Рефераты металлургического производства

метки: Производство, Металл, Металлургический, Плавка, Сталь, Уголь, Железняк, Окисел

8. Список литературы____________________________________________15

Введение

Металлы относятся к числу наиболее распространенных материалов, которые человек использует для обеспечения своих жизненных потребностей. В наши дни трудно найти такую область производства, научно технической деятельности человека или просто его быта, где металлы не играли бы главенствующей роли как конструкционного материала.

Человек с самого раннего возраста привыкает к окружающим его металлическим предметам домашнего обихода, хозяйственным орудиям и машинам, украшениям. Металлы везде. От тончайших элементов радиоэлектроники до гигантских атомоходов, от мелких деталей часового механизма до величественных сооружений современных гидроэлектростанций. Металлы везде. Мы к ним настолько привыкли, что практически не замечаем и не задумываемся, откуда они берутся, когда человек начал их использовать.

Современную жизнь невозможно представить без таких металлов и сплавов, как чугун, сталь, алюминий, медь, титан, бронза, золото, серебро и др. Будущее человечества также связанно с использованием новых сплавов и материалов на металлической основе. Это относится и к освоению космического пространства, и к работам по прямому получению электрической энергии с использованием высокотемпературной плазмы, по управляемым термоядерным реакциям и т.д. Металл – это фундамент современной цивилизации. И чем выше поднимается человечество по ступеням культуры, тем больше его нужда в металлах.

Сегодня металлы — основа основ технического прогресса, основа основ народного хозяйства нашей страны, фундамент материальной культуры всего человечества.

В природе большинство металлов находятся в окисленном состоянии в виде руд, представляющих собой смесь различных оксидов, а также в виде карбонатных, сульфидных и других соединений.

Металлы объединяются в несколько групп. Это черные и цветные металлы, благородные металлы. К группе черных металлов относят железо и его сплавы, марганец и хром. К цветным металла относят практически все остальные металлы Периодической системы элементов Д.И. Менделеева.

Железо и его сплавы являются основой современной техники и технологии. В ряду конструкционных материалов железо стоит на первом месте и не уступит его еще долгое время, несмотря на то, что в последнее время все более широкое распространение находят цветные металлы, а также полимерные и керамические материалы. Железо и его сплавы составляют сегодня более 90% всех металлов, применяемых в современном производстве.

Технология металлов и конструкционные материалы

... дорогостоящего ферросилиция. 2. Описать процесс кристаллизации металлов и сплавов Некоторые металлы, например железо, титан и олово, способны по ... той или иной причине скорости охлаждения (изменение материала формы, увеличение толщины стенки отливки) способствует большей ... лака, краски, эмали, других металлов. Лакокрасочные покрытия наиболее доступны для широкого круга людей. Лаки и краски обладают ...

^

Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных производств, базирующийся на месторождениях руд, коксующихся углей, энергетических мощностях. Оно включает следующие комбинаты, заводы, цехи (рис. 1.1):

1. шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;

2. горно-обогатительные комбинаты, где подготовляют руды

   к плавке, т. е. обогащают их;

3. коксохимические заводы или цехи, где осуществляют подготовку углей, их коксование и извлечение из них полезных химических продуктов:

4. энергетические цехи для получения сжатого воздуха (для дутья доменных печей), кислорода, а также очистки газов металлургических производств;

5) доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов;

6) заводы для производства ферросплавов;

7)сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали;

8)прокатные цехи, в которых слитки стали перерабатывают в сортовой прокат — балки, рельсы, прутки, проволоку, а также лист и т. д.

доменной плавке,

Рис. 1.1. Схема современного металлургического производства

Передел чугуна в сталь

^

1) чугуны — передельный, используемый для передела на сталь, и литейный для производства фасонных чугунных отливок на машиностро­ительных заводах; основное количество (до 60 %) выплавляемого чугуна — передельный;

ферросплавы

стальные слитки

стальные слитки

^

слитки

слитки, (чушки)

3) лигатуры — сплавы цветных металлов с легирующими элементами для производства сложных легированных сплавов для фасонных отливок;

слитки чистых и особо чистых металлов

^

Для производства чугуна, стали и цветных металлов исполь­зуют руду, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.

