кокса и плавл. материалов опускается, а вдув, через фурмы воздух или кислород и Продукты горения кокса движ. навстречу шихте. Вблизи фурм образ, кислород, зона, в к-рой кокс сгорает преимущ. до СОГ За кислород, зоной образ, восстановит, зона, в к-рой горячие газы взаимод. со след, слоями кокса, обогащаясь СО по реакции: СО2 + С = 2СО.
В ЧМ примен. восстановит., сульфидир. и окислит, ш. п. При восстановит, свинц. ш. п. получают черновой свинец. Сульфидир. ш. п. окисл. Ni-руд с добавкой пирита или гипса ведут в слабовосстановит. газ. среде с получением штейна. Окислит, ш. п. медных сульфидных руд ведут не только для получения Си-штейна, но и для окисления части серы сульфидов и удаления ее в виде SO2; различают пиритную и полупиритную п. Комбинир. окислит.-восстановит, п. явл. Cu-S-ш. п. с получением элемент, серы;

электронно-лучевая плавка [electron beam melting] — плавл. компакт, заготовок или сып. материалов, гл. обр. металлов и сплавов в эл-нно-луч. печах. Различают э.-л. п. с получением слитка в водоохлажд. кристаллизаторе (ра-финир. переплав) и с зонным рафинир. (зонная плавка) с получ. особочистых материалов, в т.ч. монокристаллов. При э.-л. п. расплав хорошо рафинир. от газов, газообраз, и легкоиспар. примесей (Н, N, О, С, S, Си, Sn, Pb и др.) в рез-те глуб. вакуума (< 10 мПа) и вые. темп-ры поверхн. расплава, где идеттеплогенерация. Для повыш. степ, рафинир. расплав на пути к кристаллизатору может проходить через одну или неск. промежут. емкостей (холодных подов).
Э.-л. п. применяют в пром-ти с 1950-х г.г. для получ. высокоакт. и тугопл. металлов (Ti, Zr, Nb, Mo, W и др.), в т.ч. монокристаллич. С 1960-х гг. э.-е. п. применяют и для получения < 40-т стальных слитков.