Сущность металлургических процессов

Металлургия – наука, изучающая теоретические и технологические основы промышленных способов получения металлов и сплавов

n Металлургическая промышленность – отрасль промышленности, производящая металлы и сплавы

Металлургия:

Ø черная – получение чугуна и стали;

Ø цветная – получение цветных металлов и сплавов.

Металлургические процессы, т.е. процессы получения металлов и сплавов, представляют собой химические процессы восстановления металлов из их соединений, протекающие при высоких температурах в специальных печах:

              МеО + В;   Ме +ВО,

где МеО – оксид металла, В – восстановитель

 

Стали и чугуны

n Стали – сплавы железа с углеродом, в которых содержание углерода не превышает 2,14%, делятся на:

- углеродистые → Fe + C + посторонние примеси;

-конструкционные – Ст0, Ст1…Ст6 – обыкновен. качества;

                        20, 40…85 – качественные

-инструментальные – У8…У14 

- легированные → Fe + C + посторонние примеси + легирующие элементы.

Маркировка: 12Х18Н10Т, 30ХГСА

n Чугуны – сплавы Fe + C(более 2,14%), делятся на:

- Белый (нет графита, очень высокая твердость)

- Графитные: серый (СЧ18, СЧ20…)

                  ковкий (КЧ36-4, КЧ40-5….)

                  высокопрочный (ВЧ42-5, ВЧ45-6)

 

Производство чугуна.

Для производства чугуна в доменных печах необходимо иметь следующие исходные материалы: железная руда, кокс, флюсы.

Железная руда представляет собой оксиды Fe₂O₃(красный железняк) или Fe₃O₄ (магнитный железняк) или карбонаты железа Fe₂Co₃ (шпатовый железняк). В состав железной руды входят примеси – полезные (Mn, Cr, Ni, V, W, Mo) и вредные (S+P).

Кокс, продукт сухой перегонки каменного угля при t=900°-1100°C без доступа воздуха, является одновременно топливом и восстановителем для железа из оксида.

В качестве флюса используют известняк.

Производство чугуна осуществляется в доменных печах.

Домна – шахтная печь высотой более 100 м, полезным объемом до 5000м³, производительность более 2000т чугуна в сутки, внутри стального кожуха которой выполнена огнеупорная кладка. Непрерывная работа домны от задувки до выдувки (остановки на ремонт) 5-10 лет. Несколько выше дна домны (лещади) имеются форсунки (фурмы), через которые подается дутье: подогретый воздух, обогащенный кислородом и содержащий газообразное, жидкое или пылевидное топливо, что позволяет уменьшить расход дефицитного кокса. Загрузка производится через верхнюю часть (колошник) агломерата, кокса, флюсов слоями (колошами). В основу работы доменной печи заложен принцип противотока: вниз по мере

 

 

 

плавления опускаются шихтовые материалы, а на встречу вверх движется поток горячих газов, образующих при сгорании топлива. При нагревании шихты (за счет горения кокса стимулирующего вдувание в горн горячим воздухом) в печи происходят физико-механические процессы. В нижней части печи (горне) образуется чугун и шлак. Жидкий чугун собирается внизу, шлак выше. По мере надобности чугун выпускается через летку, шлак через летку выше.

Основные процессы в домне.

Горение топлива

Восстановление железа:    

Шлакование вредной примеси серы:

Вследствие наличия большого количества углерода (кокс) и высокой температуры происходит насыщение железа углеродом , вследствие чего получается не железо или сталь, а чугун.

 

Основные продукты доменного производства:

Доменная  печь	Передельный чугун (для последующей плавки стали) Литейный чугун (повышенное содержание кремния) для получения отливок с достаточной прочностью
	Доменные ферросплавы (ферромарганец, ферросилиций, зеркальный чугун) применяются в качестве легирующих добавок при производстве сталей (повышенное содержание Mn и Si)

Производство стали

Механизм передела чугуна в сталь заключается в удалении избытка углерода и вредных примесей

n Мартеновский способ: {передельный чугун (жидкий или твердый) + стальной лом (скрап) + топливо (мазут, природный газ)}     мартеновская печь    сталь     

n Кислородно-конверторный способ: (жидкий передельный чугун + лом + кислород)     конвертор   сталь

n Электроплавка: углеродистая шихта (стальной лом, чугун, железная руда + флюсы)  электропечь (дуговая или индукционная)   сталь

§ Бездоменное получение стали: обогащение руды окатыши (до 74% Fe)   прямое восстановление железа сильным восстановителем

                 (СО + Н2)                                           

    металлизованные окатыши (до 95% Fe)     сталь (электроплавка)