Руда. В природе большинство металлов находится в виде химических соединений (окислов, силикатов, карбонатов, сернистых соединений), входящих в состав различных минералов, образующих, горные породы.

Промышленной рудой

Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы, в состав которой входят различные примеси. Например, железная руда содержит окислы железа Fe ₃ О₄ , Fе₂ О₃ , FеСО₃ , Fе₂ О₃ Н₂ О, а также пустую породу, состоящую в основном из SiO₂ , А1₂ О₃ , СаО, МgО. Руды обычно называют по одному или нескольким металлам, которые в них содержатся. Например, железные, медные, алюминиевые, марганцевые, медно-никелевые, железомарганцевые и т. д.

Электроснабжение и электрооборудование механического цеха серийного производства

... выводы и оформить работу. 1. Краткая характеристика производства и потребителей ЭЭ Механический цех серийного производства (МЦСП) предназначен для серийного выпуска ... одного электроприемника. Таблица 1. Перечень ЭО механического цеха. № на плане Наименование ЭО (Рэп), кВт Примечание 1 ... -конструкторская часть 2.1 Категория надежности ЭСН и выбор схемы ЭСН Классификация электроприёмников по обеспечению ...

В зависимости от содержания добываемого материала, руды бывают богатые и бедные. Богатые железные руды содержат 45 … 50 % железа и более. Бедные руды (с малым содержанием добываемого металла) специально обрабатывают — обогащают. Обогащение состоит в удалении из руды части пустой породы. В результате получают концентрат — продукт с повышенным содержанием добываемого металла по сравнению с рудой. Использование концентрата позволяет улучшить технико-экономические показатели работы металлургических печей.

^

Магнитный железняк (магнетит), содержащий магнитную окись железа Fе ₃ О₄ , добывают в виде плотных кусковых пород (55… 60 % железа).

Пустая порода — SiO₂ . Наиболее крупные месторождения этой руды в нашей стране – Соколовское и Курская магнитная аномалия и др. Из стран СНГ добывают магнитный железняк в Казахстане (Сарбайское месторождение).

Красный железняк (гематит) содержит Fе ₂ О₃ и имеет красноватый цвет (55… 60 % Fе).

В нем пустая порода содержится в виде SiO₂ и известняка СаСО₃ Крупные месторождения этой руды в нашей стране — Криворожское, Курская магнитная аномалия, Атасуйское и др.

Бур ы й железняк содержит гидраты окислов железа 2Fе₂ О_{3 ·} ЗН₂ О и Fе₂ О_3· Н₂ О (37….55 % Fе).

Бурый железняк широко распространен в земной коре. Богатые месторождения его в нашей стране — Керченское, Аятское, Лисаковское.

Шпатовые железня к и содержат FеСО ₃ (~ 30 … 40 % Fе).

Богатые залежи шпатового железняка в нашей стране находятся в Бакальском месторождении. Мы располагаем богатейшими в мире месторождениями железных руд. Более 48 % мировых разведанных запасов железных руд приходится па долю бывшего СССР.

Марганцевые руды применяют для выплавки ферросплавов с 10 … 82 % Мn, а также передельных чугунов, содержащих до 1 % Мn. Марганец в рудах содержится в виде окислов и карбонатов: МnО ₂ , Мn₂ О₃ , Мn₃ О₄ , МnСО₃ и др. В рудах обычно содер­жится не более 22 … 45 % Мn. Наиболее крупные месторождения марганцевых руд в нашей стране — Чиатурское и Никопольское. По запасам марганцевых руд бывшего СССР занимает первое место в мире.

