14.Материалы для производства металлов

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо, огнеупорные материалы.

Промышленная руда – горная порода, из которой целесообразно извлекать металлы и их соединения (содержание металла в руде должно быть не менее 30…60 % для железа, 3...5% для меди, 0,005…0,02 % для молибдена).

Руда состоит из минералов, содержащих металл или его соединения, и пустой породы, в состав которой входят различные примеси. Называют руду по одному или нескольким металлам, входящим в их состав, например: железные, медно-никелевые.

В зависимости от содержания добываемого элемента различают руды богатые и бедные. Бедные руды обогащают – удаляют часть пустой породы.

Флюсы – материалы, загружаемые в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды или концентрата и золой топлива. Такое соединение называется шлаком.

Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе преобладают кислотные оксиды (SiO2, P2O5), и основным, если в его составе больше основных оксидов (CaO, MgO, FeO).

Вводят в виде агломерата и окатышей.

Топливо – в металлургических печах используется кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ.

Основным видом металлургического топлива является кокс.Кокс получают сухой перегонкой при температуре 1000 0С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов в камерных печах. В коксе содержится 80…88 % углерода, 8…12 % золы, 2…5 % влаги. Куски кокса должны иметь размеры 25…60 мм. Это прочное неспекающееся топливо, служит не только горючим для нагрева, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды.

Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего облицовочного слоя (футеровки) металлургических печей и ковшей для расплавленного металла.

Они способны выдержать нагрузки при высоких температурах, противостоять резким изменениям температуры, химическому воздействию шлака и печных газов, обладать постоянством объема при изменении температуры.

Огнеупорные материалы применяются в виде кирпичей, стаканов, втулок и других фасонных изделий, а также в порошкообразном виде.

По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на группы: кислые (кварцевый песок, динасовый кирпич), основные (магнезитовый кирпич, магнезитохромитовый кирпич), нейтральные (шамотный кирпич, выдерживающий нагрев до 1750 оС).

Взаимодействие основных огнеупорных материалов и кислых шлаков, и наоборот, может привести к разрушению печи.

Углеродистый кирпич и блоки содержат до 92 % углерода в виде графита, обладают повышенной огнеупорностью. Применяются для кладки лещади доменных печей, электролизных ванн для получения алюминия, тиглей для плавки и разливки медных сплавов.

15.Производство стали

Доменное производство

Производственная площадка: Новолипецкий металлургический комбинат

На входе (сырье): агломерат, окатыши, кокс, природный газ, кислород, воздух

На выходе (продукция и утилизируемые отходы): основной продукт - чугун и попутная продукция: шлак, доменный газ, колошниковая пыль

Производственный результат в 2010 году: 9,26 млн тонн чугуна

Технологический цикл:

Чугун производится в доменных печах, в которые сверху через загрузочные устройства непрерывно загружаются кокс, агломерат и окатыши, а снизу через фурмы вдувается горячее обогащенное кислородом дутье и природный газ. В доменной печи кокс и природный газ сгорают, а из железорудных материалов в процессе их нагрева , восстановления плавления образуются жидкие чугун и шлак, которые периодически выпускают из печи. Полученный чугун транспортируют в конвертерные цехи для производства из него стали. Шлак гранулируют или перерабатывают в щебень, используемый в дорожном строительстве.

Конвертерный способ получения стали

Производственная площадка: Новолипецкий металлургический комбинат

На входе (сырье): чугун, переработанный лом, черный металл, кислород

На выходе (продукция): сырая сталь

Производственный результат в 2010 году: 9,28 млн тонн

Технологический цикл:

Жидкий чугун и твердую металлическую шихту (лом) загружают в конвертер и через верхнюю фурму продувают кислородом. В результате продувки окисляются и удаляются из расплава углерод, кремний, марганец, фосфор. Полученный расплав подвергается дальнейшей обработке в сталеразливочном ковше: раскислению, легированию, усреднительной продувке аргоном для обеспечения равномерного распределения химических элементов стали по объему ковша.

