Реферат на тему
Техніка і технологія металургійної промисловості
План
1 Металургія чавуну
2 Металургія сталі
Література 1 Металургія чавуну
1 Загальні відомості про метали і металургію
Більшість елементів таблиці Мендєлєєва – метали. Деякі метали
використовуються в технічно чистому виді. Наприклад: залізо, алюміній,
мідь – в електротехніці, радіотехніці, електроніці, гальванотехніці.
Деякі з них, такі як тантал, ніобій, гафній, цирконій використовуються в
надчистому вигляді – в приладобудуванні, атомній енергетиці,
обчислювальній техніці.
Але більш поширене застосування мають металеві сплави, яких налічується
десятки тисяч марок. Найбільшого промислового застосування набули сплави
заліза. Їх називають чорними металами. До них належать: чавун, сталь і
феросплави.
Металургія – це комплекс галузей промисловості, який займається
виробництвом металів і їх сплавів.
Металургія, яка займається виробництвом чорних металів отримала назву
чорної металургії. 94% усіх виплавлених металів належить чорній
металургії.
Чорні метали є головними конструкційними матеріалами в машино-будуванні
та будівельній індустрії.
Усі інші метали і сплави відносять до групи кольорових. Їх виробляє
кольорова металургія.
Кольорові метали прийнято поділяти на легкі (щільність до 3г/см3) і
важкі. Виділяють також благородні (золото, платина) і рідкоземельні
метали (ніобій, гафній). Серед кольорових металів велике промислове
значення набули мідь, алюміній, магній, свинець, цинк, олово, титан.
Вартість кольорових металів значно вища (в середньому на порядок) ніж
вартість чорних металів.
Як чорна, так і кольорова металургія обіймає деякі види підготовки
сировини (іноді збагачення руд), процеси отримання металів, очищення їх
(рафінування), виготовлення сплавів, виробництво прокату.
Залежно від виду енергії, яка використовується в основних процесах,
розрізняють пірометалургію і гідрометалургію.
В пірометалургії метали і сплави отримують і рафінують при високих
температурах за рахунок згоряння палива або електронагрівання.
В гідрометалургії метали отримують із руд шляхом вилужування і виділення
із розчинів без нагрівання до високих температур.
Основними вихідними матеріалами чорної металургії є чавун і сталь. Це
сплави заліза з вуглецем з незначними домішками марганцю, кремнію,
фосфору і сірки. Найбільший вплив на властивості чорних металів має
вуглець. Сплав, що містить до 2,14% вуглецю називають сталлю, сплав з
більшим вмістом вуглецю, називають чавуном.
На сучасних комбінатах чорної металургії застосовується трьохстадійна
схема виробництва сталі:
– перша стадія – виробництво чавуну (доменний цех);
– друга – переплавка чавуну в сталь (сталеплавильний цех);
– третя – виробництво стального прокату (прокатний цех).
Сталеплавильних і прокатних цехів на металургійному комбінаті може бути
декілька. Деякі комбінати мають у своїй структурі цехи по виготовленню
феросплавів, які використовують як добавки при виплавці легованих
чавунів і сталей.
2 Вихідні матеріали доменного процесу
Найбільш поширеними вихідними матеріалами при виробництві чавуну є руди,
паливо і флюси.
4.1.2.1 У чорній металургії застосовують такі рудні матеріали:
– звичайний залізняк Fe2О3 містить 50-66% заліза. Його супроводжують
пусті породи, найчастіше кварцит SiO2. Чистий гематит (після збагачення)
вміщує 70% заліза;
– магнітний залізняк Fe3О4 – 50-70% заліза;
– бурий залізняк Fe2О3*nH2O – 30-50% заліза;
– шпатовий залізняк FeCO3 – 30-40% заліза.
У невеликих кількостях використовують також марганцеві руди MnO3, MnO2,
Mn2O3.
Окрім перелічених руд, у доменному процесі використовують такі
високопродуктивні напівфабрикати, як офлюсований агломерат і офлюсовані
окатиші.
Використовують також прокатну окалину, металобрухт та колошниковий пил.
4.1.2.2 Паливо. Звичайне кам’яне вугілля добре горить при відсутності
протягів. А в доменній печі завжди існують протяги, бо там застосовують
повітряне або кисневе дуття. Тому для доменного виробництва кам’яне
вугілля не придатне. У якості палива у доменному виробництві
застосовують кокс, який отримують на коксохімічних заводах у вигляді
міцних пористих кусків, що мають високу питому теплоту горіння і не
згасають навіть при великих протягах. Для зменшення витрат коксу в
доменну піч вдувають також природний газ, мазут, вугільний пил.
