Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных производств, базирующихся на месторождениях руд, коксующихся углей, энергетических мощностях.
Студент должен уяснить схему современного металлургического производства с учетом всех возможных основных и вспомогательных переделов. Необходимо знать основные виды продукции черной и цветной металлургии.
Физико-химические основы металлургического производства
В природе практически все металлы из-за их большой химической активности находятся в связанном состоянии в виде различных химических соединений. Рудой называется природное минеральное сырье, содержащее металл, извлечь который можно экономически выгодным промышленным способом. Задачей металлургии является получение металлов и металлических сплавов из руд и других исходных материалов. Для этого в зависимости от природы металла и вида исходного сырья возможно применение различных способов. Разберите сущность восстановления, электролиза и металлотермии в металлургическом производстве. Рассмотрите основные материалы, используемые при получении металлов из руд (промышленная руда, флюсы, топливо, огнеупорные материалы).
Вопросы для самопроверки
1. Структура современного металлургического производства.
2. Материалы для производства металлов и сплавов.
3. Основные виды металлургических процессов.
Производство чугуна
Для выплавки чугуна главным образом используют доменное производство. При изучении процесса получения чугуна необходимо рассмотреть устройство доменной печи и вспомогательных агрегатов. Исходными материалами для производства чугуна являются железные и марганцевые руды, флюс и топливо. При изучении характеристики железных руд следует усвоить, что металлургическая ценность руды определяется содержанием железа в руде, возможностью обогащения руды, наличием вредных примесей, физическим состоянием руды (пористость, крупность кусков), составом пустой породы. К основным операциям подготовки руды к плавке относятся дробление, обогащение, окускование.
Большое значение для металлургических процессов имеют флюсы, т.е. вещества, добавляемые при плавке руд для понижения температуры плавления пустой породы и получения жидкотекучего шлака. Кроме того, флюсы способствуют рафинированию металла от вредных примесей и удалению золы кокса. Разберите, какие флюсы применяют в доменном производстве.
Процессы производства чугуна протекают при высоких температурах. Следует изучить свойства и требования, предъявляемые к доменному топливу. Необходимо также ознакомиться с видами огнеупорных материалов (кислых, основных, нейтральных).
Физико-химическая сущность доменного процесса состоит в следующем. В доменной печи железо должно быть отделено от пустой породы, восстановлено до металлического состояния и, наконец, для снижения температуры плавления соединено с правильно подобранным количеством углерода. Для осуществления этих изменений требуется проведение сложных процессов: 1) горения топлива; 2) восстановления окислов железа и других элементов; 3) науглероживания железа; 4) шлакообразования. Эти процессы протекают в печи одновременно, но с разной интенсивностью и на разных уровнях печи. Рассмотрите каждый из этих процессов.
Продуктами доменного производства являются чугуны и ферросплавы различных марок, доменный шлак, колошниковый газ.
Работа по улучшению показателей доменного производства ведется в нескольких направлениях: 1) улучшение конструкции печей; 2) улучшение подготовки шихтовых материалов; 3) интенсификация доменною процесса; 4) совершенствование систем комплексной механизации и автоматизации управления доменным процессом.
Вопросы для самопроверки
1.Расскажите о технологических процессах подготовки руды к производству.
2.Какова роль флюса в доменном производстве?
3.Какие виды топлива применяются в доменной печи?
4.Классификация огнеупорных материалов.
5.Физико-химические процессы, протекающие в доменной печи.
6.Начертите схему внутреннего профиля доменной печи и назовите главные ее части. Укажите примерные температуры is различных участках доменной печи.
7.Для чего и в каких агрегатах подогревается воздух, подаваемый в доменную печь?
8.Что достигается применением дутья, обогащенного кислородом, а так
же увлажнением дутья?
9. Назовите продукты доменной плавки и укажите области их применения.
10.Расскажите о мероприятиях по увеличению производительности доменной печи.
Производство стали
Основным исходным материалом для производства стали, являются передельный чугун и стальной лом (скрап).
Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода, кремния, марганца, серы и фосфора. Удаление примесей, т.е. передел чугуна в сталь, происходит за счет окислительных реакций, которые протекают при высоких температурах. Поэтому все способы переработки чугуна в сталь сводятся в основном к воздействию на чугун кислорода при высоких температурах. Однако в процессе избирательного окисления углерода и других примесей расплавленное железо также поглощает некоторое количество кислорода, которое отрицательно влияет на качество готовой стали. Поэтому на последней стадии сталеплавильного процесса избыточный кислород связывают в окислы других металлов и удаляют в шлак, т.е. осуществляют раскисление добавкой кремния, марганца и алюминия.
Переделывать чугун в сталь можно в различных металлургических агрегатах. Основными из них являются кислородные конверторы, мартеновские печи и электропечи.
Ознакомьтесь с устройством этих агрегатов, принципом их действия, особенностями технологического процесса получения стали в них, технико-экономическими показателями их работы.
В ряде случаев готовая сталь не всегда может удовлетворять предъявляемым к ней требованиям. Для получения сталей особо высокого качества применяют специальные способы: разливку стали в инертной атмосфере, обработку синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию, электрошлаковый вакуумно-дуговой, электронно-лучевой и плазменно-дуговой переплавы. Изучите эти способы.
В настоящее время практически все сталеплавильные процессы являются циклическими, прерывистыми. Замена прерывистого процесса непрерывным позволяет увеличить производительность агрегатов, повысить качество стали. Ознакомьтесь с принципом действия сталеплавильных агрегатов непрерывного действия.
К прогрессивным способам получения стали (железа) относятся внедоменные способы, которые дают возможность получать непосредственно из руды, минуя доменную печь, металлическое железо в виде губки, крицы или жидкого металла. Необходимо изучить схемы и особенности этих процессов.
Готовую сталь подвергают разливке с целью получения заготовок. Следует ознакомиться с устройством разливочного ковша и изложниц, а также с основными способами разливки стали: разливкой сверху, разливкой сифоном, непрерывной разливкой. Перечисленными способами получают заготовки, которые в дальнейшем идут на изготовление деталей различивши технологическими способами. Большое влияние на свойства заготовок оказывает строение металлических слитков, получаемых в изложницах. Изучите строение слитков спокойной и кипящей стали.
Вопросы для самопроверки
1.Укажите основные различия в химическом составе чугуна и стали.
2.Расскажите о физико-химической сущности передела чугуна в сталь.
3.Назначение процесса раскисления стали.
4.Кислородно-конверторный способ производства стали. Его особенности и преимущества.
5.Устройство мартеновской печи и принцип ее работы.
6.Особенности производства стали в мартеновских печах.
7.Получение стали в дуговых и индукционных электропечах.
8.Какими технико-экономическими показателями характеризуется получение стали в конверторах, мартеновских и электрических печах? Какой из этих способов получения является экономически более выгодным и почему?
9.Перечислите и охарактеризуйте способы получения высококачественных сталей.
10. Сталеплавильные агрегаты непрерывного действия: устройство, принцип действия.
11. Расскажите о внедоменных способах получения стали (железа).
12.Устройство разливочного ковша и изложниц.
13.Способы разливки стали в изложницы.
14.Преимущества процесса непрерывной разливки стали.
15.Строение слитка спокойной и кипящей стали.