Конспект лекцій
"Технологія обробки конструкційних матеріалів"
ЛЕКЦІЯ 1
Основи металургійного виробництва. Виробництво чавуну
Основи металургійного виробництва
Сучасне металургійне виробництво і його продукція
Сучасне металургійне виробництво являє собою комплекс різних виробництв, що базуються на родовищах руд і коксівного вугілля, енергетичних комплексах. Воно включає:
шахти і кар'єри з видобутку руд і кам'яного вугілля;
гірничо-збагачувальні комбінати, де збагачують руди, готуючи їх до плавки;
коксохімічні заводи (підготовка вугілля, їх коксування і витяг з них корисних хімічних продуктів);
енергетичні цехи для одержання стисненого повітря (для дуття доменних печей), кисню, очищення металургійних газів;
доменні цехи для виплавки чавуну і феросплавів або цехи для виробництва залізорудних металлізованних окатишів;
заводи для виробництва феросплавів;
сталеплавильні цехи (конвертерні, мартенівські, електросталеплавильні);
прокатні цехи (злиток в сортовий прокат).
Основна продукція чорної металургії:
чавуни: передільний, використовуваний для переділу на сталь, і ливарний, для виробництва фасонних виливків;
залізорудні Металлізованние окатиші для виплавки сталі;
феросплави (сплави заліза з підвищеним вмістом марганцю, кремнію, ванадію, титану і т.д.) для легованих сталей;
сталеві зливки для виробництва прокату,
сталеві зливки для виготовлення великих кованих валів, дисків (ковальські злитки).
Основна продукція кольорової металургії:
злитки кольорових металів для виробництва прокату;
злитки для виготовлення виливків на машинобудівних заводах;
лігатури - сплави кольорових металів з легуючими елементами для виробництва складних легованих сплавів;
злитки чистих і особливо чистих металів для приладобудування та електротехніки.
Матеріали для виробництва металів і сплавів
Для виробництва чавуну, сталі та кольорових металів використовують руду, флюси, паливо, вогнетривкі матеріали.
Карта руда - гірська порода, з якої доцільно витягати метали і їх сполуки (зміст металу в руді повинно бути не менше 30 ... 60% для заліза,
3. .5% Для міді, 0,005 ... 0,02% для молібдену).
Руда складається з мінералів, містять метал або його з'єднання, і порожньої породи. Називають руду по одному або декільком металам, які входять до їх складу, наприклад: залізні, мідно-нікелеві.
Залежно від змісту добувається елемента розрізняють руди багаті і бідні. Бідні руди збагачують - видаляють частину порожньої породи.
Флюси - матеріали, що завантажуються в плавильну піч для освіти легкоплавкого з'єднання з порожньою породою руди або концентратом і золою палива. Таке з'єднання називається шлаком.
Зазвичай шлак має меншу щільність, ніж метал, тому він розташовується над металом і може бути видалений у процесі плавки. Шлак захищає метал від пічних газів і повітря. Шлаки називають кислим, якщо в його складі переважають кислотні оксиди (), і основним, якщо в його складі більше основних оксидів ()
Вводять у вигляді агломерату і окатишів.
Паливо - в металургійних печах використовується кокс, природний газ, мазут, доменний (колошниковим) газ.
Кокс отримують сухою перегонкою при температурі 1000 0 С (без доступу повітря) кам'яного вугілля коксівного сортів. У коксі міститься 80 ... 88% вуглецю, 8 ... 12% золи, 2 ... 5% вологи. Шматки коксу повинні мати розміри 25 ... 60 мм. Це міцне неспекающееся паливо, служить не лише пальним для нагріву, але і хімічним реагентом для відновлення заліза з руди.
Вогнетривкі матеріали застосовують для виготовлення внутрішнього облицювального шару (футеровки) металургійних печей і ковшів для розплавленого металу.
Вони здатні витримати навантаження при високих температурах, протистояти різких змін температури, хімічному впливу шлаку і пічних газів.
