Сульфидтердің тотығуына әсер ететін бактериялар

Бактерияның аттары	Әсері	Өмір сүру жағдайы
		температура, 0С	рН
Thiobacillus thiooxidans	Күкірт және сульфидтерді тотықтырады	28-32	2
Thiobacillus ferrooxidans	Темір (ІІ) және күкіртті тотықтырады	-	2,5-2,8
Ferrobacillus ferrooxidans	Темір (ІІ) және күкіртті тотықтырады	15-20	3,5
Ferrobacillus sulfooxidans	Темір (ІІ) және күкіртті тотықтырады	32	2,3

Олар перфорланған және тат баспайтын болаттардан немесе пласмассадан жасалады. Ірі кен орынның массивтерін тығыз болған жағдайда жару арқылы ұсақтайды.

Үймектік шаймалау алдын-ала дайындауды талап етеді. Кенді 10-30 мм-ге дейін ұсақтап қималы пирамида түрінде қаттап салады, бұған 66 мың т. дейін сияды, биіктігі 10-30 м. Негізі ренітде су өтпейтін балшық қабаты мен, асфальпен немесе полиэтиленмен қапталған алаң қызмет етеді. Араластыру үшін шашқыштар орнатады немесе үймектің төбесіне 30-60 см тереңдікпен тоғандар жүргізеді, кейде тік тесікті құбырлар қояды. Ағынды қанаулармен, науалармен немесе құбырлармен жинайды және жер суландыруға қайтарып береді немесе өңдеуге апарады.

Ағып жиналу (перколяция) металды механикалық берік, борпылдақ тотықтқан кендерден бөліп алуға қолданылады, процестің алдында ұсақтайды және 4-10 мм фракцияны алып ерітіндімен жақсы әрекеттесетін 3-4 м қалыңдықта топтастырады. Ұсақтарын кейде ылғалдап түйіршіктейді немесе жеке аралыстырғышта шаймалайды. Перколяторлар – темірбетонды, кейде ағаштан жасалған призмалық немесе цилиндрлік қазандар, сыйымдылығы 5-10 мың т. кен. Іші қышқылды ерітіндіден қорғау үшін асфальтпен, смоламен, қышқылға төзімді бетонмен, кейде қорғасынмен қапталады. Түбіне ағаш брустардан тесігі 15-20 см етіп тор салады, сосын синтетикалық матамен немесе кокстық матпен қаптайды. Ерітіндіні төбесінен немесе астынан береді. Жалпы ұзақтығы 10-15 тәулік. Периодты және қарсы ағындағы перколяцияда болады. Перколяторларға кенді кранмен салады.

Араластырғыштарда шаймалауды егер кен перколяцияға ірілігі бойынша жарамаса, кейде бай кендермен концентраттарға қолданады. Шикізатты алдын-ала 1 мм ұнтақтап қышқыл ерітіндісмімен қойылтып пневматикалық, немесе механикалық жылытқыш немесе ондай емес араластырғышы бар қазанда жүргізеді. Қазандар сиымдылығы 20-200 м³ лигерленген болаттан немесе ағаштан жасалады. Іші асфальтпен, резеңкемен, қышқылға төзімді кірпішпен немесе керамикамен қапталады.

Қоспалардан ерітіндіні тазалау алынатын металға оны ары қарай химиялық қосылыс немесе бос күйінде алғанда құрамына қосапалар кетпеу мақсатында жүргізеді.

Шаймалау ерінтідісін тазарту үшін неорганикалық немесе органикалық рагенттермен химиялық тұндыру әдісі, кристалиазция және цементация қолданылады. Соңғы процесте бір металды екінші электртеріс металмен ығыстырады. Мысал ретінде мысты күкірт қышқылды ерітіндісінен металдық мырышпен бөлу жатады:

CuSO₄ + Zn ZnSO₄ + Cu, немесе

Никельді электролиттен никельмен: CuSO₄ + Ni NiSO₄ + Cu.

Металды тазаланған ерітіндіден түнбаға түсіруге сулы ерітінділердің электролизі цементация немесе газ тәрізді тотықсыздандырғыштармен қысымда тотықсыздандыру әдісін қолданады.

