Санкт-Петербургский государственный политехнический университет.

Факультет технологии и исследования материалов.

Отчет по общеметаллургической

практике.

Выполнил студент группы 4065/2

Жаворонков С. В.

Санкт-Петербург

2002

Оглавление.

1. Введение…………………………………………………………….3

2. Доменное производство………………………………………….6

3. Доменный процесс………………………………………………...7

4. Агломерационное производство………………………………..8

5. Коксохимическое производство………………………………..11

6. Сталеплавильное производство……………………………….12

7. Кислородно-конвертерное производство…………………….13

8. Мартеновское производство……………………………………14

9. Электросталеплавильное производство……………………..15

10. Электрошлаковый переплав………………………………..21

11. Обработка металлов давлением…………………………...21

12. Порошковая металлургия…………………………………...23

13. Термообработка………………………………………………26

14. Заключение……………………………………………………28

15. Литература…………………………………………………….29

Введение.

Роль и значение чёрной металлургии определяются в первую очередь тем, что она служит фундаментом для развития машиностроения.

Чёрная металлургия охватывает весь процесс от добычи и подготовки сырья, топлива, вспомогательных материалов до выпуска проката с изделиями дальнейшего передела. В ее состав входят: добыча, обогащение и агломерация железных, марганцевых и хромитовых руд; производство чугуна, доменных ферросплавов, стали и проката; производство электроферросплавов; вторичный передел чёрных сплавов; коксования угля; производство огнеупоров; добыча вспомогательных материалов (флюсовых известняков, магнезита и др.); выпуск металлургических изделий производственного назначения. В этом комплексе стержнем служит собственно металлургический передел (чугун-сталь-прокат). Остальные производства – смежные, сопутствующие.

Россия по выплавке чёрных металлов в конце 80-х годов занимала второе место после Японии. Затем произошел спад производства в связи с общей кризисной ситуацией.

В 1994 г. Россия дала 36,1 млн. т чугуна, 48,8 млн. т стали, 35,8 млн. т готового проката, 3,6 млн. т стальных труб. Добыча железной руды составила 73,3 млн. т, а производство кокса – 25,4 млн. т.

Для чёрной металлургии, включающей несколько переделов, особенно актуально совершенствование технологической структуры производства. Россия, где черная металлургия исторически играла приоритетную роль, заметно отстала за последнее время от США и Японии в перестройке технологической структуре. Это тем более важно учитывать, потому что металлургическое производство именно в силу специфики технологии обладает значительной инерционностью.

В Японии, например, из общего объема выплавки стали свыше 2/3 приходиться на кислородно-конвертерную и около 1/3 – электросталь, а мартеновский способ давно уже прекратил свое существование. Между тем у нас он до сих пор господствует, давая более 1/2 стали, а электросталь составляет только 15% ее суммарного производства.

Исключительно важно освоение в промышленных масштабах технологии производства получения железа из руд методом прямого восстановления. На территории Курской магнитной аномалии (КМА) в настоящее время уже действует Оскольский электрометаллургический комбинат, проектная мощность которого 5 млн. т металлизованных окатышей и 2,7 млн. т проката в год.

По уровню концентрации производства черных металлов Россия опередила многие промышленные развитые страны, в том числе США. Свыше 3/4 чугуна и 2/3 стали, примерно 3/5 проката выпускается у нас предприятиями с ежегодной производительностью более 3 млн. т каждое.

На восьми самых крупных предприятиях – Магнитогорском, Нижнетагильском, Челябинском и Орско-Халиловском (Урал), Череповецком (Север), Новолипецком (Центрально-Черноземный район), Западно-Сибирском и Кузнецком (Западная Сибирь) комбинатах – производиться 9/10 всего чугуна, свыше 4/5 стали (в том числе вся конвертерная и более 4/5 разливаемой на МНЛЗ) и свыше 4/5 – проката. Эти предприятия перерабатывают более 9/10 железной руды и 2/5 вторичного сырья.

Характерно также сильно развитое производственное комбинирование. Особенно большую выгоду дает комбинирование металлургического передела с коксованием угля. В России свыше 95% всего кокса выпускается металлургическими заводами. Современные крупные предприятия черной металлургии по характеру внутренних технологических связей представляют собой металлурго-энергохимические комбинаты.

Комбинаты – основной тип предприятий черной металлургии большинства индустриально развитых стран. В России предприятия с полным циклам дают примерно 9/10 чугуна, стали и проката. Кроме того, есть заводы, выпускающие чугун и сталь или сталь и прокат (включая трубные и метизные заводы), а также раздельно чугун, сталь и прокат. Все предприятия без выплавки чугуна относятся к так называемой передельной металлургии. Особое положение по технико-экономическим параметрам занимают предприятия с электрометаллургическими производством стали и ферросплавов. Наконец выделяется (производство стали и проката на машиностроительных заводах).

