3 Металлургия (Раздаточный материал)
Описание файла
Документ из архива "Раздаточный материал", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "технология конструкционных материалов (ткм)" из , которые можно найти в файловом архиве МГТУ им. Н.Э.Баумана. Не смотря на прямую связь этого архива с МГТУ им. Н.Э.Баумана, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "технология конструкционных материалов (ткм)" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "3 Металлургия"
Текст из документа "3 Металлургия"
МЕТАЛЛУРГИЯ
(производство металлов и сплавов)
Металлургия – область науки или отрасль промышленности, охватывающая различные процессы получения металлов из руд и других материалов, а также процессы, способствующие улучшению свойств металлов и сплавов.
Устройство доменной печи (Рис. 1М)
Доменный процесс основан на восстановлении металла из его окислов. Поэтому в доменной печи создается восстановительная атмосфера.
| |
| 1 – стальной сварной корпус, выложенный изнутри огнеупорным шамотным кирпичом; 2- жидкий шлак; 3- ванна расплавленного металла; 4- фурма; 5- факел пламени; 6- компоненты доменного процесса (шихта, руда, кокс); 7- летка для слива жидкого чугуна; 8- летка для слива жидкого шлака; 9- загрузочное устройство; 10- отвод газов Загрузка печи компонентами доменного процесса осуществляется через верхнюю часть печи с помощью загрузочного устройства 9. Печь работает по принципу противотока. Сверху вниз двигается подготовленная шихта, руда, кокс (поз. 6), а снизу вверх через слой этих материалов, поднимаются химически активные газы. Процесс идет в стальном сварном корпусе 1, выложенным изнутри огнеупорным шамотным кирпичом. Через фурмы 4 вместе с жидким или газообразным топливом подается воздух, нагретый в водонагревателе до Т=1200 оС. Топливо горит на уровне фурм 4, создавая факел пламени 5 с температурой около 2000 оС Газообразные продукты горения поднимаются вверх и отдают шихте, коксу и руде свою тепловую и химическую энергию, а затем отводятся из верхней части домны 10. В состав продуктов горения (доменного газа или, как его еще называют, калашникового газа) входят СО, СО2, N2, H2 . Продукты горения очищаются и используются в качестве топлива для воздухонагревателей. Твёрдые и жидкие продукты реакции (жидкий металл, зола, несгоревшее топливо) опускаются вниз в горн печи. На дне горна накапливается слой жидкого металла 3 , а над ним – слой жидкого шлака 2, который периодически удаляется через летки 7 и 8 соответственно. В нижней части домны происходит восстановление железа из его окислов. В качестве восстановителя выступает газ СО, получаемый в результате горения кокса (косвенное восстановление ) и твердый углерод кокса (прямое восстановление). Процесс восстановления железа из его окислов идет по следующий реакции : Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe. Помимо восстановления происходит насыщение железа углеродом. (Fe3C + C) – чугун. В состав чугуна входит химическое соединение Fe3C (цементит) и С (свободный углерод) Производительность доменной печи - 10000 т за 24 часа В результате доменного процесса получаются литейный и передельный чугуны. Литейный чугун используется для получения фасонных отливок. Из передельного чугуна выплавляют сталь. Кроме чугуна в доменных печах выплавляют ферросплавы – сплавы железа с кремнием, марганцем и другими элементами. Их применяют для раскисления и легирования стали (FeSi; FeMn; FeAl – для раскисления и, редко, для легирования стали; FeCr, FeMо, FeV, FeTi – для легирования стали). Побочными продуктами доменной плавки являются шлак и доменный газ. Из шлака изготовляют шлаковату, цемент, удобрения (стараются получить гранулированный шлак, для чего его выливают на струю воды). Доменный газ после очистки используется как топливо для нагрева воздуха, подающегося в печь. |
3Fe + 2C Fe3C + CТехнико-экономические показатели работы доменных печей
1. Коэффициент использования полезного объёма доменной печи (КИПО) – это отношение полезного объема печи V (м3) к ее среднесуточной производительности Р (т) выплавленного чугуна.
(м3/т)
Чем ниже КИПО, тем выше производительность печи. Для большинства доменных печей КИПО = 0,5…0,7 (для передовых – 0,45)
2.Удельный расход кокса (К) – это отношение расхода кокса за сутки А(т) к количеству чугуна, выплавленного за это же время Р(т).
