ЧЕРНЫЕ МЕТАЛЛЫ

Из черных металлов особое значение имеет железо и его сплавы – сталь и чугун. Широкое применение черных металлов в различных областях техники объясняется их ценными физическими и механическими свойствами, а так же тем, что железные руды широко распространены в природе, а производство чугуна и стали сравнительно дешево и просто.

Современное машиностроение является основным потребителем металлов. В любой отрасли промышленности – тяжелом машиностроении, станкостроении, автомобильной, авиационной промышленности, электронике и радиотехнике из черных металлов изготовляют огромное число деталей машин и приборов.

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Цель доменного производства состоит в получении чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Сырыми материалами доменной плавки являются топливо, железные и марганцевые руды и флюс.
Флюсом называются добавки, загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы руды, офлюсования золы кокса и придания шлаку требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств. Для руд с кремнеземистой (кислой) пустой породой в качестве флюса используют материалы, содержащие оксиды кальция и магния: известняк и доломитизированный известняк.
Для получения высоких технико-экономических показателей доменной плавки сырье и материалы предварительно подвергают специальной подготовке

Сырые материалы и подготовка их к доменной плавке
1 Топливо доменной плавки
В качестве топлива в современной доменной плавке применяют кокс, мазут, природный и коксовый газы и каменноугольную пыль. Основным видом топлива является кокс. Коксом называется пористое спекшееся вещество, остающееся после удаления из каменного угля летучих веществ при нагревании его до 950-1200( С без доступа воздуха. Это единственный материал, который сохраняет форму куска в доменной печи на всем пути движения от колошника к горну. Благодаря этому обстоятельству кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и обеспечивается прохождение газового потока через слой жидких, полужидких и твердых материалов в доменной печи. В нижней части печи раскаленный кокс образует своеобразную дренажную решетку, через которую в горн стекают жидкие продукты плавки. Высота столба шихты в современной доменной печи достигает 30 м, поэтому кокс, особенно в нижней части печи, воспринимает большие нагрузки. Отсюда вытекает основное требование, предъявляемое к коксу: высокая механическая прочность как в холодном, так и в нагретом состоянии.
Загружаемый в доменную печь кокс не должен содержать ни мелких кусков, ухудшающих газопроницаемость шихты, ни чрезмерно крупных кусков, которые, как правило, поражены трещинами и легко разрушаются в печи с образованием мелких фракций.
Кокс должен быть пористым для обеспечения хорошей горючести в горне печи и обладать высокой теплотой сгорания для получения требуемого количества тепла и необходимой температуры. Теплота сгорания кокса зависит от содержания в нем углерода, которое определяется содержанием золы, вредных примесей и летучих веществ в коксе. Чем выше содержание золы, вредных примесей и летучих веществ в коксе, тем меньше в нем углерода и меньше теплота его сгорания. Кроме того, с увеличением содержания золы и серы в коксе возрастают количество шлака, расход тепла на его расплавление и снижается механическая прочность кокса, а с увеличением содержания серы и фосфора в коксе

ухудшается качество чугуна. Повышенное содержание летучих веществ в коксе свидетельствует о незавершенности процесса коксования, что приводит к снижению механической прочности кокса. Чрезмерно низкое содержание летучих в коксе, получающееся при пережоге кокса, также отрицательно сказывается на его качестве. Поэтому кокс должен содержать по возможности меньше золы, серы, фосфора и умеренное количество летучих веществ.
В коксе всегда содержится влага, поступающая в кокс при его тушении на коксохимическом заводе или из атмосферы. В связи с тем, что кокс в доменной печи загружают по массе, содержание влаги в коксе должно выдерживаться постоянным для сохранения заданного теплового режима печи.
2 Руды

