10. Огнеупорные материалы, топливо, флюсы и их назначения:

Огнеупорные материалы применяются для изготовления внутреннего облицовочного слоя (футеровки) металлургических печей и ковшей для расплавленного металла. Огнеупорные материалы способны выдержать нагрузки при высоких температурах, противостоять резким изменениям температур, химическому воздействию шлака и печных газов. По химическим свойствам они делятся на кислые (т.пл. 1690), основные (т.пл. 2000), нейтральные (3550). Кислые имеют большое содержание SiO₂ : кварцевый песок(95% SiO₂), динасовый кирпич. Основные, содержащие основные оксиды CaO, MgO : магнезитоые, кирпич и металлургический порошок. Нейтральные содержат большое количество Al2O3 и Cr2O3 : хромомагнезитовые, высокоглиноземные, шамотные. Топливом в металлургических печах являются кокс, природный газ, мазут, колошниковый газ. Флюсы – материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентратом и золой топлива.

11. Методы обогащения руды. Производство чугуна. Технико-экономические показатели работы доменных печей:

Методы обогащения руды: промывка руды водой – позволяет отделить плотные составляющие руды от пустой породы (песка, глины); гравитация –

Отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, на котором лежит руда: пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются; магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы.

Чугун выплавляют в доменных печах из железной руды с помощью кокса, газа, флюсов. Флюсом является известняк СаСO₃ или долмотизированный

известняк. Осуществляется подготовка руд к доменной плавке для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса, улучшения качества чугуна. Далее дробление и сортировка руд. После производится обогащение руды. Далее окуксование руды – производят для переработки концентратов в куксовые материалы необходимых размеров.

Внутри печь выложена огнеупорными материалами. Каждый из типов огнеупорных материалов определяется в зависимости от химических реакций, происходящих при нагреве материалов и выпуске металлов. С колошниковой площадки в печь послойно засыпают металлическое сырье с добавками (шихту) и кокс. При восстановлении в ходе металлургического процесса возникают жидкое железо, которое науглероживается присутствующим коксом, и шлаки. Шлаки через шлаковые летки постоянно удаляют из печи, а чугун периодически, через 2-4 часа, отбирают через летку в нижней части печи. Доменный чугун поступает либо в чугуносмеситель и перерабатывается дальше в жидком виде на сталеплавильных заводах, либо в литьевую машину, в которой получают твердые чугунные плашки, поступающие далее на сталелитейные заводы или на литейное производство.

Технико-экономические показатели работы доменных печей:

Коэффициент использования полезного объема доменной печи (КИПО) и удельный расход кокса. КИПО – это отношение полезного объема печи к ее среднесуточной производительности печи.

КИПО=V/P (м³/т)

Чем выше производительности печи, тем меньше КИПО. Удельный расход кокса К – отношение расхода кокса за сутки к количеству чугуна, выплавленного за то же время: К=А/Р . Чем ниже К, тем лучше работает печь.

12. Продукты доменного производства и область их применения:

Чугун – основной продукт доменной плавки. Чугун получают различного химического состава в зависимости от его назначения. Передельный чугун выплавляют для передела его в сталь. Литейный чугун, который используют на заводах при производстве фасонных отливок. Кроме чугуна выплавляют ферросплавы доменные – сплавы железа с кремнием, марганцем и др. Их применяют для раскисления и легирования сталей. Побочные продукты – шлак и доменный газ. Из шлака делают шлаковату, цемент, а доменный газ используют как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь.

13. Процесс прямого (внедоменного) получения железа из руд:

Добытую в карьерах руду обогащают и получают окатыши. Окатыши поступают по грохоту в щахтную печь. Просыпь из окатышей из грохота попадает в бункер с бркитеровочным прессом, а после в загрузочное устройство. Для восстановления железа из окатышей в печь по трубопроводу подают смесь природного и доменного газов, подвергнутую в установке конверсии, в результате которой смесь разлагается на водород и окись углерода. При температуре 1000-1100 С водород и окись углерода восстанавливают железную руду в окатышах до твердого губчатого железа. В результате содержание железа в окатышах 90 – 95%. Охлаждаются окатыши воздухом.

14. Сущность современных способов производства стали. Сравнения процессов плавки стали по производительности, автоматизации и качеству стали:

Основными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скарп). Сущностью любого металлургического передела чугуна в сталь является снижения содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки. Сталь выплавляют в различных печах: конверторы,

пламенные, индукционные, дуговые, электропечи. Сталеплавильные печи могут быть с кислой кодировкой (большое содержание Si) и с основной кодировкой (… фосфора и серы). Химические реакции:

Углерод начинает выгорать при достижении температуры ванны металла 1400-1500 С.

Получение окислов типа FeO:

Fe₂O₃ + Fe – FeO – Q При выжигании 1% кремния Т ванны повышается на

2Fe + O₂ – 2FeO + Q 203 С.

2FeO + Si – 2Fe + SiO₂ + Q

FeO + Mn – Fe + MnO + Q

1% Mn – 50 C повышается Т

5FeO + 2P – 5Fe + P₂O₃ + Q

1% P – повышается на 156%

FeO + C – Fe + CO - Q

FeO + CO – Fe + CO₂ - Q

При повышении 1% С температура ванной уменьшается на 27% С.

