Доменое производство

Доменное производство

**1. Сущность доменного производства.**

Сущность доменного производства — это процесс получения чугуна из железной руды в специальной печи шахтного типа, называемой доменной печью. Происходит восстановление железа из его оксидов: в печь загружают шихту (железную руду, кокс и флюсы), снизу вдувают горячий воздух. Кокс сгорает, создавая температуру до 2000°C, а образующийся угарный газ CO отнимает кислород от руды, превращая оксиды железа в чистое железо. Расплавленное железо стекает вниз и насыщается углеродом до 4%, становясь чугуном. Пустая порода руды соединяется с флюсом, образуя жидкий шлак, который легче чугуна. Периодически чугун и шлак выпускают из печи через специальные летки, получая передельный или литейный чугун.

**2. Исходные материалы доменного производства.**

Основными исходными материалами для доменного производства являются железная руда, топливо и флюсы. Железная руда — это горная порода, содержащая оксиды железа (магнетит, гематит), которая должна быть богата железом и содержать мало вредных примесей (серы, фосфора). Топливом служит кокс, получаемый из каменного угля, который обеспечивает высокую температуру и восстановительную атмосферу. Флюсы — это известняк или доломит, которые добавляют для плавления пустой породы руды и золы кокса, переводя их в легкоплавкий шлак. Также используют колошниковую пыль и добавки для окускования мелочи (агломерат, окатыши). Подготовка материалов включает дробление, сортировку и обогащение руды, а также агломерацию для улучшения газопроницаемости в печи.

**3. Структура доменного цеха.**

Доменный цех — это сложное металлургическое подразделение, включающее несколько доменных печей, расположенных в ряд. Вокруг печей находится система подачи шихты: скиповые подъемники или ленточные конвейеры, поднимающие материалы на колошник (верх печи). Обязательна система воздухонагревателей — камерных печей, где воздух для дутья подогревается до 1200°C. Также в цех входят литейные дворы для выпуска чугуна и шлака, разливочные машины для разливки чугуна в чушки, шлаковозные ковши, системы газоочистки и водоснабжения. Управление всеми процессами ведется из центрального пульта, что обеспечивает непрерывность доменного процесса, высокую производительность и безопасность.

**4. Процессы получения стали.**

Сталь — это сплав железа с углеродом (до 2,14%) и другими элементами, получаемый из чугуна и стального лома путем удаления избытка углерода, серы, фосфора и других примесей, которые делают чугун хрупким. Сущность всех процессов получения стали сводится к окислению примесей при

высокой температуре: кислород реагирует с примесями (C, Si, Mn, P, S), переводя их в газы (CO, CO2) или шлак (оксиды). Образующиеся газы удаляются, а оксиды связываются флюсами (известью) в шлак, который затем отделяют. В сталь вводят раскислители (ферросилиций, алюминий) для удаления лишнего кислорода и легирующие добавки для придания особых свойств. По способу окисления примесей различают конвертерный, мартеновский и электродуговой процессы.

**5. Сущность конвертерного процесса выплавки стали.**

Сущность конвертерного процесса заключается в быстром переделе жидкого чугуна в сталь путем продувки кислородом сверху без подвода тепла из внеКонвертерный процесс — это самый быстрый способ получения стали из жидкого чугуна путем продувки кислородом в специальном сосуде грушевидной формы — конвертере, без подвода тепла извне. В конвертер заливают чугун, добавляют стальной лом и известь, затем сверху опускают фурму и подают струю технически чистого кислорода под давлением. Кислород окисляет примеси (кремний, марганец, углерод, фосфор), реакции идут с выделением огромного количества тепла, поэтому металл не остывает, а разогревается. Избыток углерода сгорает в CO, образуя факел над конвертером, а известь связывает оксиды фосфора и кремния в шлак. Весь процесс длится 20-30 минут, после чего сталь выливают в ковш, раскисляют и направляют на разливку. Конвертерный процесс очень производителен и не требует затрат топлива.

**6. Сущность мартеновского процесса выплавки стали.**

Сущность мартеновского процесса заключается в переработке чугунного и стального лома в жидкую сталь за счет тепла, выделяемого при сжигание газообразного или жидкого топлива в специальной печи с активным участием шлака и газовой фазы. Мартеновский процесс — это устаревший способ получения стали, при котором шихта (чугун, лом, руда) плавится в отражательной печи, а тепло передается металлу излучением от горячего свода и стен, нагретых пламенем от сжигания газа или мазута в потоке горячего воздуха. Процесс идет долго — 6-12 часов. Примеси окисляются кислородом печной атмосферы и кислородом железной руды, введенной в

шихту. В металле последовательно выгорают кремний, марганец, углерод, фосфор, а серу удаляют через шлак. Мартеновский процесс был универсальным, позволял перерабатывать разный лом и чугун, но он крайне неэкономичен (долгий цикл, большой расход топлива) и вреден для экологии. Сегодня он практически полностью вытеснен конвертерным и электродуговым способами.

