Основні напрямки металургійного виробництва
Лекція 3. Виробництво металевих конструкційних матеріалів.
У промисловості широко застосовуються чисті метали, сплави і хімічні сполуки.
У рудах метали пов'язані в оксиди, сульфіди, хлориди, силікати або інші сполуки, які називаються мінералами.
Отримання металів з руд здійснюється методами:
• пирометаллургии, що протікають при дуже високих температурах;
• гідрометалургії, за рахунок вилуговування металів водними розчинами;
• електрометалургії, яка дозволяє відновити метали з хімічних сполук і рафінувати їх методом електролізу та ін.
Процеси отримання сплавів на основі заліза (сталей і чавунів) називаються чорною металургією. а виробництво кольорових металів і сплавів на їх основі - кольоровою металургією.
Для виплавки чавуну в доменних печах використовують залізні руди, паливо і флюси. Залізні руди містять залізо у вигляді оксидів Fe3 O4 і
Паливом для доменної плавки служить кокс. який отримують з коксівного кам'яного вугілля після видалення з них летких речовин.
Підготовка руди до доменної плавки здійснюється для підвищення продуктивності процесу, зниження витрати коксу і підвищення якості чавуну. Мета підготовки полягає в збільшенні вмісту заліза у вихідних матеріалах і зменшенні в них шкідливих домішок - сірки і фосфору. У підготовку руди входить збагачування, агломерація або отримання металізованих окатишів.
На рис. 3.1 приведена схема пристрою доменної печі. У верхню частину печі, де знаходиться завантажувальний пристрій 8. за допомогою вагонеток завантажують шихту, що складається з агломерату, коксу, флюсів або окатишів.
При опусканні малого конуса завантажувального пристрою 8. шихта потрапляє в чашу, а при опусканні великого конуса - в доменну піч. Складна завантажувальна система запобігає виходу газів з домни в атмосферу.
Мал. 3.1. Схема пристрою доменної печі: 1 - чавунна льотка; 2 - шлаковая вічка; 3 - фурми; 4 - Лещадь; 5 - чавуновоз; 6 - шлаковоз; 7 - газові канали; 8 - завантажувальний пристрій; 9 - фундамент; 10 - воздухопрівод
У міру нагрівання і протікання фізико-хімічних процесів плавки з шихти утворюється чавун. Він стікає в нижню частину печі, звідки періодично видаляється, а зверху через завантажувальний пристрій в піч подаються нові порції шихти.
Процес виплавки чавуну починається з горіння палива. Для цього в верхню частину горна через фурми вдувають нагріте повітря. Вуглець коксу, взаємодіючи з киснем повітря, згоряє з виділенням теплоти.
Утворюється газовий потік, що містить чадний газ СО, вуглекислий газ СО2. водень Н2 і метан СН4. Ці гази, піднімаючись вгору, віддають теплоту шихтових матеріалів. У шихті при температурі 570 ° С починається відновлення оксидів заліза.
Відновлення заліза в доменній печі здійснюється вуглецем коксу, окисом вуглецю СО і воднем Н2. Відновлення заліза газами називають непрямим. а відновлення заліза твердим вуглецем коксу - прямим.
Відновлення заліза з руди відбувається в міру просування шихти вниз і її нагрівання, від вищого оксиду до нижчого:
При температурі 1000-1100 ° С відновлене тверде залізо, взаємодіючи з оксидом вуглецю і коксом, інтенсивно розчиняє вуглець і розплавляється. Це відбувається на рівні распара і заплічок (рис. 3.1). Краплі залізовуглецевого сплаву (чавуну), стікаючи по шматках коксу, продовжують насичуватися вуглецем до 4,3%, марганцем, кремнієм, фосфором, які також відновлюються з руди при цій температурі.
Марганець і кремній частково переходять в утворився чавун і частково у вигляді оксидів входять до складу шлаку. Частина сірки видаляється з газами при нагріванні печі, інша частина сірки у вигляді сульфіду заліза FeS розчиняється в чавуні. Завдяки присутності в шлаку великої кількості СаО протікає реакція
FeS + СаО = САS + FeО
Утворене з'єднання САS (рис. 3.1) видаляється в шлак.
Чавун випускають з печі через 3-4 год через чавунну летку 1 - спеціальний отвір в стінці печі (рис. 3.1). Шлак випускають через кожні 1-1,5 год через шлакову летку 2. Чавун зливають в ковші, а шлак - в шлаковозні чаші 6. Чавун транспортують в сталеплавильні цехи в рідкому вигляді або у виливниці для отримання злитків. З шлаку виготовляють шлаковату, цемент і т. П. Доменні гази очищають від пилу і використовують для нагрівання повітря, що вводиться в доменну піч.