Плавка в кислородном конверторе: Процесс плавки длится 20-25 мин. Начальная Т=1300-1350С, конечная Т=1680-1750С. Кислород подается при Р=10-15 атм. Основной продукт – углеродистая, низкоуглеродистая сталь.

Этот процесс более производительный, чем плавка стали в мартеновских печах.

Мартеновская плавка: Емкость загрузки – до 900 т. Длительность 4-5 ч. Получаемая сталь регулируется по хим. составу. Могут получатся лигированные стали.

Плавка в электропечах: Дуговая печь: Т горения=6000С. Процесс наиболее удобен для производства высококачественных сталей. Позволяет получать высокие температуры, что позволяет выплавлять стали с повышенным содержанием тугоплавких металлов (вольфрам, графит, молебден).

15. Способы разливки стали. Экономия расхода металлов при их разливке:

Сталь разливают в изложницы сверху, снизу и на машинах непрерывного литья заготовок. В изложницы сверху сталь разливают непосредственно из ковша. При сифонной разливке сталью заполняют одновременно несколько изложниц(4-60). Жидкая сталь из ковша поступает в центровой литник и снизу плавно без разбрызгивания заполняет изложницы. Поверхность слитка получается чистой, можно разливать большую массу металла одновременно в несколько слитков. Для обычных углеродистых сталей используют разливку сверху, а для легированных и высокоуглеродистых – разливку сифоном.

Непрерывная разливка стали состоит в том, что жидкую сталь из ковша через промежуточное разливное устройство непрерывно подают в водоохлаждаемую изложницу без дна – кристаллизатор, из нижней части которого вытягивается затвердевающий слиток. Перед заливкой металла в кристаллизатор вводят затравку, образующую его дно. Жидкий металл, попадая в кристаллизатор и на затравку, охлаждается, затвердевает, образуя корку, и соединяется с затравкой. Затравка тянущимися валками вытягивается из кристаллизатора вместе с затвердевающим слитком, сердцевина которого еще жидкая. На выходе из кристаллизатора слиток охлаждается водой из форсунки в зоне вторичного охлаждения. Затем затвердевающий слиток попадает в зону резки, где он разрезается газовым резаком на куски заданной длины. Вследствие направленного затвердевания и непрерывного питания при усадке слитки непрерывной разливки имеют плотное строение и мелкозернистую структуру, в них отсутствуют усадочные раковины.(экономия).

16. Строение слитка стали.

Слиток спокойной стали имеет следующее строение: тонкую наружную стенку из мелких равноосных кристаллов; зону крупных столбчатых кристаллов (дендритов); зону крупных неориентированных кристаллов; конус осаждения – мелкокристаллическую зону у донной части слитка.

В слитках кипящей стали не образуется усадочная раковина: усадка стали рассредоточена по полостям газовых пузырей, возникающих при кипении стали в изложнице. Слиток кипящей стали имеет следующее строение: плотную наружную корку без пузырей, из мелких кристаллитов, зону сотовых пузырей, вытянутых к оси слитка и располагающимеся между кристаллитами, зону неориентированных кристаллов, промежуточную плотную зону, зону вторичных круглых пузырей и среднюю зону с отдельными пузырями, которых больше в верхней части слитка.

Слиток полуспокойной стали имеет в нижней части структуру спокойной стали, а в верхней – кипящей. Ликвация в верхней части слитков полуспокойной стали меньше, чем у кипящей, и близка к ликвации спокойной стали, но слитки полуспокойной стали не имеют усадочной раковины.

17. Способы повышения качества стали:

Качества металла – это его прочность, пластичность, газосодержание. Улучшить эти показатели можно уменьшением в металле вредных примесей, газов, неметаллических включений. Для повышения качества металла используют его обработку металла синтетическим шлаком, вакуумную дегазацию металла, плавку в вакуумных печах, электрошлаковый переплав, вакуумно-дуговой переплав, вакуумно-индукционный переплав, переплав металла в элекронно-лучевых и плазменных печах. Обработка металла синтетическим шлаком: синтетический шлак выплавляют в электропечи, смешивают с сталью. Сталь, обработанная таким способом, содержит меньше серы, кислорода и неметаллических включений, улучшается ее пластичность и прочность.

Вакуумная дегазация стали: Ковш с жидкой сталью помещают в герметичную камеру. Вакуумными насосами в камере создается разрежение. При понижении давления из жидкой стали выделяется водород и азот. Всплывающие пузырьки газов захватывают неметаллические включения, в результате чего содержание их в стали снижается. ЭШП: Электрический ток подводится к переплавляемому электроду, погруженному в шлаковую ванну и к поддону. В шлаковой ванне выделяется Т и нагревает ее, вызывая оплавление конца электрода. Капли жидкого металла проходят через шлак, образуя под шлаковым слоем металлическую ванну. В результате уменьшается содержание неметаллических включений. ВДП: Применяют в целях удаления из металла газов и неметаллических включений. Расходуемый электрод закрепляют наводоохлаждаемом штоке и помещают в корпус печи и далее в медную водоохлаждаемую изложницу. Из корпуса печи откачивают воздух до остаточного давления 0.00133 кПа. Между расходуемым электродом-катодом и затравкой-анодом возникает дуга. Выделяющаяся теплота расплавляет конец электрода. Капли жидкого металла, проходя зону дугового разряда, дегазируются, заполняют изложницу и затвердевают, образуя слиток.