55. Металлургиялық коксты, флюсты және электроэнергияны қажет етпейтін үрдістер туралы түсінік беру.

Ондай үрдістерге автогендік үрдістер жатады. Мысалы, сульфидті концентраттарды күйдіру, шойынды конвертерлеу, қара мысты конвертерлеу

56. Шахталы пештерде жүретін үрдістерді сипаттау

Балқытуды ойдағыдай жүргізу үшін агломерат құрамында мыстың мөлшеріне қарай күкірттің белгілі бір концентрациясына (2-7%) ие болуы тиіс. Күкірт концентрациясы агломерат шикіқұрамындағы көміртегі мен қайтымдардың мөлшерімен реттеледі.

Қорғасынның төмен балқу температурасы (не бары 327,4°С) оны кендерден бөліп алудың қарапайым сұлбасын қолдануға мүмкіндік береді: тотықтырып күйдіру → тотықсыздандырып балқыту.

Қорғасын агломераттарын тотықсыздандырып балқыту барысында шикіқұрамдағы кокс шығыны 10-14% болғанда СО₂:СО = 1-2 қатынасына ие газ түзіледі. Мұнда газ қорғасынды тотықсыздандырады, бірақ FeO-ны металдық темірге дейін тотықсыздандыра алмайды:

РbО + СО = Рb + СО₂;

2РbO SiO₂ + СаО + FeO + 2СО = 2Рb + CaO·FeO·SiO₂ + 2CO₂.

Балқыту нәтижесінде тазартылмаған қорғасын және құрамында темір, мырыш оксидтері мен кремнезем, сонымен қатар РbО-ның біраз мөлшері бар қож түзіледі. Қорғасын агломераты құрамында мыс болған жағдайда балқыту барысында штейн де түзіледі, сондықтан шикіқұрамда күкірттің белгілі бір мөлшері болуы тиіс. Балқыту өнімдерін өңдеу сұлбасы 2 суретте келтірілген.

Тазартылмаған қорғасын құрамында 2-7%-ға дейін қоспалар кездеседі. Сондықтан оның тұтынушылық қасиеттерін жақсарту және бағалы металдарды бөліп алу үшін қорғасын көп сатылы тазартуға жөнелтіледі. Тазарту барысында оның құрамынан келесі элементтер тізбектеліп бөлінеді: Сu → Те → (As; Sb; Sn) → (Ag; Аu) → Zn → Bi → (Ca; Mg).

Штейн «Мыс өндірісі» бөлімінде сипатталған сұлба бойынша өңделеді. Штейнді конвертерлеу барысында темір толығымен, мырыш пен қорғасын жартылай қожға өтеді. Мырыштың елеулі бөлігі төте буланып, қорғасынның 80%-ы возгондарға өтеді. Үрлеуден кейін алынған өнім құрамында 90% мыс болады.

Алынған қождар пирометаллургиялық өңдеуге – фьюмингілеуге жөнелтіледі. Нәтижесінде олардың құрамынан Zn, Pb, Sn және басқа да бағалы элементтер бөлініп алынады. Қондырғы сұлбасы 10.5 суретте келтірілген.

1200-1300°С температурада балқытылған қож арқылы шаңкөмірлі отынның немесе табиғи газ жартылай жану өнімдері үрленеді. Тотықсыздану нәтижесінде түзілетін металдық мырыш буланып, пештен газ ағынымен әкетіледі. Мырышпен қатар возгондарға Pb, Sn, Ge толығымен, In мен Та-дың 90%-ы, Se, Те, Cd толығымен дерлік өтеді. Газдар әрі қарай фьюминг-пештен суытқыш-камераға келеді. Мұнда қосымша ауаның қатысуымен газда қалып қойған СО и Н₂ жанады, возгондар тотығып қатты бөлшектерге айналады. Шаңның ірі фракциялары жағу камерасы мен утилизатор-қазандықта тұнады. Ал ұсақ шаң женді фильтрлерде ұсталынады. Алғашқы қож құрамында 16% Zn және 2% Pb болса, фьюмингілеуден кейін қож құрамында Zn – 1,3 және Pb – 0,3% құрайды.

57. Бессемер, томас үрдістері жөнінде әңгімелеу.

Бессемер үдерісі. Ағылшын енертапқышы Генри Бессемер 1856 жылы болат алудың жаңа төсілін тапты. Бүл тәсіл бойынша балқытылған шойынды конвертерге қүйып, оны астыңғы жағынан ауамен үрлеу арқылы болатқа айналдырды. Қазіргі бессемер конвертерлері өзгеріс- сіз, сол қалпында дерлік, металлургия өндірісінде қолданылады. Бессемер конвертерінің орташа сыйымдьшығы 30-60.. Бессемер үдерісінің шикізаты. Үдерістің шикізаты ретінде 51-52 маркалы шойындар пайдаланылады. Бессемер үдерісі өңделетін шойынның қүрамы мен қүраушы бөлшектерінің мөлшеріне мынадай талаптар қойылады: 1. Шойынның қүрамында Р мен 8 сияқты зиянды элементтер мөлшері аз болуы қажет. Өйткені бессемер үдерісінде бүл бөлшектерді шойыннан бөлуге болмайды, бөлу үшін конвертерге негізді флюс керек, ал негізді флюс конвертердің қышқыл астарымен реакцияға түсіп, оны істен шығарады.