Бурый железняк (лимониты) представляет собой водную окись железа n Fe ₂ O₃

• mH₂ O c содержанием железа Fе до 20…50 %. Из бурого железняка добывается до 3 % чугуна. Пустая порода – разнообразная по составу, содержит серу и фосфор. Чаще встречается лимонит — 2 Fe₂ O₃

• 3H₂ O с содержанием 57,14 железа и 25,3 % воды. Месторождение — Керченское (Крым), Лисаковское (Кустанайская область Казахстана), Алапаевское (Свердловская область).

Шпатовый железняк (сидерит) содержит железа до 30…40 % в виде карбоната FеСО ₃ (углекислая соль).

Железная руда 4 класс

... морским) в соответствии с правилами перевозок, действующими на каждом конкретном виде транспорта. На каждую партию брикетов железной руды (железа горячебрикетированного) выдается сертификат с указанием необходимых для ... или железный блеск (красный железняк); лимонит, или бурый железняк, к которому относятся болотные и озерные руды; наконец, сидерит, или шпатоватый железняк (железный шпат), и его ...

Сидерит разрабатывается на Бакальском меторождении в Челябинской области (г. Бакал) с середины 18 века. Разведенные запасы сидеритов 904 млн. т. (1976 г) с содержанием железа 29…33 % .

^

^

Топливо. Основными видами топлива, применяемого в металлургических печах, являются кокс, природный газ, мазут, а так — же доменный или колошниковый газ. Для доменного процесса требуется прочное, неспекающееся твердое топливо, которое служит не только горючим для нагрева шахты и ее расплавления, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды. Естественные виды топлива не обладают необходимыми свойствами, так как они спекаются и недостаточно прочны. Поэтому для доменной плавки применяют твердое топливо — кокс. Кокс получают в коксовых печах сухой перегонкой при температуре 1000…1200 °С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов. Для коксования используют смесь углей, взятую в определенном соотношении. В процессе коксования угольная масса размягчается и из нее начинают выделяться газообразные продукты, а затем она спекается в пористую массу. При выделении газов в процессе коксования эта масса растрескивается и распадается на куски. Газообразные продукты удаляются из печи и направляются в химическое отделение, где из них извлекают бензол, фенолы, каменноугольную смолу и другие ценные продукты. Процесс коксования длится 15 …20 ч. Затем кокс удаляют из печи и тушат водой или инертным газом. В коксе содержится 80… 88 % С; 8… 12 % золы; 2 … 5 % влаги; 0,5 … 1,8 % S; 0,02… 0,2 % Р и до 1,2 % летучих продуктов. Важными для доменной плавки показателями качества кокса являются зольность и содержание серы, которые должны быть минимальными. Сера — вредная примесь. В процессе плавки она может переходить в металл и ухудшать его свойства. Важное значение для хода плавки имеет размер кусков кокса — кусковатость. Размер кусков кокса должен быть 25 — 60 мм. Кокс должен обладать также высокой механической прочностью, чтобы не разрушаться в доменной печи под действием массы шихтовых материалов. Теплота сгорания кокса составляет обычно 29,3 МДж/кг.

При доменной плавке часть кокса заменяют природным газом, мазутом или пылевидным топливом.

^

Флюсы. Пустая порода железных руд содержит окислы, температура плавления которых значительно выше развиваемых в доменной печи (А1₂ О₃ – 2040 °С, СаО – 2570 °С, МgО — 2800 °С).

Однако при определенном количественном соотношении этих окислов образуются легкоплавкие соединения — шлаки, имеющие температуру плавления ниже 1300 °С и обладающие хорошей текучестью при 1450 … 1600 °С. Для перевода пустой породы руды и золы кокса в шлаки требуемого химического состава с определенными химическими свойствами в доменную печь при плавке загружают флюсы. Шлаки, образующиеся в доменной печи, должны содержать определенное количество основных окислов (СаО, МgО).

