123272 (598571), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Конвертерная сталь относится к стали обыкновенного качества. Такая сталь идет для получения проката различного профиля — листов, прутков, трубного проката, уголков и т. д. Кислородное конвертирование — перспективный процесс, поскольку с его помощью в последние годы освоено получение качественной стали.
2.2 Выплавка стали в мартеновских печах
Процесс выплавки разработан французскими металлургами Э. и П. Мартенами. Он отличается более высокой по сравнению с конвертированием температурой, развиваемой в плавильном пространстве печи, — 1800—1900°С, что позволяет перерабатывать чугун в твердом, жидком состоянии, стальные отходы металлургического и машиностроительного производства. В состав шихты могут входить железная руда, флюсы, марганец. В качестве топлива в мартеновском процессе используется природный газ.
Мартеновская печь (рис. 3) работает следующим образом.
Шихта через загрузочные окна 1 загружается в плавильное пространство 2, выложенное огнеупорным кирпичом. Природный газ и воздух, образующие факел для расплавления
Рис. 3. Мартеновская печь
Готовая сталь выпускается через отверстие — летку, расположенную в задней стенке печи. Различают два варианта мартеновского процесса: скрап-процесс и скрап-рудный процесс.
При скрап-процессе шихта на 60—80% состоит из стального лома и на 20-40% — из чушкового чугуна. Такой процесс используется на металлургических заводах, где нет доменных печей. Скрап-процесс позволяет вводить в состав стали легирующие добавки (марганец, хром, ванадий и др.), улучшающие качество стали.
При скрап-рудном процессе шихта состоит на 60—75% из жидкого чугуна, небольшого количества железной руды и металлического лома. Этот процесс используется на металлургических заводах, имеющих доменные печи. Скрап-рудный процесс — наиболее распространенный процесс плавки.
Емкость мартеновских печей достигает 900 т. Время плавки составляет 3—6 часов. Достоинством мартеновского способа является возможность широкого использования в составе шихты металлического лома и получения качественной стали. Основными недостатками мартеновского процесса следует считать значительную продолжительность плавки и большой расход топлива.
2.3 Выплавка стали в электрических печах
Электросталеплавильный процесс, появившийся в конце XIX в., благодаря поддержанию в плавильном пространстве повышенной температуры (порядка 2000 °С и выше),обеспечивает получение стали более высокого качества по сравнению с конверторным и мартеновским процессами. Высокая температура дает возможность полнее удалять примеси, вводить в состав стали тугоплавкие легирующие металлы, значительно повышающие ее прочность, твердость и коррозийную стойкость.
Электрические плавильные печи разделяются на дуговые и индукционные.
Дуговая электрическая печь (рис, 4) состоит из стального кожуха, футерованного огнеупорным кирпичом. Сверху через отверстия в своде печи введены угольные электроды, Шихта загружается через загрузочное окно 1. Шихта плавится под воздействием высокой температуры, создаваемой электрической дугой, возникающей при прохождении электрического тока между электродами 2 и шихтой 3. Готовую сталь выпускают по желобу летки 4 при наклоне печи, осуществляемом с помощью поворотного механизма 5.
Рис. 4. Дуговая электрическая печь
Рис. 5 Индукционная электрическая печь
Емкость дуговых печей колеблется от 0,5 до 400 т, длительность плавки составляет 3-6 часов,
В индукционной печи (рис, 5) плавка осуществляется в тигле из огнеупорного материала 1. Вокруг тигля располагается спиральный индуктор 2, изготовленный из медной трубки, в которой циркулирует охлаждающая вода.
При прохождении тока через индуктор в шихте 4 наводятся мощные вихревые токи, которые обеспечивают плавление шихты. Шихтовые материалы загружаются сверху. Для выпуска готовой стали тигель наклоняют в сторону сливного желоба 3,
В индукционных печах выплавляют особо высококачественные стали. Вместимость печей составляет от десятков килограммов до 2—5 т металла. Продолжительность одной плавки составляет от 0,5 до 2,5 часов.