Түрлі түсті металдардың гидрометаллургиясында, әсіресе сирек және асыл металдар өндірісінде ең көп таралған сорбциялық (ион алмастыру) және экстракциялық процестер. Бұл процестерді қолдану келесі мәселені шешеді:

1) бағалы металды ерітіндіден екінші құрамы арықарай өңдеуге қолайлы ерітіндіге өткізу;

2) сұйытылған ерітінділер мен пульпалардан металдарды жинақтау;

3) металдарды селективті бөліну және қоспалардан ерітініні тазалау;

4) сорбция мен шаймалаудың бірлесуі.

Ионалмастыру процестері кейбір қатты заттардың (иониттердің) ерітінді мен байланысқан кезінде оның құрамындағы ұқсас белгідегі иондарды өзіне сіңіру қабілетіне негізделген. Ионит ретінде көбінесе қатты синтетикалық жоғары молекулярлы алмастыру үлкен химиялық тұрақты және механикалық қатты заттар қолданылады. Алмастыратын ионы бойынша иониттер катиониттнр мен аниониттерге бөлінеді. Сонлай ақ бір мезгілде екеуінде алмастыра алатын амфотерлі иониттер – амфоилеттер де бар. Жалып түрде ион алмастырғыш смолардың әркетін келесі теңдеумен өрнектеуге болады:

2RH + K²⁺ R₂K + 2H⁺ немесе 2RCl + A²⁺ R₂A + 2Cl^-

мұнда, R- белгіленген ионы бар радикал; К- катион; А- анион.

Экстракция деп металдың сулы ерітіндісінен сұйық сумен араласпайтын органикалық фазаға бөліну процесін айтамыз.

Органикалық фазадан реэкстракция арқылы экстрацияланған металды органикалық фазадан сулы ерітіндіге бөліп алады.

Экстрагенттер ретінде органикалық қышқылдар және олардың тұздары, аминдер және аммонийлі негіздегі тұздар, спирттер, эфирлер, кетондар қолданылады. Экстрагент бөлінетін элемент пен қаныққанда экстракт, ал сулы ерітіндіге бөлінген метал рафинат деп аталады.

Пирометаллургияның негізгі жабдықтары – күйдіру, балқыту, тазалау пештері. Жылу алу көздері, отқа төзімді материалдар. Балқытудың өнімдері.

Пирометаллургияның негізгі жабдықтары – күйдіру, балқыту, тазалау пештері. Көптеген метал өндіруге байланысты процестер (күйдіру, тотықсыздандыру, пісіру, балқыту, құймаларды және бұйымдарды қыздыру) тек аз (500-900⁰) немесе жоғары температураларда (1500-2000⁰С) табысты жүре алады. Материалдарды талап етілген температураларға дейін қыздыру арнайы аппараттарда - пештерде жүзеге асады.

Пештің жұмысшы кеңістігі барлық жағынан қоршаған ортадан отқа төзімді материалдармен қоршалып бөлінген.

Сыртқы металдық қаптама және отқа төзімді материал (кірпіштің) арасында жылу шығармайтын материал қабаты орналасады, ол жылудың қоршаған кеңістікке көп жоғалуын болдырмайды. Пештер тиеуге және өңделген материалдарды түсіруге арналған құрылғылармен және жұмысшы кеңістікте қажетті жылу бөлетін отынды жағу немесе басқа да қосымша бөлімдерімен жабдықталған. Пештің металдық қаптамасы немесе отқа төзімді футеровкасы тез тозбас үшін кейде сумен суытылады.

Көп түрлі пештердің құрылымы және жұмысымен танысуды жеңілдету үшін оларды кластарға топтастыру жеңілдік береді. Пештерді келесі топтарға бөлуге болады:

1. Жұмысшы кеңістігінің түрі бойынша:

- шахталық пештер - жұмысшы кеңістік жоғары қарай тік керілген;

- табанды, шағылдырғыш пештер - жұмысшы кеңістік көлденең керілген;

- айналмалы түтікшелі пештер - процестер ұзын цилиндрлі кеңістікте;

- камералы пештер.

