Современное металлургическое производство и его продукция

Это сложный комплекс производств, базирующийся на месторождениях руд, коксующихся углей, энергетических мощностей и водных ресурсах.

Включает в себя следующие комбинаты, заводы и цеха: шахты и карьеры по добыче руд, каменных углей; горнообогатительные комбинаты; коксохимические заводы; аглофабрики и фабрики по производству окатышей, цехи для получения кислорода; доменные цехи; заводы по получению ферросплавов; сталеплавильные цехи; прокатные цехи.

Материалы для производства металлов и сплавов.

Исходные продукты для производства чугуна и стали:

1. Руда (концентрат)

2. Флюсы (известняк и др.)

3. Топливо.

4. Огнеупорные материалы.

5. Кислород.

6. Вода.

7. Электроэнергия.

Руда – в металлургическом производстве используют только промышленные руды (разработка и использование которых является наиболее целесообразным при данном уровне развития техники).

В состав руды, кроме окиси железа входит пустая порода: окиси – Al₂O₃, CaO, SiO₂, CaCO₃, MgO и др. В зависимости от содержания окиси железа различают руды бедные и богатые.

Другая характеристика качества – химическая природа и свойства пустой породы, а также возможность восстанавливаться до чистого металла. Один из основных показателей качества руд – наличие серы S, фосфора P и мышьяка.

С целью повышения качества, руда обогащается (≈ 95% железных руд обогащаются). Концентрат содержит не менее 60% Fe.

При подготовке к доменной плавке концентрат обычно окусковывают для получения кусков определенного размера путем получения агломерата и окатышей.

Агломерат (пористый концентрат) получают путем спекания за счет выгорания топлива и частичного офлюсования, т.е. соединение тугоплавкой породы с флюсами (веществами, понижающими температуру плавления).

Состав агломерационной шихты – железосодержащий концентрат - 40 – 50 % , 15 – 20 % СаО; 20 – 30 % возврат агломерата, 4 – 6 % кокса; 6 – 9 % воды и др. добавки.

Окатыши – шарообразные офлюсованные кусочки шихты диаметром около 30 мм.

Исходные материалы для получения окатышей – измельченная руда, флюсы, влага и специальная глина. Влажная шихта окатывается в специальных агрегатах в шарики, затем шарики сушат, обжигают и прокаливают.

Флюсы – вещества, которые снижают температуру плавления пустой породы, т.к. она значительно выше температуры в доменной печи – свыше 2000⁰С. Флюсы образуют с пустой породой эвтектоидные сплавы (с пониженной температурой плавления 1300⁰ – 1600⁰С). Флюсы – СаСО₃, MgCO₃ или их смесь. Может применяться и SiO₂. Получаемый в результате доменной плавки шлак содержит флюсы, пустую породу, золу кокса, окислы, силикаты, сульфиды и др. Шлаки бывают кислые (содержат SiО₂) и основные (СаО). Шлак и металл – две практически несмешивающиеся среды.

Топливо – кокс, природный газ, доменный газ, мазут.

Кокс – искусственное топливо, которое получается при сухой возгонке (нагреве до высокой температуры при отсутствии кислорода) из специальных сортов коксующихся углей. В результате перегонки выделяются летучие вещества: бензол, фенол, каменноугольные смолы и др. Характеристики кокса: кусковатость, зольность, содержание S, пористость и прочность. Для нормального протекания доменного процесса размер кусков – 25 – 60 мм. Куски меньших размеров затрудняют прохождение газов в доменной печи, куски больших размеров – увеличивают скорость прохождения газов, что вызывает повышенный расход кокса. Чем выше прочность кокса, тем устойчивее процесс газодинамики печи.

Состав кокса: С – 80-85%, зола 8-12%, Н2О 2-5%, S – 1,8%, Р до 0,2%. Кокс – очень дорогая составляющая шихты и в себестоимости 1т. чугуна стоимость кокса – 50%

Мазут – жидкое искусственное топливо, получают из нефти путем удаления легких фракций – керосина и бензина. Используется в мартеновских печах и нагревательных печах прокатного производства. Для мазута характерно низкое содержание золы и серы. Химический состав: углерод С – 84-86%, водород Н – 10-13%, сера S – 0,2-0,7%, зола 0,8-0,3%, азот N – 0,5-0,8%. Мазут является ценным сырьем для химического производства, поэтому объемы его использования в металлургии сокращаются.

Природный газ – естественное газообразное топливо. Является лучшим топливом для доменных, мартеновских и нагревательных печей. Основная горючая составляющая – метан СН₄ – 92-98%, остальное – СО₂ и N₂.

Огнеупорные материалы – материалы, способные выдерживать температуру, не расплавляясь и не вступая в химические реакции с продуктами металлургического производства.

Они должны сохранять высокую прочность при высоких температурах. Огнеупорные материалы применяются в виде кирпичей, блоков, порошков. Делятся на кислые с преимущественным содержанием окиси кремния SiO₂, основные – окиси кальция CaО и магния MgO, нейтральные SiO₂ (кремнезем) и Al₂O₃ (глинозем), так называемый шамот. Применяются также углеродистые материалы (графит, кокс, антрацит).

Литература: [10],[1],[2],[3],[4].

Контрольные вопросы

1. Какие существуют виды металлургических процессов?

2. Что представляет собой железная руда?

3. Зачем необходимо окускование шихты?

4. Какие виды окускования?

5. Продукты (основные и побочные) доменной плавки.

6. Какое максимальное содержание углерода в стали?

7. Что входит в состав пустой породы руды?

8. Что такое флюсы, их назначение?

9. Виды топлива в металлургии?

10. Что такое кокс?