Електрометалургія, область металургії, що охоплює промислові способи здобуття металів і сплавів за допомогою електричного струму. У Е. застосовуються електротермічні і електрохімічні процеси. Електротермічні процеси використовуються для витягання металів з руд і концентратів, виробництва і рафінування чорних і кольорових металів і сплавів на їх основі (див. Електротермія ) . В цих процесах електрична енергія є джерелом технологічного тепла. Електрохімічні процеси поширені у виробництві чорних і кольорових металів на основі електролізу водних розчинів і розплавлених середовищ (див. Електрохімія ) . Тут за рахунок електричній енергії здійснюються окислювально-відновні реакції на кордонах розділу фаз при проходженні струму через електроліти. Особливе місце в цих процесах займає гальванотехніка, в основі якої лежать електрохімічні процеси осадження металів на поверхню металевих і неметалічних виробів.
Електротермічні процеси охоплюють плавку стали в дугових і індукційних печах (див. Електросталеплавильне виробництво ) , спецелектрометалургію, рудовосстановітельную плавку, що включає виробництво феросплавів і штейнов, виплавку чавуну в шахтних електропечах, здобуття нікелю, олова і інших металів.
плавка Електродуги. Електросталь, призначена для подальшого переділу, виплавляється головним чином в дугових печах з основним футеруванням. Важливі переваги цих печей перед іншими сталеплавильними агрегатами (можливість нагріву металу до високих температур за рахунок електричної дуги, відновна атмосфера в печі, менший чад легуючих елементів, високоосновні шлаки, що забезпечують істот, зниження вмісту сірки) зумовили їх використання для виробництва легованих високоякісних сталей — корозійностійких, інструментальних (в т.ч. швидкорізальних), конструкційних, електротехнічних, жароміцних і ін., а також сплавів на нікелевій основі. Світова тенденція розвитку плавки електродуги — збільшення ємкості одиничного агрегату до 200—400 т, питомої потужності трансформатора до 500—600 і більш ква/т, спеціалізація агрегатів (у одних — лише розплавлення, в інших — рафінування і легування), високий рівень автоматизації і вживання ЕОМ(електронна обчислювальна машина) для програмного управління плавкою. У печах підвищеної потужності економічно доцільно плавити не лише леговану, але і рядову вуглецеву сталь. У розвинених капіталістичних країнах доля вуглецевої сталі від загального об'єму електросталі, що виплавляється в електропечах, складає 50% і більш. У СРСР в електропечах виплавляється ~ 80% легованого металу.
Для виплавки спеціальних сталей і сплавів набувають поширення плазмено-дугові печі з основним керамічним тиглем (ємкістю до 30 т ) , обладнані плазмотронамі постійного і змінного струму (див. Плазмова металургія ) . Дугові електропечі з кислим футеруванням використовують для плавки металу, призначеного для сталевого литва. Кислий процес в цілому більш високопродуктивний, ніж основний, із-за короткочасності плавки завдяки меншій тривалості окислювального і відновного періодів. Кисла сталь дешевша за основну унаслідок меншої витрати електроенергію, електродів, кращою стійкості футерування, меншої витрати розкислювачів і можливості здійснення кремневосстановітельного процесу. Дугові печі ємкістю до 100 т широко застосовуються також для плавки чавуну в чавуноливарних цехах.
Індукційна плавка. Плавка стали в індукційній печі, здійснювана в основному методом переплавки, зводиться, як правило до розплавлення шихти, розкислювання металу і випуску. Це обумовлює високі вимоги до шихтовим матеріалів за змістом шкідливих домішок (P, S). Вибір тигля (основний або кислий) визначається властивостями металу. Щоб кремнезем футерування не відновлювався в процесі плавки, стали і сплави з підвищеним вмістом Mn, Ti, Al виплавляють в основному тиглі. Істотний недолік індукційної плавки — холодні шлаки, які нагріваються лише від металу. У ряду конструкцій цей недолік усувається шляхом плазмового нагріву поверхні метал-шлак, що дозволяє також значно прискорити розплавлення шихти. У вакуумних індукційних печах виплавляють чисті метали, стали і сплави відповідального призначення (див. Вакуумна плавка ) . Ємкість існуючих печей від декількох кг до десятків т. Вакуумну індукційну плавку інтенсифікують продуванням інертними (Ar, Не) і активними (CO, Ch 4 ) газами, електромагнітним перемішуванням металу в тиглі, продуванням металу шлакотворними порошками.