2. Қолданылатын энергия түрі бойынша:

- отындық - материалды өңдеуге арналған қажетті жылу қатты, сұйық немесе газ тәрізді отындарды жағудан бөлінеді;

- электрлік – электр энергиясын пайдалану нәтижесінде жылу бөлінеді.

3. Жылу беруді ұйымдастыру принципі бойынша:

- жылугенераторлары – жылу өңделетін материалдың көлемінде бөлінеді (конверторлар, индукциялық пештер);

- жылу алмастырғыштар – қыздырылатын материалға жылу сырттан беріледі (қыздыру, күйдіру пештері);

- аралас түрдегі пештер (домналық).

4. Қолданылуы бойынша:

- қыздыру пештері (кептіргіш, күйдіргіш, термиялық - қатты металды қыздыруға арналған және т.б.);

- балқыту пештері - қатты шихталық материалдарды сұйық өнімдерге - балқымаларға айналдыруға арналған;

- жылу алмастырғыштар – пештен газбен бірге шығып кететін жылуды қайта шоғырландырып және оны ары қарай қолдануға арналған (рекуператтар, регенераторлар, жойғыш - қазандар).

7.1 суретте шахталық пештің схемасы келтірілген. Мұндай пештерде процестер үздіксіз, қарсы ағынға негізделген болып келеді: үстіңгі жағынан төмен өз салмағымен кендік материалдан, отыннан, флюстен құрылған шихта түседі. Төменнен жоғары қарай кесекті шихтаны қыздыратын жанғыш газдар көтеріледі. 1200⁰С температурадағы жанғыш газдар пештің астыңғы бөлігінен арнайы тесіктер – фурмалар арқылы үрленеді. Кей жағдайларда жанғыш газдар пештің ішінде фурма алдындағы кокс кесектері ауадағы оттегінің үрленуі әсерінен жанған кезде пайда болады. Қыздырылған үрлеуді қолданған кезде жану 2500⁰С дейін жетеді. Шихтаның кесектері арасынан өткен кезде 5-20 м қабатта газдар өзінің негізгі жылуын шихтаға беріп және пештен шығар кезде 100-400⁰С болып қалады. Бұл шахталық пеште жылуды пайдалану коэффициенті жоғары екенін көрсетеді.

Үздіксіз жұмыс істеген кезде шахталы пешке жоғарыдан төмен периодты түрде (бірнеше минут сайын) порциялармен кендік материал және отын тиеп отырады, ал төменгі жағында үздіксіз немесе периодты түрде өңдеудің өнімдері: балқымалар, термиялық немесе химиялық өңделген кеннің қатты кесектеріжәне т.б. материалдар шығып отырады. Кейбір жағдайда ғана процестің соңында түзілген элемент немесе қосылыс шығатын газбен алынып тасталады.

Шахталы пештің бір кемшілігі ұнтақты материалдарды өңдей алмауында, себебі ол кезде шихта қабатының газды динамикалық кедергісі жоғары болады. Әрбір нақты процесс үшін кесектің қолайлы өлшемі таңдалып отырады (ол 5-100 мм дейін).

Шахталық пешке қарағанда айналмалы түтікшелі пештер тек кесек материалды ғана емес ұнтақ материалдарды да өңдей береді. Айналмалы түтікшелі пештер (сурет7.2) диаметрі 3-5м, ұзындығы 30-150 м дейін болатын іші отқа төзімді кірпішпен қапталған ұзын цилиндр тәрізді болып келеді. Пештің болатты қаптамасында 2 немесе бірнеше роликті тіреуге тірелген ұстатқыштары (бандаж) болады. Пештің айналуы тісті алмастырғыштармен (пештің тісті кигізбесі және редуктор біліктің тісті доңғалағына кигізілген) жүргізіледі. Айналу жылдамдығы 1-3 айн./мин. Пештің түсіру соңында сұйық, газтәрізді немесе шаңды көмірлі отынды жағатын орын бар. Жанғыш газдардың алаулары ұсақ материалдардың үстімен жүріп пештің тиейтін басынан шығады. Айналып жатқан ұсақ материалдарды қыздыру төбесінен – жалыннан және пеш қабырғаларынан және төменнен – қызған футеровкадан жүріп отырады. Материалдың пештің бір басынан екінші басына дейін қозғалуын қамтамасыз ету үшін 2-3⁰бұрышпен көлбей орналасады. Материалдың жылжуына қарай ол 500-100⁰С дейін қызады. Пештің шығару соңында материалдың температурасы 1300⁰с дейін барады.