В соответствии со специфическими требованиями заказчиков к качеству стали производится обработка расплава кальцийсодержащими реагентами. Для производства стали со сверхнизким содержанием углерода (автолистовая или электротехническая сталь) жидкую сталь обрабатывают на агрегате циркуляционного вакуумирования.

Разливка стали осуществляется на установках непрерывной разливки стали в слябы толщиной 200, 250 мм и шириной 950÷1850 мм. Данный способ разливки, в отличие от разливки в изложницы, обеспечивает более высокое качество слитков. Полученные слябы могут реализовываться на данном этапе или подвергаться дальнейшему переделу на стане горячей прокатки (прокату в лист и рулоны различных сечений и механических свойств).

Электродуговое производство

Производственная площадка: Сортовой дивизион (Россия, Ревда),NLMK Indiana Corp. (США, Портидж)

На входе (сырье): переработанный лом, внутренний (оборотный) лом

На выходе (продукция): заготовки в Ревде, слябы на NLMK Indiana

Производственный результат Сортового дивизиона в 2010 году: 1,7 млн тонн

Производственный результат NLMK Indiana в 2010 году: 0,56 млн тонн

Технологический цикл:

Наша сортовая заготовка производится в ЭДП на заводе Сортового дивизиона в г. Ревда. В рамках развития Сортового дивизиона Группа НЛМК продолжает строительство Калужского электрометаллургического завода. При строительстве используется оборудование передовых мировых производителей. Полноценный запуск производства ожидается в 2012 г.

В электродуговой печи (ЭДП) стальной лом плавится и перерабатывается в высококачественную сталь при помощи мощных электрических дуг. Основной задачей электродуговых печей является быстрое преобразование твердых железосодержащих материалов в жидкую сырую сталь, затем эта сталь доводится на агрегатах внепечной обработки.

Внепечная обработка

Производственная площадка: Новолипецкий металлургический комбинат

На входе (сырье): сырая сталь

На выходе (продукция): обработанная сталь

Мощность: около 12 млн т (к концу 2011г)

Технологический цикл:

Внепечная обработка является крайне важным технологическим этапом между выплавкой стали (в кислородном конвертере или ЭДП) и разливкой.

В процессе внепечной обработки некоторые элементы добавляются, а некоторые удаляются - таким образом, осуществляется корректировка химсостава стали в соответствии со спецификацией и требованиями заказчика. При этом осуществляется продувка жидкой стали аргоном с целью усреднения температуры, химического состава и снижения содержания неметаллических включений.

В ходе внепечной обработки тщательно контролируется температура и химический состав. Для этих целей используется специальное оборудование. Каждый из агрегатов внепечной обработки выполняет определенные функции, их использование зависит от определенных требований к типу обрабатываемой стали. После внепечной обработки ковш с жидкой сталью с нужными характеристиками - химсоставом и температурой, с соблюдением временных интервалов передается на разливку.

Непрерывная разливка

Производственная площадка: Новолипецкий металлургический комбинат

На входе (сырье): сырая сталь

На выходе (продукция): слябы

Производственный результат в 2009 году: 9,28 млн тонн

Технологический цикл:

После внепечной обработки осуществляется непрерывная разливка жидкой стали через промежуточный ковш в водоохлаждаемый медный кристаллизатор, в котором происходит затвердевание тонкой оболочки непрерывной заготовки. Затем эта заготовка вытягивается через направляющие ролики и охлаждается водой или водовоздушной смесью. Затвердевшая оболочка продолжает утолщаться, пока заготовка не затвердеет полностью. Наконец, непрерывная заготовка режется на мерные длины, которые отправляются на склад или на стан горячей прокатки.

Разливаются заготовки различных размеров, в зависимости от конечного применения: «слябы» для плоской продукции, такой как толстый лист или полосовая сталь, «блюмы» для профилей, таких как балки, и «заготовки» для сортового проката, такого как проволока. Также были разработаны технологии разливки стали в тонкую полосу (<3 мм толщиной), и разлитая полоса сейчас имеется в продаже.