ЛЕКЦИЯ 6 Техника и технология металлургической промышленности СИСТЕМА

ЛЕКЦИЯ 6. Техника и технология металлургической промышленности СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЙ

Общие сведения о металлах и металлургии Большинство элементов таблицы Менделеева – метали. Некоторые металлы используются в технически чистом виде. Например: железо, алюминий, медь – в электротехнике, радиотехнике, электронике, гальванотехнике. Некоторые из них, такие как тантал, ниобий, гафний, цирконий используются в сверхчистом виде – в приборостроении, атомной энергетике, вычислительной технике. Но более распространенное применение имеют металлические сплавы, которых насчитывается десятки тысяч марок. Самое большое промышленное применение приобрели сплавы железа. Их называют черными металлами. К ним принадлежат: чугун, сталь и ферросплавы.

Общие сведения о металлах и металлургии Черные металлы являются главными конструкционными материалами в машинастроительстве и строительной индустрии. Все другие металлы и сплавы относят к группе цветных. Их вырабатывает цветная металлургия. Стоимость цветных металлов значительно выше (в среднем на порядок) чем стоимость черных металлов. Основные исходные материалы черной металлургии – чугун и сталь.

Общие сведения о металлах и металлургии На современных комбинатах черной металлургии применяется трёхстадийная схема производства стали: первая стадия – производство чугуна (доменный цех); v вторая – переплавка чугуна в сталь (сталеплавильный цех); v третья – производство стального проката (прокатный цех). v

Способы производства металлов и сплавов Металлы и сплавы получают разными способами. Чаще всего используют пирометаллургический ( от грецк. «пиро» - огонь и металлургия). 1. Пирометаллургический образ. По этому способу производство металлов и сплавов основывается на использовании тепловой энергии, которая выделяется в процессе сгорания топлива или протекание химических реакций в сырье. Во время сгорания топлива выделяется тепловая энергия и образовывается СО. Тепловую энергию используют для разогревания и расплавления сырье, а СО для восстановления металлов из них соединений (оксидов). Пирометаллургическим образом получают чугуны в доменных печах, постоянные в мартеновских печах и т. п.

Способы производства металлов и сплавов 2. Электрометаллургический способ. В процессе электрометаллургического способа металлы и сплавы получают в дуговых, индукционных и других типах электрических печей. В электрических печах сырье нагревают до высших температур, чем в ходе пирометаллургического образа. Сырье плавится очень быстро. 3. Плазмовый способ. Суть плазмовой металлургии заключается в том, что при температуре 10000°С оксиды металла превращаются в плазму с определенной степенью ионизации. Поскольку энергия ионизации атомов металлов меньше энергии ионизации атомов кислорода, то в такой плазме атомы металла ионизуются, а атомы кислорода остаются нейтральными. Из полученной смеси с помощью магнитного поля изымают ионы металла. В плазмовых печах получают вольфрам, молибден, синтезируют карбиды титана и т. п. Этот способ используют для получения очень качественных металлов и сплавов.

Способы производства металлов и сплавов 4. Химико-металлургический способ. Этот способ объединяет химические и металлургические процессы. Таким образом вырабатывают титан: из титановой руды получают четирёххлористий титан (ТіСL 4), который восстанавливают с помощью магния (Мg). 5. Гидрометаллургический способ. По этому способу металы из руд, концентратов и отходов производства изымают с помощью растворителей. Потом из этих растворов электролизом получают металлы. Так вырабатывают и рафинируют цветные металлы: медь, цинк, никель, кобальт, хром, серебро, золото и т. п. Производство металлов гидрометалургическим способом составляется из таких стадий: подготовка руды к растворению; растворение руды или концентрата в растворителе; очищение полученного раствора от вредных для электролиза примесей; электролиз.

Способы производства металлов и сплавов Порошковая металлургия. Этот способ объединяет процессы, вследствие которых изготовляют порошки металлов и неметаллических соединений, из которых прессованием (для придания формы и размеров) с дальнейшим спеканием изготовляют изделия ( заготовки, детали и т. п. ). Космическая металлургия. Производство металлов и сплавов в космосе называют космической металлургией. Поскольку в космосе бездействуют силы тяготения, то плавление металлов и получения сплавов проводят без тиглей (нем. «Тіеgеl» от грецк. - сковорода, кастрюля). Под действием силы поверхностного натяжения расплав приобретает формы шара и свободно зависает в пространстве. Используя электромагнитное поле, расплава можно предоставить изделие произвольной формы.

Технология доменного процесса Исходные материалы доменного процесса. Наиболее распространенными входными материалами производстве чугуна являются руды, топливо и флюсы. 1. В черной металлургии применяют такие рудные материалы: обычный железняк Fe 2 О 3 содержит 50 -66% железа. Его сопровождают пустые породы, чаще всего кварцит Sio 2. Чистый гематит (после обогащения) вмещает 70% железа; магнитный железняк Fe 3 О 4 – 50 -70% железа; бурый железняк Fe 2 О 3*nh 2 O – 30 -50% железа; шпатовый железняк Feco 3 – 30 -40% железа.

Технология доменного процесса 2. Топливо. В качестве топлива в доменном производстве применяют кокс, который получают на коксохимических заводах в виде крепких пористых кусков, которые имеют высокую удельную теплоту горения и не угасают даже при больших протяжениях. 3. Флюсы – это вещества минерального происхождения, которые вводятся в доменный процесс с целью облегчения отделения пустой породы от металла, сплавление пустых пород и вредных примесей и образования шлаков. Входные продукты, которые предназначены для загрузки в печь, называют шихтой.

Технология доменного процесса Домна работает по принципу встречных потоков: шихта двигается сверху вниз, а горячие потоки газа, который образовался вследствие сгорания топлива, навстречу, то есть снизу вверх. Доменная печь работает беспрерывно на протяжении 5 -6 лет. Потом она останавливается на капитальный ремонт. Для этого необходимо 4 -6 месяцев. После ремонта печь просушивают и задувают по специальной технологии.

Технология доменного процесса Основные процессы, которые происходят в доменной печи. В доменной печи происходят такие процессы: а) горение топлива: б) восстановление железа: 1) окисью углерода: 2) водородом: Доменная печь работает наиболее эффективно, если происходит, как прямое, так и косвенное восстановление, а это в значительной мере зависит от температуры воздуха, который вдувается в доменную печь. в) насыщение железа углеродом: г) шлакообразование

Продукция доменного производства 1. Перерабатывающий чугун, то есть такой, который идет на переработку в сталь. 2. Литейный чугун. 3. Ферросплавы. 4. Доменный газ. 5. Шлаки.