Сурет 7.1. Шахталық пештің схемасы: 1– колошник; 2– шахта; 3 – ішкі көрік; 4– сыртқы көрік (тұндырғыш); 5– гарнисаж.

Айналмалы пештер темір кендерін металдауға, әктас пен магнезитті күйдіруге, бокситтер мен нефелиндерді пісіруге, сазбалшықты кальцинациялауға және т.б. процестерге қолданылады. Айналмалы пештердің кемшілігі шахталық пешпен салыстырғанда жылуды пайдалану дәрежесінің төмендігі және шаң шығуының жоғары болуы.

Сурет 7.2. Айналмалы түтікшелі пеш схемасы : 1– пеш сұлбасы; 2– құрсау ; 3– тісті кигізбе; 4– роликті тіреу; 5– оттық ; 6– пештің айналдырғышы.

Ұнтақ материалдарды термиялық өңдеуге көп қолданылатын пештің бірі – қайнау қабаты пештері (ҚҚ), олар да түйіршікті материал псевдоқысылған (ауа немесе газ көпіршіктерінен) күйде болады. Мұнда әрбір түйіршік газбен қапталғандықтан ондағы материал қайнап жатқан сұйықтықты еске түсіреді, сондықтан қайнау қабаты деп аталады. Псевдоқысылу жағдацын анықтау үшін қатты бөлшектің осындай қабаттағы өзін-өзі ұстауын қарастырамыз. Бөлшек өлшенді күйде болатын жағдайда бөлшектің салмағы мен оны көтеретін газ ағынының итеру күштері тең болады.

Қалықтау жылдамдығы деп аталатын формула төмендегідей өрнектеледі:

(7.1)

мұндағы d – бөлшек диаметрі; ρ – оның тығыздығы;  - ортаның тығыздығы (газ немесе сұйық); ξ – газодинамикалық кедергінің коэффициенті; g – ауырлық күшін жылдамдату.

Мысал ретінде есептелген бөлшектердің қалықтау жылдамдығы келесілерге тең болды: d = 2 мм болғанда w_в = 1,04 м/с; ρ = 3 г/см³;  = 1,29 кг/м³ (0,00129 г/см³); d = 0,16 мм болғанда w_в = 0,56 м/с; ρ = 4,8 г/см³;  = 0,34 кг/м³ (0,00034 г/см³). Шыққан газ ағынының жылдамдығы w қалқтау жылдамдығына w_в тең болған кезде бөлшек өлшенді күйде болады, яғни оның салыстырмалы жылдамдығы нөлге тең; егер газ ағананаң жылдамдығы қалықтау жылдамдығынан кіші болса w < w_b бөлшек құлайды; егер керісінше болса w > w_в бөлшек газ ағынымен бірге кетеді. Мұнда екінші периодтың режимі жұмысшы болып табылады.

ҚҚ пештерінің ең маңызды кемшілігі газ ағананаң жылуын пайдалану дәрежесінің төмендігі, себебі ол қабатта бір секундтай ғана тұрады. Мұндай кемшіліктерді пешті екі-, үш зоналы етіп құрастыру арқылы жоюға болады. Көп зоналы пештер қарсы ағын принципі бойынша жұмыс істейді. Негізінен күйдіру (әктасты, сульфидті темір кендерін) процестері ортаңғы зонадағы торда жүреді. Ыстық газдар одан жоғары көтеріліп және суық жаңа түсірілген материалды жоғары торда қыздырады. Ал қыздырылған қатты өнімдер астыңғы торға – пешке суық ауа түсетін зонаға түседі.

Сурет 7.3. Біркамералы бір зоналы қайнау қабаты пештерінің схемасы.