Удельный расход кокса в доменных печах составляет 0,5…0,7 (для передовых – 0,36…0,4).
Так как стоимость кокса составляет более 50% стоимости чугуна, то показатель K имеет важное значение при оценке эффективной работы печи.
Производство стали
Электродуговая печь (Рис. 2М)
| Рис. 2М Электродуговая печь | 1 – стальной сварной корпус, выложенный изнутри огнеупорным шамотным кирпичом; 2- жидкий шлак; 3- ванна расплавленного металла; 4- свод; 5- электрическая дуга; 6- электроды; 7- источник переменного тока напряжение 380В; 8- летка для слива жидкого шлака и расплавленного металла |
| Процесс идет в стальном сварном корпусе 1, выложенным изнутри огнеупорным шамотным кирпичом. Загрузка печи металлическим ломом (скрапом), твердым чугуном, железной рудой, коксом и известняком (СаСО3) осуществляется при снятом своде 4. После загрузки свод устанавливается на место, опускаются электроды 6 диаметром 150 – 160 мм и зажигается электрическая дуга 5. Для зажигания и поддержания дуги применяется источник переменного тока 7. Под действием теплоты дуги происходит расплавление чугуна, железной руды, кокса и известняка. В результате образуется расплавленный металл 3 и жидкий шлак 2. Слив жидкого шлака и расплавленного металла осуществляется при наклоне электропечи через летку 8. Выплавка стали происходит в три этапа : 1. Загрузка печи, плавление компонентов и наведение шлака. На этом этапе за счет окислов руды происходит окисление углерода С, примесей чугуна (Si, Mn и др.), а также снижение содержания серы и фосфора в результате воздействия СаСО3. С + O2→CO2↑*; Si+O2 →SiO2↑; 2 Мn+O2 →2 МnО↑ CaCO3 → CaO + CO2↑; FeS + CaO → FeO+CaS↑; 2P+5FeO+4CaO → (CaO)4P2O5 ↑ + 5Fe. 2. Раскисление стали Шлак сливают и в печь загружают ферросплавы, содержащие активные раскислители: FeMn, FeSi, а также Al. Мn+FeO→Fe+МnО↑; Si+2FeO→2Fe+SiO2↑; 2Al+3(FeO) =3Fe+(Al2O3) 3. Легирование стали. Шлак сливают и в печь загружают ферросплавы, содержащие легирующие компоненты: FeCr, FeMо, FeV, FeTi Производительность печи 600 тонн за 24 часа. В электродуговых печах выплавляют качественные легированные стали (с пониженным содержанием серы и фосфора). *Примечание. Стрелка означает переход химического соединения в шлак или выход газов в атмосферу. | |
Кислородный конвертер (Рис. 3М)
| Рис. 3М Кислородный конвертер | 1 – стальной сварной корпус, выложенный изнутри огнеупорным шамотным кирпичом; 2- жидкий шлак; 3- ванна расплавленного металла; 4- водоохлаждаемая фурма; 5- опоры. |
| Процесс идет в стальном сварном корпусе 1, выложенным изнутри огнеупорным шамотным кирпичом. В конвертер через горловину загружают металлический лом (скрап) и металлические отходы. Затем заливают жидкий чугун и загружают СаСО3. После этого опускают водоохлаждаемую фурму 4 и в течении 18-30 минут продувают техническим кислородом. В результате интенсивного окисления металла, которое происходит с выделением теплоты, температура в конвертере достигает 2400 оС. Образуется ванна расплавленного металла 3 и жидкий шлак 2. Подача кислорода прекращается и фурма убирается. Слив шлака и расплавленного металла осуществляется при повороте конвертора относительно опор 5. Этапы выплавки: 1. Загрузка конвертера, подача О2, образование жидкого шлака и расплавленного металла, слив шлака. На этом этапе происходит окисление углерода, примесей чугуна, а также снижение в расплаве содержания S и P. 2. Раскисление стали. Раскислители подаются не в конвертер, а на струю расплавленного металла при разливке расплава в разливочный ковш, т.к при подаче в конвертер они выгорят в атмосфере кислорода. 3. Легирование стали Легирующие элементы также вводятся не в конвертер, а в ковш перед разливкой в него стали. Производительность конвертера 600 тонн за 24 часа В конвертере выплавляются низкоуглеродистые и низколегированные стали обычного качества. | |
Мартеновская печь (Рис. 4М)
| Рис. 4М Мартеновская печь |