4.1.2.3 Флюси. Флюси – це речовини мінерального походження, які
вводяться в доменний процес з метою полегшення відділення пустої породи
від металу, сплавлення пустих порід і шкідливих домішок і утворення
шлаку. Основним флюсом доменного процесу є вапняк CaCO3.
Вихідні продукти у певному процентному співвідношенні, що призначені для
завантаження у піч, називають шихтою. Шихту завантажують у піч
періодично, порціями, які називають колошами. Приблизне співвідношення
компонентів в одній колоші таке: три вагонетки рудного металу плюс дві
вагонетки палива плюс одна вагонетка флюсу.
Колошу завантажують у піч через колошник, який розташований у верхній її
частині.
3 Будова доменної печі і її основні характеристики
Доменна піч – це спеціальна металева споруда, обкладена всередині
вогнетривкою цеглою. Вона складається (зверху вниз) з колошникового
устрою, шахти, розпару, заплічників і горна.
Головними характеристиками доменної печі є: корисний об’єм Vк у метрах
кубічних і річна продуктивність у мільйонах тон чавуну.
Корисний об’єм – це об’єм, який займають матеріали після чергового
завантаження колоші (включаючи рідинний метал і шлак, які знаходяться в
печі).
Корисний об’єм залежить від корисної висоти печі.
Корисна висота – це відстань від чавунної льотки до рівня опускання
конуса завантажувального апарата.
Коефіцієнт використання корисного об’єму печі у метрах кубічних на тону
Квко = Vк/Тд , (5)
де Vк – корисний об’єм печі, м3;
Тд – добова продуктивність печі, т.
Коефіцієнт використання корисного об’єму у сучасних печах коли-вається у
межах 0,45…1,35.
Найбільша у світі доменна піч (піч №9) знаходиться на Криворізькому
металургійному комбінаті (побудована у 1974р.). Її характеристики:
– Vк = 5,5 тис. м3;
– загальна висота – більше 100м;
– корисна висота – 60м;
– річна продуктивність – Тр = 4-4,5 млн.т чавуну.
Доменна піч працює за принципом протитоку: в ній безперервно рухаються
зверху вниз – шихтові матеріали, а знизу вверх потік газів.
Чавун випускають із горна через чавунну льотку через кожні 4-8 годин,
шлак через шлакову льотку – через 30-40 хвилин.
Доменна піч працює безперервно протягом 5-6 років. Потім вона
зупиняється на капітальний ремонт, при якому повністю замінюється
футерівка. Для цього необхідно 4-6 місяців. Після ремонту піч просушують
і задувають за спеціальною технологією.
Період безперервної роботи печі називають кампанією. В період кампанії
за її температурним режимом стежать радіоактивні давачі.
Доменне виробництво – високоавтоматизоване.
Найпотужнішу у світі доменну піч протягом доби обслуговує 4 бригади по
25 чоловік. Тривалість робочої зміни однієї бригади – 6 годин. Керує
роботою печі диспетчер, який знаходиться за пультом управління, прилади
на пульті (близько 400) висвітлюють усі показники роботи печі.
Для безперебійної роботи довкола печі на подвір’ї розташовані
обслу-говуючі служби: рудний двір, підйомні та завантажувальні
механізми, ливарні двори, нагрівачі повітря (каупери), вітродувні
машини, машини (гармати) для закриття та відкорковування льоток.
Різноманітні прилади та пристрої для контролю роботи і управління
процесами.
4 Основні процеси, що відбуваються в доменній печі
В доменній печі відбуваються такі процеси:
а) горіння палива:
C + O2 ( C(2 ( Q;
C(2 + С ( 2C( – Q.
б) відновлення заліза:
1) окисом вуглецю:
3Fe2O3 + C( ( 2Fe3 О4 + C(2 + Q;
Fe3O4 + С ( 3Fe O + СО2 – Q;
FeО + СО ( Fe + СО2 + Q.
2) воднем:
Н2 О + С ( Н2 + СО;
(вода є у складі мінералів і в повітрі дуття)
3Fe2O3 + Н2 ( Fe3 О4 + Н2 О + Q;
Fe3O4 + Н2 ( 3Fe O + Н2 О – Q;
Fe О + Н2 ( Fe + Н 2 О – Q.
