В.
В № 31 Металлургия чугуна
Исходные материалы для выплавки чугуна
Сплавы черные металлов, как было сказано, представляют сплавы железа с углеродом; кроме того, они содержат примеси — кремний, марганец, фосфор, серу и некоторые другие.
Элементом, оказывающим главное влияние на свойства черных металлов, является углерод, и в зависимости от содержания его черные металлы делят на сталь и чугун.
Чугуном является железоуглеродистый сплав, содержащий углерода от 2,14% до 6,67%. Основное назначение чугуна — служить сырьем для получения стали.
сырьем для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Агрегатом для выплавки чугуна служит доменная печь.
Рассчитанное в определенном соотношении количество загружаемых в доменную печь исходных материалов называется шихтой.
Железной рудой является горная порода, содержащая те или иные соединения железа, а также примеси соединений других элементов, являющихся пустой породой.
В настоящее время для получения чугуна употребляют следующие руды.
Магнитный железняк (Fe304) —содержание в нем железа доходит до 72%.
Бурый железняк (2Fe2033H20) —; содержание железа колеблется от 35% до 50%.
Красный железняк (Fe203) —содержит до 60% железа.
Шпатовый железняк (FeC03) —, содержит 30-42% железа.
В качестве топлива при доменном производстве используется каменноугольный кокс. Для интенсификации выплавки чугуна применяют природный газ и кислород.
Для отделения пустой породы и золы в доменную печь вводят вещества, называемые флюсами; эти вещества при сплавлении с пустой породой и золой топлива образуют легкоплавкие химические соединения, образующие шлак.
Для выплавки чугуна руду подвергают предварительной подготовке — обогащению..
Подготовка руды включает операции дробления, сортировки, обогащения и, если необходимо, обжига.
Дробление — измельчение крупных кусков руды —дробилками-, при этом получают куски размером 20-100 мм. Мелочь отсеивается и идет на агломерацию (спекание).
Магнитное обогащение основано на действии магнитного поля на составляющие руды, обладающие магнитными свойствами( в магнитных сепаратораторах)
Агломерация производится с целью использования мелкой порошкообразной руды и колошниковой пыли; для спекания эти вещества смешивают с измельченным коксом.
Спекание осуществляют на специальных агломерационных ленточных машинах, где топливо, сгорая, образует пористые спеченные куски, называемые агломератом.
Прогрессивным способом обогащения руд является— окомкование. Сущность процесса состоит в окатывании измельченных частиц шихты и последующем обжиге окатышей.
Устройство доменной печи
Это шахтная (вертикальная) печь общей высотой до 70 м и диаметром до 14 м.
Внутри доменная печь выкладывается (футеруется) огнеупорным кирпичом. Снаружи печь для прочности имеет стальной кожух. Части доменной печи следующие (рис. 1): засыпной аппарат, колошник, шахта, распар, заплечники и горн.
Засыпной аппарат служит для накопления и подачи шихты через колошник. Вверху колошника имеется газоотвод для выхода доменного (колошникового) газа. Шахта имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу. . Заплечники имеют форму усеченного конуса, расширяющегося кверху.
Нижняя часть доменной печи — горн — имеет цилиндрическую форму. В верхней части горна по окружности расположены фурмы для подачи в печь подогретого воздуха, природного газа и кислорода. Нижняя часть горна, называют лешадью. В горне имеется два отверстия — летки — для выпуска чугуна и шлака. Чугунная летка располагается в нижней части горна, а шлаковая — в верхней.
Подогрев воздуха осуществляется для увеличения производительности печи и уменьшения расхода топлива. Нагрев производят в — воздухонагревателях.
Воздухонагреватель представляет собой башню диаметром порядка 10 м, высотой до 50 м. Корпус воздухонагревателя выполнен из листовой стали, внутри футерован огнеупорным кирпичом. В шахте воздухонагревателя сгорает доменный газ. Остальное пространство воздухонагревателя заполнено насадкой (кирпичной кладкой с проходами для газов), аккумулирующих тепло от продуктов горения доменного газа.
Атмосферный воздух направляется к воздухонагревателю, где проходит через горячую насадку, нагревается до 1000-1200 °С и затем направляется к фурмам доменной печи.