Шойынның қүрамында кремний элементінің мөлшері көп болуы керек. Себебі конвертер үдерісінің тотықтану реакцияларына қажетті жылу негізінен кремний элементінің тотықтану реакциялары кезінде бөлінеді Конвертерге қүйылатын шойынның температурасы 1513 - 1563 (1240-1290°С) болуы керек. Заводтарда бессемер үдерісінің шикізаты ретінде күрамында 3,9-4,2%С; 0,6-1,60% Мп; 1,6-2,0% Sі; 0,07%-ке дейін Р және 0,05%-ке дейін S бар Б1 және Б2 маркалы шойын пайдаланылады.

Үдерістің журуі. Конвертер қыздырылғаннан соң ол көлбеу күйге келтіріліп, онан балқытылған шойын қүйылады. Осыдан соң конвертерге ауа үрленіп, қайтадан тік қалпына келтіріледі.

Бессемер үдерісі үш кезеңнен тұрады.

І-кезең - шлактың тузілуі. Ауаның қүрамындағы оттегі шойын- мен әрекеттесіп, оның қүрамындағы Sі, Мп, Ғе бөлшектерін мьша реакциялар бойынша тотықсыздандырады:

Sі + 0₂ = Sі0₂, 2Мп + 0₂ = 2МпО,

Ғе+0,50₂ = Ғе0.

Осы реакциялар (әсіресе бірінші реакция) нөтижесінде конвер- терде жылу бөлініп, оның температурасы 1563°К (1290°С)-тан 1873°К (1600°С)-қа дейін көтеріледі. Түзілген тотықтар өзара әрекет- тесіп, қүрамында 40-50% Sі0₂ бар мынадай шлакқа айналады:

МпО + Sі0₂ = МпО Sі0₂,

ҒеО + Sі0₂ = ҒеО SЮ₂

Томас үдерісі 1878 жылы ағылшын оқымыстысы С.Д. Томас конвертерді негіздік қасиеті бар отқа төзімді доломит кірпішімен астарлап, I флюс ретінде ізбес тасын пайдалану арқылы түңғыш рет фосфорлы шойыннан болат алды. Томас конвертері қүрылысы жағынан бессемер конвертеріне үқсас келеді, бірақ бүл конвертерге шойыннан басқа флюс ретінде ізбес тасы, металл сынықтары салынатындықтан, оның көлемі бессемер конвергеріне қарағанда үлкен болады

Өйткені томас үдерісінің жүруіне қажетті жылу шойынның қүрамыңдағы фосфор элементінің тотықтану реакциясынан бөлінеді. Шойынның қүрамындағы фосфор- ды ажырату үшін конвертерге ізбес тасы салынады. Конвертердің температурасын төмендету мақсатымен оған аз мөлшерде руда мен темір сынықтарын салады. Темір сынықтары балқыған металда ериді де, руданың тотықсыздануының нәтижесінде конвертер болатының өнімі артады. і

Үдерістід жүруі. Қыздырылғанңан соң конвертер көлбеу қалыпқа келтіріліп, оған қажетті мөлшерде ізбес тасы салынады және балқытылған шойын қүйылады, бүдан кейін ауа үрлене отырып, қайтадан тік қалыпқа келтіріледі. Томас үдерісінің жүруі бессемер үдерісі сияқты үш кезеңге бөлінеді. Үдерістің бірінші кезеңінде, бессемер үдерісінің 1-ші кезеңі сияқты, Sі, Мп, Ғе бөлшектерінің тотықтаиу реакциялары жүреді. Кремнийлі шлак темір мен марганец бөлшектерінің шала тотығымен өрекеттесіп, силикаттар түзеді. Түзілген силикаттар ізбес тасымен реакцияласып, температура жоғарылаған сайын реакцияның жылдамдығы артып, үдерістің ү ш і н ш і кезенінде аққыштық қасиеті жоғары негізді шлакқа айналады. Ал үдерістің екінші кезеңінде бессемер үдерісінің екінші кезеңіндегі сияқты коміртегі жанады. Үшінші кезең шойынның фосфорсыздануы деп аталады. Бірінші кезеңде 2Р+2,50₂ = Р₂0₅ реакциясы бойынша түзілген фосфор тотығы үшінші кезеңде темірдің шала тотығымен өрекеттесіп, мына реакция бойынша темір шала тотығының үш фосфаты түзіледі:

ЗҒеО + Р₂0₅=(Ғе0)Р₂0₅

Түзілген темір шала тотығының үш фосфаты өлсіз қосылыс болғандықтан, кремний, марганец, көміртегі бөлшектері оны ыдыратып, қүрамындағы фосфор қайтадан балқыған металда еріп кетеді. Егер шихта қүрамында кальций тотығы (флюс) болса, - темір шала тотығының үш фосфаты онымен төмендегі реакциялар бойынша әрекеттесіп, берік қосылыс (СаО) Р₂0₅ фосфорлы кальций түзын түзеді:

2Р + 2,50₂ = Р₂0₅,

Р₂0₅ + ЗҒеО=(ҒеО)₃ Р₂0₅,

(Ғе0)₃Р₂0₅ + 4СаО= (СаО)₄ • Р₂0₅ + ЗҒеО

Түзілген фосфорлы кальций түзы шлак түрінде балқыған металдың бетіне шығады. Жоғарыдағыдай шойынның фосфорсыз- дану реакцияларының жүруі нәтижесінде жылу бөлініп, конвертердің температурасы 1893°К (1620°С)-қа дейін көтеріледі. Сондықтан да томас үдерісі үшін қүрамында фосфоры көп шойын қажет. Үдеріс аяқталғаннан соң болаттың күрамындағы оттегін бөлу және бөлшектерінің мөлшерін мемлекеттік стандарт бойынша анықталған болат маркаларына келтіру үшін, балқыган болат ферромарганец, ферросилиций немесе А элементімен қосылып өңделеді.