Оксидом вуглецю і воднем відновлюється 60-80% заліза. Таке відновлення
називають непрямим відновленням.
Решта заліза відновлюється твердим вуглецем в зоні розпару при
температурі 17000 С.
Fe О + С ( Fe + СО – Q.
Відновлення за такою реакцією називають прямим.
Доменна піч працює найбільш ефективно, якщо відбувається, як пряме, так
і непряме відновлення, а це в значній мірі залежить від температури
повітря, що вдувається в доменну піч.
в) насичення заліза вуглецем:
3Fe + 2СО ( Fe3 С + СО2;
або 3Fe + С ( Fe3 С.
Карбід заліза Fe3С може розчинятись у залізі. В розчинному стані можуть
також знаходитись у незначних кількостях марганець, кремній, форсфор та
сірка. Уся ця суміш і називається чавуном.
г) шлакоутворення
FeS + СаО + С ( Fe + СаS + СО,
СаS – це і є шлак.
5 Продукція доменного виробництва
4.1.5.1 Переробний чавун, тобто такий, що йде на переробку в сталь.
Марки П1 і П2. Це так звані білі чавуни, тому що на зламі вони мають
сріблясто–білий колір. У білому чавуні весь вуглець знаходиться в складі
карбіду заліза Fe3 С.
4.1.5.2 Ливарний чавун. Після застигання перетворюється в чушки, які
відправляють на машинобудівні заводи, де в ливарних цехах їх
розплав-ляють, заливають у спеціальні форми і отримують виливки, що
служать заготовками при виговленні багатьох деталей машин.
Ливарні чавуни називають ще сірими. На зламі сірі чавуни мають сірий
колір. Сірий чавун відрізняється від білого підвищеним вмістом кремнію і
меншим вмістом сірки. Окрім того у сірому чавуні більша частина вуглецю
знаходиться у вигляді графіту, тобто хімічно не зв’язана з залізом.
Завдяки цьому ливарні чавуни мають високі ливарні якості.
4.1.5.3 Феросплави. Феросплави – це чавуни з підвищеним (більше 10%)
вмістом одного або декількох легуючих елементів. Наприклад: марганцю,
кремнію, хрому та ін.
На Україні виробляють феромарганець, який у вигляді чушок поставляють на
машинобудівні заводи, а також продають за кордон.
Металургія України випускає: переробного чавуну – 85-90%, ливарного –
9-12%. Феросплави складають менше 1%.
$
`„7
.?. /oooooooooooooooooooooooooooo
3U3j4?4a425e5o6″7d7”7o79i9I;OM4MxMHOJQoS6U,Voooooooooooooooooooooooooooo яке вдувають у доменну піч, а також для нагрівання коксових батарей у якості палива. Перед застосуванням доменний газ очищують від пилу, який потім застосовують при виготовленні агломерату. 4.1.5.5 Шлак. Шлак із доменної печі по жолобу стікає в ківш. Потім його гранулюють струмом повітря або пари над водяним басейном. Шлак потім використовують у будівництві для виготовлення цементу, шлакобетону, шлакової цегли, шлаковати та ін. 2 Металургія сталі 1 Загальні відомості При виплавці сталі використовують такі вихідні матеріали: металошихта, флюси та окислювачі. Основна частина металошихти (до 80%) – це переробний чавун і стале-вий брухт. Іноді – ще й феросплави. У якості флюсу використовують вапняк. У якості окислювача – залізну руду. Основне призначення переробки чавуну в сталь – це зниження вмісту в ньому вуглецю, кремнію, марганцю і фосфору шляхом окислення і переводу їх у шлак або гази. Вуглець чавуну, з’єднуючись з киснем, перетворюється на газ СО і звітрюється. Інші домішки перетворюються у шлак. Існує три основних способи отримання сталі: конверторний, мартенівський і електро-спосіб. 2 Конверторний спосіб отримання сталі Конвертор – це спеціальна металева посудина, обкладена всередині вог-нестійкою цеглою. Футеровка витримує до 2000 плавок. Конвертор за допомогою приводних механізмів може повертатися навколо своєї горизонтальної вісі – при завантаженні шихти і при зливанні шлаку та виплавленої сталі. Робоче положення конвертора – вертикальне. Ємкість кисневих конверторів від п’тидесяти до п’ятисот тон. В конвертор спочатку завантажують скрап (металевий лом), потім заливають рідинний чавун (при температурі 1300 С0), засипають вапно, залізну руду і окалину. Потім здійснюють продувку технічним киснем під тиском 1,6 – 1,8 МПа. Під час продувки кисень окислює домішки. Реакції окислення протікають дуже швидко, з виділенням великої кількості теплоти. Темпера-тура в конверторі підвищується до 2500С0. Після продувки сталь готова. Її випускають. Завантаження печі триває 5 хвилин, продувка 12...20 хвилин, взяття проб – 6 хв., виливка сталі і шлаку – 5...10 хв. На весь цикл витрачається 35...40хв. Це найбільш продуктивний і найдешевший спосіб виплавки сталі. Але якість сталі невисока. Конверторна сталь йде в основному на невідповідальні будівельні конструкції. Конверторним способом виплавляють біля 20% сталі. 