| 1 – стальной сварной корпус, выложенный изнутри огнеупорным шамотным кирпичом; 2- жидкий шлак; 3- ванна расплавленного металла; 4- фурма; 5- факел пламени; 6- летка для слива расплавленной стали; 7- летка для слива жидкого шлака; 8- загрузочное окно; 9- очистное устройство; 10- регенератор Процесс идет в стальном сварном корпусе 1, выложенным изнутри огнеупорным шамотным кирпичом. В печь через загрузочное окно 8 загружают железную руду, стальной лом (скрап), известняк CaCO3. Затем эти компоненты подогревают воздухом, нагретым с помощью регенератора 10 до Т= 1200 оС. После этого в печь заливают жидкий чугун и через фурмы 4 подают топливо (мазут, природный газ). Топливо, сгорая, образует факел пламени 5, температура которого около 2000 °С. Образуется расплавленный металл 3 и жидкий шлак 2. Слив жидкого шлака и расплавленного металла выполняется через летки 6 и 7 соответственно. Отработанные газы очищаются в очистном устройстве 9 и выводятся в атмосферу. Этапы выплавки такие же, как и при электродуговой плавке. Производительность 600 тонн стали за 24 часа В мартеновских печах выплавляют легированные стали обычного качества. |
Сталеплавильный агрегат непрерывного действия (САНД) (Рис. 5М)
(Бездоменная обработка руды)
| Рис. 5М Сталеплавильный агрегат непрерывного действия (САНД) (Бездоменная обработка руды) |
| 1- фурма для подачи газов; 2- фурма для подачи охлажденного воздуха; 3- бункер; 4- летка для слива расплавленного металла; 5- летки для слива жидкого шлака; 6 – магнитный сепаратор для разделения магнитного металла и немагнитного шлака; 7 – жидкий шлак; 8 – расплавленный металл; 10 – электрическая дуга Железная руда и флюс (9) загружаются в САНД с помощью транспортера. Для того, чтобы снизить насыщение металла углеродом (см. доменный процесс), кокс заменяют газом СО или Н2, которые восстанавливают Fe из окислов железной руды. Газы CO и Н2 подаются через фурму 1. Восстановление железа происходит на уровне фурмы 1 при Т= 1000-1100 °С. В результате получается пористое железо с содержанием Fe около 95%, которое называется концентратом. После охлаждения воздухом, подающимся через фурму 2, концентрат попадает в бункер 3, а оттуда – в электродуговую печь, где происходит расплавление концентрата. В расплавленный металл перед его разливкой в ковш добавляют CaO с целью снижения в расплаве содержания серы и фосфора. Раскисление и легирование металла выполняется в ковше после разливки в него расплавленного металла. Производительность САНД 10000 тонн за 24 часа. В САНД выплавляют легированные стали обычного качества. |
Разливка стали
Из сталеплавильного агрегата сталь выпускается в сталеразливочный ковш (рис.6М), который мостовым краном переносят к месту разливки стали.
| Рис. 6М Сталеразливочный ковш | 1. Стальной сварной корпус 2. Огнеупорный шамотный кирпич 3. Керамический стакан 4. Отверстие для выпуска стали 5. Пробка из огнеупорного металла 6. Стальная штанга 7. Трубка из огнеупорного металла (конструкция, состоящая из поз. 5; 6; 7 наз. стопором) 8. Цапфы для транспортировки ковша 9. Слой жидкого шлака 10. Расплавленный металл 11. Рычажный механизм для подъема и опускания стопора при разливке стали |
| Емкость ковша от 5 до 480 т | |
Из сталеразливочного ковша сталь разливают в изложницы (рис.7М).
Изложницы- это чугунные формы для изготовления слитков (слиток – заготовка для получения проката).
| Рис. 7М Сечение изложниц |
| Предварительно на рабочую поверхность изложниц наносятся специальные покрытия(окись цинка, мел тальк, графит), обеспечивающие антипригарные свойства, и изложницы подогреваются до Т= 50-60 °С. Изложницы могут иметь квадратное (а), прямоугольное (б), круглое (в) и многогранное сечение (г). Из слитков квадратного сечения получают сортовой прокат, из прямоугольного – лист. Из слитков круглого сечения изготавливают заготовки типа тел вращения, в том числе трубы. Многогранные слитки используют для получения поковок. |
Способы разливки стали