ҚҚ көпзоналы пештерін жобалау кезінде жылутехникалық есептерден басқа газдықдинамикалық есептерді де жүргізеді. Ол әр зонадаға тор ауданын талап етілген қайнау қабатының газдық ағынын (бір зонадан екінші зонаға өткенде химиялық процестердің немесе температураның өзгеруінен газ көлемі өзгереді) сәйкестеу үшін керек. Сондықтан әдетте пештің орта бөлігі (жоғары температуралы) көлденең қимасы басқаларынан үлкендеу болып келеді.

ҚҚ пештерінің тағы бір кемшілігі шаң шығуының жоғары болуы, Себебі күйдіруге жартылай дисперсті ұсақ материал түседі. Ірі кесекті материалдарды қайнау қабатына келтіру үшін газ ағананның жылдамдығын көбейту қажет. Сондықтан барлық ҚҚ пештері күрделі шаң аулау жүйесімен жабдықталған. ҚҚ пештерінің технико-экономикалық көрсеткіштерін арттыру мақсатында шаңтәрізді материалдарды күйдірудің алдында 3-6 мм-лік фракцияларға дейін түйіршіктейді.

Табанды пештерді руданы балқыту және металдық қорытпаны өңдеу үшін қолданады. Табанды пештің нақ түрі мартендық пеш болып саналады. Табанды пештерге мыс концентрациясын балқытатын пешті жатқызуға болады (сурет 7.4). Газды (мазутты) және ауаны торцтық қабырғада орналасқан канал арқылы береді. Жанған кезде факел пайда болады, ол металдың үстіңгі қабатына бағытталады. Пешке қарсы орналасқан канал арқылы жанған уақыттағы өнім жойылады. Бүйіріндегі терезе және күмбезіндегі тесік арқылы пешке қатты және ұнтақ түрлі материалдар және сұйық металдарды тиейді. Белгілі бір уақыт өткеннен кейін отқа төзімді қабырға - ағын өзектегі (летка)тесік арқылы барлық қажетті процестер және металдық қорытпа қажетті химиялық құрамға ие болғанда шығарылады, ол яғни пештің түбіндегі табанда орналасқан шырпыша .

Табанды пештерді шағылдырғыш деп те атайды, ал факелден және отқа төзімді төсеніштен белгілі бір мөлшерде жылуын (80 ℅ дейін) металл сәуле энергиясынан алынады.

Бұл (сәуле шығарғыш) пешке әдістемелік пешті де жатқызуға болады, оны қысыммен өңдеу алдындағы металдық дайындаманы қыздыру үшін қолданады. Әдістемелік пештің табанды балқыту пештен айырмашылығы, тек қана оның металл суытпа балкасында біртекті отқа төзімді табаны орналасқан және ол арқылы дайындамалар пештің бір шетінен екінші шетіне қозғалады.

Ерекше балқыма агрегаттар конверторлар - ол ауа мен оттегіні сұйық қорытпа арқылы ағынмен үрлейді, тотығу нәтижесінде металдан кейбір элементтер бөлініп кететін сыйымдылық болып табылады. Штейннан конвертермен (сурет 7.5) мыс және негізгі шойыннан болатты алады.

Кейбір металлургиялық агрегатты газдардағы шығатын жылу жоғалтуды азайту үшін, оларды рекуператты немесе регенератты жылуалмастырғыш арқылы жібереді.

Үздіксіз қолданылатын жылуалмастырғыш - рекуператор. Оны герметикалық камера түрінде алады, ол арқылы ағынды ыстық түтінді газдарды шығарады. Суық газ немесе ауа камерадан перпендикулярды бағытта өтетін, ағынды жууға арналған параллель орналасқан металдық труба арқылы жүреді. Мұндай қиылыспалы жылуалмасу (қабырғадағы труба арқылы) нәтижесінде түтінді газ өзіндегі жылудың көп бөлігін ағынды газ тәрізді отынға немесе ауаға береді. Жану температурасының жоғарылауы және отынды экономиялау процесі, жинақталған жылу металлургиялық агрегатқа оралғанда болады.