Доменный процесс
В печи непрерывно навстречу друг другу движутся два материальных потока: сверху вниз — поток шихтовых материалов и снизу вверх — поток газов, образующихся в результате горения топлива и реакции с составляющими шихты.
Сущность доменной плавки состоит в восстановлении железа из его оксидов, содержащихся в руде, науглероживании железа до получения чугуна и ошлакования пустой породы.
В процессе плавки образуются восстановленные примеси - марганец, кремний и фосфор, а также частично сера из золы кокса.Расплавленное губчатое железо поглащает эти примеси.
(температура плавления железа 1539 °С, чугуна — 1100—1200 °С)
Наличие кремния и марганца в чугуне оказывает положительное влияние на свойства чугуна. Фосфор и сера являются вредными примесями. Кремний улучшает литейные качества чугуна; марганец при небольшом (до 1%) содержании повышает прочность чугуна. Фосфор делает чугун хрупким б холодном состоянии, сера увеличивает хрупкость чугунных изделий в нагретом состоянии.
Основным продуктом доменного производства является чугун. В чугуне углерод может
В. № 32 Металлургия стали
Сталь обладает значительно более высокими механическими свойствами (прочностью, твердостью, пластичностью и др.) по сравнению с чугуном
Сталью называют железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2,14%.
Значительную часть стали получают из передельного чугуна. Сущность процесса заключается в уменьшении в чугуне содержания углерода и примесей (серы, фосфора, кремния и марганца) путем их окисления. Кроме чугуна в состав шихты могут входить металлический лом, железная руда, флюсы. Сталь выплавляют в кислородных конверторах, мартеновских и электрических печах.
Выплавка стали в кислородных конвертерах
Сущность процесса заключается в том, что через расплавленный чугун и небольшое количество металлического лома черных металлов, загруженных в конвертор, продувается кислород, образуется оксид железа FО, который, взаимодействуя с углеродом и примесями чугуна, окисляет и обращает их в газ и шлак. Реакции окисления идут с выделением тепла. Чугун при этом превращается в сталь. Конвертер с кислородным дутьем (рис. 2) состоит из стального корпуса, футерованного огнеупорным кирпичом. Конвертер имеет поворотное устройство, с помощью которого может устанавливаться в наклонном положении. В таком положении его заливают жидким чугуном, затем устанавливают вертикально и через фурму производят продувку кислородом. По окончании процесса конвертер вновь наклоняют и выпускают сталь и шлак.
Емкость современных конвертеров составляет 300— 350 т. Продолжительность плавки 30—40 минут. Температура, развиваемая в плавильном пространстве, достигает 1800 °С. Высокая производительность агрегата, простота конструкции и обслуживания, отсутствие потребности в топливе обеспечивают невысокую себестоимость конверторной стали.
К недостаткам работы конверторов относятся невозможность переработки значительного количества металлического лома, значительный угар металла (5—10%), повышенное содержание вредных примесей в получаемой стали.
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.
В №36 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 (CuFeS2) и медный блеск (Cu,S).
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 0С.
В результате обжига получают так называемый огарок и сернистый газ S02. 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 (Cu2S4FeS), 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.
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 (М00, МО, Ml, М2, МЗ, М4) с содержанием меди от 99,0 до 99,95%.
В № 22 Серная кислота
«серная кислота» в технике подразумеваются любые смеси триоксида серы с водой. плотность 1,83 г/см3, температура кипения 296,2 °С, при дальнейшем нагревании разлагается на S03 и Н20, кристаллизуется при температуре +10,45 0С.
Основные сорта серной кислоты: 65-процентная — камерная, 75-процентная — башенная, 98-процентная — купоросное масло, олеум, 100-процентная — химически чистая, аккумуляторная и др.
Применяется: при производстве минеральных удобрений; в металлообрабатывающей
Промышленности, для очиски нефтепродуктов, при прозводстве красителей, лаков, красок, лекарственных веществ, некоторых пластических масс, многих ядохимикатов, эфиров, спиртов, в текстильной промышленности, используется для приготовления крахмала, патоки и других продуктов.
