Реферат
На тему: Производство металлов и их сплавов
Содержание
ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ
МЕДЬ И ЕЁ СВОЙСТВА
АЛЮМИНИЙ И ЕГО СПЛАВЫ
ТИТАН, МАГНИЙ И ИХ СПЛАВЫ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ НАГРЕВ ЗАГОТОВОК ПЕРЕД ОМД
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
Исходные материалы
Железо в чистом виде редко находят в поверхностных слоях земной коры. Благодаря большой склонности к окислению в земной коре встречаются обычно окислы железа в смеси с окисленными соединениями других элементов.
Насчитывается около 200 различных минералов, содержащих железо. Ведущие геологи академики В. И. Вернадский и А. П. Виноградов считают, что в земной коре (до глубины 16 км) содержатся примерно 5% железа в виде окислов, карбонатов, сульфидов и других соединений. В отдельных местах земной коры имеются значительно большие скопления соединений железа. Наиболее крупные и богатые окисленными соединениями железа скопления минералов называют месторождениями железных руд.
Рудами называют горные породы, которые технически возможно и экономически целесообразно перерабатывать для извлечения содержащихся в них металлов.
К железным рудам относят красный, бурый, магнитный и шпатовый железняки.
Эти руды содержат значительное количество рудного вещества или соединений железа, из которого оно извлекается, и относительно небольшое количество пустой породы, легко отделяющейся при переработке.
В зависимости от количества рудного вещества различают богатые и бедные руды. Железные руды принято называть богатыми, если они содержат более половины железа.
Пустой породой руды называют такие минералы, которые не вносят серьезных технологических осложнений в металлургическую переработку и легко отделяются от рудных минералов или в процессе обогащения (см. ниже), или переходят в шлаки при плавке.
Пустой породой в железных рудах чаще всего являются: кремнезем, каолин, реже доломит и магнезит. Основными рудообразующими минералами железа являются гематит, лимонит, магнетит и сидерит.
Красный железняк (гематит) содержит железо главным образом в виде Fe2O3 — безводной окиси железа. Пустой породой в нем обычно бывает кремнезем. Содержание железа в красных железняках составляет 45—65% при малом содержании вредных примесей. Красный железняк хорошо восстанавливается в доменных печах.
Бурый железняк (лимонит) содержит железо в форме водных окислов типа Fe2O3-mH2O с переменным количеством гидратной влаги.
Собственно лимонитом обычно называют минерал, содержащий 57,14% Fe2O3 и 25,3% Н2О и имеющий желтую окраску. Обычно бурый железняк содержит 25—50 % Fe, но гидратная влага, легко удаляемая при плавке, делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению. Ее пустая порода обычно состоит из глины.
Магнитный железняк (магнетит) содержит железо главным образом в виде Fe3O4 (закись-окись железа), обладающей хорошо выраженными магнитными свойствами. Магнетиты содержат железа от 40 до 70% и являются наиболее богатыми железными рудами, но восстанавливаются труднее других руд, так как являются плотными горными породами.
Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли FeCO3. Его пустая порода содержит алюмосиликаты и магнезит, а содержание железа колеблется от 30 до 37%. Для повышения процента железа эти руды перед плавкой обжигают, удаляющийся при этом углекислый газ делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению.
Для производства чугуна, кроме железных руд, требуются и другие материалы. К ним в первую очередь следует отнести марганцевую руду, флюсы и кокс.
Марганцевые руды загружаются вместе с железными рудами в доменную печь, если поступающая на плавку железная руда содержит недостаточное количество марганца для получения чугуна необходимого качества. Флюсы вводят в доменную печь для того, чтобы и не допустить «зарастания» рабочего пространства печи и обеспечить плавку пустой породы руды и золы топлива при необходимой температуре: не слишком высокой, чтобы не тратить много топлива и не слишком низкой, при которой окислы железа еще не успевают восстановиться. Количество и характер добавляемых флюсов зависят от количества и химического состава пустой породы и определяются расчетным путем. Так как пустая порода железных руд обычно содержит кремнезем, в качестве флюса в доменных печах часто применяют известняк СаСО3, содержащий минимальное количество вредных примесей.
