Производство чугуна

Лекция № ___ Основы металлургического производства

Цель: иметь представление об основах металлургического производства чугуна, стали, цветных металлов и сплавов.

Металлургическое производство — это сложная система различных производств, базирующихся на месторождении руд, кок­сующихся углей, энергетических комплексах. Оно включает:

- шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;

- горно-обогатительные ком­бинаты, где обогащают руды, подготовляя их к плавке; коксохимиче­ские заводы, где осуществляют подготовку углей, их коксование и извлечение из них полезных химических продуктов;

- энергетиче­ские цехи для получения сжатого воздуха (для дутья доменных печей), кислорода, очистки металлургических газов;

- доменные цехи для вы­плавки чугуна и ферросплавов или цехи для производства железо­рудных металлизованных окатышей;

- заводы для производства ферросплавов;

- сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали;

- прокатные цехи, в которых слитки стали перерабатывают в сортовой прокат — балки, рельсы, прутки, проволоку, лист и т. д.

Основная продукция черной металлургии:

-чугуны — передель­ный, используемый для передела на сталь, и литейный — для произ­водства фасонных чугунных отливок на машиностроительных за­водах;

- железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали;

- ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием Мn, Si, V, Ti и т. д.) для выплавки легированных сталей;

- стальные слитки для производства сортового проката (рельсов, балок, прутков, по­лосы, проволоки), а также листа, труб и т. д.;

- стальные слитки для изготовления крупных кованых валов, роторов турбин, дисков и т. д., называемые кузнечными слитками.

Продукция цветной металлургии:

- слитки цветных металлов для производства сортового проката (уголка, полосы, прутков и т. д.);

- слитки (чушки) цветных металлов для изготовления отливок намашиностроительных заводах;

- лигатуры — сплавы цветных металлов с легирующими элементами, необходимые для производства сложных легированных сплавов для отливок;

- слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения, электронной техники и других от­раслей машиностроения.

Производство чугуна

Для производства чугуна, стали и цветных металлов ис­пользуют руду, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.

Промышленной рудой называют горную породу, из которой приданном уровне развития техники целесообразно извлекать металлы или их соединения. Например, в настоящее время целесообразно извлекать металлы из руд, если содержание их в руде составляет: железа на менее 30—60 %, меди 3—5 %, молибдена 0,005—0,02 %.

Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соеди­нения, и пустой породы (т. е. различных примесей). Руды называ­ют по одному или нескольким металлам, которые входят в их состав. Например, железные, медные, медно-никелевые и т. д.

В зависимости от содержания добываемого металла, руды бы­вают богатые и бедные. Бедные руды (с малым содержанием добывае­мого металла) обогащают, т. е. удаляют из руды часть пустой по­роды. В результате получают концентрат с повышенным содержа­нием добываемого металла.

Флюсы — это материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентратом и золой топлива. Такое соединение называют шла­ком.

Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается в печи над металлом и может быть удален в про­цессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды (Si0₂, P₂0₅), и основным, если в его составе больше основных оксидов (CaO, MgO, FeO и др.).

Топливом в металлургических печах являются кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.

Кокс получают на коксохимических заводах в коксовых печах сухой перегонкой при температуре 1000 °С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов. В коксе содержится 80—88 % углерода, 8—12% золы, 2—5% влаги, 0,5—1,8% серы, 0,02— 0,2 % фосфора и до 1—2 % летучих продуктов. Для доменной плавки кокс должен содержать минимальное количество серы и золы. Куски кокса должны иметь размеры 25—60 мм. Кокс должен обладать достаточной прочностью, чтобы не разрушаться под дей­ствием шихтовых материалов.

Природный газ содержит 90—98 % углеводородов (СН₄ и С₂Н₆) и 1 % азота. Мазут содержит 84—88 % углерода, 10—12 % водорода, небольшое количество серы и кислорода. Кроме того, ис­пользуют доменный или колошниковый газ, побочный продукт доменного процесса.

Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутрен­него облицовочного слоя (футеровки) металлургических печей и ков­шей для расплавленного металла. Огнеупорные материалы способны выдержать нагрузки при высоких температурах, противостоять резким изменениям температур, химическому воздействию шлака ипечных газов. Огнеупорность материала определяется температурой его размягчения. По химическим свойствам огнеупорные материа­лы разделяют на кислые, основные, нейтральные.

Материалы, содержащие большое количество кремнезема Si0₂, называют кислыми (динасовые, кварцеглинистые), например, квар­цевый песок (95 % Si0₂), динасовый кирпич, огнеупорность которых 1690—1700 °С; материалы, содержащие основные оксиды (СаО, MgO) — основными (магнезитовые, кирпич и металлургический по­рошок, магнезитохромитовый кирпич, огнеупорность которого более 2000 °С); содержащие большое количество А1₂O₃ и Сг₂O₃ — нейтраль­ными (хромомагнезитовые, высокоглиноземные, шамотные, напри­мер шамотный кирпич, содержащий 50—60 % SiO₂ и 30—40 % Аl₂O₃).

Если в печи, выложенной основным огнеупорным материалом, применять кислые флюсы, то взаимодействие шлака и футеровки приведет к ее разрушению. То же произойдет, если в печи, выложенной огнеупорными материалами из кислых оксидов, применить основные шлаки. Поэтому в печах с кислой футеровкой исполь­зуют кислые шлаки, а в печах с основной — основные.