Железные руды, вносящиеся в доменную печь, это химически связанное с другими элементами железо. Восстанавливаясь и науглероживаясь в печи, железо переходит в чугун. С марганцевой рудой в доменную печь вносится марганец для получения чугуна требуемого состава.
Среди металлов железо занимает третье место по распространенности в земной коре (4,2 %) после кремния(26 %) и алюминия(7,4 %). Железо в недрах земли в чистом виде не встречается. Оно входит в состав горных пород в различных химических соединениях. В природе известно более 300 разновидностей горных пород, содержащих железо, но далеко не все они представляют собой железные руды. Железными рудами принято называть такие горные породы, из которых экономически выгодно извлекать железо методом плавки. Экономическая целесообразность извлечения железа из руд зависит от уровня развития техники и характеристики месторождений.
Среди известных видов руд наиболее распространены в природе руды осадочного происхождения. Из этих руд выплавляется более 90 % чугуна.
Железная руда состоит из минерала (орудняющего вещества), пустой породы и примесей. Главной частью руды является рудный минерал, в состав которого входит железо. Чаще всего железо в минерале химически связано с кислородом, реже с другими элементами и соединениями. Пустая порода состоит из кремнезема, глинозема, извести и магнезии, образующих сложные минералы. Примеси руд делятся на полезные и вредные. Полезными примесями считаются марганец, хром, никель, ванадий, вольфрам, молибден и др. Вредные примеси – сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец и в большинстве случаев медь – либо ухудшают качество металла, либо разрушающе действуют на огнеупорную футировку доменной печи.
В зависимости от типа рудного минерала железные руды делятся на четыре основные группы:
Красный железняк или гематитовая руда. Минерал гематит – безводный оксид железа, в чистом виде содержит 70 % железа и 30 % кислорода. Это наиболее распространенная железная руда.
Магнитный железняк или магнетитовая руда. Минерал – магнетит (72,4 % железа и 27,6 % кислорода).
Бурый железняк представлен железосодержащими минералами водных оксидов железа, которые содержат от 59,8 % до 69 % железа.
Шпатовый железняк – железная руда, основу которой составляет минерал сидерит, содержащий 48,3 % железа.
Кроме перечисленных четырех разновидностей железных руд, железо в значительном количестве (46,6 %) содержится в серном колчедане или пирите. Однако пирит в доменную плавку не дают, его используют в качестве сырья в сернокислотной промышленности, а отходы в виде окисленного железа применяют при производстве агломерата. Также находят промышленное применение бедные железные руды: магнетитовые и гематитовые кварциты, в которых содержится до 45 % кремнезема в виде свободного кварца. Кварциты обогащают, получая железорудный концентрат, содержащий более 60 % железа.
Критерием оценки железных руд являются:
Содержание железа.
Тип основного железосодержащего минерала.
Состав и свойства пустой породы.
Содержание вредных примесей.
Стабильность химического состава.
Восстановимость.
Куксоватость.
Прочность.
Пористость.
Влажность.

Основные методы подготовки руды к плавке:

1. Дробление и сортировка по крупности

2. Обогащение

3. окускование

Дробление и сортировка по крупности необходимы для получения кусков руды определенной величины, оптимальной для плавки.

Руды обогащают для повышения содержания железа.

Способы обогащения:

1. промывка водой для удаления песка и глины

2. гравитация (отсадка) основана на отделении руды от легкой пустой породы при пропускании струи воды через вибрирующее сито, при этом легкая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой.

Гравитация в тяжелых средах. В этом случае руду погружают в жидкость, плотность которой выше плотности пустой породы. В результате рудный минерал оседает на дно, а пустая порода всплывает и удаляется.

3. магнитная сепарация. Измельченную руду подвергают воздействию магнита, притягивающего железосодержащие минералы.

Окускование производится после обогащения руд для получения кускового материала необходимых размеров. Различают 2 вида:

1. агломерацию – спекание шихты, состоящей из железной руды(40-50%), известняка(15-20%), возврата мелкого агломерата(20-30%), коксовой мелочи(4-5%),влагти6-9%). В процессе спекания из руды удаляются вредные примеси (сера, мышьяк частично), карбонаты разлагаются и получается агломерат.

2. Окатывание применяется для тонко измельченных концентратов. Шихта, состоящая из измельченных концентратов, флюса, топлива, увлажняется и при обработке во вращающемся барабане приобретает форму шариков-окатышей диаметром до 30 мм. Окатыши высушивают и обжигают при 1200-1500^оС. При плавке в доменных печах окатышей и агломератов флюс-известняк не добавляется.
Чугун

Дата добавления: 2014-07-14; просмотров: 356; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!