3 Виробництво сталі в мартенівських печах Спосіб виробництва сталі в мартенівських печах є універсальним з точки зору складу шихти. Але він менш продуктивний. Сталь - більш якісна, ніж конверторна. Використовується в основному у машинобудуванні. По виду вихідних матеріалів відрізняють декілька видів плавки: - скрап процес – плавка на твердому чавуні і металевому ломі; - рудний процес – плавка на рідкому чавуні з добавкою руди для окис-лення; - скрапрудний процес – плавка на рідинному чавуні, скарпі і руді. Усі ці процеси здійснюють у полум’яних печах. Шихта завантажується у піч через завалочні вікна. Паливом для марте-новських печей є природний газ або мазут, які подаються у плавильний простір через паливні головки. При згоранні палива в печі виникає факел з температурою 1800-1900С0. При цьому тверді складові частини розплавляються. В цей час відбувається процес окислення домішок і вони переходять у шлак. Головний процес, який протікає в мартенівський печі – це кипіння металу, що відбувається внаслідок окислення вуглецю. Тривалість однієї плавки – 6-10 годин. Ємкість мартенівських печей – 180-600 т. Мартенівським способом виплавляють близько 70% сталі. 4 Виробництво сталі в електропечах Цей процес найбільш досконалий. Він дозволяє отримувати сталь найвищої якості, яка використовується у машинобудуванні для особливо відповідальних деталей. Цим способом виплавляють близько 10% сталі. Разом з цим, цей спосіб найбільш дорогий. Існує два види печей для плавки – єлектродугові та індукційні. В дугових печах в якості шихти використовують металевий скрап (відхо-ди металургійного, ковальського і прокатного виробництва, сталевий брухт) – 90%, рідинний чавун – 5-10%, окатиші – до 5%, вапно – 1-2%. Між графітовими електродами і скрапом виникає електродуга. Температура у зоні дуги сягає 4000С0. Завантаження печі відбувається через робоче вікно, а випуск сталі – через льотку. Для випуску сталі піч нахиляють до 450. При електроплавці широко застосовують продування киснем (особливо при виплавці легованих сталей). Тривалість плавки – 3-6 год., а з продувкою – 2-4 години. Ємкість дугових печей коливається від 1,5 до 250т. Індукційні печі мають ємкість від 60кг до 25т. Температура у цих печах підвищується завдяки дії індукційних струмів, що виникають навколо індуктора при проходженні змінного струму. В індукційних печах переробляють чисті шихтові матеріали точно заданого складу. При цьому способі переважно виробляють високоякісні леговані сталі, очищені від домішок. Але повністю позбавитись домішок практично неможливо. Тому для отримання очищених сталей застосовують вакуумування сталі, при якому сталь майже повністю звільняється від водню, азоту, сірки та фосфору. 5 Розливка сталі Виплавлену в тих чи інших печах сталь випускають у ківш, із якого її розливають у виливниці для отримання зливків. Іноді розливку сталі здійснюють під вакуумом, при якому сталь дегазується і рафінується. Розливку сталі у виливниці залежно від маси зливка здійснюють зверху або знизу. Крім того, використовують також безперервну розливку. Виливниці виготовляють із жаростійкого чавуну. Маса зливка може коливатись від 10т до 100т. Розливку сталі зверху використовують для отримання великих зливків. Це простий і дешевий спосіб, але якість зливка невисока. Розливку знизу (сифонна розливка) використовують для отримання дріб-них і середніх за масою зливків. Для цього сталь випускають з ковша в центральний стояк, звідки вона по ливниковим каналам заповнює знизу одночасно декілька виливниць (від двох до восьми). Зливки у цьому