Ферроникель

Ферроникель — сплав железа и никеля (ферросплав), получаемый, главным образом, при восстановительной электроплавке окисленных никелевых руд и используемый для легирования стали и сплавов.

Состав

На международном рынке состав ферроникеля должен соответствовать стандарту ISO 6501:1988 (Ферроникель. Технические условия и требования к поставке). Стандарт предусматривает 5 марок с 20, 30, 40, 50 и 70 % никеля, в каждой марке 5 групп, требования к каждой из групп показаны в таблице (согласно^[1]).

Содержание в ферроникеле (ISO 6501:1988), % масс.
Марка ферроникеля	C		Si	P	S	Cu	Cr
Марка ферроникеля	более	до	менее	менее	менее	менее	менее
LC — низкоуглеродистый (little carbon)	-	0,030	0,20	0,030	0,030	0,20	0,10
LCLP — низкоуглеродистый и низкофосфористый	-	0,030	0,20	0,020	0,030	0,20	0,10
MC — среднеуглеродистый	0,030	1,0	1,0	0,030	0,10	0,20	0,50
MCLP — среднеуглеродистый и низкофосфористый	0,030	1,0	1,0	0,020	0,10	0,20	0,50
HC — высокоуглеродистый	1,00	2,5	4,0	0,030	0,40	0,20	2,0

В зависимости от производителя и требований заказчика, может контролироваться содержание в сплаве Mn, Al, Ti, Ca.

Содержание никеля в сплаве может быть и существенно ниже 20 %, что, в частности, определяется составом сырья. Так, в России перерабатываются в основном бедные руды (до ~1,5 % Ni), тогда как за рубежом часто содержание никеля в руде выше — до ~2,2 %. На Побужском никелевом заводе (Украина), по данным^[2], ферроникель некоторых выпускаемых марок содержит от 3,5 до 12 % суммы никеля и кобальта.

Получение

Получение ферроникеля — один из основных вариантов переработки окисленных никелевых руд. Технологическая схема переработки окисленной никелевой руды на ферроникель обычно включает в себя следующие стадии:

подготовка руды (усреднение, дробление и грохочение, сушка, окускование);
восстановительный обжиг, с глубоким восстановлением никеля и кобальта и восстановлением железа на 40-60 %. Обжиг ведут в трубчатых вращающихся печах;
плавка огарка в электропечах, с получением чернового ферроникеля. Такой сплав содержит значительные количества примесей — углерода, кремния, серы, фосфора, хрома, вследствие чего не может быть использован при производстве стали;
рафинирование ферроникеля.

Среди других методов получения ферроникеля из окисленных никелевых руд (некоторые из которых уже не применяются, а другие были лишь опробованы и пока не нашли применения) можно отметить (по^[1]) кричный процесс, шахтную плавку на ферроникель, доменную плавку на ферроникель, плавку в агрегате с погруженным факелом, получение ферроникеля из штейна и необычные варианты электроплавки (двухстадийная плавка с ферросилицием в качестве восстановителя, электроплавка в печи со вспененной ванной).

Электроплавка

Выплавку чернового сплава ведут обычно в круглых руднотермических электропечах с самоспекающимися электродами, мощность печей 20-100 МВА, расход электроэнергии до 810 кВт*ч^[2] на тонну сухой руды, удельный проплав 3,5-14 т/(м²·сут)^[1]. В настоящее время при проектировании новых заводов и совершенствовании старых технологий часто предполагается использование электропечей постоянного тока, достоинства которых — возможность переработки тонких и пылевидных материалов, сниженные потери металлов, повышенное извлечение их в сплав.^[3]

Рафинирование

Рафинирование чернового ферроникеля, по одной из схем^[4], включает в себя десульфурацию расплавленной содой в ковше и двухстадийное конвертирование в вертикальных кислородных конвертерах. Шлаки, образующиеся в начальный период конвертирования бедного ферроникеля, содержат много оксида кремния, поэтому первую стадию рафинирования проводят в конвертерах с кислой футеровкой (динасовый кирпич), стойкой к таким шлакам. Вторую стадию конвертирования, с удалением остатков хрома, углерода, серы и фосфора, осуществляют в конвертерах с основной футеровкой (магнезито-хромитовый кирпич). Товарный ферроникель гранулируют или разливают в изложницы.

