Кальций: факты и фактики

Как используют кальций в металлургии? Там он решает несколько задач. Например, в домну для снижения температуры плавления шихты (смеси железной руды с коксом), добавляют кальциевый флюс – известняк. Кальций не только облегчит плавление, но и заберет из железа вредные серу с фосфором, уведя их в шлак. Повторно кальций добавляют при плавлении стали – там он также забирает серу и фосфор. Как правило, в сталь добавляют известь, то есть оксид кальция. Всего на нужды черной металлургии идет треть добычи известняка и производства извести. В цветной же металлургии металлический кальций оказался незаменимым для восстановления металлов, главный из которых – это уран, его надо восстанавливать из гексафторида. Кальций для этого должен быть хорошо очищен от примесей, иначе они перейдут в уран.

Откуда взялся российский сверхчистый кальций? Заводы по его производству стали строить, как только появилась потребность в уране. В СССР такой завод запустили в Глазове, сейчас он входит в концерн «ТВЭЛ» корпорации Росатом, который изготавливает топливо для электростанций. Вот как рассказывает об этом производстве инженер завода Эвелина Цегельник в журнале «Атомная стратегия», 2005, № 19. Собственное производство кальция начали создавать в 1948 году в Глазове, на том же заводе, где тогда получали металлический уран. В 1956 году кальциевый цех вышел на полную мощность – 2000 тонн металла в год. По разработанной во Всесоюзном алюминиево-магниевом институте технологии, сначала известь превращают в хлорид кальция, затем из него электролизом получают кальций. Параллельно образуется хлор, который возвращают на хлорирование извести. Катодом при электролизе служит медь, поэтому в результате получают жидкий сплав кальция с медью, из него кальций выделяют испарением, конденсируют, очищают, превращают в стружку – ее и отправляют в урановый цех. Эта технология действует и сегодня, хотя у нее есть серьезные недостатки: большой расход электричества и опасный хлор. Есть другой способ восстановление кальция алюминием или кремнием из его оксида; его применяют в США и во Франции. У этого способа меньше жидких и газообразных отходов, но и выход металла гораздо ниже – 50 – 60% против 70 – 80%.
В результате советский кальций в 70-е годы стал самым чистым и дешевым в мире; его начали поставлять на экспорт, что успешно делают и до сих пор. К 80-м годам были созданы сплавы других металлов – алюминия, магния, свинца с кальцием. Часть шла как сырье для металлургии, а часть использовали в готовых изделиях. Например, пластины из свинца с добавкой 0,025 – 0,09% кальция обеспечивают свинцовому аккумулятору в несколько раз большее время жизни, чем из свинца с сурьмой.
В середине 80-х одновременно в Японии и СССР была создана уникальная, так называемая порошковая проволока из кальция с алюминием. Надобность в ней такая. Как уже было сказано, кальций служит для очистки стали. Но если его добавить в виде оксида, то он очищает только от фосфора и серы. Если же добавить металлический кальций, он еще и кислород отберет – это называется раскислением стали. Металлический кальций пробовали вводить и в виде слитков, и вдувать порошок, и даже в виде капсул с алюминиевой оболочкой – все получалось плохо. И тогда порошок кальция с алюминием стали заключать в непрерывную оболочку из тонкой стальной ленты. Получалась проволока диаметром 11 – 16 мм, которую можно сматывать в бунты, а потом, на другом заводе, разматывать и вводить в расплавленную сталь. При этом оболочка быстро плавится и содержимое равномерно распределяется по всему объему. Эту операцию проводят в ковше, когда вылитая из конвертера сталь направляется к месту разливки. Сейчас в гранулы, составляющие сердцевину проволоки, добавляют не только кальций, но и элементы для микролегирования, например редкоземельные, которые во время выплавки могут полностью выгореть; такое внепечное легирование и раскисление позволяют снизить расход кальция и легирующих элементов чуть ли не в два раза. А на заводе в Глазове тем временем освоили уникальную технологию так называемой инжекционной проволоки – ее сердцевину составляет не порошок, а монолитный кальций. Расход такой проволоки еще меньше, чем порошковой. Обработка стали металлическим кальцием очень важна: она входит в число обязательных требований стандартов крупных импортеров отечественной стали – США, Великобритании и ЕС.