Сурет 7.4. Металл концентратын балқытатын балқытатын сәуле шығарғыш пеш: 1-жанарғыға арналған терезе (бүріккіш); 2- ілінген енгізгіш тесік; 3- тиеу терезесі; 4-шлактық терезе; 5-газ шығаратын пеш көмейі (аптейк); 6-пеш табаны; 7-штейн шығаратын ағын өзек; 8-фундамент.

Рекуператқа түсетін түтінді газдың максималды температурасы ыстыққа төзімді металдық элемент—жылуалмастырғыш арқылы шектеледі.

Сурет 7.5. Конвертті оттек: 1-тіреуіш подшипник; 2-цапфа; 3- бүркеніш; 4-тіреуіш сақина; 5- 6-электрлік қозғалтқыш; 7-тіреуіш тұғырық; 8-ағын өзек.

Регенераторлар − периодты түрде жұмыс істейтін жылуалмастырғыш, жоғары температураға қыздырылған (1700 С дейін) газдардың жылуын жинақтау үшін қолданады. Олардың жұмыс істеу қабілеті мынадай: ыстық түтінді газдарды отқа төзімді кірпішпен қапталған және отқа төзімді кеуектілік салмамен толтырылған камера арқылы шығарады. Бұлардың жылуының көп бөлігі салманы қыздыруға кетіп, бұдан газ камераны төменгі температурада жоғалтады. Бірнеше минуттан кейін салма қыздырылып (бұған себеп қалдық газдардың температурасының көтерілуі) , түтіндік газдың келуі тоқтатылып, бағыты жаңадан қызып келе жатқан регенераторға бағытталады. Ыстық салма регенератордан бірінші кері бағыттағы суық ауаны береді де, жылуды алады. Қыздырылған ауаның температурасы 1200-1300⁰С болуы мүмкін. Регенератордың жұмыс режимінің белгілі бір уақыт өткеннен кейін, яғни қыздырылған ауаның температурасы нормадан төмендетіліп, өзгереді. Ол яғни біріншісін қыздыруға қояды (түтіндік газ шығаруы), ал суық ауаны екінші регенератор арқылы жібереді.

Регенераторларды мартендық, кокостық пештерде орнатады. Домна пештеріне жіберілетін ыстық ауа осындай табанды пеште қыздырылады.

Электрлік пештер. Электр пештері кедергілік, доғалық, индукциялық және электрондық қыздырылатын пештерге бөлінеді.

Кедергі пештерінің жұмыс істеу принципі электрлік кедергісі бар өткізгіштің бойымен ток өткен кездегі жылудың бөлінуіне негізделген. Джоуль-Ленц заңымен өткізгіштен шығатын жылудың мөлшері тоқ күшіне, электрлік өткізгіш кедергіге және уақытқа пропорционал, Q=1.005 2IRτ. Ток күші мен кедергі мәндерін таңдаған кезде қатты металдың қажетті температураға қыздырылуы немесе оның балқуы кезіндегі қажетті қуатын алады.

Сурет 7.6. Штейн қорытуға арналған пештердің схемасы: 1-тиеу құрылымы; 2-отқа төзімді төсеніш; 3-электродтар, 4-тоқ өткізгіш.

Доғалы пештердің жұмыс істеу принципі электрлік энергияның жылулық электрлік доғада пайда болуын, ол газдық фазадағы разряд түрі болып табылуына негізделген. Салыстырмалы көлемі аз доғадан жоғары (3000⁰С дейін) температурадағы разрядты концентрациялы көп қуаттан алады. Жанама қыздырылған пештерде доға электродтар арасында жанады. Тікелей қыздырма пештерде доға электродтар және металдар қорытпасы арасында жанады (сурет 7.6). Бұндай пештерде ыңғайлы жағдайлар қарастырылған, яғни доғадан металға өтетін жылу, талап бойынша өте жоғарғы температура металдың үстіңгі қабатымен байланысып тұрады. Доғалы пештерге вакуумды доғалы пеш жатады, ол қиын балқитын металдарды балқытуға арналып, болатты қайта балқытып, оның қасиеттерін жақсартуға арналған. Мұндай пештердің екі түрі бар: электрді қажет ететін және етпейтін болып бөлінеді. Электродтары шығындалатын пештерде (сурет 7.7а) доға еріген элдектродтардың арасында жанады және қорытылған металдар айнасын түзеді. Электродтары шығындалмайтын пештерде (сурет 7.7б) доға графитті және қиын балқитын металдық электродтар және металл қорытпасы арасында жанады. Бұл вариантта кендік материал ұнтақ түріндегі үздіксіз металл алу үшін доғаның құрамында болады.