випадку більш якісні, оскільки виливниці заповнюються повільно. Найбільш прогресивним є спосіб безперервної розливки сталі, при якому зовсім немає потреби у виливницях. Струмінь сталі при виході з ковша охолоджується, переходить у твердий стан, обтискається валками і одразу перетворюється в прокат. Винахід цього способу належить СРСР. Але першими застосували його японці, потім американці і лише після цього – ми. Але повернемось до зливків. Зливок має певну будову. Він неоднорідний за якістю, бо застигання металу в ньому відбувається неодночасно. Найбільш якісна сталь – на периферії зливку, де має місце дрібно-зерниста структура. У середині зливка – структура крупнозерниста. Можуть утворюватись пухкості, а у верхній частині – навіть усадочні раковини. Потім верхню частину зливка ((15 % за масою) відрізають автогеном і знову пускають у переплавку. У подальшому гарячі зливки направляють у прокатний цех для виготовлення прокату. І лише 10% зливків охолоджують і направляють на машинобудівні заводи, де з них в ковальських цехах кують заготовки крупногабаритних деталей, або переплавляють для виготовлення сталевого лиття. 6 Прокатка сталі Приблизно 90% всієї виплавленої на металургійних комбінатах сталі перетворюють у прокат. Прокатка здійснюється у прокатних цехах з допомогою прокатних станів. Основними елементами прокатного стану є валки, які можуть бути гладкими, або профільними. З допомогою гладких валків шляхом багаторазового прокатування зливка отримують листовий прокат (листи, штаби, стрічки) товщиною від 100 до 0,1 мм. З допомогою профільних валків отримують профільний прокат різного поперечного перерізу. Це круглі, квадратні, шестигранні, труби, кутники, рейки, швелери, таври, двутаври та інші спеціальні профілі. В кінці потокової лінії листи обрізають до певних розмірів за стандартом. Профільний прокат розрізають на куски певної довжини, теж за стандартом. Частіш за все довжина профільного прокату дорівнює 6 метрам. Але можуть бути і інші довжини. Існують також волочильні стани з допомогою яких виготовляють дріт різних діаметрів. Штаби, стрічки і дріт закручують у рулони. Прокат поступає: - на машинобудівні підприємства для виготовлення з нього заготовок деталей машин і металевих конструкцій; - на підприємства будівельної індустрії – для виготовлення різноманітних будівельних конструкцій і використання у якості арматури при виготовленні залізобетону. Література 1 Безимянский в.и. и др. Конверторные процессы производства стали /под ред. Безимянского. –к.; донецк: -1984. 2 Власов н.н. и др. Розливка чёрных металлов: справочник. –м.: -1987. 3 Городничий н.и. литейное производство цветных металлов и сплавов. –м.: -1989. 4 Доменное производство: справочник, в 2т./ под ред.е.ф.вегмана. –м.: -1989. 5 Дриц м.е., москалёв м.а. технология конструкционных материалов и метериаловедение. –м.: -1990. 6 Ермаков с.с., вязников н.ф. порошковые стали и изделия. Л.: -1990. 7 Линчевский б.в. и др. Металлургия чёрных металлов: учебник /под ред. Б.в. лнчевского. –м.: -1986. 8 Матвеев ю.н., стрижко в.с. технология металлургического производства цветных металлов: учебник. –м.: -1986. 9 Машины и агрегаты металлургических заводов: учебник. –м.: -1981. 10 Металлургия благородных металлов: учебник. /под обьед. Ред. Л.в.чугаева. –м.: -1987. 11 Металлургия стали. /под ред. В.и. явойского. –м.: -1983. 12 Металлургия чугуна /е.ф. вегман и др. –м.: -1989. 13 Накифоров в.м. технология металлов и конструкционные материалы. –м.: -1986. 14 Основы металлургичесого производства: учебник./в.к. бабич, н.д. лукашкин, а.с. морозов и др. –м.: -1988. 15 Основы технологии важнейших отраслей промышленности, т.1-минск: -1989. 16 Основы технологии важнейших отраслей промышленности /под ред. Сидорова. –м.: -1971. 17 Самохвалов г.в., черныш г.и. электрические печи чёрной метал-лургии. -м.: -1984. 18 Соколов р.с. химическая технология, т.2. –м.: -1999. 19 Технология важнейших отраслей промышленности /под ред. Гринберга, -м.: -1985.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