**7. Сущность электродугового процесса выплавки стали.*

Сущность заключается в преобразовании электрической энергии в тепловую для плавления металлической шахты и рафинирования стали.Электродуговой процесс используется для получения качественных и высоколегированных сталей путем нагрева металла теплом электрической дуги между графитовыми электродами и шихтой. В электрическую дуговую печь загружают стальной лом и легирующие добавки, возбуждают дугу с

температурой 4000-6000°C, которая быстро плавит металл. За счет электрического режима можно создавать окислительную или восстановительную атмосферу: сначала удаляются фосфор и газовые включения, затем шлак удаляют и создают восстановительный период, вводя раскислители и легирующие. Восстановительный шлак позволяет удалить серу и точно отрегулировать состав стали, не опасаясь окисления легирующих элементов. Электродуговая плавка дает очень чистый металл с точным химическим составом, но требует много электроэнергии.

**8. Сущность электроиндукционного процесса выплавки стали.**

Сущность индукционного процесса заключается в бесконтактном нагреве плавке металла за счет вихревых токов, возникающих в проводнике под действием электромагнитного поля.Электроиндукционный процесс основан на нагреве металла вихревыми токами, которые наводятся в шихте переменным электромагнитным полем от индуктора (катушки). Тигель с шихтой помещают внутри медной водоохлаждаемой катушки, при пропускании тока высокой частоты возникает переменное магнитное поле, которое индуцирует в металле вихревые токи огромной силы, разогревающие и расплавляющие шихту. Магнитное поле также перемешивает жидкий металл, способствуя быстрому усреднению состава и температуры. Индукционная печь работает чисто и быстро (плавка длится 1-2 часа), но в ней практически не происходит окисления примесей, поэтому для рафинирования требуются специальные шлаки или вакуумная обработка. Этот процесс идеален для выплавки небольших партий специальных сталей и сплавов, особенно цветных металлов.

**9. Способы разливки стали и их сущность.**

Сущность разливки стали заключается в превращении жидкой стали в твердые заготовки (слитки или заготовки) заданной формы. Основных способа два: разливка в изложницы и непрерывная разливка. При разливке в изложницы жидкую сталь заливают сверху в чугунные формы — изложницы, после застывания слиток вынимают, разрезают и отправляют на прокатку. Этот способ дает малую производительность и большой расход металла на прибыли. Другой способ — сифонная разливка, когда сталь заливается снизу в несколько изложниц через один центральный литник, что уменьшает разбрызгивание. Также различают спокойную, кипящую и полуспокойную сталь в зависимости от степени раскисления. Эти методы постепенно вытесняются непрерывной разливкой.

**10. Сущность непрерывной разливки стали.**

Непрерывная разливка (МНЛЗ) — это самый современный способ, сущность которого заключается в непрерывном превращении жидкой стали в бесконечную заготовку. Жидкая сталь из ковша поступает в промежуточный ковш, а затем в водоохлаждаемый кристаллизатор с медными стенками, где начинается застывание, образуя твердую оболочку. Далее заготовка с жидкой сердцевиной вытягивается роликами через зону вторичного охлаждения, где ее поливают водой для полного затвердевания. Затем непрерывный слиток режут газовыми горелками на мерные длины (слябы,

блюмы, заготовки). Преимущества МНЛЗ: высокая производительность, полное отсутствие потерь металла на прибыли и литники, меньший расход энергии, идеальная макроструктура и возможность полной автоматизации. Более 95% стали в мире сегодня разливается непрерывным способом.

**11. Сущность цветной металлургии.**

Цветная металлургия — это отрасль, занимающаяся добычей, обогащением и металлургическим переделом руд цветных, благородных и редких металлов (алюминий, медь, титан, цинк, свинец, никель, золото, серебро и др.). Сущность процессов получения цветных металлов сильно зависит от химической активности металла. Большинство цветных металлов получают в несколько этапов: сначала обогащение руды флотацией, затем получение концентрата. Далее следует обжиг для перевода сульфидов в оксиды, затем плавка на штейн (промежуточный продукт, содержащий цветной металл и серу), конвертирование для удаления железа и серы и, наконец, огневое или электролитическое рафинирование для получения чистейшего металла. Для активных металлов (алюминий, титан) используют гидрометаллургию (выщелачивание кислотами) и электролиз расплавленных солей. Цветная металлургия — очень энергоемкое и многостадийное производство.