Основы металлургического производства. Основы технологии производства заготовок и деталей машин из неметаллических и композиционных материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ

ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ

И ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ

УРАЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ПРОТИВОПОЖАРНОЙ СЛУЖБЫ

Кафедра общетехнических дисциплин

Курс лекций по дисциплине

“Материаловедение и технология материалов”

Часть 1 Технология материалов

Тема 1 Основы металлургического производства

Авторы:

проф., д-р тех. наук Гузанов Б.Н.

доц., канд. тех. наук Пугачева Н. Б.

студ. гр. КМ - 507 Бурова М.В.

Екатеринбург 2006

Лекция 1. Физико-химические основы металлургического производства

Цели лекции:

1.Учебные:

- сформировать у учащихся понятие о курсе “Материаловедение и технология материалов”;

- сформировать у учащихся понятие о металлургическом производстве и процессах получения металлических материалов;

- изучить материалы, используемые в металлургическом производстве.

2. Воспитательные:

- воспитать интеллектуальные умения и способности;

- воспитать сознательное отношение к учебным обязанностям.

3. Развивающие:

- развить мышление;

- развить память;

- развить внимание.

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение:

Плакат “Схема металлургического производства”.

Литература, использованная при подготовке к лекции

1 Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: Учеб. для вузов. - М.: Металлургия, 1998. - 758 с.

2 Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. - М.: Высш. шк., 2004. - 519 с.

3 Технология конструкционных материалов: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/ А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

4 Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение: Справ. изд. / Пер. с нем. Б.И. Левина, Г.А. Ашмарина; Под ред. П.И. Полухина, М.Л. Бернштейна. - М.: Металлургия, 1982. - 479 с.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Организационная часть лекции: проверка присутствующих (время 3 - 5мин.).

2. Вступление (5 мин).

Вопросы лекции:

Металлургия и процессы получения металлических материалов (20 мин).

Исходные материалы в металлургическом производстве (20 мин).

Двухступенчатая схема в металлургическом производстве (20 мин).

4. Заключение (3 - 5 мин).

5. Задание на самоподготовку (5 мин).

ВСТУПЛЕНИЕ

Материаловедение и ТКМ относится к числу основополагающих учебных дисциплин отраслевой (общетехнической) подготовки инженерных специальностей и педагога профессионального обучения. Это обусловлено тем, что современный уровень производства во многом определяется применением новых экономичных и технологичных материалов и технологий их получения, что в конечном итоге определяет научно-технический и экономический потенциал страны.

Цели изучения данной дисциплины:

- познание природы машиностроительных и конструкционных материалов, изучение их свойств в зависимости от химического состава, структуры и последующей обработки;

- ознакомление с традиционными и новыми технологическими процессами получения металлических и неметаллических материалов, а также технологиями получения заготовок и готовых изделий, в том числе с последующим восстановлением и ремонтом.

Задачами изучения дисциплины являются:

- ознакомление с современными конструкционными материалами машиностроения, их наиболее характерными свойствами и классификацией;

- изучение физико-химических основ и технологии процессов производства конструкционных материалов;

- ознакомление с основными способами получения заготовок и изделий из конструкционных материалов;

- формирование умения выбора вида заготовки или полуфабриката, рационального способа их получения, исходя из формы конечного изделия, его назначения и условий эксплуатации.

Технология конструкционных материалов состоит из четырех основных видов:

1 - металлургия - получение металла заданного состава;

2 - технологии получения металлических заготовок (литейное производство, ОМД, сварочное производство);

3 - механическая обработка - получение из металла изделий заданной внешней формы;

4 - термическая обработка - получение заданных свойств металла (жаростойкости, прочности износостойкости и т.п.).

Вопрос № 1. Металлургия и процессы получения металлических материалов

Металлургия - это наука о промышленных способах получения металлов и их сплавов.

Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных предприятий, базирующийся на месторождении руд, коксующихся углей, энергетических мощностях. Оно включает в себя следующие предприятия:

1 - шахты, карьеры по добыче руд и каменных углей;

2 - горно-обогатительные комбинаты, где подготавливают руды к плавке (обогащают);

3 - коксохимические заводы или цехи, где готовят угли, коксуют их и извлекают полезные химические продукты;

4 - энергетические цехи для получения сжатого воздуха, кислорода, очистки газов металлургических производств;

5 - доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов;

6 - заводы для производства ферросплавов;

7 - сталеплавильные цехи (конверторные, мартеновские, электросталеплавильные);

8 - прокатные цехи, где слитки перерабатывают в сортовой прокат (балки, рельсы, проволоку, лист и т.д.).

Основа современной металлургии - двухступенчатая схема, включающая доменную выплавку чугуна и передела его в сталь. При доменной плавке происходит избирательное восстановление железа из руды, а также восстановление фосфора, марганца и кремния, науглероживание железа и частичное насыщение его серой, т.е. образуется чугун - сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, серой и фосфором.

Передел чугуна в сталь производят в конверторах, мартеновских и электрических печах. При этом происходит избирательное окисление примесей чугуна, которые переходят в шлак и газы.

Основной продукцией металлургического производства являются следующие продукты:

1) черная металлургия, которая производит чугун передельный для производства сталей, чугун литейный для производства отливок, железорудные металлизованные окатыши для выплавки стали, ферросплавы (сплавы железа с Mn, Si, V, Ti и др.), предназначенные для выплавки легированных сталей, стальные слитки для производства сортового проката и стальные слитки для крупных поковок;

2) цветная металлургия: слитки цветных металлов для сортового проката, слитки для производства отливок, лигатуры - сплавы цветных металлов с легирующими элементами, необходимые для производства сложных легированных сплавов для отливок, слитки чистых и особо чистых цветных металлов для нужд электротехники и электроники.

В черной и цветной металлургии для получения металлических материалов в зависимости от вида используемой энергии выделяют следующие процессы:

1. Пирометаллургический процесс основан на том, что энергия или тепло, необходимое для выплавки, получают за счет сжигания жидкого, твердого или газообразного топлива.

2. Электрометаллургический процесс основан на том, что тепло для выплавки получают в дуговых, индукционных и других электропечах.

3. Гидрометаллургический процесс основан на получении металлов из руд путем выщелачивания и последующего выделения металлов из раствора без нагревания до высоких температур.

4. Химикометаллургический процесс основан на получении металлов при последовательных химических и металлургических взаимодействиях.

Вывод по вопросу № 1: изучили современное металлургическое производство и процессы получения металлических материалов.

Вопрос № 2. Исходные материалы для металлургического производства

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.

Руда

В природе большинство металлов находятся в связанном виде, в виде химических соединений, которые входят в состав минералов, образующих руды или горные породы.

Промышленной рудой называют горную породу, из которой при данном уровне техники экономически выгодно и целесообразно извлекать металлы или их соединения.

Руда состоит из минералов, содержащих металл (окислов и гидроокисей), силикатов, карбонатов, сернистых соединений), и пустой породы (окислов кремния, алюминия, кальция и магния). Руды называют по одному или нескольким металлам, которые входят в их состав. Например, железные, медные, медно-никелевые и т. д. Целесообразность извлечения металлов из руды определяется их содержанием в руде. Например, для железных руд - не менее 30-50 % Fe, для медных - не менее 3-5 % Cu, для молибденовых - не менее 0,005 - 0,02 % Mo.

В зависимости от концентрации добываемого металла, руды бывают богатыми (45 - 50 %), которые сразу используют в металлургическом производстве, и бедные (35 - 45 %), которые поступают в металлургическое производство после обогащения или удаления пустой породы. После обогащения получают концентрат или продукт с повышенным содержанием металла по сравнению с исходной рудой.

