Теоретическая часть

Цель работы

Ознакомление с сырыми материалами и способами их подготовки к использованию в металлургических процессах.

Теоретическая часть

Имеются различные виды железных руд, концентратов, а также агломератов и окатышей. Руды, содержащие в основном гематит (Fe₂O₃), называются красными железняками, или гематитовыми рудами. Цвет красных железняков изменяется от красного до светло-серого и даже черного, но на шероховатой фарфоровой пластине все его разновидности всегда оставляют красную черту. Содержание железа в этих рудах 50-70 %.

Красные железняки, содержащие 40-50 % Fe при большом количестве в пустой породе кремнезема – до 30-40 %, называются кварцитами.

Руды, содержащие в основном Fe₃O₄, называются магнитными железняками, или магнетитовой рудой. Магнетит можно рассматривать как оксид железа FeO·Fe₂O₃, содержащий 30% FeO и 70% Fe₂O₃. Магнитные железняки часто загрязнены серой (до 6%). Вследствие присутствия пустой породы они содержат до (50-60) % железа. Цвет руд - блестящий, черно-синий.

Железные руды, содержащие в основном гидроксид железа (главным образом лимонит – 2Fe₂O₃·3H₂O), называются бурыми железняками. Они чаще всего содержат много фосфора и мышьяка. Цвет бурых железняков обычно бурый и желтый. Содержание железа от 25 до 50%.

Имеются также марганцевые руды, используемые для производства чугуна, ферромарганца и в небольших количествах при выплавке стали; хромовые руды, являющиеся сырьем для производства феррохрома и металлического хрома; медные и свинцово - цинковые руды; каолин и бокситы, служащие сырьем для производства алюминия.

Содержатся различные виды каменных углей, включая антрацит, и продукт переработки каменных углей — кокс.

Флюсы представлены различными сортами известняка, бокситом, плавиковым шпатом и кварцевым песком.

Цель металлургических процессов заключается в переработке этих материалов таким образом, чтобы с наименьшими затратами извлечь из них наибольшее количество металла. Первичным металлосодержащим сырьем являются руды, которые представляют собой совокупность минералов, то есть химических соединений, образовавшихся в природных условиях. Минералы, содержащие извлекаемые металлы, называются орудняющими, а все остальные – пустой породой.

К следующей группе сырых материалов относится топливо, при сгорании которого выделяется теплота необходимая для протекания металлургических процессов и достижения заданной температуры продуктов. Топливо не входит в состав обязательных компонентов материалов плавки, если необходимая теплота выделяется в результате экзотермических реакций, протекающих при участии металлосодер жащих материалов. В тех случаях, когда источником теплоты служит электроэнергия, необходимость в топливе отпадает. Если топливо является обязательным компонентом металлургической плавки, то предъявляются определенные требования к его прочности, зольности, газопроницаемости, кусковатости и т. д. При пониженной прочности топлива образуется много мелочи, что ухудшает газопроницае мость шихты. По этой причине в качестве топлива в шахтных печах, например, не могут быть использованы каменные угли. Основным видом топлива в них является кокс, который получается нагревом измельченных каменных углей при температуре 1100-1200°С без доступа воздуха.

Кокс - дорогое и дефицитное топливо, доля которого, например в себестоимости чугуна составляет около 40%. В последнее время часть кокса заменяют природным газом, мазутом или угольной пылью, вдуваемых в доменную печь. В ряде случаев кокс используется не только как топливо, но и как восстановитель металлов из их оксидов. В дуговых печах для производства ферросилиция, ферромарганца и других ферросплавов кокс применяется исключительно как восстановитель.

Ещё одну группу составляют сырые материалы, служащие для придания шлаку необходимого комплекса физико-химических свойств. Эти материалы называются флюсами.

Наиболее распространенным материалом, применяющимся качестве флюса при производстве стали и чугуна, является известняк – карбонат кальция (CaCO₃). Для лучшего удаления серы в шлак доменной плавки известняк вводят в таком количестве, чтобы основность получаемого шлака, характеризуемая отношением, была не менее 1 (Компонентами шлака являются главным образом оксиды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить на основные (CaO, MgO, FeO, МnО и др.), кислотные (SiO2, P2O5, TiO2, V2O5 и др.) и амфотерные (А12О3, Fe2O3, Cr2O3 и др.) оксиды. Так как наибольшую долю в основных шлаках составляют СаО и SiO2, отношение этих элементов CaO/SiO2 характеризуют основность шлаков. Если (CaO)/(SiO2) < 1,5, то такие шлаки называют низкоосновными; если это отношение равно 1,8 - 2.2, - высокоосновными. Кислые шлаки характеризуются их кислотностью, выражаемой отношением (SiO2) / (FeO + MnO). Содержание в шлаке FeO определяет его окислительную способность.
В зависимости от характера шлаков сталеплавильные процессы называются основными или кислыми). Иногда для увеличения жидкоподвижности шлака в шихту вводят доломитизированный известняк, содержащий MgO в количестве 5-10 % и более. В доменной печи известняк разлагается на известь CaO и СО₂ с поглощением большого количества тепла, что приводит к заметному увеличению расхода кокса. Поэтому известняк чаще дают в агломерационную шихту, а в доменную печь поступает офлюсованный или самоплавкий агломерат.

Большое количество известняка используют в основных мартеновских печах, а также - кислородных конвертерах, основность шлака в которых превышает 1,5. Однако в заключительные периоды мартеновской плавки для уменьшения затрат тепла и ускорения формирования шлака используют известь, которую также применяют в кислородно-конверторных процессах и электродуговых печах. Известь получают обжигом известняка при 900-1300°С, на воздухе она быстро поглощает влагу, - “гасится”, образуя Са(ОН)₂. Использование такой – “гашеной“ извести недопустимо, поскольку она обогащает сталь водородом. Поэтому в процессе производства стали применяется только свежеобожженная известь.

Для разжижения шлака в сталеплавильных процессах используют и другие флюсы — боксит и плавиковый шпат. Окраска боксита зависит от содержания в нем оксидов железа. Красные бокситы содер жат до 45% таких оксидов. Плавиковый шпат содержит в основном CaF₂ (75-92) %.

Для формирования шлаков кислых сталеплавильных печей пользуются шамотным боем и кварцевым песком с содержанием SiO₂ не менее 96%.