- •1. Структура металлургического производства и его продукция
- •1. Исходные материалы и подготовка их к плавке
- •1.2. Основные физико-химические процессы в современных доменных печах
- •1. Сущность процесса производства стали
- •Способы повышения качества стали
- •Тема2. Основы литейного производства
- •Литейные свойства сплавов
- •2.3. Литье в песчаные формы
- •2.3.1.Формовочные и стержневые смеси
- •2.3.2. Формовка и изготовление стержней
- •Тема3. Обработка металлов давлением (омд)
- •3.2. Прокатка
- •Продукция прокатного производства
- •3.3. Ковка
- •Технико-экономические характеристики ковки и область ее применения
- •3.4. Штамповка
- •3.5. Волочение
- •3.5.1. Инструмент и оборудование
- •3.5.2. Продукция, получаемая волочением
- •3.6. Прессование
- •3.6.1. Оборудование и инструмент
- •Тема 4. Сварка Физическая сущность и классификация способов сварки
- •Дуговая сварка плавлением
- •Сварочная проволока
- •Классификация электродов по видам покрытий и по назначению
- •Режим сварки.
- •Газовая сварка
- •Сварочные материалы для газовой сварки: газы, присадочная проволока, флюсы
- •Оборудование для газовой сварки
- •. Технология газовой сварки
- •5.7.5. Пост для газовой сварки
- •5.7. 6. Технико-экономическое обоснование
- •Резка металлов
- •Пайка металлов
- •Тема 5. Основные понятия об обработке металлов резанием
- •Обработка на токарных станках
- •Обработка на сверлильных и расточных станках
- •Обработка на строгальных, долбежных и протяжных станках.
- •Автоматизация металлорежущих станков
- •Электрохимические способы обработки металлов
1.2. Основные физико-химические процессы в современных доменных печах
засыпной аппарат
газоотводы
огнеупорный материал
фурмы
шлаковая летка
чугунная летка
Сущность процесса получения чугуна, заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи.
Доменная печь представляет собой шахтную печь круглого сечения объемом 2-3 тыс. м3 рис. 1.1), с полезной высотой 35 м. Стальной кожух выложен изнутри огнеупорным материалом 3 шамотным кирпичем.. Колошник цилиндрической формы служит для загрузки печи шихтой, доменный (колошниковый) газ удаляется через газоотводы 2. Горячий газ, нагревая шихту, охлаждается и в районе колошника имеет температуру всего 300...400 °С. Агломерат, известняк и кокс подаются на колошник через засыпной аппарат 1 . Шахта печи представляет собой расширяющейся книзу конус, что обеспечивает свободное перемещение шихты сверху вниз по мере ее расплавления.
В распаре шихта плавится и объем ее уменьшается, в заплечиках образуется губчатое железо. Заплечики, имеющие форму усеченного конуса, сужаются книзу. Это необходимо для удержания твердой шихты в распаре и шахте. Губчатое железо каплями стекает в горн, в процессе перемещения оно насыщаеется углеродом.
Цилиндрический горн состоит из двух зон: верхней (фурменной) и нижней (металлоприемник). В верхней зоне установлены фурмы 4, через которые подается горячий воздух (дутье) и топливо (жидкое, пыле- или газообразное), температура здесь достигает 2000-°С. В нижней зоне собираются жидкий чугун и расплавленный шлак, которые выпускают через чугунную 6 и шлаковую 5 летки в ковши.
Доменный процесс относят к восстановительному противоточному процессу. Совершается взаимодействие опускающихся сверху вниз шихтовых материалов с поднимающимся снизу вверх потоком нагретых восстановительных газов.
При сжигании топлива в доменной печи первым процессом является сгорание углерода раскаленного кокса в небольших объемах вблизи фурм, при этом образуется диоксид углерода СО2. Вследствие воздействия высокой температуры и отсутствия твердого углерода кокса СО2 неустойчив, поэтому конечная стадия горения углерода может быть записана так:
2С + О2 = 2СО + Q.
Так возникает конечный продукт горения кокса — оксид углерода СО.
