Отчет по общеметаллургической практике (стр. 2 из 6)

При всех изменениях, происшедших в размещении производства в связи с освоением новых источников сырья и топлива в разных районов страны, Урал продолжает сохранять позиции крупнейшей металлургической базы России. Второе и третье места делят Центр и Сибирь с Дальнем Востоком. На четвертом месте находится Северный район.

Доменное производство.

В технике, быту, сельском хозяйстве черные металлы и их сплавы нашли широкое применение. Особое значение имеют сплавы железа с небольшим количеством углерода и других элементов. В зависимости от содержания углерода черные металлы делятся на железо (техническое) до 0,15% [C], сталь до 1,7% [C], чугун до 7% [C]. Доля черных металлов составляет около 95% от общего объема производства металлов. Это обусловлено двумя факторами. Во-первых, в земной коре содержится большое количество руд (оксидов железа), а стоимость получения чугуна и стали относительно не велика. Во-вторых, черные металлы удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к конструкционным материалам. Разнообразие свойств сталей связано с введением в них различных легирующих элементов, а также с термообработкой.

Железо в природе, как было сказано выше, встречается только в виде руд – соединений железа с другими химическими элементами, чаще всего с кислородом. Извлечение железа из руды требует решение двух задач: извлечение железа из его оксидов, и отделение восстановленного железа от пустой породы. Основным агрегатом для извлечения железа из руды является доменная печь. По принципу работы она является шахтной печью, те она вытянута вдоль вертикальной оси. Горизонтальное сечение печи представляет собой окружность, в вертикальном сечении печь состоит из пяти зон. Верхняя ее часть, служащая для загрузки шихты, называется колошником. Основной частью печи является шахта, имеющая форму усеченного конуса. Самая широкая часть (в форме обратного усеченного конуса) переходит в горн. В верхней части горна имеется большое количество расположенных равномерно по окружности фурменных отверстий, через которые в печь попадает воздух. В нижней части горна имеется несколько отверстий для выпуска чугуна.

Материал для футеровки печи обладает высокими теплоизоляционными свойствами для обеспечения минимальных потерь тепла через стенки. Также, он достаточно прочен, чтобы противостоять механическим воздействиям печи. Такими свойствами обладает огнеупорный материал – шамот.

Доменный процесс.

При загрузке сырья на колошник, материалы попадают в область низких температур – 200-300°С. По мере опускания материалов температура растет и достигает максимальной (1900-2100°С) на уровне фурм и в горне снижается до 1450°С.

На уровне фурмы раскаленный кокс сгорает в струе горячего воздуха с выделением большого количества тепла.

С+О=2СО2+Q

Образующийся СО2 реагирует с твердым углеродом кокса и восстанавливается до СО. Реакция идет с поглощением тепла.

СО2+С=2СО-Q

Встречая руду, СО восстанавливает оксиды железа, превращаясь в СО2.

Восстановление железа оксидом углерода называют косвенным восстановлением. Прямым восстановлением называют восстановление твердым углеродом кокса:

FeO+C=Fe+CO-Q

После завершения процесса восстановления при t=1300-1400°C железо находится в твердом состоянии и имеет вид простой губчатой массы.

Образование шлака понижается в области распара при t=1200°C, когда пустая порода сплавляется с известью. Образующийся шлак стекает в горн, скапливается под слоем чугуна и периодически выпускается через шлаковую ленту.

Чугун из печи выпускают 4-6 раз в сутки через чугунные летки. Чугун стекает в чугуновозные ковши емкостью до 100 тонн, в которых по железнодорожным путям направляется на разливочную машину, либо, в случае передела в сталь, его сливают в специальные копилки-миксеры, выдержка в которых обеспечивает выравнивание состава чугуна.

Разливочная машина – это замкнутый конвейер из чугунных форм, в которые сливается чугун. Залитый чугун охлаждается, затвердевает, после чего горны опрокидываются, и чугунные чушки массой до 55 кг отправляются на другие заводы.

Основными показателями работы доменной печи является коэффициент использования полезного объема и расход кокса на 1 тонну выплавленного чугуна. Чем меньше КИПО, тем лучше работает доменная печь, тем более форсировано ведется плавка. Значение КИПО лежит в интервале от 0,4 до 0,7 и зависит от содержания железа в руде, подготовки шихтовых материалов и сорта выплавляемого чугуна. Исходные материалы для доменного производства: руда, флюс, топливо и воздух.

Агломерационное производство.