Электрометаллургический процесс - основной способ производства высококачественных и особо высококачественных и особо высококачественных сталей. Вместе с тем, себестоимость электростали значительно выше конверторной и мартеновской стали. Недостатком электрических печей является относительно малая вместимость, сложность и высокая стоимость электрооборудования, низкая стойкость электродов и тиглей, необходимость использования чистых шихтовых материалов.
2.4 Разливка стали
Изложницы для разливки (сверху)
Разливка сифоном (снизу)
2.5 Непрерывная разливка
Разливка стали имеет очень важное значение в металлургии и позволяет придать полученной стали первичную форму – форму слитка.
Применяют 2 способа разливки: разливка в изложницы и непрерывная разливка стали (рис. 6)
Разливка в изложницы подразделяется на разливку сверху и сифонную разливку.
Разливка сверху используется для получения крупных слитков (десятки тонн). Преимуществом разливки является простое разливочное оборудование, а недостатками — малая производительность и повышенные потери материала за счет усадочной раковины, образующейся в слитке при затвердевании стали.
Сифонный способ разливки (разливка снизу) позволяет получать небольшие слитки (тонны). Производительность процесса выше разливки сверху, поскольку заполняется одновременно несколько изложниц, потери материала меньше. Недостаток способа — сложное разливочное оборудование.
Непрерывная разливка стали — наиболее производительный и экономичный способ разливки. Из ковша 1 через разливочное устройство расплавленная сталь поступает в охлаждаемый водой кристаллизатор 2, В кристаллизаторе сталь затвердевает и в виде слитка 3 непрерывно вытягивается вращающимися роликами 4. Нужной длины слитки отрезаются ацетилено-кислородной горелкой 5.
Преимуществом непрерывной разливки является высокая производительность процесса, возможность получения необходимой формы сочетания слитки, что позволяет направить их непосредственно на обработку резанием и прокатку. При непрерывной разливке до пяти раз сокращаются отходы материалы по сравнению с разливкой в изложницы.
Недостатком способа является сложность разливочного оборудования. Однако применение непрерывной разливки стали в мире быстро увеличивается. Перспективной является организация единого технологического процесса: непрерывная разливка — прокатка стали.
2.6 Прогрессивные способы получения стали
Бездоменная металлургия. Прогрессивным способом является получение стали прямым восстановлением из руд, минуя доменный процесс. Железистый концентрат поступает по пульпопроводу прямо на завод, где в автоматических шахтных печах при температуре 1000 °С получают металлизированные окатыши. Окатыши в качестве шихты поступают в электропечи. Полученный материал после непрерывной разливки сразу идет на прокатку.
Способ весьма экономичен. Отпадают затраты на коксохимическое производство, качество полученной стали высокое, поскольку в рудах Курской магнитной аномалии практически отсутствуют фосфор и сера. Производительность бездоменного процесса заметно выше традиционных способов выплавки стали.
Электрошлаковый переплав (ЭШП). Данным способом получают особо высококачественные легированные стали. Для этого сталь обыкновенного качества подается в установку ЭШП в виде прутков-электродов. Вследствие сопротивления электрода проходящему току выделяется большое количество теплоты, отчего электрод плавится. Расплавленный металл электрода проходит через слой специального жидкого шлака и очищается от вредных примесей и газов. Аналогичный способ — плазменно-дуговой переплав (ПДП). Источником тепла здесь служит плазменная дуга с температурой до 10000 "С. Используется также электронно-лучевой переплав (ЭЛП). Плавление происходит под действием потока электронов, излучаемых высоковольтной кобальтовой пушкой с созданием в плавильном пространстве глубокого вакуума.
Достоинствами перечисленных способов является возможность получения стали и сплавов очень высокой чистоты, применение которых облегчает массу конструкций, увеличивает надежность и долговечность машин и механизмов. Такая сталь необходима для атомной, реактивной и космической техники.
