 |
Основы производства черных и цветных металлов
|
|
|
|
(Металлургическое производство)
Металлургия – наука о промышленных способах получения металлов и металлических сплавов – одна из древнейших отраслей знания. История материальной культуры человечества неразрывно связана с использованием металлов. Переход от каменных орудий труда (каменный век) к орудиям металлическим явился величайшим достижением человечества.
В России металлы производились с очень давних времен. Первые доменные печи появились в России в 30-х годах XVIII века вблизи Тулы и Каширы. В середине XVIII века Россия по выплавке чугуна занимала первое место в мире, которое удерживала до начала XIX века.
Основная задача металлургии – получение металлов из руд или других исходных материалов. Получение металлов из руд представляет собой процесс восстановления их из химических соединений и отделений от пустой породы.
Руда – природное минеральное сырье (горные породы), содержащее металл, который можно извлечь экономным способом.
Руда состоит из рудного материала, содержащего металл, и пустой породы. Комплексные руды содержат не один, а несколько ценных металлов.
Способы извлечения металлов из руд
1.Пиррометаллургический – основан на плавлении руд и извлечении металлов в жидком состоянии. Один из наиболее распространенных способов. Применяется для получения чугуна, меди и др.
2. Гидрометаллургический – выщелачивание металлов из руд с помощью растворителей и последующем их осаждении. Применяется при получении цинка, марганца, меди.
3.Электрометаллургический – плавление руд и металла в электрических печах или электролиз металлов из растворов солей. Применяется для получения алюминия, магния и др.
|
|
|
4.Химико-металлургический – восстановление металлов из окислов.Применяется для восстановления титана, вольфрама, ванадия, циркония.
Металлургическое топливо
Металлургическое топливо используется для получения высоких температур в печах, а также для непосредственного участия в химических процессах восстановления металлов.
К нему предъявляются следующие требования: высокая теплота сгорания, низкое содержание вредных примесей, низкая стоимость. Основные виды топлива имеют органическое происхождение и представляют собой аккумулированную солнечную энергию. На металлургических заводах применяют следующие виды топлива: твердое, жидкое, газовое.
Твердое топливо: дрова, торф, сланцы, бурый уголь, каменный уголь, кокс.
Кокс – главное топливо металлургии, дорогое и дефицитное. Получают из специально коксующихся углей, отличающихся определенным содержанием летучих веществ. Коксование осуществляется прокаливанием при температуре примерно 1000 градусов Цельсия без доступа воздуха, в коксовых батареях в течение 15 часов, лишь 10% всех запасов угля составляют коксующие угли.
В нашей стране разработана технология получения металлургического кокса из смесей, содержащих значительное количество коксующих углей. В качестве побочных продуктов коксования получают: коксовый газ, бензол, нафталин, каменноугольную смолу. Используется в доменных печах, вагранках. Состав кокса: 80-90% С, до 2% S, 0,2 % P, 10% золы, 5% влаги.
Жидкое топливо: мазут, остаток при переработке нефти.
Достоинства: высокая теплотворная способность, отсутствие золы, простота транспортировки и хранения, малое содержание серы и кислорода.
Применяется: для мартеновских печей, отражательных медеплавильных и в нагревательных печах.
Газовое топливо: наиболее совершенствованный вид топлива, отличающийся высокой теплотой сгорания.
Природный газ (метан СН4) – позволяет интенсифицировать процессы плавок, значительно повысить производительность, уменьшить расход дорогостоящего кокса в доменном производстве. Применяется в доменных, мартеновских, нагревательных печах.
|
|
|
Коксовый газ (содержит 60%Н + 30% метана + 10% СО). Применяется в коксовых печах, нагревательных печах, как сырье химической промышленности.
Доменный газ (низкая теплотворная способность) применяется в нагревательных печах.
Огнеупорные материалы
В современных металлургических агрегатах процессы плавки происходят при высоких температурах.Поэтому внутреннюю поверхность печей необходимо делать из материалов, которые при высоких температурах обладают прочностью, не размягчаются, не плавятся и не разрушаются, т.е. огнеупорными материалами.
Огнеупорными называются материалы, способные противостоять высоким температурам, не разрушаться при резкой смене температуры и не подвергаться химическому воздействию шлака и печных газов. Огнеупорные материалы подразделяются на:
- естественные (песчаники, кварцевый песок, асбест, графит, сланцы);
- искусственные (огнеупорный кирпич, стаканы, трубки и т.д.).
Главный недостаток естественных огнеупоров неоднородность по химическому составу и по физическому состоянию, поэтому из них в большинстве своем изготавливают искусственные огнеупоры.
Этими огнеупорными материалами облицовывают внутреннюю поверхность металлургических печей, разливочных ковшей (т. е. проводят футеровку).
Огнеупорные материалы используются не только в качестве строительного материала для печей, но и принимают участие в физико-химических процессах, протекающих в металлургических агрегатах, и часто определяют вид процесса плавки металла.
По химическому составу огнеупорные материалы подразделяются на:
кислые, основные, нейтральные.
Кислые: материалы, содержащие большое количество кремнезема, т.е. кислые окислы SiO2, к ним относится: кварцевый песок (примерно 95% SiO2), динасовый кирпич (кварцевый песок, связанный известью). Применяются для футеровки сводов кислых пламенных и электрических печей. Огнеупорность кислой футеровки не ниже 17300С.
Основные: материалы, содержащие основные окислы (CaO, MgO), к ним относятся: доломит (доломитовый кирпич 40% MgO и 60% CaO), магнезитовый кирпич (90% MgO). Огнеупорность основных материалов около 1900-2200 градусов Цельсия.
|
|
|
Нейтральные: материалы, содержащие большое количество Al2O3 и Ca2O3.К ним относятся шамотный кирпич (50% Al2O3 и 50% SiO2), углеродистые огнеупоры, изготовляемые из графита и шамота на глиняной связке. Огнеупорность их превышает 2000 градусов Цельсия. Если рабочее пространство плавильной печи выложено (футеровано) кислым огнеупором, то печь называется кислой, а если основным, то основной.
Производство чугуна
|
|
|