Сырье. любое сырье, содержащее серу: различные колчеданы, отходящие газы металлургических процессов, топочные газы, чистая сера и др.
Технологический процесс состоит из трех стадий.
1. получение сернистого газа S02.
Сернистый газ выделяют из топочных газов или отходящих газов металлургических процессов сжиганием серы
2. окисление сернистого газа до триоксида серы — протекает в присутствии катализатора,. В зависимости от вида катализатора и характера процесса существует два способа получения серной кислоты: башенный (нитрозный) и контактный.
Башенный (нитрозный) способ. происходит образование серной кислоты путем поглощения S03 водой. В качестве катализатора применяют раствор оксидов азота в серной кислоте (нитроза).
Контактный метод. В настоящее время он является основным при производстве серной кислоты.
Быстрое развитие контактного метода производства объясняется возможностью получения чистой концентрированной кислоты и олеума — продуктов, имеющих большое промышленное значение.
Производство серной кислоты контактным методом состоит из следующих основных стадий:
1. Очистка газов от примесей, вредных для процесса контактного окисления S02 в SO3.
2. Окисления S02 в S03 на поверхности твердого катализатора.
3. Поглощение трехокиси серы серной кислотой с получением концентрированной H2S04 и олеума (H2S04 + SOs).
Нитрозный способ дает кислоту, загрязненную примесями и разбавленную, что ограничивает ее использование.
В № 23 Свойства и сорта азотной кислоты
Чистая азотная кислота HNO3, при обыкновенной температуре представляет собой бесцветную жидкость, замерзающую при — 41 °С с образованием белоснежных кристаллов. Водные растворы азотной кислоты в зависимости от концентрации кристаллизуются при различных температурах.
Азотную кислоту используют для производства минеральных удобрений, взрывчатых веществ и других продуктов, в производстве серной кислоты по нитрозному методу.
Промышленность выпускает разбавленную (слабую) азотную кислоту трех сортов (1-й — 55%, 2-й — 47%, 3-й — 45%) и концентрированную (крепкую) азотную кислоту двух сортов (1-й — 98%, 2-й — 97%).
Производство азотной кислоты окислением аммиака
Процесс получения азотной кислоты окислением аммиака включает три стадии:
1. Контактное окисление аммиака до окиси азота NO.
2. Окисление окиси азота до двуокиси азота NO2,.
3. Абсорбция (поглощение) двуокиси азота водой с образованием азотной кислоты HN03.
Получают азотную кислоту в специальных установках.
Окисление аммиака кислородом воздуха происходит в контактном аппарате при температуре 800 °С в присутствии катализатора (сплав платины с родием, окись кобальта или железа и др.). Предварительно аммиак и воздух тщательно очищают и подают в смеситель. Затем воздушно-аммиачную смесь, содержащую 10-12% аммиака NH3, после подогрева подают в контактный аппарат, где происходит реакция:
4NH3 + 502 = 4NO + 6Н20 + Q
Окисление полученной окиси азота, идет по реакции:
2NO + 02 = 2N02 + Q
Образовавшиеся газы при температуре 800 °С поступают в котел-утилизатор, охлаждаясь до 250 °С и далее — в холодильник, где дополнительно охлаждаются до 30 °С.
Абсорбция образовавшейся двуокиси азота водой протекает по следующей реакции:
3N02 + Н20 = 2HN03 + NO + Q
Прямой синтез концентрированной азотной кислоты.
Прямой синтез концентрированной азотной кислоты заключается во взаимодействии жидкой четырехокиси азота с водой в присутствии газообразного кислорода.
Реакция образования азотной кислоты протекает следующим образом:
2N204 + 2Н20 + 02 = 4HN03 + Q
Прямой синтез позволяет получать крепкую (концентрированную) азотную кислоту.
Икорные товары
Икра многих промысловых рыб является съедобным, весьма высокопитательным и часто отличным по своим вкусовым свойствам продуктом. Икра некоторых рыб ценится выше, чем их мясо.
Икру принято делить также по видам рыбы на осетровую, лососевую и частиковую.
Икра осетровых рыб. Из ястыков осетровых вырабатывают зернистую икру, зернистую пастеризованную, паюсную, откидную и ястычную.