Вторая весьма распространённая схема рафинирования ферроникеля — рафинирование в ковшевых печах (ASEA-SKF). Этот процесс пришёл в цветную металлургию из чёрной, где предназначался для рафинирования стали. Используются ковшевые стенды со съёмным сводом с тремя графитовыми электродами для подогрева расплава. На первой стадии ферроникель из печи сливается в ковш, добавляется CaO-содержащий флюс, расплав подогревается и продувается CO2 (для перемешивания) либо кислородным дутьём, происходит удаление фосфора. Фосфористый шлак скачивают, ковш подают на второй стенд подогрева — для десульфурации. В расплав подают раскислитель (например, ферросилиций), затем — негашёную известь и флюорит. Металл подогревают и перемешивают подачей CO2 для удаления растворённого азота. Шлак десульфурации скачивают, в ковш вводят последнюю порцию извести и разогревают сплав до температуры розлива.

Возможно производство ферроникеля из разнообразного вторичного сырья — отработанных железо-никелевых аккумуляторов, отходов легированных сталей и т. п.^[1]^[5].

Применение

Никель — один из основных элементов, улучшающих свойства стали; добавка никеля повышает её прочность, вязкость и пластичность. Кроме того, никель широко применяется в производстве нержавеющих, жаропрочных, кислотостойких и других сталей и сплавов. Во многих случаях вместо чистого никеля — дорогого и дефицитного — может быть использован ферроникель, себестоимость производства которого (как и многих других ферросплавов) ниже, чем чистого металла.

Примечания

В Викисловаре есть статья «ферроникель»

↑ ¹ ² ³ ⁴ Резник И. Д., Ермаков Г. П., Шнеерсон Я. М. Никель: В 3 т. Т. 2. Окисленные никелевые руды. Характеристика руд. Пирометаллургия и гидрометаллургия окисленных никелевых руд. — М. : ООО «Наука и технологии», 2001. — 468 с. — ISBN 5-93952-004-9
↑ ¹ ² Гасик М. И., Лякишев Н. П. Теория и технология электрометаллургии ферросплавов. Учебник для вузов. — М. : СП Интермет Инжиниринг, 1999. — С. 650—658. — ISBN 5-89594-022-6
↑ http://www.mintek.co.za/Pyromet/ Архивная копия от 6 декабря 2013 на Wayback Machine Пирометаллургическое подразделение компании Mintek, активно внедряющей технологию плавки в ППТ
↑ Кормилицын С. П., Цемехман Л. Ш., Афанасьев С. Г. Рафинирование и обогащение ферроникеля. — М. : Металлургия, 1976. — 240 с.
↑ Диомидовский Д. А., Онищин Б. П., Линев В. Д. Металлургия ферроникеля. — М. : Металлургия, 1983. — 184 с.

[Резник-1] ¹ ² ³ ⁴ Резник И. Д., Ермаков Г. П., Шнеерсон Я. М. Никель: В 3 т. Т. 2. Окисленные никелевые руды. Характеристика руд. Пирометаллургия и гидрометаллургия окисленных никелевых руд. — М. : ООО «Наука и технологии», 2001. — 468 с. — ISBN 5-93952-004-9

[Гасик-2] ¹ ² Гасик М. И., Лякишев Н. П. Теория и технология электрометаллургии ферросплавов. Учебник для вузов. — М. : СП Интермет Инжиниринг, 1999. — С. 650—658. — ISBN 5-89594-022-6

[3] ttp://www.mintek.co.za/Pyromet/ Архивная копия от 6 декабря 2013 на Wayback Machine Пирометаллургическое подразделение компании Mintek, активно внедряющей технологию плавки в ППТ

[4] Кормилицын С. П., Цемехман Л. Ш., Афанасьев С. Г. Рафинирование и обогащение ферроникеля. — М. : Металлургия, 1976. — 240 с.

[5] Диомидовский Д. А., Онищин Б. П., Линев В. Д. Металлургия ферроникеля. — М. : Металлургия, 1983. — 184 с.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]