Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Такое соединение называют шлаком. Он имеет меньшую плотность, чемметалл, поэтому располагается над металлом, защищая металл от печных газов ивоздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотныеоксиды SiО2, Р2О5 и основным, если в его составе больше основных оксидов –СаО, MgО.Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего слоя(футеровки) металлургических печей. Они должны:- выдерживать нагрузки при высоких температурах;- противостоять резким изменениям температур, химическому воздействиюшлака и печных газов.Огнеупорность материала определяется температурой его размягчения.По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на:- кислые;- основные;- нейтральные.Кислые – это материалы, содержащие значительное количество кремнеземаSiO2.
Например, кварцевый песок (95% SiО2), динасовый кирпич.Основные – это материалы, содержащие основные оксиды (СаО, MgО).Например, магнезитовые кирпич, порошок.Нейтральные – это материалы, содержащие большое количество Al2O3 иCr2O3. Например, хромомагнезитовые, шамотные кирпичи.При высоких температурах футеровка печи взаимодействует с флюсами ишлаками. Если в печи, имеющей футеровку, выложенную основным огнеупорнымматериалом, применять кислые флюсы, то в процессе плавки образуются кислыешлаки, которые, взаимодействуя с основной футеровкой, будут разрушать ее.
Тоже произойдет, если в печи, выложенной огнеупорными материалами из кислыхоксидов, применить основные флюсы. Поэтому в печах с кислой футеровкойиспользуют кислые шлаки, а в печах с основой – основные.Высокой огнеупорностью обладают углеродистые материалы, содержащиедо 92% углерода в виде графита. Материалы применяются в виде кирпичей,блоков для кладки лещади доменных печей, электролизных ванн для полученияалюминия, тиглей для наплавки медных сплавов.2.2 Материалы, применяемые для получения чугунаДля выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды,топливо, флюсы в виде специально подготовленной смеси (шихты).
Придоменной плавке могут использоваться также отходы производства, содержащиеFe, Mn, CaO, MgO. К ним относят колошниковую пыль, окалину, сварочный имартеновский шлаки.2.2.1 Железные рудыЖелезные руды представляют собой горные породы, из которых при данномуровне развития техники, экономически целесообразно извлекать железо.Верхняя зона земной коры мощностью около 16 км содержит в среднем 4,9% Fe,входящего в состав более 350 минералов горных пород.
Такие широкораспространенные горные породы как гранит, базальт содержат 3 – 9% Fe.Однако, в настоящее время столь бедные железом породы, пока не используются.Железо в земной коре в чистом виде не встречается, а находится обычно всоединениях с кислородом, так как обладает сравнительно большим сродством ккислороду.В природе в большинстве случаев, железо встречается в виде:− магнитной окиси железа Fe3О4 (магнитный железняк или магнетит);− безводной окиси железа Fe2O3 (красный железняк или гематит);− водной окиси железа Fe2O3 ⋅ nH2O (бурый железняк или гетит);− соединения железа с двуокисью углерода FeСO3.Магнитная окись железа в рудах представлена минералом магнетитом.Руду, содержащую в основном магнетит, называют магнитным железняком.Магнетит можно рассматривать как закись-окись железа FeO ⋅ Fe2О3. Поддействием влаги и кислорода атмосферы закись железа в молекуле FeO ⋅ Fe2О3реагирует с кислородом воздуха, переходя в безводную окись железа Fe2О3.Образовавшийся минерал по составу является гематитом, но отличаетсякристаллической решеткой и называется мартитом.