Второй процесс характеризуется восстановлением железа, марганца, кремния, фосфора, серы и других элементов. Восстановителями являются СО, Н2 (образующийся в результате воздействия углерода на влагу дутья в виде водяного пара) и твердый углерод С. Восстановление оксидов железа газами называется косвенным,(сопров выделен теплоты- экзотермическая),
а твердым углеродом — прямым. сопров поглощен теплоты- эндотермическая Главные реакции восстановления: от высшего оксида к низшему
3Fe2O3 + СО = 2Fe3O4 + CO2 + Q;
Fe3O4 + СО = 3FeO + CO2 — Q;
FeO + CO = Fe + CO2 + Q.
В доменных печах с применением природного газа или мазута степень прямого восстановления железа, протекающая по реакции, FeO+ C==Fe+CO—Q, составляет 20... ...40%.
Восстановленное в доменной печи железо активно поглощает углерод (науглероживается) и другие элементы, что приводит к образованию чугуна:
3Fe + 2СО = Fe3C + CO2 + Q.
Капли жидкого металла интенсивнее взаимодействуют также с углеродом при контакте с раскаленным коксом по реакции
3Fe +С = Fe3 C.
Насыщенное углеродом железо имеет пониженную (до 1150...1200°С) в сравнении с чистым железом (1539°С) температуру плавления, что повышает экономическую эффективность процесса.
Жидкий чугун стекает вниз и собирается в горне. Пустая порода, известняк и кокс при опускании вниз попадают в зону более высоких температур и на уровне распара расплавляются и образуют жидкий шлак.
В получаемом чугуне кроме железа содержатся полезные (Мп и Si) и вредные (S и Р) примеси.
В чугун переходит лишь часть марганца шихты, некоторое количество в виде соединений МпО удаляется шлаком и в виде соединения МпзО4 — в газовую фазу доменной печи. t - 1100
Восстановление кремния осуществляется по реакции SiO2 + 2С = Si + 2СО — Q.
Часть полученного кремния растворяется в чугуне, а часть остается в шлаке
Фосфор, как и железо, полностью восстанавливается в доменной печи и переходит в металл
В доменном процессе удалению серы из металла придается большое значение. Сера вносится в печь коксом (основная доля) и железорудными материалами. Часть серы удаляется в виде газов, большая же часть входит в состав шлака в виде CaS и FeS, последний растворяется в чугуне. Поэтому главная задача удаления серы из чугуна (десульфурация металла) заключается в; том, чтобы перевести ее в нерастворимые в железе соединения в присутствии шлака по реакции
FeS + СаО + С = CaS + Fe + CO.
Продукты доменного производства и области их применения.
Главной продукцией доменного производства являются чугуны. Чугуны разделяются на
передельные,
литейные
специальные.
Передельные чугуны выпускаются трех видов:
для сталеплавильного (марки П1 и П2)
литейного (ПЛ1 и ПЛ2) производств;
фосфористый (ПФ1, ПФ2 и ПФЗ);
высококачественный (ПВКЛ, ПВК2 и ПВКЗ).
Доля углерода в этих чугунах составляет в среднем 4 %.
Для производства фасонных чугунных отливок выпускаются литейные чушковые чугуны: обычные (маркировка Л) и рафинированные магнием (ЛР).
Специальные чугуны, или ферросплавы, применяются для раскисления и легирования сталей. К ним относятся сплавы железа с кремнием и марганцем: зеркальные чугуны, ферросилиции и ферромарганцы.
Качество чугунов может быть улучшено внедоменной обработкой в ковшах, направленной на удаление серы и кремния.
Побочными продуктами доменной плавки являются шлак и колошниковый газ.
Из доменного шлака изготовляют шлаковые блоки, цемент, кирпичи, шлаковату, шлакоситаллы и др., для чего его подвергают мокрой грануляции (быстрому охлаждению в воде).
Колошниковый газ в больших объемах используется в качестве газообразного топлива для нагрева воздухонагревателей доменных печей, водяных и паровых котлов, для отопления мартеновских и нагревательных печей.
Выплавка чугуна в доменных печах является самым распространенным и производительным процессом по сравнению с другими процессами получения чугуна. Доменный процесс широко механизирован и автоматизирован.