Производство чугуна и стали

ТОЛЬЯТТИНСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

                        Машиностроительный факультет

                   Кафедра «Резание, станки и инструмент»



                                   РЕФЕРАТ


                  «Технология производства чугуна и стали»



Студент: Сергеев Андрей

Группа: М – 104
Преподаватель: Малышев В.И.



                             Тольятти - 1999 г.

                       1.Производство чугуна и стали.



     Железо имело промышленное применение уже до нашей эры. В древние
времена его получали в пластичном состоянии в горнах. Шлак отделяли,
выдавливая его из губчатого железа, ударами молота.


     По мере развития техники производства железа постепенно повышалась
температура, при которой велся процесс. Металл  и шлак стали плавиться;
стало возможным разделять их гораздо полнее. Но одновременно в металле
повышалось содержание углерода  и других примесей, - металл становился
хрупким и нековким. Так появился чугун.


     Позднее научились перерабатывать чугун; зародился двухступенчатый
способ производства  железа из руды. В принципе  он сохраняется до
настоящего времени: современная схема получения стали состоит из доменного
процесса, в ходе которого из руды получается чугун, и  сталеплавильного
передела, приводящего к уменьшению в металле количества углерода и других
примесей.


     Современный высокий уровень металлургического производства основан на
теоретических исследованиях и открытиях, сделанных в различных странах, и
на богатом практическом опыте. Немалая доля в этом процессе принадлежит
русским ученым. Например, российские ученые первыми широко применили
природный газ для доменной плавки.



                           2. Производство чугуна.



                          2.1. Исходные материалы.

     Железные руды. Главный исходный материал для производства чугуна в
доменных печах – железные руды. К ним относят горные породы, содержащие
железо в таком количестве, при котором выплавка становится экономически
выгодной.
     Железная руда состоит из рудного вещества и пустой породы. Рудным
веществом чаще всего являются окислы, силикаты и карбонаты железа. А пустая
порода обычно состоит из кварцита или песчаника с примесью глинистых
веществ и реже – из доломита или известняка.
     В зависимости от рудного вещества железные руды бывают богатыми,
которых используют непосредственно, и бедными, которых подвергают
обогащению.
     В доменном производстве применяют разные железные руды.
     Красный железняк (гематит) содержит железо в виде безводной окиси
железа. Она имеет разную окраску( от темно-красной до темно-серой). Руда
содержит много железа(45-65 %) и мало вредных примесей. Восстановим ость
железа из руды хорошая.
     Бурый железняк содержит железо в виде водных окислов. В нем содержится
 25- 50% железа. Окраска меняется от желтой до буро-желтой. Пустая порода
железняка глинистая иногда кремнисто-глиноземистая.
     Магнитный железняк содержит 40-70% железа в виде закиси-окиси железа.
руда обладает хорошо выраженными магнитными свойствами, имеет темно-серый
или черный с различными оттенками цвет. Пустая порода руды кремнеземистая с
примесями других окислов. Железо из магнитного железняка восстанавливается
труднее, чем из других руд.
     Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли. В
этом железняке содержится 30-37 % железа. Сидерит имеет желтовато-белый и
грязно-серый цвет. Он легко окисляется и переходит в бурый железняк. Из
всех железных руд он обладает наиболее высокой восстановимостью.
     Марганцевые руды содержат 25-45% марганца в виде различных окислов
марганца. Их добавляют в шихту для повышения в чугуне количества марганца.

                  2.2. Производство чугуна в доменной печи.

    Выплавка чугуна производится в огромных доменных печах, выложенных из
огнеупорных кирпичей достигающих 30 м высоты при внутреннем диаметре около
12 м.
     Разрез доменной печи схематически изображен на рисунке.

[pic]

    Верхняя ее половина носит название шахты и заканчивается наверху
отверстием – калашником, которая закрывается подвижной колонкой –
кколашниковым затвором. Самая широкая часть печи называется распаром, а
нижняя часть – горном. Через специальные отверстия в горне(фурмы) в печать
вдувается горячий воздух или кислород.
     Доменную печь загружают сначала коксом, а затем послойно агломератом и
коксом. Агломерат – это определенным образом подготовленная руда, спеченная
с флюсом. Горение и необходимая для выплавки чугуна температура
поддерживаются вдуванием в горн подогретого воздуха или кислорода.
Последний поступает в кольцевую трубу, расположенную вокруг нижней части
печи, а из нее по изогнутым трубкам через фурмы в горн. В горне кокс
сгорает, образуя СО2, который, поднимаясь вверх и проходя сквозь слои
наколенного кокса, взаимодействует с ним и образует СО. Образовавшийся
оксид углерода и восстонавливает большую часть руды, переходя снова в СО2.
     Процесс восстановления руды происходит главным образом в верхней части
шахты. Его можно выразить суммарным уравнением:
                          Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2
     Пустую породу в руде образуют, главным образом диоксид кремния SiO2.
Это – тугоплавкое вещество. Для превращения тугоплавких примесей в более
легкоплавкие соединения к руде добавляются флюс . Обычно в качестве флюса
используют  CaCo3.  При  взаимодействии его с SiO2  образуется  CaSiO2,
легко  отделяющийся в виде шлака.
     При восстановлении руды железо получается в твердом состоянии.
Постепенно оно опускается в более горячую часть печи – распар - и
растворяет в себе углерод; образуется чугун. Последний плавится и стекает в
нижнюю часть горна, а жидкие шлаки собираются на поверхности чугуна,
предохраняя его от окисления. Чугун и шлаки выпускают по мере накопления
через особые отверстия, забитые в остальное время глиной.
     Выходящие из отверстия печи газы содержат до 25% СО. Их сжигают в
особых аппаратах-кауперах, предназначенных для предварительного нагревания
вдуваемого в печь воздуха. Доменная печь работает непрерывно. По мере того
как верхние слои руды и кокса опускаются, в печь добавляют новые их порции.
Смесь руды и кокса доставляется подъемниками  на верхнюю площадку печи и
загружается в чугунную воронку, закрытую снизу колошниковым затвором. При
опускании затвора смесь попадает в печь. Работа печи продолжается в течение
нескольких лет, пока печь не потребует капитального ремонта.
     Процесс выплавки может быть ускорен путем применения в доменных печах
кислорода. При вдувании в доменную печь обогащенного кислородом воздуха
предварительный подогрев его становится излишним, а значит, отпадает
необходимость в громоздких и сложных кауперах и весь процесс упрощается.
Вместе с тем производительность печи повышается и уменьшается расход
топлива. Такая доменная печь дает в 1,5 раза больше железа и требует кокса
на ј меньше чем обычная.



                            3 Производство стали.

    В стали по сравнению с чугуном содержится меньше углерода, кремния,
серы и фосфора. Для получения стали из чугуна необходимо снизить
концентрацию веществ путем окислительной плавки.
    В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в
основном в трех агрегатах: конвекторах, мартеновских  и электрических
печах.

                   3.1. Производство стали в конверторах.


    Конвертор представляет собой сосуд грушевидной формы. Верхнюю часть
называют козырьком или шлемом. Она имеет горловину, через которую жидкий
чугун и сливают сталь и шлак. Средняя часть имеет цилиндрическую форму. В