Реферат

На тему: Производство металлов и их сплавов

Содержание

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

МЕДЬ И ЕЁ СВОЙСТВА

АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ

ТИТАН, МАГНИЙ И ИХ СПЛАВЫ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ ЗАГОТОВОК ПЕРЕД ОМД

ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Исходные материалы

Железо в чистом виде редко находят в поверхностных слоях земной коры. Благодаря большой склонности к окислению в земной коре встречаются обычно окислы железа в смеси с окисленными соединениями других элементов.

Насчитывается около 200 различных минералов, содержащих железо. Ведущие геологи академики В. И. Вернадский и А. П. Виноградов считают, что в земной коре (до глубины 16 км) содержатся примерно 5% железа в виде окислов, карбонатов, сульфидов и других соединений. В отдельных местах земной коры имеются значительно большие скопления соединений железа. Наиболее крупные и богатые окисленными соединениями железа скопления минералов называют месторождениями железных руд.

Рудами называют горные породы, которые технически возможно и экономически целесообразно перерабатывать для извлечения содержащихся в них металлов.

К железным рудам относят красный, бурый, магнитный и шпатовый железняки.

Эти руды содержат значительное количество рудного вещества или соединений железа, из которого оно извлекается, и относительно небольшое количество пустой породы, легко отделяющейся при переработке.

В зависимости от количества рудного вещества различают богатые и бедные руды. Железные руды принято называть богатыми, если они содержат более половины железа.

Пустой породой руды называют такие минералы, которые не вносят серьезных технологических осложнений в металлургическую переработку и легко отделяются от рудных минералов или в процессе обогащения (см. ниже), или переходят в шлаки при плавке.

Пустой породой в железных рудах чаще всего являются: кремнезем, каолин, реже доломит и магнезит. Основными рудообразующими минералами железа являются гематит, лимонит, магнетит и сидерит.

Красный железняк (гематит) содержит железо главным образом в виде Fe₂O₃ — безводной окиси железа. Пустой породой в нем обычно бывает кремнезем. Содержание железа в красных железняках составляет 45—65% при малом содержании вредных примесей. Красный железняк хорошо восстанавливается в доменных печах.

Бурый железняк (лимонит) содержит железо в форме водных окислов типа Fe₂O₃-mH₂O с переменным количеством гидратной влаги.

Собственно лимонитом обычно называют минерал, содержащий 57,14% Fe₂O₃ и 25,3% Н₂О и имеющий желтую окраску. Обычно бурый железняк содержит 25—50 % Fe, но гидратная влага, легко удаляемая при плавке, делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению. Ее пустая порода обычно состоит из глины.

Магнитный железняк (магнетит) содержит железо главным образом в виде Fe₃O₄ (закись-окись железа), обладающей хорошо выраженными магнитными свойствами. Магнетиты содержат железа от 40 до 70% и являются наиболее богатыми железными рудами, но восстанавливаются труднее других руд, так как являются плотными горными породами.

Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли FeCO₃. Его пустая порода содержит алюмосиликаты и магнезит, а содержание железа колеблется от 30 до 37%. Для повышения процента железа эти руды перед плавкой обжигают, удаляющийся при этом углекислый газ делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению.

Для производства чугуна, кроме железных руд, требуются и другие материалы. К ним в первую очередь следует отнести марганцевую руду, флюсы и кокс.

Марганцевые руды загружаются вместе с железными рудами в доменную печь, если поступающая на плавку железная руда содержит недостаточное количество марганца для получения чугуна необходимого качества. Флюсы вводят в доменную печь для того, чтобы и не допустить «зарастания» рабочего пространства печи и обеспечить плавку пустой породы руды и золы топлива при необходимой температуре: не слишком высокой, чтобы не тратить много топлива и не слишком низкой, при которой окислы железа еще не успевают восстановиться. Количество и характер добавляемых флюсов зависят от количества и химического состава пустой породы и определяются расчетным путем. Так как пустая порода железных руд обычно содержит кремнезем, в качестве флюса в доменных печах часто применяют известняк СаСО3, содержащий минимальное количество вредных примесей.

Каменноугольный кокс в современном доменном производстве играет двоякую роль. Во-первых, служит топливом и обеспечивает нагрев печного пространства до необходимой температуры и, во-вторых, обеспечивает восстановление окислов железа (см. ниже). Благодаря своей большой механической прочности, пористости и значительной теплотворной способности он применяется теперь повсеместно и почти вытеснил применявшийся ранее для этих целей древесный уголь. Каменноугольный кокс содержит 82—88% твердого углерода, от 5 до 10% золы, однако всегда содержит и серу от 0,5 до 2,0%.

Исходные материалы для производства ЧУГУНА.

Подготовка железных руд к плавке.