Это необходимо для удаления серы из металла, в который она может переходить из кокса и железной руды при плавке. Поэтому при выплавке чугуна в доменных печах в качестве флюса используют известняк СаСО₃ или доломитизированиый известняк, содержащий СаСО₃ и МgСО₃ .

Производство металлов и их сплавов

... сутки по 2000 т чугуна. Сущность доменной плавки сводится к раздельной загрузке в верхнюю часть печи, называемой колошником, руды (или агломерата), кокса и флюсов, располагающихся, поэтому в ... возможно и экономически целесообразно перерабатывать для извлечения содержащихся в них металлов. К железным рудам Эти руды содержат значительное количество рудного вещества или соединений железа, из которого ...

Рекомендуется, чтобы в шлаке отношение содержания (СаО + МgО)/(SiO ₂ — А1₂ О₃ ) 1. Обычно пустая порода руды состоит в основном из SiО₂ и А1₂ О₃ . Суммарное содержание этих оксидов не должно превышать 1 %.

Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные окислы (SiO₂ , Р₂ Оз), и основным, если в его составе преобладают основные окислы (СаО, МgО, FеO и т. д.).

При высоких температурах рабочего пространства плавильных печей шлаки могут взаимодействовать с футеровкой печи. Если в печь, выложенную огнеупорным материалом, в состав которого входят основные окислы (основная футеровка), вводить кислые флюсы, то взаимодействие шлака и огнеупорного материала футеровки печи приведет к ее разрушению. То же произойдет, если в печь, выложенную огнеупорными материалами, в состав которых входят кислотные окислы (кислая футеровка), вводить основные шлаки. Поэтому в печах с кислой футеровкой применяют кислые шлаки, а в печах с основной футеровкой — основные.

При плавке в печах с кислой футеровкой используют в качестве флюса кварцевый песок, состоящий в основном из SiO ₂ , а в печах с основной футеровкой — известняк (СаСО₃ ) или доломитизированный известняк, содержащий СаСО₃ или МgСО₃ .

Шлаки, образующиеся к процессе планки в металлургических печах, играют большую роль для получения металла с требуемыми химическим составом и свойствами.

В процессе плавки в металлургической печи образуются две несмешивающиеся среды: расплавленный металл и шлак. В соответствии с законом распределения, если какое — либо вещество растворяется в двух соприкасающихся, но не смешивающихся жидкостях, то распределение вещества между этими жидкостями происходит до установления определенного соотношения, постоянного для данной температуры. Поэтому, изменяя состав шлака, можно менять соотношение между количеством примесей, входящих в состав металла и шлака, таким образом, что нежелательные примеси будут удаляться в шлак. Удаляя шлак с поверхности металла, и, наводя новый путем подачи флюса нужного состава, можно управлять процессами удаления вредных примесей из металла (серы, фосфора и т. д.).

Регулирование состава шлака с помощью флюсов является одним из основных путей управления металлургическими процессами.

^

Огнеупорные материалы применяют в виде кирпичей разных размеров и форм, а также порошков и растворов, необходимых для заполнения швов между кирпичами при кладке печей.

По химическим свойствам огнеупорные материалы подразделяют па кислые, основные и нейтральные. Материалы, содержащие большое количество кремнезема SiO ₂ , называют кислыми (динасовые, кварцеглинистые); содержащие основные окислы (СаО, Mg0) — основными (магнезитовые, магнезитохромитовые, доломитовые); содержащие большое количество Аl₂ О₃ и Сг₂ 0₃ — нейтральными (хромомагнезитовые, высоко глиноземные, шамотные).

Если рабочее пространство плавильной печи выложено из кислых огнеупорных материалов, то печь называют кислой, а если из основных — основной.

