18 | 01 | 2017
Учебные материалы
Для преподавателей
Работы студентов
Справочная и техническая литература
Статьи по темам

Исходные материалы металлургического производства

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 Рейтинг 0.00 (0 Голосов)

Лабораторная работа Исходные материалы металлургического производства

В металлургии при производстве чугуна и стали применяют различные исходные материалы (рис.1): руды, топливо, флюсы, огнеупоры, ферросплавы и т. д.

Цель работы: Ознакомить студентов с основными исходными материалами, их составом и областью применения.

Исходные компоненты металлургического производства

Рис. 1 Исходные компоненты металлургического производства

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О МАТЕРИАЛАХ

Руды

Руды - природные минералы, содержащие полезные элементы в таких количествах, при которых становится экономически выгодным их промышленное использование. В металлургии наиболее широко применяются железная и марганцевая руды, бокситы (см. табл. 1).

Таблица 1

Характеристика руд металлургического производства

п/п

Наименование

Химический

состав

Содержание в % искомого элемента

Основная пустая порода

1

Бурый железняк

NFe2O3×mH2O

25-50 Fe

Al2O3, S, P

2

Красный железняк

Fe2O3

45-65 Fe

SiO2, S, P

3

Магнитный железняк

Fe3O4

40-70 Fe

SiO2, S

4

Медный колчедан

CuS, FeS

3-5 Cu

-

5

Боксит

Al2O3×3H2O

28-70 Al2O3

SiO2, TiO2

6

Пиролюзит

MnO2

25-40 MnO2

Fe2O3, SiO

7

Болотная руда (железная)

-

10-20 Fe

-

Железные руды: магнитный, красный и бурый железняк наиболее богатые и попользуются в доменном производстве в качестве основного материала и сталеплавильном для очищения от примесей в процессе плавки. В связи с резким уменьшением разведанных запасов богатых руд (содержание железа 50% и более) широко применяются бедные руды, подвергающиеся предварительному обогащению агломерации и т. д.

Агломерат - это продукт спекания мелких фракций железной руды, окалины, колошниковой пыли, известняка и кокса. Куски агломерата прочные пористые и обогащенные до содержания железа 60%. Такой агломерат называется офлюсованным (весь кремнезем руды связывается и из него легко восстанавливается железо). В последнее время широко применяются окатыши, из которых также легко восстанавливается железо (см. табл. 2).

Таблица 2

Характеристика компонентов металлургического производства

п/п

Наименование

Состав, %

Краткая характеристика

1

Агломерат (офлюсованный)

а) рудный концентрат

б) молотый кокс

в) известняк (флюс)

г) колошниковая пыль (окалина)

70

20

10

Продукт спекания

9

Окатыши (пилеты)

а) пылевидная руда

б) глина или известь

90

10

Увлажненная смесь перемешивается в барабане до образования окатышей Æ25-30 мм

В зависимости от содержания железа в руде, расход ее в доменном производстве составляет 2-3т/т чугуна.

Марганцевая руда применяется как добавка при выплавке чугуна для введения в него марганца.

Топливо

Топливо - продукт разложения органических веществ, в которые входят углерод, водород, углеводороды, сера, зола, влага и кислород. По физическому состоянию топливо подразделяется на твердое, жидкое и газообразное.

Кокс. В современном доменном производстве основным топливом является кокс, получаемый при сухой перегонке углей без доступа воздуха при температуре 1100-1200°С. Он легкий, пористый и прочный, что обеспечивает большую его реакционную способность и образование минимального количества мелочи при транспортировке и движении шихты в доменной печи.

Расход кокса в зависимости от содержания кремния в чугуне колеблется в пределах 0,5-0,8 т/т чугуна.

Из жидкого топлива в металлургии применяются нефть, мазут.

Нефть - это природная органическая жидкость, горючей частью которой являются углеводороды, используется для работы мартеновских печей, чаще на машиностроительных заводах, а также нагревательных печей в кузнечно-прессовых термических и прокатных цехах.

Ограниченность применения нефти и мазута обусловлена высоким содержанием в них серы, которая может диффундировать в металл, ухудшая его свойства.

Из газообразного топлива наиболее широко применяются природный, коксовый и доменный газы (последний в виде смеси).

Природный газ имеет высокую теплотворную способность, удобен для транспортировки, дешевый. В последнее время является преобладающим для работы мартеновских печей и нагревательных устройств (см. табл. 3).

Таблица 3

Характеристика основных видов топлива

п/п

Наименование

Состав, %

Теплотворная способность, ккал/кг (м3)

Краткая характеристика

1

Каменный уголь (брикет)

-

-

Прессованная каменноугольная пыль

2

Древесный уголь

углерод – 85,

зола – 10

7000

Продукт сухой перегонки древесины при нагревании без доступа воздуха

3

Бурый уголь

углерод – 35,

зола – 21,

3000

 

4

Каменный уголь

углерод – 60,

зола – 18,

6000

Природное органическое вещество

5

Антрацит

углерод – 77,

зола – 12,

6700

 

6

Кокс

углерод – 87,

зола – 11,

7000

Получается путем нагрева в печи без доступа воздуха коксующихся углей

7

Нефть

-

9500

Используется для получения (путем перегонки) жидкого топлива – мазута и др.

