Розділ і. Виробництво чорних і кольорових металів

Тема 1.1. Початкові матеріали металургійного виробництва

1. Поняття металургії.

2. Склад шихти.

3. Поняття про руди.

4. Поняття палива, його функції, види, властивості.

5. Поняття флюсів, їх функції, класифікація.

6. Поняття вогнетривів, їх властивості, класифікація.

7. Поняття шлаків.

Металургія – підготовка і збагачення руд, процеси одержання металів, їх очистка, виробництво сплавів, прокатка. Розрізняють металургію чорних і кольорових металів.

Шихта – початкові матеріали для плавки, взяті в розрахованому ваговому співвідношенні.

Склад шихти:

• руди;

• паливо;

• металобрухт;

• флюси;

• шлаки попередніх плавок;

• інші оборотні матеріали.

Руда – природна мінеральна сировина, що містить метали в кількості і вигляді, придатному для промислового використання.

Руда, крім металу, містить пусту породу.

Наприклад, залізні руди: червоний залізняк, бурий залізняк, магнітний залізняк.

Паливо – горючі речовини, при згоранні яких виділяється значна кількість теплоти, є джерелом енергії.

Паливо складається з органічної маси (вуглець, вуглеводні, сполуки сірки, кисню, азоту), неорганічної маси (при згоранні переходить в золу) і вологи. Горючими складовими палива є вуглець, водень і сірка.

Функції палива: виділення тепла при згоранні (забезпечення високої температури для плавки) та участь у відновленні металів під час плавки.

Види палива:

1. За агрегатним станом:

   • тверде (дрова, кам’яне і буре вугілля, торф, антрацит);

   • рідке (нафта);

   • газоподібне (природний газ).

2. За походженням:

• природне (спалюється без попередньої обробки);

• штучне (одержують з природного шляхом теплової або хімічної переробки) – деревне вугілля, торфяний та кам’яновугільний кокс, термоантрацит, бензин, керосин, мазут, коксовий газ, доменний газ.

Основні характеристики палива:

• для твердого і рідкого палива – питома теплота згорання, кДж/кг;

• для газоподібного – об’ємна теплота згорання, кДж/м³;

• температура займання і горіння;

• міцність;

• пористість;

• спікливість;

• зольність;

• кількість шкідливих домішок.

Кам’яновугільний кокс одержують в результаті теплової обробки коксівного вугілля при температурі 1000 – 1100^оС без доступу повітря. Питома теплота згорання – 30 тис. кДж/кг.

Деревне вугілля одержують в результаті сухої перегонки без доступу повітря з дров при температурі 400 – 450^оС. Питома теплота згорання – 34 тис. кДж/кг.

Мазут – залишок від перегонки нафти. Питома теплота згорання – 44 – 46 тис. кДж/кг.

Природний газ містить 99,9% вуглеводнів. Об’ємна теплота згорання – 33 – 65 тис. кДж/м³.

Флюси – речовини, що сплавляють пусту породу, золу палива, утворюючи шлаки, зв’язують і переводять з металу в шлак шкідливі домішки.

Класифікація флюсів:

1. кислі (містять переважно SiO₂);

2. основні (CaO, MgO, MnO, FeO та ін.);

3. нейтральні (глинозем, лужні та лужноземельні хлориди і фториди).

Вогнетриви – матеріали, що застосовуються для футерівки (захисного внутрішнього облицювання) металургійних печей, топок, магістралей гарячого дуття, ковшів, хімічних апаратів та ін.

Властивості вогнетривів:

• висока температура розм’якшення (вогнетривкість);

• хімічна стійкість;

• механічна стійкість;

• постійність об’єму при перепадах температур.

Виготовляють вогнетриви у вигляді цегли, фасонних виробів (для кладки стін, поду, склепіння печей, димових труб, ковшів), і порошків (для набивки подини і відкосів печей).

Класифікують вогнетриви за хімічними властивостями на 3 групи:

• кислі;

• основні;

• нейтральні.

Кислі вогнетриви: основа - SiO₂; взаємодіють з основними вогнетривами і шлаками, з кислими – не взаємодіють; застосовують для футерівки кислих мартенівських і електропечей. Представники: динас (динасова цегла), кварцовий пісок. Вогнетривкість – 1690 – 1730^оС.

Основні вогнетриви: основа – MgO, CaO; застосовують для футерівки основних мартенівських і електропечей. Представники: магнезит (MgO), хромомагнезит і магнезитохроміт (MgO + Cr₂O₃) – вогнетривкість більше 2000^оС, доломіт (CaCO₃, MgCO₃) – вогнетривкість 1800 – 1900^оС.

Нейтральні вогнетриви:

• хромітові (у складі не менше 25% Cr₂O₃); застосовують для відокремлення шарів кислих і основних вогнетривів; вогнетривкість приблизно 1800^оС;

• вуглецеві (графітові і вугільні) – до 90% вуглецю; застосовують для виготовлення тиглів і окремих частин печей; вогнетривкість більше 2000^оС.

Глиноземисті вогнетриви:

• шамотні (у складі до 65% SiO₂, 30 – 45% Al₂O₃) – найпоширеніші, дешеві, стійкі до перепаду температур, стійкі проти кислих і основних шлаків; застосовують для футерівки доменних печей, вагранок, ковшів; вогнетривкість – до 1770^оС;

• високоглиноземисті (у складі більше 45% Al₂O₃, решта - SiO₂) – набагато дорожче шамотних; застосовують для футерівки відповідальних частин печей; вогнетривкість – до 2000^оС.

Глиноземисті вогнетриви мають слабокислі і слабоосновні властивості, тому їх не відносять до жодної з трьох груп вогнетривів.

Шлаки утворюються під час виплавки металів з пустої породи, флюсів, золи палива, футерівки, газів і металічних сполук. Густина шлаків – 2 – 4 г/см³, вони спливають над рідким металом, ізолюючи його від пічної атмосфери. За хімічними властивостями шлаки бувають основні і кислі.

Контрольні питання:

1. Що таке металургія?

2. Які початкові матеріали застосовують в металургії?

3. Що таке руда? Які Ви знаєте металічні руди?

4. Що таке паливо та які його функції при плавці металів?

5. Як класифікують паливо? Навести приклади різних видів палива.

6. Основні характеристики палива.

7. Що таке флюси та яке їх призначення в металургії?

8. Що таке вогнетриви та які вони повинні мати властивості?

9. Як класифікують вогнетриви за хімічними властивостями? Наведіть назви вогнетривів різних видів, їх властивості та призначення.

10. Що таке шлаки? З чого вони утворюються?

Література: 1, с.39-40; 2, с.8-13; 3, с.17-19.