Резка металла и ее основные виды

... образующихся при горении металла. К резке окислением относится газопламенная (кислородная) и кислородно-флюсовая резка. При резке плавлением металл в месте резки нагревают мощным ... сжатой дугой (плазменная), лазерная и термогазоструйная. резка термическая металл кислородная Способность металла подвергаться кислородной резке называется разрезаемостью. Разрезаемость углеродистых сталей с ...

^

^

^

^

Высокоглиноземистый кирпич содержит 72 …. 95 % А1 ₂ О₃ и имеет огнеупорность 1820 …. 1920 °С.

^

^

Производительность доменной печи, расход кокса и качество получаемого чугуна зависят от состава исходных материалов для плавки — железной руды, кокса и флюсов. При увеличении содержания железа в руде, применении кокса определенной и равномерной кусковатости повышается производительность доменной печи, снижается расход кокса. Установлено, что в шихтовых материалах для доменной плавки оптимальное содержание железа должно быть 60 — 61%. Однако содержание железа в добываемых рудах значительно ниже; кроме того, многие из них содержат вредные примеси, ухудшающие качество чугуна и стали, например серу, фосфор. Поэтому перед плавкой железные руды подвергают специальной подготовке, цель которой состоит в увеличении содержания железа в шихте, повышении ее однородности по кусковатости и химическому составу. Основные методы подготовки руды к плавке следующие: дробление и сортировка по крупности; обогащение; окускование. Метод подготовки добываемой руды зависит от со качества.

Дробление и сортировка, Руды обогащают, Промывка руды, Гравитация, Магнитная сепарация, Окускование, Агломерация, Окатывание

После обжига окатыши приобретают высокую прочность при достаточной пористости. Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса — известняка в доменную печь при плавке, так как флюс в необходимом количестве входит в их состав. Это улучшает работу доменной печи, повышает ее производительность, снижает расход кокса.

^

Развитие специальных отраслей машиностроения и приборо­строения предъявляет все более жесткие требования к качеству металла: показателям его прочности, пластичности, газосодер­жания, анизотропии механических свойств. Улучшить эти пока­затели можно уменьшением в металле неметаллических включе­ний, газов, вредных примесей. Плавка в обычных плавильных агрегатах (мартеновских и электрических, кислородных конвер­терах) не позволяет получить металл требуемого качества. Поэ­тому в последние годы разработаны новые технологические про­цессы, позволяющие повысить качество металла: обработка метал­ла синтетическим шлаком, электрошлаковый переплав (ЭШП), вакуумирование металла при разливке, плавка в вакуумных печах, вакуумно-дуговой переплав (ВДП), вакуумно-индукционный переплав (ВИП), переплав металла в электронно-лучевых и плазменных печах. Количество металла, выплавляемого этими способами, постоянно увеличивается.

^

Процесс осуществляют так: синтетический шлак, состоящий из 55 % СаО, 40 % А1 ₂ О₃ , небольших количеств SiO₂ , MgO и миниму­ма FeO, выплавляют в специаль­ной электропечи и заливают в ковш. В этот же ковш затем заливают с некоторой высоты (обычно из электропечи) сталь. В результате перемешивания стали и шлака поверхность их взаимодействия резко возра­стает, и металлургические реак­ции между металлом и шлаком протекают в сотни раз быстрее, чем в обычной плавильной печи. Благодаря этому, а также низ­кому содержанию закиси железа в шлаке, сталь, обработанная таким способом, содержит меньше серы, кислорода и неметалли­ческих включений, улучшаются ее пластические и прочностные характеристики.

Кислородно-конвертерный цех

... доменные и мартеновские цехи (1940 г). В 1950 г построен мартеновский цех №1, в 1963 г - конвертерный цех. Прокатные цехи: обжимной цех №1 (1947 г), рельсобалочный цех (1949 г), прокатный цех ... в металле, в ... выпускаются: кокс пековый, ... железной руды; деятельность ... железа составляла 23-25 пудов. В течении первых сорока лет XIX века особое внимание уделялось улучшению экономических показателей доменного ...

