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.

15.

3. В состав шихты входят
1) пустая порода
2) магнезит
3) флюсы
4) топливо
4. Наибольший процентное содержание
железа в
1) буром железняке
2) магнитном железняке
3) красном железняке
4) шпатовом железняке

16.

5. Вредными примесями железных руд являются
1) кремний
2) сера
3) марганец
4) фосфор
5) Мышьяк
6. Основные виды обогащения
1) окускование
2) промывка
3) магнитная сепарация
4) флотация

17.

7. Сухая перегонка каменных углей в
коксовых печах происходит без доступа
воздуха при температуре
1) 1100 – 1200⁰С
2) 1000-1100⁰С
8. Если пустая порода имеет кислотный
характер, то в качестве флюса применяют
1) кремнезем
2) известняк