Каменноугольный кокс в современном доменном производстве играет двоякую роль. Во-первых, служит топливом и обеспечивает нагрев печного пространства до необходимой температуры и, во-вторых, обеспечивает восстановление окислов железа (см. ниже). Благодаря своей большой механической прочности, пористости и значительной теплотворной способности он применяется теперь повсеместно и почти вытеснил применявшийся ранее для этих целей древесный уголь. Каменноугольный кокс содержит 82—88% твердого углерода, от 5 до 10% золы, однако всегда содержит и серу от 0,5 до 2,0%.
Исходные материалы для производства ЧУГУНА.
Материалы | Разновидность | Химический состав | Назначение |
1. Железная руда | Красный железняк | Fe2O3 SiO2 SAl2O3 | Источник железа |
Бурый железняк | Fe2O3·H2O+CaO+P | ||
Магнитный железняк | Fe3O4 MgO | ||
2. Флюс | Известняк | CaCO3 | Для удаления окислов пустой породы |
Доломитизированный известняк | CaCO3 и MgCO3 | ||
3. Топливо | Кокс | 85%C+10%зола++2S+H2O | Источник теплотыХимический реагент восстанавливающий железо |
Природный газ | ~98%CH4 | ||
Мазут | ~4%S | ||
4. Огнеупоры | Основные | CaO, MgO | Для футеровки печей и агрегатов |
Кислые | SiO2 | ||
Нейтральные | SiO2+Al2O3 |
Подготовка железных руд к плавке.
Операции | Разновидности операций | Схемы | Назначение |
Дробление | Истирание | Для получения однородных кусков. | |
Дробление | |||
Обогащение | Гравитация | Для увеличения% Fe | |
МагнитнаяСепарация | |||
Окускование | Агломерация | Проводят с целью получения кусков концентр. 10 – 50 мм. | |
Окатывание |
Материалы, применяемые для футеровки рабочего пространства этих аппаратов, называютогнеупорными (огнеупорами). Их изготовляют главным образом из устойчивых природных минералов, придавая им форму кирпичей, порошков и различных фасонных изделий. По химическим свойствам огнеупорные материалы делят на кислые, основные и нейтральные.
Характерным кислым огнеупором является динасовый кирпич, изготовляемый из кварца (93—96% SiO2) с небольшой добавкой извести (2—3% СаО) для связи. Он имеет огнеупорность (температуру размягчения под действием собственного веса) 1650— 1730°С и применяется для кладки печей, работающих с кислыми шлаками, содержащими большое количество SiO2.
Характерным основным огнеупором является магнезитовый кирпич, изготовляемый из обожженного при- высокой температуре природного магнезита (91—94% MgO, остальное СаО, A12OS, SiO2, Fe2O3). Кроме того, широко применяется в виде дробленого и обожженного природного минерала основной огнеупор — доломит (СаО -fMgO). Основные огнеупоры стойки к известковым (основным) шлакам и пыли до температуры 1800—1900° С.
К нейтральным можно отнести углеродистые огнеупоры, выдерживающие нагрев до 2000° С и мало взаимодействующие с очень агрессивными шлаками. Их изготовляют из антрацита и других чистых углеродистых материалов. Они содержат около 90% углерода и делятся на угольные и графитовые. Из них делают тигли, электроды или ими футеруют электролизные ванны для получения алюминия и отдельные части других печей.
Нейтральными являются хромиты, изготовленные из природного хромистого железняка. Хромитовый кирпич содержит примерно 30% Сг2О3 и по 25% MgO и Fe2O3.
Устойчивым огнеупором является хромомагнезитовый кирпич, изготовляемый из смеси хромита и магнезита; его химические свойства приближаются к нейтральным при содержании хромита не менее 28%, с меньшим содержанием хромита эти огнеупоры имеют слабо основной характер.
Наиболее распространенным и дешевым огнеупором является шамот, изготовляемый из обожженной глины (каолинита Аl2О3·2SiO2-2H2O), его химические и огнеупорные свойства изменяются в широких пределах в зависимости от химического состава. Шамоты, содержащие менее 60% SiO2 и 40% А12О3, устойчивы против кислых и основных шлаков и практически почти нейтральны. Шамоты, содержащие более 60% SiO2 и 30% А12О3, обладают слабо выраженными кислотными свойствами, а глинистые огнеупоры, содержащие более 65% SiO2, принято называть полукислыми; они обладают наименьшей огнеупорностью, но дешевы.
Высокоглиноземистые огнеупоры (А12О3 более 45%) обладают очень высокой огнеупорностью (до 2000° С), высокой стойкостью к перепаду температур и большей устойчивостью против кислых и основных шлаков, но стоят они дорого.