Основы металлургического производства

1.Материалы, применяемые для производства металлов и сплавов.
Для производства металлов и сплавов используют руду, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.
Промышленной рудой называется горная порода, из которой при данном развитии техники целесообразно извлекать металлы и их соединения.
Флюсы - материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой или концентратом и золой топлива (шлака).
Топливом в плавильных печах является кокс, природный газ, доменный газ.
2. Назначение флюса. Флюсы в производстве металлов применяют для отделения от расплавленного металла пустой породы или концентрата или золы топлива.
Так при изготовлении чугуна применяется CaCO3 или известняк, содержащий CaCO3 и MgCO3, так как в шлаке нужно должно содержаться некоторое количество основных оксидов (CaO, MgO).
3. Назначение огнеупоров. Допустимые сочетания огнеупоров с флюсами. Пример.
Огнеупоры применяются для защиты поверхностей металлургических печей и ковшей, контактирующих с расплавленным металлом, от высоких температур, нагрузок, и химических воздействий металла и шлака. Огнеупоры бывают основными, кислыми и нейтральными. Допускается сочетание только однотипных флюсов и огнеупоров (т.е. кислые с кислыми, основные с основными).

Материалы для производства металлов и сплавов.

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы.

Промышленная руда – горная порода, из которой целесообразно извлекать металлы и их соединения (содержание металла в руде должно быть не менее 30…60 % для железа, 3...5% для меди, 0,005…0,02 % для молибдена). Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы, в состав которой входят различные примеси. Называют руду по одному или нескольким металлам, входящим в их состав, например: железные, медно-никелевые. В зависимости от содержания добываемого элемента различают руды богатые и бедные. Бедные руды обогащают – удаляют часть пустой породы.

Флюсы – материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентрата и золой топлива. Такое соединение называется шлаком.

Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды (SiO2, P2O5), и основным, если в его составе больше основных оксидов (CaO, MgO, FeO).

Флюсы вводят в виде агломерата и окатышей.

В качестве топлива в металлургических печах используется кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.

Выплавка чугуна

Чугун выплавляют в печах шахтного типа – доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды оксидом углерода, водородом и твердым углеродом.

При выплавке чугуна решаются задачи:

Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава.

Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нем золы кокса и удаление его из печи.

Продукты доменной плавки

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль.

Технико-технические показатели работы доменных печей

1. Коэффициент использования полезного объёма доменной печи (КИПО) – это отношение полезного объема печи V (м3) к ее среднесуточной производительности Р (т) выплавленного чугуна.

КИПО=V/P .

Чем ниже КИПО, тем выше производительность печи. Для большинства доменных печей КИПО = 0,5…0,7 (для передовых – 0,45).

2.Удельный расход кокса, (К) – это отношение расхода кокса за сутки А (т) к количеству чугуна, выплавленного за это же время Р (т):

К=А/Р.

Удельный расход кокса в доменных печах составляет 0,5…0,7 (для передовых – 0,36…0,4).

K – важный показатель, так как стоимость кокса составляет более 50 % стоимости чугуна.

Сущность технологии производства стали

Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне. Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь – снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:

2Fe + O2 = 2FeO + Q

Одновременно с железом окисляются кремний, фосфор, марганец и углерод. Образующийся оксид железа при высоких температурах отдает свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их.

Производство стали в мартеновской печи

Сталь получается путём окислительной плавки загруженных в печь железосодержащих материалов — чугуна, стального лома, железной руды и флюсов в результате сложных физико-химических процессов взаимодействия между металлом, шлаком и газовой средой печи. М. п. наряду с другими видами производства стали (см. Кислородно-конвертерный процесс, Электросталеплавильное производство) —второе звено в общем производственном цикле чёрной металлургии; два других основных звена — выплавка чугуна в доменных печах и прокатка стальных слитков или заготовок.

Производство стали в кислородном конверторе

Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму. Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит Al2O3 и плавиковый шпат CaF2 для разжижения шлака.

Производство стали в дуговых печах

Плавка в ДСП, после осмотра печи и ремонта пострадавших участков футеровки (заправка), начинается с завалки шихты. В современные печи шихту загружают сверху при помощи загрузочной бадьи. Для предохранения подины от ударов крупными кусками шихты на дно бадьи загружают мелкий лом. После окончания завалки в печь опускают электроды, включают высоковольтный выключатель и начинают период плавления. На данном этапе возможна поломка электродов (при плохой проводимости между электродом и шихтой исчезает электрическая дуга и электрод упирается в непроводящий кусок шихты). Регулирование отдаваемой мощности осуществляется изменением положения электродов (длины электрической дуги) либо напряжения на электродах. После периода расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Шлак скачивают через шлаковую летку, постоянно присаживая шлакообразующие, в течение всего периода плавления, с целью удаления фосфора из расплава..