Основи металургійного виробництва

Основи металургійного виробництва.

1.Матеріали, що застосовуються для виробництва металів і сплавів.

Для виробництва металів і сплавів використовують руду, флюси, паливо і вогнетривкі матеріали.

Промислової рудою називається гірська порода, з якої при даному розвитку техніки доцільно витягати метали і їх з'єднання.

Флюси - матеріали, що завантажуються в плавильну піч для освіти легкоплавкого з'єднання з порожньою породою або концентратом і золою палива (шлаку).

Паливом в плавильних печах є кокс, природний газ, доменний газ.

Вогнетривкі матеріали застосовують для виготовлення внутрішнього облицювального покриття металургійних печей і ковшів для розплавленого металу. Покриття повинне бути утворене з оксидів одного типу з флюсом (основним, кислотним або нейтральним). В іншому випадку відбудеться руйнування покриття.

Призначення флюсу. Приклад.

Флюси у виробництві металів застосовують для відділення від розплавленого металу порожньої породи або концентрату або золи палива.

Утворений шлак має меншу щільність, ніж метал, завдяки чому він піднімається на поверхню і піддається видаленню.

Так при виготовленні чавуну застосовується CaCO3 або доломітізірованнийвапняк, що містить CaCO3 і MgCO3. так як в шлаку потрібно повинно міститися деяка кількість основних оксидів (CaO, MgO).

Призначення коксу. Отримання.

У доменному виробництві кокс грає роль палива. Кокс виходить на коксохімічних підприємствах шляхом сухої безповітряному перегонки кам'яного вугілля коксівних сортів при 1000 0 С. Кокс містить 80-88% вуглецю, 8-12% золи, 2-5% вологи, 0.5 - 1.8% сірки, 0,02 - 0, 2% фосфору і до 1-2% летких компонентів. Кокс повинен мати розміри 25-60 мм і повинен бути досить міцним, щоб не руйнувався під дією шихтових матеріалів.

4.Назначеніе вогнетривів. Допустімиесочетанія вогнетривів з флюсами. Приклад.

Вогнетриви застосовуються для захисту поверхонь металургійних печей і ковшів, що контактують з розплавленим металом, від високих температур, навантажень, і хімічних впливів металу і шлаку. Вогнетриви бувають основними, кислими і нейтральними. Допускається поєднання тільки однотипних флюсів і вогнетривів (тобто кислі з кислими, основні з основними), в іншому випадку відбудеться руйнування вогнетривкої покриття.

Так, наприклад, може бути застосовано поєднання кислого флюсу, що містить кислотний оксид SiO2. і кислого огнеупора, наприклад кварцового піску, що містить 95% SiO2.

Чавун - сплав заліза з вуглецем з концентрацією вуглецю більше 2.14%.

Переробний чавун [C] = 4 - 4.25%

Ливарний чавун [C] = 2.75-3.25%.

Вихідні матеріали, що застосовуються для отримання чавуну.

При виплавці чавуну застосовуються залізні руди, паливо, флюси.

Залізна руда містить залізо в різних з'єднаннях:

• У вигляді оксидів
• гідроксидів
• Карбонатів і т.д.,
• а також порожню породу, що складається в основному з оксидів Si, Mg, Al, Ca та ін.

До залізних руд відноситься магнітний залізняк Fe3 O4 (55-60% Fe), червоний залізняк Fe2 O3 (55-60% Fe). бурий залізняк (містить гідрати оксидів заліза 2Fe2 O3 * 3H2 O), Шпатовий залізняк (містять FeCO3 30-40%).

При виготовленні чавуну застосовується CaCO3 або доломітізірованнийвапняк, що містить CaCO3 і MgCO3. так як в шлаку потрібно повинно міститися деяка кількість основних оксидів (CaO, MgO).

Паливом при виробництві чавуну є кокс. забезпечує необхідну температуру для відновлення заліза з оксидів.

Процес агломерації полягає в наступному:

Шихту, що складається із залізної руди (40-50%), вапняку (15-20%), повернення дрібного агломерату (20-30%), коксового дріб'язку (4-6%), вологи (6-9%), спекают на агломераційних машинах при температурі 1300-1500 0 С. при спіканні з руди видаляються шкідливі домішки (сірка і миш'як), розкладаються карбонати, і виходить кусковий пористий офлюсований матеріал - агломерат.

Сутність основного принципу роботи доменної печі. Схема доменної печі із зазначенням температур.

Сутність основного принципу роботи доменної печі полягає в противотоке. Нерозплавлений шихта спускається вниз доменної печі, проходячи через ряд хімічних реакцій. Розплавлений метал піднімається вгору і тим самим підтримує умови для протікання реакцій на всій висоті доменної печі. Тим самим спрощується сам процес, так як відпадає необхідність в штучному створенні умов, необхідних для протікання кожної реакції, кожен хімічний процес знаходить свій горизонт.

Реакція горіння вуглецю коксу.

10.Уравненіе відновлення заліза в доменній печі.

Продукти доменної печі.

Ливарний чавун - застосовується на машинобудівних підприємствах для виробництва фасонних виливків.

• Доменні феросплави - сплави заліза з кремнієм, марганцем та іншими елементами. Застосовуються для розпечена і легування сталей.
• Побічні продукти - шлак і доменний газ. З шлаку виготовляють цемент, шлаковату. Доменний газ застосовують як паливо для підігріву повітря, що подається в доменну піч.

Сталь - сплав Fe з C ([С] <2.5%)

Високоякісна сталь ([С] <0,6

Сутність металургійного процесу переділу чавуну в сталь.

