Производство чугуна и стали

БОЛЬШАЯ ЛЕНИНГРАДСКАЯ БИБЛИОТЕКА - РЕФЕРАТЫ - Производство чугуна и стали

Производство чугуна и стали

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Машиностроительный факультет

Кафедра «Резание, станки и инструмент»

РЕФЕРАТ

«Технология производства чугуна и стали»

Студент: Сергеев Андрей

Группа: М – 104

Преподаватель: Малышев В.И.

Тольятти - 1999 г.

1.Производство чугуна и стали.

Железо имело промышленное применение уже до нашей эры. В древние

времена его получали в пластичном состоянии в горнах. Шлак отделяли,

выдавливая его из губчатого железа, ударами молота.

По мере развития техники производства железа постепенно повышалась

температура, при которой велся процесс. Металл и шлак стали плавиться;

стало возможным разделять их гораздо полнее. Но одновременно в металле

повышалось содержание углерода и других примесей, - металл становился

хрупким и нековким. Так появился чугун.

Позднее научились перерабатывать чугун; зародился двухступенчатый

способ производства железа из руды. В принципе он сохраняется до

настоящего времени: современная схема получения стали состоит из доменного

процесса, в ходе которого из руды получается чугун, и сталеплавильного

передела, приводящего к уменьшению в металле количества углерода и других

примесей.

Современный высокий уровень металлургического производства основан на

теоретических исследованиях и открытиях, сделанных в различных странах, и

на богатом практическом опыте. Немалая доля в этом процессе принадлежит

русским ученым. Например, российские ученые первыми широко применили

природный газ для доменной плавки.

2. Производство чугуна.

2.1. Исходные материалы.

Железные руды. Главный исходный материал для производства чугуна в

доменных печах – железные руды. К ним относят горные породы, содержащие

железо в таком количестве, при котором выплавка становится экономически

выгодной.

Железная руда состоит из рудного вещества и пустой породы. Рудным

веществом чаще всего являются окислы, силикаты и карбонаты железа. А пустая

порода обычно состоит из кварцита или песчаника с примесью глинистых

веществ и реже – из доломита или известняка.

В зависимости от рудного вещества железные руды бывают богатыми,

которых используют непосредственно, и бедными, которых подвергают

обогащению.

В доменном производстве применяют разные железные руды.

Красный железняк (гематит) содержит железо в виде безводной окиси

железа. Она имеет разную окраску( от темно-красной до темно-серой). Руда

содержит много железа(45-65 %) и мало вредных примесей. Восстановим ость

железа из руды хорошая.

Бурый железняк содержит железо в виде водных окислов. В нем содержится

25- 50% железа. Окраска меняется от желтой до буро-желтой. Пустая порода

железняка глинистая иногда кремнисто-глиноземистая.

Магнитный железняк содержит 40-70% железа в виде закиси-окиси железа.

руда обладает хорошо выраженными магнитными свойствами, имеет темно-серый

или черный с различными оттенками цвет. Пустая порода руды кремнеземистая с

примесями других окислов. Железо из магнитного железняка восстанавливается

труднее, чем из других руд.

Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли. В

этом железняке содержится 30-37 % железа. Сидерит имеет желтовато-белый и

грязно-серый цвет. Он легко окисляется и переходит в бурый железняк. Из

всех железных руд он обладает наиболее высокой восстановимостью.

Марганцевые руды содержат 25-45% марганца в виде различных окислов

марганца. Их добавляют в шихту для повышения в чугуне количества марганца.

2.2. Производство чугуна в доменной печи.

Выплавка чугуна производится в огромных доменных печах, выложенных из

огнеупорных кирпичей достигающих 30 м высоты при внутреннем диаметре около

12 м.

Разрез доменной печи схематически изображен на рисунке.

[pic]

Верхняя ее половина носит название шахты и заканчивается наверху

отверстием – калашником, которая закрывается подвижной колонкой –

кколашниковым затвором. Самая широкая часть печи называется распаром, а

нижняя часть – горном. Через специальные отверстия в горне(фурмы) в печать

вдувается горячий воздух или кислород.

Доменную печь загружают сначала коксом, а затем послойно агломератом и

коксом. Агломерат – это определенным образом подготовленная руда, спеченная

с флюсом. Горение и необходимая для выплавки чугуна температура

поддерживаются вдуванием в горн подогретого воздуха или кислорода.

Последний поступает в кольцевую трубу, расположенную вокруг нижней части

печи, а из нее по изогнутым трубкам через фурмы в горн. В горне кокс

сгорает, образуя СО2, который, поднимаясь вверх и проходя сквозь слои

наколенного кокса, взаимодействует с ним и образует СО. Образовавшийся

оксид углерода и восстонавливает большую часть руды, переходя снова в СО2.

Процесс восстановления руды происходит главным образом в верхней части

шахты. Его можно выразить суммарным уравнением:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Пустую породу в руде образуют, главным образом диоксид кремния SiO2.

Это – тугоплавкое вещество. Для превращения тугоплавких примесей в более

легкоплавкие соединения к руде добавляются флюс . Обычно в качестве флюса

используют CaCo3. При взаимодействии его с SiO2 образуется CaSiO2,

легко отделяющийся в виде шлака.

При восстановлении руды железо получается в твердом состоянии.

Постепенно оно опускается в более горячую часть печи – распар - и

растворяет в себе углерод; образуется чугун. Последний плавится и стекает в

нижнюю часть горна, а жидкие шлаки собираются на поверхности чугуна,

предохраняя его от окисления. Чугун и шлаки выпускают по мере накопления

через особые отверстия, забитые в остальное время глиной.

Выходящие из отверстия печи газы содержат до 25% СО. Их сжигают в

особых аппаратах-кауперах, предназначенных для предварительного нагревания

вдуваемого в печь воздуха. Доменная печь работает непрерывно. По мере того

как верхние слои руды и кокса опускаются, в печь добавляют новые их порции.

Смесь руды и кокса доставляется подъемниками на верхнюю площадку печи и

загружается в чугунную воронку, закрытую снизу колошниковым затвором. При

опускании затвора смесь попадает в печь. Работа печи продолжается в течение

нескольких лет, пока печь не потребует капитального ремонта.

Процесс выплавки может быть ускорен путем применения в доменных печах

кислорода. При вдувании в доменную печь обогащенного кислородом воздуха

предварительный подогрев его становится излишним, а значит, отпадает

необходимость в громоздких и сложных кауперах и весь процесс упрощается.

Вместе с тем производительность печи повышается и уменьшается расход

топлива. Такая доменная печь дает в 1,5 раза больше железа и требует кокса

на ј меньше чем обычная.

3 Производство стали.

В стали по сравнению с чугуном содержится меньше углерода, кремния,

серы и фосфора. Для получения стали из чугуна необходимо снизить

концентрацию веществ путем окислительной плавки.

В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в

основном в трех агрегатах: конвекторах, мартеновских и электрических

печах.

3.1. Производство стали в конверторах.

Конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы. Верхнюю часть

называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, через которую жидкий

чугун и сливают сталь и шлак. Средняя часть имеет цилиндрическую форму. В