2. Основы металлургического производства.

Металлургия – получение металлов и сплавов на их основе, являющихся основными конструкционными материалами, - важнейшая отрасль народного хозяйства.

Металлургия (от греческого metallurgeo – добываю руду, обрабатываю металлы) – отрасль науки и техники, задачами которой является:

- подготовка и обогащение руд;

- производство металлов и сплавов (получение слитка);

- пластическая деформация (прокат, волочение, прессование) с целью получения заготовок определенного профиля: круг, квадрат швеллер, труба проволока и др.

Металлы и сплавы на их основе являются основными конструкционными материалами, таким образом, металлургия является важнейшей отраслью народного хозяйства.

Металлы и сплавы делятся на черные и цветные. К черным относят железо и сплавы на его основе - стали, чугуны и ферросплавы.

Сплавы на их основе цветных металлов также называют цветными. Наиболее применяемые в промышленности цветные металлы – это медь и алюминий.

Лишь некоторые металлы встречаются в природе в самородном (чистом) виде (золото, платина, серебро, реже медь). Остальные существуют в виде различных химических соединений – с кислородом, серой, и другими элементами, входящими в состав различных минералов (горных пород). Получение этих металлов и сплавов на их основе требует металлургического передела.

В зависимости от технологии металлургического процесса различают пирометаллургию – получение металла при сжигании топлива и гидрометаллургию – получение металла из руд путем выщелачивания и выделения из растворов без нагрева до высоких температур (ниже 300°С).

2. 1. Металлургические процессы выплавки металлов и сплавов.

2.1.1. Материалы металлургического процесса.

Совокупность исходных материалов, при плавке которых получают металл или сплав заданного состава называется шихтой. В состав шихты входят руды или исходные металлы, раскислители, флюсы, легирующие компоненты, модификаторы, шлаки предыдущих плавок. На химический состав сплава может оказывать влияние топливо.

Руда – это природное минеральное сырье, в котором содержатся металлы или их соединения в концентрациях и формах, годных для промышленной переработки. Руда представляет собой совокупность минералов. Минералы, содержащие нужный металл, называют рудными; остальные - пустой породой. Например, железные руды могут содержать до 50…60%, а медные — 2…4% основного элемента в исходном сырье.

Флюсы и шлаки. Флюсы обеспечивают сплавление пустой породы, вредных примесей и продуктов сгорания топлива (золы). Полученные соединения называются шлаками. Шлаки имеют малую плотность, они всплывают на поверхность расплава, изолируя его от печных газов.

Раскислители в результате реакций обмена восстанавливают оксиды металла. Оксиды раскислителя удаляются вместе со шлаком. Так, например, при производстве стали раскислителямим являются марганец и кремний:

FeO + Mn→ Fe + MnO и 2FeO + Si→2Fe + SiO₂.

Легирующие компоненты специально вводят в состав сплавов для придания им необходимых свойств.

Модификаторы – это тугоплавкие частиц (оксиды и др.), которые вводят в жидкий расплав металла. Модифицирование практически без изменения состава металла, обеспечивает при кристаллизации получение мелкого зерна. Это обеспечивает большую прочность и лучшую пластичность металла.

Топливо является источником тепла при выплавке металлов и сплавов.

Различают две разновидности топлива:

- естественное - его сжигают без предварительной обработки (горючие сланцы, торф, уголь, нефть, природный газ);

- искусственное - перерабатываемое из естественного химическим или тепловым способом (бензин, керосин, мазут, генераторный и коксовый газ, каменноугольный кокс и др.). Так, подвергая тепловой обработке (1000…1100°С без доступа воздуха) коксующиеся угли, получают каменноугольный кокс, широко используемый в металлургической промышленности.

Топливо содержит свободный углерод, углеводороды, соединения серы, кислорода, азота, различные минеральные соединения, переходящие при сгорании в золу. Эти элементы могут вступать в реакции с выплавляемым металлом.