Плазмалық металдағы анодты доғалы пештер тікелей жұмыс істейтін доғалы пешке жатады. Бұлардың жылу көзі көлденең бағыттағы қосылған доға болып саналады, бұлардағы ток тығыздығы әдеттегіден жоғары болады. Инертті газдың атмосферасындағы температура қысылған доғаның температурасы әдеттегіден гөрі 10 есе үлкен және ол 1000-даған градусқа жете алады.

Сурет 7.7. Электродтары шығындалатын және шығындалмайтын вакуумдық доғалы пештердің сызбасы: 1- вакуумдық камера; 2- шығындалатын электрод; 3- кристалдандырғыш; 4- қорытылатын құйма; 5- шихталық материалдарды беруге арналған қоректендіргіш; 6- шығындалмайтын электродтың қиынбалқитын ұшы.

Электр-сәулелі пеш. Металды электрондық сәулемен балқыту және қыздыру үшін қолданылады, ол негізінен электрондардың кинетикалық энергиясының металл бетімен соғылуы кезінде жылулық энергияға айналуына негізделген. Жұмысшы кернеуі 30-35 кВ құрайды.

Индукциялық пештер: трансформатор түрінде жұмыс істейді. Ортасы жоқ (қуаты жоғары) индукциялық пештерде бастапқы орама мысты сумен суытылатын металл қорытылатын тигель айналасында оралған түтікшелі болып келеді. Пеш түріне байланысты бастапқы айналмаға 50-60-тан <10⁶ Гц-ке дейін жиіліктегі ток беріледі. Бұл катушка арқылы ауыспалы электрлік ток өткен кезде ауыспалы магниттік өріс пайда болып, ол отқа төзімді материалдағы тигельде орналасқан металдағы электрлік тоғын қоздырады (индукциялайды). Нәтижесінде, екі орамадағы электромагниттік өріс іске асқан кезде, энергияның бір бөлігі тигельдегі қорытылған металдың айналуын тудырады. Оның негізгі мөлшері жылуға айналып, металды қыздыруға кетеді. Жылу металдың ішкі қабатынан бөлінетіндіктен, жылу жоғалтуы минимальды болады, сондықтан индукциялық пештер тиімділігі жоғары технологиялық агрегатқа жатады.

7.8-суретте индукциялық пештің сызбасы көрсетілген, ол атмосфералық қысымда жұмыс істейді, бірақ вакуумда немесе атмосфералық қабатта да қорытылуы мүмкін. Қажеттілігіне қарай индукциялық пештердегі тигельдің көлемі бірнеше килограммнан 10-20 тоннаға дейін барады. Индукциялық пештерді жоғары сапалы қорытпаларды балқыту үшін металлургиялық өңдеудің әртүрлі сатыларында қолданады.

Күндік пештер күн сәулесі көп көрінетін жерлерде және қиын балқитын металдарды балқытуға күн энергиясымен жұмыс істейтін пештерді қолданады. Мұндай пештер көп айналардан - гелиостаттардан тұрады, олар күн сәулесін диаметрі 50 м параболалық айнаға бағыттайды. Қабылдаған энергия сәулесін параболалық айна жіңішке сәуле түрінде пештің балқытатын бөлігіне жібереді де, мұндағы температура 3500⁰С дейін жетеді. Мұндай пештің қуаты 1000 кВт электрлік энергияға тең. Мұндай пеш Пиренеяда салынған болатын, ол күніне 2,5 т цирконий өндіреді.

Сурет 7.8. Индукциялық пеш: 1- индуктор; 2- тигель: 3- отқа төзімді табаны; 4- алынатын енгізу тесігі; 5- құйып алуға қажетті тесік.