Изобретение агломерационного процесса связывают с именами Геберлейна и Гунтингтона, взявших в 1887 г. Патент на «экзотермический процесс окускования пылеватых руд в смеси с коксиком, осуществляемый путем прососа воздуха через слой сверху вниз». Не менее важной датой в истории агломерации является и 1911 г. - дата пуска первой ленточной агломерационной машины Дуайт-Ллойда в Бердаборо (США). В дальнейшем процесс агломерации железных руд получил значительное распространение, и к 1963 г. мировое производство агломерата достигло 190 млн. т в год [1]. В дальнейшем наблюдается тенденция к увеличению этой цифры.

Царская Россия располагала небольшими агломерационными установками, построенными в 1906 г. на Таганрогском заводе и в 1914 г. на Днепровском заводе. В 1925 г. в Советском Союзе был пущен первый агломерационный цех, построенный по системе AIB, а в 1930 г. - первая ленточная машина на заводе им. Войкова в Керчи. В 1961 г. на агломерационных фабриках Советского Союза было произведено 74,2 млн. т агломерата, в том числе 73 млн. т офлюсованного агломерата. Доля агломерата в рудной части шихты доменных печей Советского Союза приближалась к 80%, и эта цифра не являлась предельной.

Цель агломерации состоит в окусковании пылеватых руд, колошниковой пыли и отчасти концентратов обогащения руд. При загрузке этих видов сырья в доменную печь без предварительного окускования значительная часть пылеватых материалов выносится из печи газами. Оставшаяся часть создает в печи весьма плотный столб шихты с минимальной газопроницаемостью. Интенсивность доменной плавки резко снижается, ход печи делается неустойчивым.

В ходе агломерации из шихты могут быть удалены многие вредные примеси, в том числе и сера. Эта сторона процесса может в отдельных случаях считаться наиболее важной, так как переработка сернистой руды в доменной печи связана с ухудшением технико-экономических показателей плавки. Оказывается выгодным дробить кусковатую сернистую руду и вновь подвергать ее окускованию путем агломерации, удаляя при этом из руды большую часть серы.

Несмотря на появление многочисленных разновидностей, и видоизменений процесса спекания руд, основная схема агломерационного процесса практически не изменилась за 75 лет, прошедших со времени его изобретения. Началу процесса предшествует дозировка пылеватых компонентов, входящих в состав рудной части шихты, а также коксика, извести или известняка. Соотношения между составляющими в шихте могут быть определены расчетным путем. Отметим, что эффективность агломерационного процесса значительно снижается при спекании чрезмерно мелких концентратов, если они не подвергнуты предварительному окомкованию.

Современное доменное производство предъявляет к железорудным материалам очень высокие требования. Шихтовые материалы должны иметь: высокое содержание железа, или минимальное содержание пустой породы; низкую концентрацию примесей; оптимальный размер куском (до 20 мм); достаточно высокую прочность; постоянный химический состав больших масс шихтовых материалов.

Железная руда – горная порода, содержащая железо в таком количестве, при котором ее технически и экономически выгодно перерабатывать. Руда состоит из смеси железосодержащих материалов с пустой породой, в состав которой входят различные соединения: кремнезем (SiO2), глинозем (Al2O3, CaO и MgO). Важную роль играет восстановимость руды, которая определяется скоростью восстановления из нее железа и зависит от природы FeO, плотности и пористости руды. Чем плотнее и пористее руда, тем хуже ее восстановимость.

Основными операциями подготовки руд к плавке являются дробление, сортировка, обогащение, обжиг и спекание.

Целью обогащения руд является удаление пустой породы и повышения содержания железа. Обогащение получает все большее распространение. Для обогащения железных руд применяют промывку и магнитную сепарацию, которая состоит в помещении в магнитное поле достаточно измельченной руды; магнит притягивает частицы руды, содержащие оксид железа и обладающие магнитными свойствами от пустой немагнитной породы.

Получаемые после обогащения руд тонко измельченные концентраты не могут быть направлены непосредственно в доменную печь, т.к. они не обеспечивают высокой газопроницаемости шихты. Превращение мелких частиц рудных концентратов в более крупные куски составляет основную цель процессов окускования.

Агломерационная шихта включает следующие компоненты:

1. Рудная часть (концентрат или руда 5-6 мм).

2. Топливо (мелкий кокс до 3 мм, иногда с добавкой каменного угля) содержание 36%.

3. Флюс 5-10% (известняк 0-3 мм, для того, чтобы в течение короткого периода агломерации он успел разложиться). За счет CaO улучшается работа доменных печей и уменьшается удельный расход кокса.