Для приготовления первых четырех видов ястыки разрушают и освобожденные от пленок икринки солят.
1. Выработка икры осетровых слагается из следующих операций. Рыбу, доставленную в разделочное помещение завода, если она живая, убивают ударом по голове, тщательно очищают и отмывают щеткой слизь с брюшка, вскрывают внутреннюю полость, вынимают ястыки и сортируют по степени зрелости. Ястыки со зрелой икрой разрушают, легко надавливая руками: и передвигая ястыки по сетке грохота (сита).
В № 31 Металлургия чугуна
Исходные материалы для выплавки чугуна
Сплавы черные металлов, как было сказано, представляют сплавы железа с углеродом; кроме того, они содержат примеси — кремний, марганец, фосфор, серу и некоторые другие.
Элементом, оказывающим главное влияние на свойства черных металлов, является углерод, и в зависимости от содержания его черные металлы делят на сталь и чугун.
Чугуном является железоуглеродистый сплав, содержащий углерода от 2,14% до 6,67%. Основное назначение чугуна — служить сырьем для получения стали.
сырьем для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Агрегатом для выплавки чугуна служит доменная печь.
Рассчитанное в определенном соотношении количество загружаемых в доменную печь исходных материалов называется шихтой.
Железной рудой является горная порода, содержащая те или иные соединения железа, а также примеси соединений других элементов, являющихся пустой породой.
В настоящее время для получения чугуна употребляют следующие руды.
Магнитный железняк (Fe304) —содержание в нем железа доходит до 72%.
Бурый железняк (2Fe2033H20) —; содержание железа колеблется от 35% до 50%.
Красный железняк (Fe203) —содержит до 60% железа.
Шпатовый железняк (FeC03) —, содержит 30-42% железа.
В качестве топлива при доменном производстве используется каменноугольный кокс. Для интенсификации выплавки чугуна применяют природный газ и кислород.
Для отделения пустой породы и золы в доменную печь вводят вещества, называемые флюсами; эти вещества при сплавлении с пустой породой и золой топлива образуют легкоплавкие химические соединения, образующие шлак.
Для выплавки чугуна руду подвергают предварительной подготовке — обогащению..
Подготовка руды включает операции дробления, сортировки, обогащения и, если необходимо, обжига.
Дробление — измельчение крупных кусков руды —дробилками-, при этом получают куски размером 20-100 мм. Мелочь отсеивается и идет на агломерацию (спекание).
Магнитное обогащение основано на действии магнитного поля на составляющие руды, обладающие магнитными свойствами( в магнитных сепаратораторах)
Агломерация производится с целью использования мелкой порошкообразной руды и колошниковой пыли; для спекания эти вещества смешивают с измельченным коксом.
Спекание осуществляют на специальных агломерационных ленточных машинах, где топливо, сгорая, образует пористые спеченные куски, называемые агломератом.
Прогрессивным способом обогащения руд является— окомкование. Сущность процесса состоит в окатывании измельченных частиц шихты и последующем обжиге окатышей.
Устройство доменной печи
Это шахтная (вертикальная) печь общей высотой до 70 м и диаметром до 14 м.
Внутри доменная печь выкладывается (футеруется) огнеупорным кирпичом. Снаружи печь для прочности имеет стальной кожух. Части доменной печи следующие (рис. 1): засыпной аппарат, колошник, шахта, распар, заплечники и горн.
Засыпной аппарат служит для накопления и подачи шихты через колошник. Вверху колошника имеется газоотвод для выхода доменного (колошникового) газа. Шахта имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу. . Заплечники имеют форму усеченного конуса, расширяющегося кверху.
Нижняя часть доменной печи — горн — имеет цилиндрическую форму. В верхней части горна по окружности расположены фурмы для подачи в печь подогретого воздуха, природного газа и кислорода. Нижняя часть горна, называют лешадью. В горне имеется два отверстия — летки — для выпуска чугуна и шлака. Чугунная летка располагается в нижней части горна, а шлаковая — в верхней.
Подогрев воздуха осуществляется для увеличения производительности печи и уменьшения расхода топлива. Нагрев производят в — воздухонагревателях.
