Металлургия – область технологии металлов, изучающая способы производства металлов и сплавов из руд. В соответствии с

Для получения чугуна необходимо приготовить шихту – смесь сырых материалов, подлежащих переработке в металлургических печах.

686.50K

Category:

industry

Производство чугуна. Производство черных металлов

1. Производство чугуна

ПРОИЗВОДСТВО ЧЕРНЫХ
МЕТАЛЛОВ

2. Металлургия – область технологии металлов, изучающая способы производства металлов и сплавов из руд. В соответствии с

классификацией
металлов ее можно разделить на металлургию
черных металлов (железа, марганца, хрома
и сплавов на их основе).
и цветных металлов.
Наибольшее распространение в машиностроении
имеют черные металлы, к которым относятся
сплавы железа с углеродом – стали и чугуны,
получающиеся из широко распространенных в
природе железных руд и имеющие ценные
физико-механические свойства. Сплавы железа с
3-4% углерода называют чугунами, с содержанием
углерода до 2% - сталями.

3.

• Чугун был известен за несколько веков до
нашей эры, но широкое распространение
он получил лишь после того, как научились
перерабатывать его в сталь.
• Двухступенчатый способ производства –
железная руда
чугун
сталь –
является в настоящее время основным
способом получения стали.

4. Для получения чугуна необходимо приготовить шихту – смесь сырых материалов, подлежащих переработке в металлургических печах.

• Железные руды представляют различные окислы
железа. Они являются источником железа в процессе
получения чугуна.
• Топливо обеспечивает необходимую температуру для
расплавления исходных материалов, углерод
топлива входит в состав железоуглеродистых сплавов.
• Флюсы служат для понижения температуры
плавления пустой породы – соединений , не
содержащих элементов, необходимых для получения
чугуна.
• Чугун получают в доменных печах.

5. Руды и их подготовка

• Основным сырьем для получения чугуна является
железная руда. Железо находится в рудах в виде
различных минералов, которые по своему
химическому составу могут быть разделены на
четыре группы:
• окисные
• углекислые
• кремнекислые
• сернистые.

6. окисные :

a)
магнетит Fe3O4 ( или Fe2O х Fe2O3); он
содержит 72,4% Fe; руда, содержащая в основном
магнетит, называется магнитным железняком;
b)
безводная окись железа, гематит Fe2O3 ( 6070% Fe); руда носит название красный железняк;
c)
водная окись железа, гетит Fe2O3 х Н2О с
различным количеством адсорбированной воды;
эти руды называют бурыми железняками (до 50%
Fe). Гетит образуется при выветривании Fe3O4 .

7.

• Углекислое железо – сидерит, или карбонат
железа (40-48,3% Fe); руды называют
шпатовыми железняками. При выветривании
сидерит окисляется с образованием бурого
железняка.
• Кремнекислые соединения железа – кварциты,
например фаялит Fe2SiO4, встречаются в природе
в виде самостоятельных месторождений или
спутников всех железных руд.
• К сернистым соединениям железа относится
пирит FeS2 (46,7% Fe и 53,3% S), который в чистом
виде в металлургии не используется.

8.

• Кроме железа в железных рудах имеются
марганец, хром, титан, никель, ванадий и другие
металлы.
• Все перечисленные выше минералы никогда не
встречаются в природе в чистом виде. Железным
соединениям сопутствует пустая порода, в состав
которой обычно входят кремнезем SiO2 и
глинозем AlO3 , в меньших количествах – окись
кальция CaO и магнезия MgO.
• Вредными примесями железных руд являются
фосфор, сера, мышьяк, цинк и свинец.

9. Подготовка руд к плавке

• Подготовка руд к плавке в доменных печах заключается в
дроблении и сортировке по крупности, обогащении,
усреднении химического состава и окусковании.
• Целью обогащения руд является повышение концентрации в
материале полезного элемента. Основные виды обогащения:
промывка, гравитация, магнитная сепарация и флотация.
• Постоянство состава достигается послойной загрузкой руд в
бункера и на склады.
• Окускование – это превращение мелких руд и концентратов в
кусковые материалы.
• В настоящее время широко применяется агломерация –
процесс спекания рудной мелочи в специальных машинах и
окатывание (окомкование) - получение комков с помощью
смачивания руды водой с последующим обжигом окатышей в
обжиговых печах. Удаление серы при агломерации достигает
95-98%, мышьяка - 20-30%.
• Применяется офлюсование агломерата и окатышей.