3. Металлургия цветных металлов
Широкое применение цветных металлов объясняется их специфическими свойствами: высокими электро- и теплопроводностью, коррозийной стойкостью, жаропрочностью. Кроме того, цветные металлы способны образовывать сплавы друг с другом и с черными металлами.
Цветные металлы классифицируют на четыре группы:
тяжелые — медь, никель, свинец, цинк, олово;
легкие — алюминий, магний, титан, кальций и др.;
благородные — золото, серебро, платина;
редкие — молибден, вольфрам, ванадий, уран и др.
3.1 Производство меди
Медь имеет красный цвет, температура ее плавления 1083 °С, плотность 8,96 т/м3. Медь хорошо проводит электричество и Тепло, отличается малой прочностью, высокой пластичностью. Медь используется в электро- и радиопромышленности, значительная часть ее идет на получение сплавов.
Около 80% меди выплавляют из сульфидных руд. Основными медными рудами являются медный колчедан (СuFеS2) и медный блеск (Сu2S).
Медные руды относительно бедны (содержание меди — не более 5%), поэтому их подвергают обогащению. С этой целью используют метод флотации, основанный на способности тонко измельченных рудных минералов смачиваться некоторыми реагентами. Смесь измельченной руды, воды и реагентов помещается в специальной ванне, через которую пропускается воздух. Благодаря пузырькам воздуха на поверхность ванны поднимаются частицы рудных минералов, а пустая порода осаждается и удаляется. Содержание меди в полученном концентрате достигает до 30%.
Медный концентрат после обогащения содержит сернистые соединения. Для снижения содержания серы концентрат подвергают обжигу, который ведут в специальных печах при температуре 700—800 °С.
В результате обжига получают так называемый огарок и сернистый газ SО2. Огарок направляется на плавку. Сернистый газ используется для получения серной кислоты.
Плавка огарка производится в отражательных печах, по устройству сходных с мартеновскими. В них одновременно может плавиться более 100 т огарка.
В конце плавки в печи образуется полупродукт — штейн (Си2S4FеS), содержащий до 50% меди, а также железо, серу, кислород и включающий небольшое количество золота, серебра, свинца и других металлов. Штейн сливают и направляют в конверторы для получения черновой меди.
Конвертор представляет собой футерованный изнутри 'металлический сосуд, установленный на опорных роликах и поворачивающийся вокруг горизонтальной оси (рис. 7). Масса плавки составляет до 1000 т. Воздушное дутье подается через фурмы, расположенные вдоль конверторов. 'Затем в конвертор подается кварцевый флюс. Продувка длится до 30 часов. В результате получают черновую медь.
Рис. 7. Кислородный конвертор:
1.Дутьё
2.Газы
3.Штейн и шлак
Черновая медь содержит примеси железа, серы, мышьяка, кислорода.
Примеси ухудшают свойства меди, поэтому черновую медь подвергают рафинированию. Рафинирование меди производится огневым и электролитическим способами. Огневое рафинирование осуществляется в пламенных печах и производится в том случае, когда пренебрегают небольшим количеством благородных металлов, содержащихся в черновой меди. Окисление примесей в печи происходит за счет кислорода воздуха, который подается в жидкий металл. Готовую медь разливают на слитки или анодные пластины.
Для получения высококачественной меди и выделения из нее благородных металлов производят электролитическое рафинирование. Для этого черновую медь в виде пластин (анодов) погружают в ванну с водным раствором медного купороса в серной кислоте. Параллельно анодам подвешивают тонкие листы чистой меди (катоды). При прохождении постоянного тока аноды растворяются в воде и медь осаждается на катодах. За 10—12 суток на катодной пластине отлагается около 100 кг меди. Катоды затем переплавляют и разливают в слитки.
В зависимости от степени чистоты различают ряд марок меди (МОО, МО, М1, М2, МЗ, М4) с содержанием меди от 99,0 до 99,95%.
3.2 Производство алюминия
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