Поэтому магнетит вприродных условиях всегда окислен. Для характеристики окисленностимагнетита принято пользоваться отношением Feобщ / FeFeO. В чистом магнетите этоотношение равно 3,0. Обычно к магнитным железнякам относят руды, в которыхэто отношение меньше 3,5. При отношении равном 3,5 – 7,0, руды относят кполумартитам, а при отношении, большим 7 – к мартитам.Магнитный железняк встречается обычно в виде крепких кусковых руд. Онсодержит: 55 – 60 % Fe, 0,02 – 2,5 % S, 0,02 – 0,7 % Р и обычно кислую пустуюпороду (SiO2, Al2О3). Магнетит характеризуется высокой магнитнойвосприимчивостью, и поэтому магнитные железняки можно обогащать электромагнитным способом.Безводная окись железа в рудах представлена минералом гематитом. Руду,содержащую в основном гематит называют красным железняком, являющимсяпродуктом выветривания магнитных железняков или в значительной степениокисленным магнетитом. Руды бывают кусковатые, иногда пылевидные.
Вплотных породах цвет гематита меняется от стального до стально-черного. Дляпылевидных руд характерен красный цвет.Красный железняк содержит 50 – 60% Fe, и обычно в таких рудахсодержится мало серы и фосфора. Пустая порода таких руд обычно состоит изSiO2 и Al2O3.Водная окись железа представлена в рудах обычно минералами лимонитомили гетитом. Руды, содержащие эти минералы называются бурыми железняками(общая формула Fe2O3 ⋅ nH2O).
Бурый железняк образуется при окислениижелезных руд других типов. Он наиболее распространен в земной коре, ноиспользуется сравнительно в небольшом количестве, так как трудно поддаетсяобогащению. В добываемых рудах обычно содержится 25 – 50% Fe и повышенноеколичество фосфора (0,5 – 1,5% Р). Состав руды бывает разнообразен не только вразличных, но и в пределах одного месторождения.Бурые железняки, наиболее легко восстанавливаемые руды, благодарямалой плотности и большой пористости. В большинстве случаев руды загрязненывредными примесями – фосфором, серой, мышьяком. Пустая порода глинистая,иногда кремнисто-глинистая.Карбонат железа представлен в руде минералом сидеритом илиуглекислым железом FeCO3, и руды, содержащие в основном сидерит,называются шпатовыми железняками.
В рудах содержится 30 – 40% Fe. Частосидериты содержат серу.Кроме указанных соединений железа, в рудах присутствуют различныесоединения пустой породы и примеси, которые в зависимости от вида плавкимогут быть полезными и вредными.Полезными примесями являются марганец, никель, хром, ванадий.Марганец улучшает механические свойства чугуна и стали, способствуетудалению серы при десульфурации жидкого металла. Никель и хром повышаюткоррозионную стойкость стали. Благоприятное воздействие на качество сталиоказывают ванадий и титан.Вредными примесями являются сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец, медь.Сера придает металлу красноломкость, снижая его механические свойства.Фосфор вызывает в металле хладноломкость, ухудшая свойства металла принизких температурах.
Мышьяк понижает свариваемость металла, ухудшаетмеханические свойства. Кроме того, является сильным ядом и присутствие егонедопустимо в металлоизделиях, применяемых в пищевой промышленности(емкости для варки пищи, консервные банки). Цинк и свинец не растворяются вчугуне, поэтому они не могут влиять на его качество. Однако, цинк при плавкевозгоняется и пары его, проникая в швы кладки, приводят к увеличению ееобъема и разрушению кожуха печи.
Свинец также способствует разрушениюфутеровки печи. Медь понижает свариваемость металла и придает емукрасноломкость.Однако, в некоторых случаях, фосфор и медь могут являться полезнымипримесями. Например, при выплавке некоторых марок стали.Пустая порода руд преимущественно состоит из SiO2, Al2O3, СаО и MgО,которые находятся в виде различных соединений. Для доменной плавкижелательно, чтобы отношение (СаО + MgО) / (SiO2 + Al2O3) ≈ 1. В этом случаеснижается или отпадает совсем потребность во флюсе, увеличиваетсяподвижность доменных шлаков.