10. Топливо

Топливо для производства чугуна должно обладать
высокой теплотворной способностью
прочностью
пористостью
небольшой зольностью
максимальным содержанием углерода
минимальным содержанием серы.
Указанным требованиям лучше всего отвечает кокс.
Он применяется в качестве топлива при производстве чугуна.
Кокс – продукт сухой перегонки каменных углей в коксовых
печах без доступа воздуха при температуре 1000-1100⁰С. Перед
спеканием каменный уголь дробят до размеров менее 3мм и
обогащают.
В последние годы часть кокса при выплавке чугуна заменяют
природным или коксовым газом, мазутом или пылевидным
топливом, что повышает восстановительную способность газов.

11. Флюсы

• Флюсы используют в доменной плавке для ошлакования
пустой породы руды, агломерата и золы кокса, а также для
получения шлака требуемого состава.
• Если пустая порода имеет кислотный характер, то в
качестве флюса применяют известняк, т.е. материал
основного характера. В настоящее время известняк в
доменных печах почти не используется; его вводят в шихту
при агломерации железных руд и получают
офлюсованный агломерат. Применение офлюсованного
агломерата приводит к сокращению расхода топлива в
доменной печи, т.к. отпадает необходимость затраты
тепла на эндотермическую реакцию разложения
известняка.
• Если в пустой породе преобладают известковые примеси,
то флюсом служит кремнезем. В отечественных рудах
пустая порода содержится большое количество песчаноглинистых смесей, т.е. имеет кислотный характер.

12. Огнеупорные материалы

• 1) Все металлургические процессы происходят в печах при очень
высокой температуре. Поэтому дно и стенки печей должны
изготавливаться из огнеупорных материалов.
• Огнеупорными считаются такие материалы, температура оплавления
которых не ниже 1580°. Из них изготовляются кирпичи и
крупноблочные изделия различной формы и размеров, применяемые
для кладки печей. Защитная внутренняя облицовка их называется
футеровкой.
• Все огнеупорные материалы подразделяются на кислые, основные и
нейтральные.
• 2) К кислым огнеупорным материалам относится динас,
основу которого составляет кремнезем (не менее 93%). Он светложелтого цвета, отличается высокой прочностью, хорошо переносит
резкие изменения температуры, стоек к воздействию печных газов.
Огнеупорность динаса 1680—1730°.

13.

3) Основными огнеупорными материалами являются магнезитовые,
доломитовые, магнезитохромитовые и хромомагнезитовые.
Магнезитовые огнеупоры состоят в основном из окиси магния MgO.
Их огнеупорность 2300—2800°. Они обладают химической стойкостью.
Магнезитохромитовые огнеупорные изделия изготовляются
прессованием смеси магнезита и хромита. Хромомагнезитовые
огнеупоры состоят из окиси магния, окисей хрома, железа, алюминия
и глинозема. Огнеупорность хромомагнезита 2000°, он хорошо
выдерживает колебания температуры и не растрескивается при
высоких температурах.
4) К нейтральным огнеупорным материалам относятся
алюмосиликатные (шамот, высокоглиноземистые огнеупоры),
хромистый железняк.
Шамот получается из огнеупорных глин и содержит 28—45% окиси
алюминия АlОз, 50—65% кремнезема SiO2. Это самый дешевый
огнеупор, имеющий достаточную огнеупорность (1670—1730°),
прочность и хорошую термостойкость.
Высокоглиноземистые огнеупорные материалы содержат свыше 45%
Аl203, их огнеупорность — 1800°. Огнеупорность хромистого железняка
1850—1950°. Он прочен и не чувствителен к изменению температуры.
5) В современных доменных печах нижняя часть футеруется
углеродистыми блоками, изготовляемыми из смеси антрацита, кокса
или графита с маслопеком.

14. Контрольный тест

1. К черным металлам не относятся
1) кальций
2) железо
3) хром
4) Магний
2. Сплавы железа с 3-4% углерода называют
1) чугунами
2) сталями.