Технология материалов. Тема №5: Основы металлургического производства.

5.1. Основы сведения о металлургическом производстве.

Металлургическое производство – сложная система различных производств, базирующаяся на месторождения руд, коксующихся углей и энергиях комплексов. Оно включает: шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей, горно-обогатительные комбинаты, где обогащают руды и подготавливают плавки, коксохимические заводы, где осуществляют коксование углей и извлечение из них полезно-химических продуктов. Энергетические цехи, где получают сжатый воздух и кислород для дутья; доменные цехи в которых плавят чугун и ферросплавы; сталеплавильные цехи где плавят сталь и т.д.

Исходными материалами металлического производства являются руда флюсы топливо и огнеупорные материалы.

Руда - горная порода, из которого при данном из развитии техники целесообразно извлекать металл.

Руда состоит из материалов содержащий металл, и пустую породу (песок, глину). Бедные руды, содержащие небольшое количество металла предварительно обогащаются, т.е. удаляют из них часть пустой породы и получают т.н. рудный концентрат.

Флюсы – материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды и золой топлива. Данное соединение называют шлаком.

Топливом является кокс природный и доменный газ, мазут

Продуктами металлического производства является передельный чугун, используемый для передела в сталь; литейный чугун для получения литейных чугунных отливок. Ферросплавы, т.е. чугуны с повышенным содержанием какого либо элемента (форротитан), эти сплавы служат для раскисления сталей и получения легированных сталей; стальные слитки, используемые для ковки слитки цветных металлов и сплавов используемых для литья прокатки ковки и т.д.

5.2. Огнеупорные материалы.

Огнеупорные материалы - это материалы, которые используются для изготовления внутреннего облицовочного слоя печей и ковшей для расплавки металлов. Этот слой называют футеровкой. Огнеупоры способны противостоять высоким температурам и расплавленным металлам и химическому воздействию шлаков и газов. По химическим свойствам огнеупоры делятся на кислые основные и нейтральные. К кислым относятся динас и кварцит которые в основном состоят из окиси кремния (SiO₂). Их огнеупорность ≈ 1700 ⁰С. К основным относят магнезит и доломит содержащие окись магния и кальция. Они выдерживают 2300-2500 ⁰С. К нейтральным относятся шамот и магнезит в основе Al₂O₃ (1600-1700 ⁰С). Также в качестве нейтрального огнеупора используют графит. Кислые огнеупоры разъедаются основными шлаками, но весьма стойки к кислым, основные - наоборот. Нейтральные одинаково стойки. Применение вида огнеупора зависит от метода плавки и химического состава шлака.

5.3. Исходные материалы доменного производства.

Чугуны получают в доменных печах, исходными материалами являются железные руды, топлива и флюсы: вместе все это шихта.

Железные руды содержат железо в виде некоторого химического соединения, и пустую породу. Железо обычно находится в виде окисла, гидроокисла и карбоната. Пустая порода состоит в основном из кремнезема (SiO₂), глинозема (Ai₂O₃) и окислов кальция и магния (CaO, MgO). Также могут находиться фосфор и сера. В зависимости от того, каким химическим элементов в руде представлено железо, руды бывают: красный железняк (гематит), содержащий железа 45-60% в виде основной руды; магнитный железняк (магнитит) содержащий железа до 70% в виде, (встречается как в чистом виде, так и с примесью серы) - железный колчедан или фосфоро-аппатиты. Бурный железняк содержит железа до 20% в виде водной окиси 2Fe₂O₃ * 3H₂O.

Шпатовый железняк содержит 30-40 % в виде. Руды с содержанием железа менее 50%-бедные, а более - богатые. Бедные руды обогащают. Для получения ферросплавов используют специальные марганцовые, хромовые и другие руды, содержащие соответствующие элементы в виде, в основном окислители. Топливом служит кокс. Кокс получают из специальных сортов каменного угля путем нагрева до 1000 0С. без доступа воздуха. Иногда в целях экономии топлива часть кокса заменяют природным газом и мазутом.

Флюсом является известняк (CaCO₃).