Күнді пештің бір айырмашылығы ол металды таза күйінде бөліп шығарады. Екінші бір айырмашылығы металға кететін жылулық энергияны есептемеуге болады. Электр энергиясының минимальды мөлшері айналарды күннің жылжуы бойынша бұрып тұратын двигательдің жұмыс істеуіне ғана кетеді.

Жылу алатын қорлар. Көптеген пирометаллургиялық өңдеуге қажетті жоғары температураны көбінесе отынды жағу және сирек электрмен қыздыру арқылы алады.

Отын дегеніміз құрамында жанғыш компоненттері бар химиялық қосылыс, ол оттегімен әрекеттескен кезде көп жылу бөледі. Отын қатты (тас көмір, торф, ағаш, кокс), сұйық (мұнай, мазут, керосин, жанармай) және газ түрінде (табиғи газ және басқа да жанатын газдар) кездеседі.

Металлургиялық пештерде отын ретінде қолдан жасалынған отындар қолданылады: кокс, мазут, коксты және домналық газдар, олардың табиғи отындардан біраз кемшілігі бар.

Химиялық талдаудан қатты және сұйық отындардың келесі элементік құрамын аламыз: С+Н+S_r+O+N+A+W=100℅, бұлардың алғашқы үшеуі ғана оттегімен қосылғанда жылу береді. Отын құрамындағы азот пен оттегі күрделі химиялық қосылыс құрамына кіреді. А- отынның минералдық бөлігі, ол мына тотықтардан тұрады: SiO₂; MgO; Al₂O₃; CaO; W-ылғалдылық. Көміртегі ауадағы оттегі жеткілікті болған жағдайда көмірқышқыл газын СО₂ немесе көмір тотығын СО түзе жанады. Сутекке оттегі жетсе де жетпесе де бірқалыпты су түзе жанады. Көмірсутек ауа қатысы және су буы болмаса да әртүрлі жануы мүмкін.

Жану процесінде қатты отын үшке бөлінеді: ұшқыш заттар, бұлар 200-700°С-де қыздырғанда бөлініп, газ түріндегі компоненттерден тұрады: Н₂; СН₄; СО₂; Н₂S; N₂ және т.б.; бұл процестен (700-900°С-де) түзілетін қатты қалдық «ұшпайтын» көміртек-С_n түзеді; жоғарыда айтылған минералды тотықтар жанғанда, нәтижесінде күл (А) түзеді, ол қозғанда жылудың бір бөлігін жұтады. Бұдан басқа күл жеңіл балқитын болса отынның жанғыш бөліктерін орап, олардың толық жануына алып келеді. Күл алынатын өнімді ластайды. Сондықтан күл және ылғалдылық зиянды қосылыстар болып есептеледі.

Табиғи отындарда ұшқыш заттың мөлшері 10-нан 50%-ке дейін болады; ал термиялық өңделген кокста – 1 – 2 %. Күл көмірді байту нәтижесінде түзіледі.

1 кг қатты және сұйық отын немесе 1 м³ газ жанғанда бөлінетін жылу мөлшері отынның жылу өткізгіштігі деп аталады.

Кокс – металлургияда отын түріненде, негізінен домналық және шахталық пештерде кеңінен қолданылады. Коксті табиғи тас көмірлердің жоғары сорттарын құрғақ, ауа жібермей жоғарғы 1100-1200^о С-де айдау арқылы алады. Құрамындағы күлді төмендету үшін көмірді кокстеу алдында байытады. Кокстеу процесін кокстік пештерде жүргізеді. Олар биіктігі 4-6 м, ұзындығы 12-15 м және ені 0,5 м камерадан тұрады. Осындай 40-70 батареялар бір пешке орналасады. Пештегі мұндай компактілі жинақтау жылудың сыртқа жоғалуын төмендетеді. 1 т тас көмірлі шихтаны кокстағанда 700-750 кг кокс және 320-350 м³ кокстық газ және 20 кг-ға жуық таскөмір смоласын алынады. Кокстық газды тазалаған кезде органикалық қосылыстарға бай бағалы газдар алынады.

Кесте 7.1