^

^

В результате электрошлакового переплава содержание кис­лорода в металле снижается в 1,5…2 раза, понижается концен­трация серы и соответственно уменьшается в 2…3 раза загряз­ненность металла неметаллическими включениями, причем они становятся мельче и равномерно распределяются в объеме слитка.

Слиток отличается большой плотно­стью, однородностью, его поверхность — хороший качеством благодаря наличию шлаковой корочки. Все это обуслов­ливает высокие механические и эксплуа­тационные свойства сталей и сплавов электрошлакового переплава.

Слитки выплавляют круглого, квад­ратного, прямоугольного сечений мас­сой до 110 т.

^

^

Заключение

Современное металлургическое производство представляет собой комплекс целенаправленно организованных технологических процессов, обеспечивающих переработку исходного сырья в готовую метало продукцию заданного качества. Чугун, стальные слитки, прокат (рельсы, балки, швеллера, уголки, трубы, плиты, листовая и рулонная сталь различной отделки), стальные канаты, проволока – вот самый краткий перечень продукции металлургического производства.

В состав современного металлургического комбината входит ряд крупных подразделений:

1. шахты и карьеры по добыче железных руд и каменных углей;

2. горнообогатительные комбинаты, где осуществляется подготовка и обогащение руд, получение богатых концентратов;

3. коксохимические цехи или заводы, на которых осуществляется подготовка углей, их коксование, а также извлечение из них ценных химических продуктов;

4. доменные цехи для выплавки чугунов и ферросплавов;

5. сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали;

6. прокатные цехи, в которых стальные слитки и заготовки перерабатываются на необходимые для народного хозяйства изделия – рельсы, балки, автомобильный лист, арматурное железо, трубы и т.д.;

7. энергетическое хозяйство, цехи железнодорожного транспорта, ремонтные, механические и т.д.

Даже краткое описание показывает, что современный металлургический комбинат – сложное разветвленное хозяйство с большой концентрацией производства.

Известный русский металлург Павел Петрович Аносов (1799 – 1851 гг.), заканчивая в 1817г. Петербургский кадетский корпус, в своей дипломной работе писал: «Природа как бы предвидела необходимость железа для человеческого рода, распространив металл сей в количестве, несравненно большем против всех прочих металлов: нет ни одной страны, в коей не было бы признаков железа, и нет ни одного состояния людей, которые не имели бы в нем надобности».

Механическое оборудование металлургических цехов

... конструкция облегчает отливку, но усложняет механическую обработку и сборку, требует применения ... скорость спекания (20…30 мм/мин в цветной металлургии, 30…40 мм/мин – в черной). Производительность ... другая – связана с первой толстостенным стальным барабаном. Это обеспечивает одновременность захвата паллеты ... диаметром 2,5; 5 м агломерационного цеха Усть-Каменогорского свинцово-цинкового комбината. ...

^

1. Технология конструкционных материалов: Учебник для студентов машиностроительных специальностей вузов /А. М. Дальский, Т. М. Барсукова и др.; Под редакцией А. М. Дальского. – М.: Машиностроение, 2004. – 512 с.

2. Борисоглебский Ю. В., Ветюков М. М. Металлургия цветных металлов: Учебное пособие. – Л., изд. ЛПИ, 1986. – 88 с.

3. Технология конструкционных материалов / А. М. Дальский, Н. П. Дубинин, И. А. Арутюнова, Т. М. Барсукова и др.; Под редакцией А. М. Дальского, Н. П. Дубинина. – М.: Машиностроение, 1977. – 664 с.

4. Технология металлов. Кнорозов Б. В., Усова Л. Ф. , Третьяков А. В. И др. – М.: Металлургия, 1979. – 904 с.

5. / В. К. Бабич, Н. Д. Лукашкин, А.С. Морозов и др. – М.: Металлургия, 1988. 272 с.

---

---