Спецелектрометалургія охоплює нові процеси плавки і рафінування металів і сплавів, що отримали розвиток в 50—60-х рр. 20 ст для задоволення потреб сучасної техніки (космічною, реактивною, атомною, хімічного машинобудування і ін.) у конструкційних матеріалах з високими механічними властивостями, жароміцністю, корозійною стійкістю і т. д. Спецелектрометалургія включає вакуумну дугову плавку (див. Дугова вакуумна піч ) , електроннопроменеву плавку, електрошлакова переплавка і плазмено-дугову плавку. Цими методами переплавляють сталі і сплави відповідального призначення, тугоплавкі метали — вольфрам, молібден, ніобій і їх сплави, високореакційні метали — титан, ванадій, цирконій, сплави на їх основі і ін. Вакуумна дугова плавка була запропонована в 1905 Ст фон Больтоном (Німеччина); у промислових масштабах цей метод вперше використаний для плавки титана В. Кроллом (США) в 1940. Метод електрошлакової переплавки розроблений в 1952—53 в інституті електрозварювання ним. Е. О. Патона АН(Академія наук) УРСР. Для здобуття сталей і сплавів на нікелевій основі особливо відповідального призначення застосовують різні варіанти дуплекс-процесів, найважливіший з яких — поєднання вакуумної індукційної плавки і вакуумно-дугової переплавки. Особливе місце в спецелектрометалургії займає вакуумна плавка гарнісажа (див. Гарнісаж ), в якій джерелами тепла служать електрична дуга, електронний промінь, плазма. У цих печах, вживаних для високоактивних і тугоплавких металів (W, Мо та інші і сплави на їх основі), порція рідкого металу у водоохолоджуваному тиглі з гарнісажем використовується для здобуття злитків і фасонних відливань.
Рудовосстановітельная плавка включає виробництво феросплавів, продуктів кольорової металургії — мідних і нікелевих штейнов, свинцю, цинку, титанових шлаків і ін. Процес полягає у відновленні природних руд і концентратів вуглецем, кремнієм і іншими відновниками при високих температурах, що створюються головним чином за рахунок потужної електричної дуги (див. Руднотермічеськая пекти ) . Відновні процеси зазвичай є безперервними. У міру проплавлення підготовлену шихту завантажують у ванну, а отримувані продукти періодично випускають з електропечі. Потужність таких печей досягає 100 Мва. В деяких країнах (Швеція, Норвегія, Японія, Італія і ін.) на основі рудовосстановітельной плавки виробляється чавун в електродоменних печах або бесшахтних печах електродуг.
Електрохімічні процеси здобуття металів. Р. Деві в 1807 вперше застосував електроліз для здобуття натрію і калія.
В кінці 70-х рр. 20 ст методом електролізу отримують більше 50 металів, у тому числі мідь, нікель, алюміній, магній, калій, кальцій і ін. Розрізняють 2 типи електролітичних процесів. Перший пов'язаний з катодним осадженням металів з розчинів, отриманих методами гідрометалургії — вилуговуванням руд і концентратів; в цьому випадку відновленню (відкладенню) на катоді металу з розчину відповідає реакція електрохімічного окислення аніона на нерозчинному аноді.
Другий тип процесів пов'язаний з електролітичним рафінуванням металу з його сплаву, з якого виготовляється розчинний анод. На першій стадії в результаті електролітичного розчинення анода метал переводиться в розчин, на другій — він осідає на катоді. Послідовність розчинення металів на аноді і осадження на катоді визначається рядом напруги . Проте в реальних умовах потенціали виділення металів істотно залежать від величини перенапруження водню на відповідному металі. У промислових масштабах рафінують цинк, марганець, нікель, залізо і інші метали; алюміній, магній, калій і ін. отримують електролізом розплавлених солей при 700—1000 °С. Останній спосіб пов'язаний з великою витратою електроенергії (15—20 тис. квт · ч/т ) в порівнянні з електролізом водних розчинів (до 10 тис. квт · ч/т ) .
Літ.: Беляєв А. І., Металургія легких металів, 6 видавництво, М., 1970; Зелікман А. Н., Мєєрсон Р. А., Металургія рідких металів, М., 1973; Еднерал Ф. П., Електрометалургія стали і феросплавів, 4 видавництва, М., 1977.