Воздухонагреватель представляет собой башню диаметром порядка 10 м, высотой до 50 м. Корпус воздухонагревателя выполнен из листовой стали, внутри футерован огнеупорным кирпичом. В шахте воздухонагревателя сгорает доменный газ. Остальное пространство воздухонагревателя заполнено насадкой (кирпичной кладкой с проходами для газов), аккумулирующих тепло от продуктов горения доменного газа.
Атмосферный воздух направляется к воздухонагревателю, где проходит через горячую насадку, нагревается до 1000-1200 °С и затем направляется к фурмам доменной печи.
Доменный процесс
В печи непрерывно навстречу друг другу движутся два материальных потока: сверху вниз — поток шихтовых материалов и снизу вверх — поток газов, образующихся в результате горения топлива и реакции с составляющими шихты.
Сущность доменной плавки состоит в восстановлении железа из его оксидов, содержащихся в руде, науглероживании железа до получения чугуна и ошлакования пустой породы.
В процессе плавки образуются восстановленные примеси - марганец, кремний и фосфор, а также частично сера из золы кокса.Расплавленное губчатое железо поглащает эти примеси.
(температура плавления железа 1539 °С, чугуна — 1100—1200 °С)
Наличие кремния и марганца в чугуне оказывает положительное влияние на свойства чугуна. Фосфор и сера являются вредными примесями. Кремний улучшает литейные качества чугуна; марганец при небольшом (до 1%) содержании повышает прочность чугуна. Фосфор делает чугун хрупким б холодном состоянии, сера увеличивает хрупкость чугунных изделий в нагретом состоянии.
Основным продуктом доменного производства является чугун. В чугуне углерод может
В. № 32 Металлургия стали
Сталь обладает значительно более высокими механическими свойствами (прочностью, твердостью, пластичностью и др.) по сравнению с чугуном
Сталью называют железоуглеродистый сплав с содержанием углерода до 2,14%.
Значительную часть стали получают из передельного чугуна. Сущность процесса заключается в уменьшении в чугуне содержания углерода и примесей (серы, фосфора, кремния и марганца) путем их окисления. Кроме чугуна в состав шихты могут входить металлический лом, железная руда, флюсы. Сталь выплавляют в кислородных конверторах, мартеновских и электрических печах.
Выплавка стали в кислородных конвертерах
Сущность процесса заключается в том, что через расплавленный чугун и небольшое количество металлического лома черных металлов, загруженных в конвертор, продувается кислород, образуется оксид железа FО, который, взаимодействуя с углеродом и примесями чугуна, окисляет и обращает их в газ и шлак. Реакции окисления идут с выделением тепла. Чугун при этом превращается в сталь. Конвертер с кислородным дутьем (рис. 2) состоит из стального корпуса, футерованного огнеупорным кирпичом. Конвертер имеет поворотное устройство, с помощью которого может устанавливаться в наклонном положении. В таком положении его заливают жидким чугуном, затем устанавливают вертикально и через фурму производят продувку кислородом. По окончании процесса конвертер вновь наклоняют и выпускают сталь и шлак.
Емкость современных конвертеров составляет 300— 350 т. Продолжительность плавки 30—40 минут. Температура, развиваемая в плавильном пространстве, достигает 1800 °С. Высокая производительность агрегата, простота конструкции и обслуживания, отсутствие потребности в топливе обеспечивают невысокую себестоимость конверторной стали.
К недостаткам работы конверторов относятся невозможность переработки значительного количества металлического лома, значительный угар металла (5—10%), повышенное содержание вредных примесей в получаемой стали.
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.
В. №33 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 шихты, поступают по каналам сначала справа, а продукты горения отводятся слева через регенератор 3, отдавая свое тепло кирпичной кладке регенератора. Через каждые 10—15 минут направления потоков газов изменяются на обратные. Природный газ и воздух, проходя через регенератор, утилизируют тепло отходящих газов. Из регенератора после очистки продукты горения отводятся.
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.
При скрап-рудном процессе шихта состоит на 60—75% из жидкого чугуна, небольшого количества железной руды и металлического лома.
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.