Розділ іі

МЕТАЛУРГІЙНЕ ВИРОБНИЦТВО

Полягає в одержанні металів і сплавів методом виплавки з руд і обробці при високих температурах.

Основними сплавами, одержуваними в металургії, є сталь і чавун, тому металургійне виробництво складається з доменного виробництва й сталеплавильного: доменні печі, мартенівські печі, конвертери й електропечі.

Для виробництва чавуну, сталі й сплавів кольорових металів застосовують вихідні сирі матеріали - руду, паливо, флюси, а також вогнетривкі матеріали.

Глава 1

Матеріали для виробництва кольорових металів і сплавів

§ 1. Руда

У природі більшість металів перебуває у вигляді різних хімічних сполук (окислів, силікатів, карбонатів), що входять до складу складних мінералів і утворюють гірські породи. Для одержання металів добувають ті гірські руди, які містять у значній кількості який-небудь метал і витяг його економічно доцільно. Такі породи називають рудами. Крім з'єднань, що містять метал, що добуває, у руді присутні інші з'єднання, що становлять так називану, порожню породу. У процесі обробки руди й плавки із цих з'єднань частково витягаються елементи, які стають домішками в добуває металле, що. Більша ж частина порожньої породи відокремлюється або сплавляється із флюсами, образуя шлаки. Наприклад, залізна руда поряд з окислами заліза містить порожню породу, що в основному складається з окису кремнію, алюмінію, кальцію й магнію, які перебувають у вигляді різних складних з'єднань.

Залежно від кількості металу руди, що добуває, бувають богатыми й бедными. Багаті залізні руди містять 45-50% заліза й більше. Бідні руди мають менший зміст заліза і їх піддають спеціальній обробці (збагаченню) для видалення з її частини порожньої породи й одержанню продукту (концентрату) зі збільшеним змістом заліза.

Пилоподібні залізні руди піддаються спіканню в пористий кусковий продукт, називаний агломератом.

Процесами обробки залізних руд, а також процесами безпосереднього одержання металів і сплавів, і займаються підприємства металургійної промисловості.

§ 2. Флюси

Флюсами називається матеріал, що завантажує в плавильну піч для утворення легкоплавких шлаків потрібного складу. При виробництві чавуну в шлаки сплавляють: порожню породу руди, агломерату, окатишів, а також флюс, золу коксу. При виробництві стали, шлаки утвориться із флюсу, а також з окислів, сульфідів і ін. з'єднань, що виходять із плавки. Шлаки має менша питома вага, чим виплавлюваний метал, тому він розташовується над металом і може бути вилучений. У багатьох випадках шлаки служить для захисту металу від грубних газів і повітря.

Флюсом може служити кварцовий пісок при плавці в кислих печах, а також вапняк або вапно при плавці в основних печах.

У доменному процесі флюсом служить вапняк (Сасо3), у якому більше 50% Сао або доломитизированный вапняк, що містить Сасо3 і Масо3.

§ 3. Паливо

На промислових підприємствах застосовують тверде, рідке й газоподібне паливо. Воно може бути природним (природним) або штучним.

Основними видами палива, застосовуваного в металургійних печах, є кокс, коксовий газ, мазут, доменний газ, генераторний газ і природний газ. У деяких печах і пристроях використають також деревне вугілля, торф, дерево, кам'яне вугілля.

Кокс - основне паливо доменних печей. Одержання коксу виробляється при нагріванні без доступу повітря коксівних сортів кам'яного вугілля. Коксові батареї складаються з 40 - 75 печей, що представляють собою відносно вузькі (0,4 - 0,5 м) камери висотою 4,5 - 6,0 м, выложенные вогнетривкою цеглою. Між робочими камерами є обігрівальні простінки, де відбувається згоряння газу, що нагріває стінки печі до 1 350 - 1 420°С.

Розмелений і злегка зволожене кам'яне вугілля завантажують у камери, де він при нагріванні, спершу розм'якшується, при цьому з нього починають виділятися газоподібні продукти, а потім спікається й твердне у вигляді пористої маси коксу, що у процесі виділення газів розтріскується, а потім розпадається на шматки. Газ, що виділяється з камери через отвір у зводі печі, направляється в хімічне відділення, де з нього витягають аміак, бензол, смолу й ін. коштовні хімічні продукти. Після цього коксовий газ використають як паливо. Його теплота згоряння близько 4500 ккал/м3.

Розпечену масу ("коксовий пиріг") виштовхують із камери в спеціальний вагон і прохолоджують (гасять) водою або інертними газами, а потім відправляють на сортування. Процес одержання коксу триває 14 - 16 ч. Міцні пористі шматки коксу розміром від 25 до 100 - 200 мм світло сірого кольору є гарним паливом для доменних печей. Теплота згоряння коксу в середньому 7000 ккал/кг. Хімічний склад коксу залежно від родовища вугілля: 80 - 88 % З, 0,5 - 1,8% S, до 0,015 - 0,04 % Р, 8 - 12 % золи, до 5 % вологи.

Деревне вугілля - майже не містить фосфору й сірки, золи всього 1 - 2 %, тому сприяє одержанню високоякісних сортів чавуну. Але він мало міцний і легко руйнується, тому в більших доменних печах не застосуємо. Його теплота згоряння 7000 ккал/кг.

Мазут - є дуже гарним рідким паливом для мартенівських і ін. металургійних печей. У його складі втримується: 84 - 86 % З, 10 - 13 % Н, 0,2 - 0,7 % S, 0,2 - 0,3 % золи, 0,5 - 0,8 % N. Теплота згоряння його - 9 500 - 10 000 ккал/кг.

Доменний або колошниковий з виходить як побічний продукт у доменному виробництві. Його застосовують після очищення від пилу в суміші з коксовим газом, як паливо в мартенівських печах. Або ж опалюють повітронагрівачі або ін. печі й пристрої. Теплота згоряння - 900 - 1 000 ккал/м3.

Генераторний газ - одержують у результаті спеціального спалювання твердого палива (дерева, бурого вугілля, торфу) у газогенераторах. Його використають як паливо в мартенівські й ін. печах. Теплота згоряння - 1 150 - 1 500 ккал/м3.

Природний газ - застосовують як паливо в різних металургійних печах. Його теплота згоряння 7 900 - 12 000 ккал/м3. Природний газ є кращим паливом для мартенівських печей.