Электрометаллургия

[electrometallurgy] — область металлургической науки и техники, использующая электроэнергию для расплавления материалов (электроплавка) или для непосредственного восстановления металлов из расплавов или водных растворов (электролиз). В ЧМ под электрометаллургией понимают электроплавку стали и ферросплавов, в ЦМ понятие электрометаллургии включает обычно электролиз, а электроплавку относят к пирометаллургии. Электрическая теплогенерация, в отличие от топливной (сжигание углеводородного топлива) или автогенной (окисление самого нагреваемого материала), может быть реализована в малоокислительной или безокислительной среде, а при получении некоторых химически активных металлов и сплавов, специальных сталей — в нейтральной газовой среде или вакууме. Возможность достижения при электронагреве высоких температур имеет большое значение для производства тугоплавких металлов, быстрого расплавления больших объемов металлолома с минимимальными тепловыми и материальными потерями. Высокая эффективность электролиза обусловленна возможностью восстановления металлов, в т.ч. химически активных, без применения загрязняющих их восстановителей. Общий недостаток процессов электрометаллургии — относительно высокие затраты на электроэнергию. При выплавке сталей общего назначения применяются главным образом дуговые печи. Производительность современных сверхмощных 100-т дуговых печей достигает 0,5 — 0,8 млн. т/год. При выплавке сталей и некоторых Ni-сплавов, к которым предъявляются повышенные требования по чистоте и точности состава, применяются индукционные печи, вместимостью от 0,5 до 30 т и более. Для производства специальных сталей и сплавов особо ответственного назначения применяют процессы электроплавки, объединенные термином спецэлектрометаллургия. Главное отличие этих процессов — повышенная степень защищенности металла от контакта с воздухом под слоем шлака (в электрошлаковой технологии), в нейтральной газовой среде (в плазменных или индукционных печах), в вакууме (в вакуумных печах). Спецэлектрометаллургия включает не только выплавку стали и сплавов из разных шихтовых материалов с единовременной доводкой металлического расплава и последующей его разливкой, но и переплав сталей и сплавов с постепенным наплавлением слитков в водоохлаждающих кристаллизаторах. Наиболее распрострены в специальной электрометаллургии процессы выплавки металла в индукционной, вакуумно- индукционных и плазменных печах (ИП, ВИП, ПП), переплавлаяющие процессы — электрошлаковые и вакуумно-дуговые переплавы (ЭШП, ВДП). Применяемый в промышленном масштабе переплав в электроннолучевых и плазменнодуговых печах (ЛП, ПДП), а также вакуумно-плазменные процессы (выплавка и переплав) и вакуумно-дуговой двухэлектродный переплав. В производстве ферросплавов широко применяют руднотермические (рудовосстановительные) печи, работающие непрерывным процессом. В таких печах проводят карботермическое восстановление с получением высокоуглеродистых ферросплавов: феррохрома, ферромарганца и др. Мощность современных рудотермических печей достигает 100 МВт, производительность — 200 тыс. т/год. Для силикотермического восстановления руд применяют рафинировочные печи, по конструкции аналогичные дуговым сталеплавильным, работающие периодическим процессом (с полным проплавлением шихты и выпуском продуктов плавки). В таких агрегатах получают низкоуглеродистые ферросплавы, например, феррохром с < 0,06 % С.
В ЦМ также применяются руднотермические печи для получение штейна при производстве Cu и Ni, а при производстве Ti — для получение богатого Ti-шлака. Для производства высокоактивных и тугоплавких металлов широко применяют также процессы специальной электрометаллургии, в первую очередь ВДП расходуемого электрода и электроннолучевой переплав, для плавки Ti, Mo, W и др. В металлургии Al и других высокоактивных металлов применяют электролиз расплавов, а в металлургии Cu, Ni, Co — электролиз водных растворов. В 1-м случае продуктом является жидкий металл, который затем кристаллизуется, а во 2-м — катодные листы из металла, осажденные на катоде. В литейном производстве применяются дуговые и индукционные печи для получения жидкого чугуна и стали из металлолома, бронзы и других литейных сплавов. Часто электропечи в литейном производстве используются в качестве копильников. Для литья высокоактивных металлов (Ti) используются вакуумные гарнисажные печи (автотигельные) с дуговым или плазменным нагревом.