В природе такие руды встречаются очень редко иназываются самоплавкими.2.2.2 Подготовка железных руд к доменной плавкеСовременное доменное производство предъявляет к железоруднымматериалам очень высокие требования. Эти материалы должны:− иметь высокое содержание железа;− низкую концентрацию вредных примесей;− оптимальный размер кусков (20 – 40 мм);− высокую прочность, чтобы при транспортировке и в ходе плавкикуски не разрушались с образованием мелких фракций;− иметь постоянный химический состав больших масс материалов.Железорудные материалы в естественном состоянии этим требованиям неудовлетворяют. Большинство руд имеют невысокую концентрацию железа илисодержат большое количество пустой породы. При плавке таких руд образуетсябольшое количество шлака, требующего повышенного расхода кокса.
Некото-рыеруды содержат вредные примеси, снижающие качество металла или тре-бующиедополнительного расхода на их удаление.При добыче руд образуются очень крупные куски (до 1500 мм), присутствие которых в шихте снижает скорость восстановления и теплопередачи, а так-жемного мелочи (до 10 мм), ухудшающей газопроницаемость шихты и вызывающей снижение хода процесса восстановления и, следовательно, производительности доменной печи.Большинство месторождений железных руд имеют неодинаковый химический состав, даже в пределах одного забоя.Все это требует специальной подготовки руд перед загрузкой их в доменную печь.
Основными способами подготовки руд являются:- дробление для уменьшения размеров кусков руды и сортировка поклассам крупности;- обогащение для снижения содержания пустой породы;- усреднение, в результате которого уменьшаются колебания химическо-госостава руд;- окускование, благодаря которому становится возможным использова-ниепылевидных и мелкокусковатых материалов.Дробление и измельчение. Добываемая из земных недр руда подвергаетсядроблению и измельчению, так как величина крупных кусков при добыче превышает размеры кусков руды, допустимых по условиям технологии доменнойплавки.Для крупного и среднего дробления используют установки, называемыедробилками, а для тонкого измельчения применяют мельницы.
Дробление иизмельчение – дорогостоящий и энергоемкий процесс. Стоимость процессадробления и измельчения руды составляет от 35 до 75% от расходов на весь циклобогащения. Поэтому всегда желательно соблюдать принцип “не дробить ничеголишнего”, то есть дробить руду только до нужных размеров. Для соблю-денияэтого принципа процесс дробления разделяют на несколько стадий, испо-льзуядля каждой стадии подходящий тип дробилки, и перед каждой из них проводятклассификацию с целью выделения готовых по размеру кусков и ме-лочи, чтобыне подвергать их повторному дроблению. Различают следующие стадиидробления:- крупное дробление от 1500 до 250 мм;- среднее дробление от 250 до 50 мм;- мелкое дробление от 50 до 5 мм;- тонкое измельчение до 0,04 мм.Дробление выполняется следующими методами:- раздавливанием;- истиранием;- раскалыванием;- ударом;- сочетанием перечисленных способов.Для крупного и среднего дробления используют в основном щековые иконусные дробилки, для мелкого дробления – валковые и молотковые, а длятонкого измельчения – шаровые мельницы.Щековая дробилка (рисунок 1) состоит из трех основных частей:- неподвижной вертикальной плиты, называемой неподвижной щекой;- подвижной щеки, подвешенной в верхней части;- кривошипно-шатунного механизма, сообщающего подвижной щекеколебательные движения.Материал в дробилку загружают сверху.
При сближении щекпроисходит разрушение кусков. При отходе подвижной щеки раздробленныекуски опускаются под действием собственного веса и выходят из дробилкичерез разгрузочное отверстие.Конусные дробилки (рисунок 2) работают по такому же принципу, что ищековые, но отличаются от них по конструкции.Конусная дробилка состоит из:- неподвижного конуса;- подвижного конуса, подвешенного в верхней части;- привода.Ось подвижного конуса входит эксцентрично во вращающийсявертикальный стакан, благодаря чему подвижный конус совершаеткругообразные движения внутри большого. При приближении подвижного конусак какой-то части неподвижного происходит дробление кусков.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