Черная металлургия с полным технологическим циклом служит важным районообразующим фактором. Кроме многочисленных производств, возникающих на основе утилизации разного рода отходов при выплавке чугуна и коксовании угля, она притягивает к себе сопутствующие отрасли.

Наиболее типичные спутники черной металлургии: а) тепловая электроэнергетика, прежде всего установки, которые входят в состав металлургических комбинатов и могут работать на побочном топливе (излишки доменного газа, коксик, коксовая мелочь); б) металлоемкое машиностроение (металлургическое и горное оборудование, тяжелые станки, металлоконструкции, локомотива и др.).

Металлургия полного цикла, передельная металлургия и по условиям размещения отличаются друг от друга. В размещении металлургии полного цикла особенно большую роль играет сырье и топливо, на которые приходиться 85-90% всех затрат по выплавке чугуна, из них примерно 50% - на кокс и 35-40% - на железную руду. Практически на 1 т чугуну расходуются 1,2-1,5 т угля (с учетом потерь в процессе обогащения и коксования), не менее 1,5 т железной руды (в зависимости от содержания), свыше 0,5 флюсовых известняков и до 30 м3 оборотной воды. При современных масштабах металлургического производства все это свидетельствует о важности взаимного транспортно-географического положения сырьевых и топливных баз, источников водоснабжения и вспомогательных материалов. Особенно велика роль сочетаний железных руд и коксующих углей.

Разведанные запасы железных руд по категориям А+В+С (на 1 января 1991 г.) составляет в России 55,6 млрд. т. Из этого количества почти 4/5 приходиться на европейскую часть и Урал, остальное – на восточные районы.

Основные ресурсы железных руд сосредоточенны в пределах КМА (21,6 млрд. т), где находятся такие месторождения мирового значения, как Лебединское, Стойленское, Михайловское и Яковлевское. Великие железорудные ресурсы Урала (почти 7,5 млрд. т), в пределах которого особенно выделяется Качканарская группа месторождений(3,5 млрд. т).

На третьем месте – Восточная Сибирь (5,3 млрд. т) с Коршуновским и Рудногорским месторождениями в Ангаро-Илимском бассейне и Абаканской группой месторождений. Затем идут Дальний Восток (4,5 млрд. т), Северный район (2,8 млрд. т), где известны Ено-Ковдорское, Костамукшское и другие месторождения, и Западная Сибирь (1,8 млрд. т).

Наиболее значительные ресурсы марганцевых руд представлены Западной Сибири (Усинское месторождение), а хромитовых руд – на Урале (месторождение Сараны).

По производству товарной железной руды (главным образом в виде агломерата, концентрата И окатышей) резко выделяется Центрально-Черноземный район (свыше 2/5 общего объема). Остальное количество приходиться на Урал (1/5), Северный район (1/5), Восточную и Западную Сибирь.

Вместе с вовлечением в оборот бедных руд, особенно железистых кварцитов, расширился фронт открытой добычи металлургического сырья. В настоящее время таким способом разрабатывают более 4/5 всех железных руд.

Черная металлургия с полным технологическим циклом тяготеет в зависимости от экономической целесообразности к источникам сырья (Урал, центральные районы европейской части) и топливным базам (Кузбасс) или, наконец, к пунктам, находящимся между ними (Череповец).

Передельная металлургия ориентируется в основном на источники вторичного сырья (отходы металлургического производства, отходы от потребляемого проката, амортизационный лом) и на места потребления готовой продукции, поскольку наибольшее количество металлического лома накапливается в районах развитого машиностроения. Еще теснее взаимодействует с машиностроением .

Особыми чертами размещения отличается производство ферросплавов и электросталей. Ферросплавы – сплавы железа с легирующими сплавами (марганцем, хромом, вольфрамом, кремнием и др.), без которых вообще немыслимо развитее качественной металлургии, - получают в доменных печах и электрометаллургическим путем. В первом случае производство ферросплавов осуществляется на металлургических предприятиях полного цикла, а также с двумя (чугун-сталь) или одним (чугун) переделом, во втором – их производство представлено специализированными заводами.

Электрометаллургия ферросплавов из-за высоких расходов электроэнергии (до 9 тыс. кВт ч на 1 т продукции) оптимальные условия находит в тех районах, где дешевая энергия сочетается с ресурсами легирующих металлов (например, Челябинск). Производство электросталей развито в районах, располагающих необходимыми источниками энергии и металлического лома.

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.

В
осстановление 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.