Сутність процесу переплавки чавуну в сталь полягає в зниженні концентрації вуглецю і видалення шкідливих домішок, шляхом виборчого їх окислення і переходу в шлак або газ.

Граніцараздела шлак - сталь.

Кордон забезпечується тим, що розплавлений метал і шлак мають різну щільність і нерозчинні одна в одній.

Основні етапи переплавачугуна в сталь.

Перший етап: Розплавлювання шихти і нагрівання металу. Окислення заліза. Видалення фосфору. Для більш повного видалення фосфору в розплавлений метал додають шлак, що містить CaO. Через брак FeO додають в метал руду або окалину (у вигляді шлаку).

Другий етап: кипіння металевої ванни, відновлення Fe з FeO з виділенням вуглекислого газу. Разом з спливаючими бульбашками піднімаються прилип до них домішки (флотація). Видалення сірки з металу в шлак. Чим вище температура, тим активніше видаляється сірка.

Третій етап: розкислення сталі (відновлення Fe з FeO).

16.Хіміческая реакція окислення заліза при переплавки чавуну в сталь.

2Fe + O2 ® 2FeO + 527.36 кДж / моль;

17.Протеканіеосновних хімічних реакцій і фізико-хімічних явищ на етапі розплаву шихти і нагрівання розплавленого металу.

2FeO + Si ® SiO2 + Fe + 330 кДж / моль;

5FeO + 2P ® P2 O5 + 5Fe + 226 кДж / моль

FeO + Mn = MnO + Fe + 123 кДж / моль.

Ангідрид фосфору - нестійке з'єднання. Його витісняють з розплавленого металу за допомогою CaO:

2P + 5FeO + 4CaO 4CaO * P2 O5 + 5Fe

При кипінні металу відбуваються такі реакції:

FeO + C = CO + Fe - 153.93 кДж / моль

FeS + CaO = CaS + FeO (в шлаку)

FeS + CaO = CaS + FeO (на кордоні розділу метал - шлак).

19.Сущность розкислення стали, два основних способи розкислення.

Сутність розкислення полягає у відновленні оксиду заліза, розчиненого в рідкому металі. Розкислення можна проводити двома способами:

Спокійна сталь виходить при повному розкислення в печі або ковші.

Кипляча сталь виходить при неповному розкислення. Її розкислення триває при охолодженні злитка. CO виділяється із сталі, сприяючи видаленню з неї водню та азоту, у вигляді бульбашок, викликаючи її «кипіння».

Полуспокойная сталь. Сталь, розкислення якої протікає в печі і в процесі охолодження злитка.

Легування стали проводять для додання їй необхідних властивостей. Якщо легування проводять елементами, у яких спорідненість з киснем менше ніж у заліза (Ni, Co, Mo, Cu). то їх можна вводити в будь-який момент плавки. Зазвичай легуючі елементи вводять разом із шихтою. Якщо легування проводять елементами, у яких спорідненість кисню більше ніж у заліза (Si, Mn, Al, Cr, V, Ti і ін.), То їх вводять в метал після або одночасно з раскислителями, в кінці плавки, а іноді безпосередньо в ківш .

Особливості структури злитків спокійною, що кипить і напівспокійну стали.

Спокійна сталь застигає без виділення газів. У верхній частині утворюється усадочная раковина, а в середній частині - осьова рихлість.

Злитки киплячій стали усадка розосереджена по порожнинах газових бульбашок. При прокатці газові бульбашки заварюються. Вуглець, сірка і фосфор потоками виносяться на поверхню, чому якості її погіршуються. Тому при прокатці зрізають тільки верхню частину.

Злитки напівспокійну стали мають у верхній частині структуру киплячій стали, а в нижній - спокійною. Ізоляція у верхній частині злитків близька до ліквації спокійній стали, але злитки напівспокійну стали не мають усадочноюраковини.

Основні способи розливання сталі.

У виливниці зверху - метал наливається безпосередньо з ковша (застосовують для звичайних вуглецевих сталей).

При сифонної розливанні сталлю заповнюють відразу кілька виливниць (застосовується при розливанні високоякісних і легованих сталей).

При безперервного розливання сталь безперервно подається через проміжне розливний пристрій в водоохолоджувальну изложницу без дна - кристалізатор, з нижньої частини якого витягують твердіє злиток.

Способи підвищення якості сталі.

Обробка металу синтетичним шлаком. Синтетичний шлак містить 55% CaO, 40% Al2 O3 і трохи SiO2. MgO і мінімум FeO, виплавляють в електричної печі і заливають на дно ковша. Потім в ківш заливають сталь. При перемішуванні сталі і шлаку поверхню їх взаємодії різко зростає і реакції між ними протікають набагато швидше. Завдяки цьому поліпшується пластичність і міцність сталі.

Електрошлаковий переплав. Переплаву піддають виплавлений в печі і прокатаний на круглі прутки метал. Краплі розплавленого металу проходять через основний шлак, нагріте електричним струмом.

Вакуумно - дугового переплав. Застосовується з метою видалення з металу газів і неметалевих включень. Процес відбувається в вакуумних дугових печах з витрачаються електродами. При подачі напруги між витрачаються електродом - катодом і заготівлею - анодом виникає дуга. Сильне охолодження злитка і розігрів дугою ванни розплавленого металу сприяють спрямованої кристалізації злитка. В результаті цього неметалеві домішки концентруються у верхній частині злитка, а усадочная раковина мала. Злитки, отримані ВДП відрізняються високими механічними властивостями і рівномірністю хімічного складу.