8

Мазут

-

10000

Применяется как топливо в мартеновских и нагревательных печах

9

Природный газ

СН4-90

8000

 

10

Коксовый газ

СН4-35

4500

Получается при переработке каменного угля в кокс

11

Доменный (колошниковый) газ

СН4-30

4000

Побочный продукт доменного производства

12

Генераторный газ

СН4-50,

СО-25

1000

Получают путем газификации каменного угля, дров, торфа

Флюсы и шлаки. Флюсы - это материалы, которые вводятся в доменную печь или сталеплавильные агрегаты для образования легкоплавких соединений с пустой породой железной руды и вредными примесями: серой и фосфором (см. табл. 4).

Таблица 4

Характеристика флюсов и шлаков

п/п

Наименование

Состав, %

Характеристика, область применения

1

Известняк

СаСO3

СаO – 50

Применяется для наведения основного шлака при производстве чугуна и стали

2

Песок

СiO2 – 96

СаF2

Применяется для наведения кислого шлака

3

Плавиковый шпат

СаFe2 – 60-90

Применяется для разжижения основного шлака

4

Шлак основной

СаO – 60

SiO2 –30

Образуется в основных плавильных агрегатах (мартеновская печь, конвертер)

5

Шлак кислый

SiO2 – 45

СаO– 30

Образуется при кислой плавке в мартеновских печах, электропечах

5

Ваграночный шлак

SiO2 – 50

СаO – 20

Fe – 10

Примеси – 20

Образуется при работе вагранки

6

Доменный шлак

SiO2 – 30

Al2O3– 20

СаO+ MgO – 45

СаS, FeO –

Остальное

Образуется в процессе работы доменной печи, используется при производстве цемента

Получающиеся соединения легче металла и нерастворимы в нем, поэтому они всплывают на поверхность ванны, образуя слой шлака. Флюсы вводят также для разжижения ранее образовавшегося шлака.

В зависимости от химического состава пустой породы железной руды и вида футеровки плавильного агрегата применяются кислые флюсы, состоящие в основном из SiO2 или основные, состоящие из СаO. При наличии в пустой породе большого количества применяют основной флюс и наоборот.

Получающийся в процессе металлургического производства шлак, главным образом, доменный и мартеновский, полностью используется в строительстве для производства цемента. Выход шлака составляет 0,7-0,8 т/т чугуна.

Огнеупорные материалы

Огнеупорные материалы (см. табл. 5) применяются для футеровки рабочего пространства плавильных и нагревательных печей. Они должны обладать высокой огнеупорностью (способностью не разрушаться при высоких температурах), термостойкостью (не разрушаться при резких, чередующихся колебаниях температуры), механической прочностью и химической устойчивостью при высоких температурах.

Таблица 5

Характеристика огнеупорных материалов

п/п

Наименование

Состав, %

Огнеупорн.

0С

Назначение

Основные

 

Магнезит

MgСO3 – 95

2200

Для кладки подов и стен основных сталеплавильных печей

 

Доломит

MgСO3×СaCO3

1900

 

Хромомагнезит

Сr2O3, MgСO3×

2000

Кислые

 

Динас

SiO2 – 96

1700

Для кладки подов и стен кислых сталеплавильных печей

Полукислые

 

Шамот

SiO2 – 60

Al2O3– 40

1580-1750

Для футеровки доменных печей, вагранок, ковшей

По химическому составу огнеупоры подразделяются на основные, кислые и нейтральные. Они используются в виде кирпичей, фасонных изделий и порошков.

Порошки шамота и глины применяют для изготовления огнеупорных масс и растворов, используемых при кирпичной кладке. Магнезитовый порошок применяется для изготовления и ремонта подов основных плавильных печей.

Ферросплавы

Ферросплавы и лигатуры (см. табл. 6). Многие элементы, вводимые в стали и сплавы, как легирующие добавки и раскислители имеют высокую температуру плавления (титан (Тi) - 17250С, вольфрам (W) - 32000С), или малый удельный вес (кремний (Si) – 1,5 г/см3), поэтому они могут не расплавляться в сталеплавильной ванне, имеющей температуру 1550 - 16500С или всплывать на поверхность, окисляясь за счет кислорода атмосферы. Все это ведет к резкому уменьшению усвоения металлом нужного элемента. Поэтому основную массу легирующих элементов и раскислителей вводят в жидкий металл в виде сплава с железом (ферросплавы) или комплексного безжелезистого сплава легирующих элементов (лигатуры).

Таблица 6

Характеристика ферросплавов металлургического производства

п/п

Наименование

Состав, %

Назначение

1

Ферросилиций

а) Si – 45

б) Si – 90

Раскислитель легирующая добавка

2

Ферромарганец

а) Mn – 75

б) Mn – 80

Раскислитель легирующая добавка

3

Феррохром

Cr – 60

легирующая добавка

4

Ферромолибден

Mo – 55

легирующая добавка

5

Ферротитан

Ti – 25

легирующая добавка

 

Ферровольфрам

W – 80

легирующая добавка

 

Феррофосфор

P – 14

легирующая добавка

 

Силикокальций

Ca – 30,Si – 60

Раскислитель

 

АМС

Al, Mn, Si

Комбинированный Раскислитель

 

Лигатура Si, Cu

Si – 92, Cu – 8

легирующая добавка

 

Лигатура Ni, Al

Ni – 63, Al – 37

легирующая добавка

 

Никель

Ni – 99

легирующая добавка

 

Кобальт

Co – 99,9

легирующая добавка

Порядок выполнения работы и составления отчета

Студент изучает согласно настоящим методическим указаниям все материалы, находящиеся в коллекции лаборатории с занесением в отчет данных, отражающих химический состав, характеристики и области применения для 10-ти заданных материалов

 


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить