Производство металлов Выплавка крицы (губчатое железо) Продукты доменного производства Железные руды для получения чугуна Обогащение руды Кокс Схема производства металлургической продукции Устройство доменной печи (чертеж) Технические характеристики доменной печи Мартеновское производство стали (чертеж) Конверторное производство стали (чертеж) Производство стали в электропечах (чертеж) Разлив стали (в изложницы, непрерывный разлив).

«Доменная печь» ХIV века

Получение крицы (XII в до н. э.) Руда перемешивалась с древесным углём и закладывалась в одноразовую печь. При высокой температуре (1075°С), создаваемой горением угля, углерод начинал соединяться с кислородом, который был связан с атомами железа. После выгорания угля в печи оставалась крица комок пористого восстановленного железа с примесью большого количества шлаков. Крицу потом снова разогревали и подвергали обработке ковкой, выколачивая шлак из железа.

Исходные продукты для получения чугуна Исходным сырьем для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Агрегатом для выплавки чугуна служит доменная печь.

Продукты доменного производства (XIV в.) Чугун. Восстановление железа из окислов руды, науглероживание железа и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава. Чугун. Восстановление железа из окислов руды, науглероживание железа и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава. Доменный газ. Образуется при сгорании кокса. Используется Доменный газ. Образуется при сгорании кокса. Используется как топливо в воздухонагревателя х, коксовых и мартеновских печах. Шлак. Образуется при сгорании пустой породы руды и растворение в нём золы кокса. Используется при производстве цемента. Шлак. Образуется при сгорании пустой породы руды и растворение в нём золы кокса. Используется при производстве цемента.

Железные руды для получения чугуна Красный железняк Магнитный железняк Бурый железняк Шпатовый железняк

Методы обогащения Промывка Магнитная сепарация Гравитация Гидрометаллургия Флотация

Промывка руд Промывке чаще всего подвергаются руды, образовавшиеся среди отложений глин и песчаников. При этом способе обогащения струи жидкости, подаваемые под давлением, вымы­вают песчаную или глинистую пустую породу, очищая руду. Промывка бурых железняков позволяет увеличить в них содержание железа с 38% до 43 %.

Магнитная сепарация (1892 г.) Этот метод основан на различной магнитной проницаемости веществ. Различают 3 вида магнитного обогащения: – –Сухой. – –Мокрый. – –Комбинированный (сухая сепарация с последующей мокрой).

Флотация (1860 г.) (в основном для цветных металлов) Метод основан на различии в смачиваемости частиц. Для обогащения в специализированных камерах в пульпу (взвесь частиц руды и воды) подают специальную жидкость флотационный реагент, а далее - воздух. Частички железа, соединяясь с пузырьками воздуха, поднимаются вверх, в пенную шапку, с которой и удаляются из устройства. Пустая порода под своим весом опускается на дно установки. Флотация позволяет извлекать из руды до 90% железа, при этом его содержание в концентрате составляет до 60%.

Гидрометаллургия (1827 г.) (в основном для цветных металлов) Гидрометаллургия (от гидро вода) процесс извлечения металлов из руд, концентратов и отходов различных производств при помощи воды и различных водных растворов химических реактивов (выщелачивание) с последующим выделением металлов из растворов (например, электролизом).

Гравитация (1867 г.) Гравитационный метод обогащения (отсадка) основан на различии удельных весов руды и пустой породы. В воде более тяжелые частицы руды опускаются быстрее зерен пустой породы.

Агломерация (1887 г.) Агломерация в металлургии, термический процесс окускования мелких материалов (руды, рудных концентратов, содержащих металлы отходов и др.), являющихся составными частями металлургической шихты, путем их спекания ( °) с целью придания формы и свойств (химического состава, структуры), необходимых для плавки.

Окатыши (1912 г.) Для производства окатышей используются небогатые железом руды, различные железосодержащие отходы. Для удаления минеральных примесей исходную (сырую) руду мелко измельчают и обогащают. Процесс изготовления окатышей. Шихта, то есть смесь тонко измельчённых концентратов железосодержащих минералов, флюса (добавок, регулирующих состав продукта), и упрочняющих добавок (обычно это бентонитовая глина), увлажняется и подвергается окатыванию во вращающихся чашах или барабанах. В результате окатывания получают близкие к сферическим частицы диаметром 1÷30 мм. Они высушиваются и обжигаются при температуре 1200÷1300°

Кокс (1912 г.) Твёрдый пористый продукт серого цвета, получаемый путём коксования каменного угля при температурах °С без доступа кислорода. Кокс каменноугольный применяют для выплавки чугуна (доменный кокс) как высококачественное бездымное топливо, восстановитель железа из железной руды, разрыхлитель шихтовых материалов

Схема доменной печи ( г.)

Технические характеристики Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем – 2000…5000 куб.м. Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем – 2000…5000 куб.м. Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку, а шлак – каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку (летка – отверстие в кладке, расположенное выше лещади). Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку, а шлак – каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку (летка – отверстие в кладке, расположенное выше лещади).