Огнеупорные материалы

Материалы, применяемые для футеровки рабочего пространства этих аппаратов, называют огнеупорными (огнеупорами). Их изготовляют главным образом из устойчивых природных минералов, придавая им форму кирпичей, порошков и различных фасонных изделий. По химическим свойствам огнеупорные материалы делят на кислые, основные и нейтральные.

Характерным кислым огнеупором является динасовый кирпич, изготовляемый из кварца (93—96% SiO2) с небольшой добавкой извести (2—3% СаО) для связи. Он имеет огнеупорность (температуру размягчения под действием собственного веса) 1650— 1730°С и применяется для кладки печей, работающих с кислыми шлаками, содержащими большое количество SiO₂.

Характерным основным огнеупором является магнезитовый кирпич, изготовляемый из обожженного при- высокой температуре природного магнезита (91—94% MgO, остальное СаО, A12OS, SiO2, Fe2O3). Кроме того, широко применяется в виде дробленого и обожженного природного минерала основной огнеупор — доломит (СаО -f MgO). Основные огнеупоры стойки к известковым (основным) шлакам и пыли до температуры 1800—1900° С.

К нейтральным можно отнести углеродистые огнеупоры, выдерживающие нагрев до 2000° С и мало взаимодействующие с очень агрессивными шлаками. Их изготовляют из антрацита и других чистых углеродистых материалов. Они содержат около 90% углерода и делятся на угольные и графитовые. Из них делают тигли, электроды или ими футеруют электролизные ванны для получения алюминия и отдельные части других печей.

Нейтральными являются хромиты, изготовленные из природного хромистого железняка. Хромитовый кирпич содержит примерно 30% Сг2О3 и по 25% MgO и Fe2O3.

Устойчивым огнеупором является хромомагнезитовый кирпич, изготовляемый из смеси хромита и магнезита; его химические свойства приближаются к нейтральным при содержании хромита не менее 28%, с меньшим содержанием хромита эти огнеупоры имеют слабо основной характер.

Наиболее распространенным и дешевым огнеупором является шамот, изготовляемый из обожженной глины (каолинита Аl₂О₃2SiO₂-2H₂O), его химические и огнеупорные свойства изменяются в широких пределах в зависимости от химического состава. Шамоты, содержащие менее 60% SiO₂ и 40% А1₂О₃, устойчивы против кислых и основных шлаков и практически почти нейтральны. Шамоты, содержащие более 60% SiO₂ и 30% А1₂О₃, обладают слабо выраженными кислотными свойствами, а глинистые огнеупоры, содержащие более 65% SiO₂, принято называть полукислыми; они обладают наименьшей огнеупорностью, но дешевы.

Высокоглиноземистые огнеупоры (А1₂О₃ более 45%) обладают очень высокой огнеупорностью (до 2000° С), высокой стойкостью к перепаду температур и большей устойчивостью против кислых и основных шлаков, но стоят они дорого.

Обогащение руд

Обогащением называют обработку руды, не изменяющую химического состава основных минералов и их агрегатного состояния. Обогащением из руды отделяют часть пустой породы, в результате в оставшейся части, называемой концентратом, процентное содержание рудной массы увеличивается. Отделенную от руды пустую породу называют хвостами, если она не представляет никакой ценности, при обогащении ее отбрасывают. В технике в зависимости от характера рудных минералов применяют много различных способов обогащения. Наиболее известны и широко применяются: рудоразборка, магнитное, гравитационное и флотационное обогащение.

Магнитное обогащение применяют к минералам, имеющим большую магнитную восприимчивость. Такие минералы отделяют магнитом или электромагнитом от других минералов. По степени притягиваемости магнитом различают: минералы сильномагнитные, среднемагнитные, слабомагнитные и немагнитные.

Аппараты, применяемые для магнитного обогащения, называют магнитными сепараторами. Если необходимо магнитное обогащение крупных кусков (120—150мм), используют магнитные сепараторы, работающие в воздушной среде. Для мелких кусков (менее 8 мм) применяется как сухая, так и мокрая магнитная сепарация.

Гравитационное обогащение основано на различии в плотности и скорости падения зерен минералов в жидкостях и на воздухе. Простейшим ее видом является промывка водой железных руд для отделения песчано-глинистой пустой породы.

Однако больший эффект можно достичь, применяя отсадочные машины или концентрационные столы.

Подготовка материалов к доменной плавке

Доменная печь работает нормально, если она загружена кусковым материалом оптимального размера. Слишком крупные куски руды и других материалов не успевают за время их опускания в печи прореагировать в их внутренних слоях и при этом часть материала расходуется бесполезно; слишком мелкие куски плотно прилегают друг к другу, не оставляя необходимых проходов для газов, что вызывает различные затруднения в работе, наиболее удобным материалом для доменной плавки являются куски от 00 до 80мм в поперечнике.