За хімічними властивостями вогнетривкі матеріали поділяють на групи: кислі (кварцовий пісок, динасовий цегла), основні (магнезитовий цегла, магнезітохромітового цегли), нейтральні (шамотна цегла).
Взаємодія основних вогнетривких матеріалів і кислих шлаків, і навпаки, може призвести до руйнування печі.
Вуглецевий цегла і блоки містять до 92% вуглецю у вигляді графіту, мають підвищену вогнетривкістю. Застосовуються для кладки поду доменних печей, електролізних ванн для одержання алюмінію, тиглів для плавки й розливання мідних сплавів.
Виробництво чавуну.
Чавун - сплав заліза і вуглецю з супутніми елементами (вміст вуглецю більше 2,14%).
Для виплавки чавуну в доменних печах використовують залізні руди, паливо, флюси.
До залізним руд відносяться:
магнітний залізняк () з вмістом заліза 55 ... 60%, родовища - Соколівське, Курська магнітна аномалія (КМА);
червоний залізняк () з вмістом заліза 55 ... 60%, родовища - Кривий Ріг, КМА;
бурий залізняк (гідрати оксидів заліза 2Fe 2 O 3 * 3H 2 O і Fe 2 O 3 * H 2 O) c вмістом заліза 37 ... 55% - Керч.
Марганцеві руди застосовуються для виплавки сплаву заліза з марганцем - феромарганцю (10 ... 82%), а також передільних чавунів, що містять до 1% марганцю. Mарганец в рудах міститься у вигляді оксидів і карбонатів: і ін
Хромові руди застосовуються для виробництва ферохрому, металевого хрому та вогнетривких матеріалів - хромомагнезиту.
Паливом для доменної плавки служить кокс, можлива часткова заміна газом, мазутом.
флюсів є вапняк або доломітізірованнийвапняк, що містить і, так як в шлак повинні входити основні оксиди (), які необхідні для видалення сірки з металу.
Підготовка руд до доменній плавці здійснюється для підвищення продуктивності доменної печі, зниження витрати коксу та поліпшення якості чавуну.
Метод підготовки залежить від якості руди.
Дроблення і сортування руд з крупності служать для отримання шматків оптимальної величини, здійснюються з допомогою дробарок і класифікаторів.
Збагачення руди засноване на розходженні фізичних властивостей мінералів, що входять до її складу:
а) промивання - відділення щільних складових від порожньої пухкої породи;
б) гравітація (відсадження) - відділення руди від пустої породи при пропущенні струменя води через дно вібруючого сита: порожня порода витісняється у верхній шар і несеться водою, а рудні мінерали опускаються;
в) магнітна сепарація - подрібнену руду піддають дії магніту, що притягує залізовмісні мінерали і відокремлює їх від порожньої породи.
Окусковиваніе виробляють для переробки концентратів в кускові матеріали необхідних розмірів. Застосовують два способи окусковиванія: агломерацію і обливання.
При агломерації шихту, що складається з залізної руди (40 ... 50%), вапняку (15 ... 20%), повернення дрібного агломерату (20 ... 30%), коксового дріб'язку (4 ... 6%), вологи (6 ... 9%), спікають на агломераційних машинах при температурі 1300 ... 1500 0 С. При спіканні з руди видаляються шкідливі домішки (сірка, миш'як), розкладаються карбонати, і виходить кусковий пористий офлюсований агломерат,
При Окативаніе шихту з подрібнених концентратів, флюсу, палива зволожують і при обробці під обертових барабанах вона набуває форму кульок-окатишів діаметром до 30 мм. Їх висушують і обпалюють при температурі 1200 ... 1350 0 С.
Використання агломерату і окатишів виключає окрему подачу флюсу-вапняку в доменну піч при плавці.
Виплавка чавуну.
Чавун виплавляють у печах шахтного типу - доменних печах.
Сутність процесу отримання чавуну в доменних печах полягає у відновленні оксидів заліза, що входять...