Технико-экономические показатели работы доменных печей 1. Коэффициент использования полезного объёма доменной печи (КИПО) – это отношение полезного объема печи V (м 3) к ее среднесуточной производительности Р (т) выплавленного чугуна. Для большинства доменных печей КИПО = 0,5…0,7 (для передовых – 0,45)

Технико-экономические показатели работы доменных печей 2. Удельный расход кокса, К – это отношение расхода кокса за сутки А(т) к количеству чугуна, выплавленного за это же время Р(т). Удельный расход кокса в доменных печах составляет 0,5…0,7 (для передовых – 0,36…0,4) K – важный показатель, так как стоимость кокса составляет более 50% стоимости чугуна

В доменных печах выплавляют: Передельный чугун 80-90% (мартеновский М-1, М-2; бессемеровский чугун Б-1, Б-2; томасовский чугун Т-1). Передельный чугун 80-90% (мартеновский М-1, М-2; бессемеровский чугун Б-1, Б-2; томасовский чугун Т-1). Литейный чугун 8-17% (ЛК-00, ЛК-0, ЛК-1 и до ЛК-5. Литейный чугун 8-17% (ЛК-00, ЛК-0, ЛК-1 и до ЛК-5. Специальный чугун (ферросплавы) 2- 3% Специальный чугун (ферросплавы) 2- 3%

Мировое производство стали

Производство стали в мартеновских печах (1864 г.) Плавильная печь для переработки передельного чугуна и лома в сталь.

Производство стали в мартеновских печах (1864 г.) Нагревание воздуха происходит посредством продувания его через предварительно нагретый регенератор (специальная камера, в которой выложены каналы огнеупорным кирпичом). Нагрев регенератора до нужной температуры осуществляется очищенными горячими печными газами. Происходит попеременный процесс: сначала нагрев регенератора продувкой печных газов, затем продувка холодного воздуха. Принцип действия вдувание раскаленной смеси горючего газа и воздуха в печь с низким сводчатым потолком, отражающим жар вниз, на расплав.

Технические характеристики Вместимость печи составляет 200…900 т. Вместимость печи составляет 200…900 т. Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов. Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов. Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт – 400…600 плавок. Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт – 400…600 плавок.

Разновидности мартеновского процесса: скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома. скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового передельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома. скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи. скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Выплавка стали в конверторах ( ) Сущность за­ключается в том, что налитый в плавильный агрегат (конвертор) расплав- ленный чугун продувают Сущность за­ключается в том, что налитый в плавильный агрегат (конвертор) расплав- ленный чугун продувают струей кислорода сверху. струей кислорода сверху. Углерод, крем­ний и другие при- меси окисляются и тем самым чугун переделывается в сталь. Углерод, крем­ний и другие при- меси окисляются и тем самым чугун переделывается в сталь.

Выплавка стали в конверторах ( ) 1 – загрузка стального скрапа; 2 – заливка расплавленного чугуна; 3 – продувка кислородом; 4 – загрузка извести и железной руды с начала продувки и по ходу плавки; 5 – выпуск металла; 6 – выпуск шлака.

Технические характеристики: Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 град. для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 град. для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака. Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут. Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

Выплавка стали в электродуговых печах (1899 г.) Плавка стали в электро- печах характеризуется в основном взаимодействием между металлом и шлаком.

Выплавка стали в электродуговых печах Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн. Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн. Время плавки до 180 мин. Время плавки до 180 мин. Температура в печи до Температура в печи до 1800°С. Газовая атмосфера электроплавильной печи не оказывает существенного влияния на ход плавки и качество стали. В отдельных электрических печах газы устраняют созданием вакуума или создают газовую атмосферу из инертных газов. Газовая атмосфера электроплавильной печи не оказывает существенного влияния на ход плавки и качество стали. В отдельных электрических печах газы устраняют созданием вакуума или создают газовую атмосферу из инертных газов. Мощность трансформатора может достигать 180 МВА. Первичное напряжение от 6 до 35 кВ (для высокомощных печей до 110 кВ), а вторичное напряжение находится в пределах от 50 до 300 В (в современных печах до 1200 В). Ток в цепи 1-10 кА. Мощность трансформатора может достигать 180 МВА. Первичное напряжение от 6 до 35 кВ (для высокомощных печей до 110 кВ), а вторичное напряжение находится в пределах от 50 до 300 В (в современных печах до 1200 В). Ток в цепи 1-10 кА.

Преимущества электропечи легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока; легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока; можно получать высокую температуру металла, можно получать высокую температуру металла, возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений. возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений.

Получение стали в индукционной печи (1900 г.) Основным материалом для электроплавки является стальной лом. Вместимость от 60 кГ до 25 т. Нагрев шихты в электромагнит- ном поле за счёт теплового дейст- вия вихревых электрических токов, возникающих в нагреваемом металле. Частота тока генератора к Гц Вместимость от десятков килограммов до 30 тонн. Время плавки часа

Разливка стали в изложницы 1-ковш; 2-изложница; 3-поддон; 4-летник Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают сверху в слитки массой до тонн. Легированные и высококачественные стали разливают снизу в слитки массой 0,5…7 тонн,

Непрерывная разливка (1858 г.) Для заготовки сечением 100Х100 мм скорость разливки 3 м/мин. Чем больше сечение слитка – тем меньше скорость разливки.