Значение слова электрометаллургия

электрометаллургии, мн. нет, ж. (тех.). Отрасль техники, занятая добыванием металлов и сплавов из руд при помощи электрического тока.

область металлургии, охватывающая процессы получения и рафинирования металлов и сплавов с помощью электрического тока. Различают электротермические (напр., плавка стали в электрических печах) и электрохимические (напр., электролитическое получение алюминия) методы. К т.н. спецэлектрометаллургии относят различные виды рафинирующих переплавов (электронно-лучевой, электрошлаковый и др.).

область металлургии , охватывающая промышленные способы получения металлов и сплавов с помощью электрического тока. В Э. применяются электротермические и электрохимические процессы. Электротермические 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 электрическая энергия является источником технологического тепла. Электрохимические процессы распространены в производстве чёрных и цветных металлов на основе электролиза водных растворов и расплавленных сред (см. Электрохимия ). Здесь за счёт электрической энергии осуществляются окислительно-восстановительные реакции на границах раздела фаз при прохождении тока через электролиты. Особое место в этих процессах занимает гальванотехника , в основе которой лежат электрохимические процессы осаждения металлов на поверхность металлических и неметаллических изделий.

Электротермические процессы охватывают плавку стали в дуговых и индукционных печах (см. Электросталеплавильное производство ), спецэлектрометаллургию, рудовосстановительную плавку, включающую производство ферросплавов и штейнов , выплавку чугуна в шахтных электропечах, получение никеля, олова и других металлов.

Электродуговая плавка. Электросталь, предназначенная для дальнейшего передела, выплавляется главным образом в дуговых печах с основной футеровкой. Важные преимущества этих печей перед другими сталеплавильными агрегатами (возможность нагрева металла до высоких температур за счёт электрической дуги, восстановительная атмосфера в печи, меньший угар легирующих элементов , высокоосновные шлаки, обеспечивающие существ, снижение содержания серы) предопределили их использование для производства легированных высококачественных сталей ≈ коррозионностойких, инструментальных (в т. ч. быстрорежущих), конструкционных, электротехнических, 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 плавкой. В печах повышенной мощности экономически целесообразно плавить не только легированную, но и рядовую углеродистую сталь. В развитых капиталистических 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 специальных сталей и сплавов получают распространение плазменно-дуговые печи с основным керамическим 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 восстановительного периодов. Кислая сталь дешевле основной вследствие меньшего расхода электроэнергии, электродов, лучшей стойкости футеровки, меньшего расхода раскислителей и возможности осуществления кремневосстановительного 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. Существенный недостаток индукционной плавки ≈ холодные шлаки, которые 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 ответственного назначения (см. Вакуумная плавка ). Емкость существующих печей от нескольких кг до десятков т. Вакуумную индукционную плавку интенсифицируют продувкой инертными (Ar, Не) и активными (CO, CH4) газами, электромагнитным перемешиванием металла в тигле, продувкой металла шлакообразующими порошками.

Спецэлектрометаллургия охватывает новые процессы плавки и рафинирования металлов и сплавов, получившие развитие в 50≈60-х гг. 20 в. для удовлетворения потребностей современной техники (космической, реактивной, атомной, химического машиностроения и др.) в конструкционных материалах с высокими механическими 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 ответственного 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 промышленных масштабах этот метод впервые использован для плавки титана В. Кроллом (США) в 1940. Метод электрошлакового переплава разработан в 1952≈53 в институте электросварки им. Е. О. Патона АН УССР. Для получения сталей и сплавов на никелевой основе особо ответственного назначения применяют различные варианты дуплекс-процессов , важнейший из которых ≈ сочетание вакуумной индукционной плавки и вакуумно-дугового переплава. Особое место в спецэлектрометаллургии занимает вакуумная гарнисажная плавка (см. Гарнисаж ), в которой источниками тепла служат электрическая дуга, электронный луч, плазма. В этих печах, применяемых для высокоактивных и тугоплавких металлов (W, Mo и другие и сплавы на их основе), порция жидкого металла в водоохлаждаемом тигле с гарнисажем используется для получения слитков и фасонных отливок.

Рудовосстановительная плавка включает производство 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 другими восстановителями при высоких температурах, создаваемых главным образом за счёт мощной электрической дуги (см. Руднотермическая печь ). Восстановительные процессы обычно являются непрерывными. По мере проплавления подготовленную шихту загружают в ванну, а получаемые продукты периодически выпускают из электропечи. Мощность таких печей достигает 100 Мва. В некоторых странах (Швеция, Норвегия, Япония, Италия и др.) на основе рудовосстановительной 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 конце 70-х гг. 20 в. методом электролиза получают более 50 металлов, в том числе медь, никель, алюминий, магний, калий, кальций и др. Различают 2 типа электролитических 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 электрохимического окисления аниона на нерастворимом аноде.

Второй тип процессов связан с электролитическим рафинированием металла из его сплава, из которого изготовляется растворимый анод. На первой стадии в результате электролитического 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 промышленных масштабах рафинируют цинк, марганец, никель, железо и другие металлы; алюминий, магний, калий и др. получают электролизом расплавленных 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., Меерсон Г. А., Металлургия редких металлов, М., 1973; Еднерал Ф. П., Электрометаллургия стали и ферросплавов, 4 изд., М., 1977.

В. А. Григорян.

Электрометаллургия — методы получения металлов, основанные на электролизе, т. е. выделении металлов из растворов или расплавов их соединений при пропускании через них постоянного электрического тока. Этот метод применяют главным образом для получения очень активных металлов – щелочных, щелочноземельных и алюминия, а также производства легированных сталей.