Топливо

Топливо - это органические соединения, которые выделяют при сжигании тепло, необходимое для поддержания металлургического процесса.

В металлургических печах топливом являются кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ. Кокс получают в коксовых печах сухой перегонкой при температуре 10000С (без доступа воздуха) каменного угля коксующихся сортов.Угольная масса при коксовании размягчается и из нее начинают выделяться газообразные продукты, затем она спекается в пористую массу. При выделении газов масса растрескивается и распадается на куски. Длительность коксования 14-16 часов. Затем кокс выталкивают из печи и сушат водой.

Важным показателем качества кокса является зольность и содержание серы, которые должны быть минимальны. Опримальный размер кусков кокса - 25-60 мм. Кокс должен быть достаточно прочным, чтобы не разрушаться под действием массы шихтовых материалов в доменной печи.

При доменной плавке часть кокса заменяют природным газом, который содержит 90 - 98 % углеводородов (CH4 - метан, C2H6 - пропан), мазутом - тяжелый остаток крекинга нефти, содержит до 85 % углерода и водород с малым количеством серы и фосфора, доменным газом - побочный продукт доменного производства или пылевидным топливом. Эти виды топлива создают восстановительную атмосферу в печи, что приводит к экономии кокса.

Флюсы

Флюс - это материал, загружаемый в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды, концентрата, золой топлива. Эти соединения называют шлаком.

Назначение флюса:

1 - удаление окислов пустой породы;

2 - удаление золы топлива;

3 - удаление вредных примесей (серы, фосфора).

Шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому в печи располагается над металлом и не перемешивается с ним. Назначение шлака - защита металла от печных газов воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе кислые окислы (SiO2, Р2О5)я. И основным - если основные ( CaО, MgO, FeO).

При высоких температурах рабочего пространства печи шлаки могут взаимодействовать с футеровкой печи: основная футеровка с кислым шлаком и наоборот. В результате может произойти разрушение футеровки. Для предотвращения этого в печи вводят флюсы однотипные с футеровкой: для основной футеровки - основные, для кислой - кислые.

Изменяя состав шлака, можно менять соотношение примесей между металлом и шлаком, т.е. удалять нежелательные примеси (серу и фосфор) из этого шлак металла в шлак. Для убирают с поверхности металла и добавляют новый нужного состава. В соответствии с законом распределения, если вещество растворяется в двух соприкасающихся, но не смешивающихся жидкостях, то его распределение между этими жидкостями происходит до установления определенного соотношения, постоянного для данной температуры.

Огнеупорные материалы

Применяют для внутренней облицовки (футеровки) печей и ковшей для разливки. Основное требование - выдерживать нагрузки при высоких температурах, а также резкие перепады температур, химическое воздействие шлаков и печных газов. Огнеупорность материала определяется в 0С.

Обычно это кирпичи, порошки или растворы, используемые для заполнения швов мажду кирпичами в кладке. По химическим свойствам огнеупочные материалы подразделяются на кислые, основные и нейтральные.

Кислые (динасовые, кварцеглинистые) - на основе кремнезема SiO2. Содержат не менее 90 % SiO2 и имеют огнеупорность до 1700 0С. Основные (магнезитовые, магнезитохромитовые, доломитовые) - на основе основных окислов CaO, MgO. Магнезитовый кирпич содержит до 95 % MgO и его огнеупорность достигает 2000 - 2400 0С. Доломитовый кирпич представляет собой горную породу, состоящую из MgCO3 и CaCO3, содержащий до 60 % CaCO3. Его огнеупорность достигает 1800 - 1850 0С. Нейтральные (хромомаагнезитовые, высокоглиноземные, шамотные) - на основе окислов Al2O3 иCr2O3. Шамот представляет из себя наиболее широко применяемый в теплотехнике материал, который содержит SiO2 и Al2O. Теплостойкость его не высока, но он самый дешевый.

Все эти огнеупорные материалы используются для футеровки металлургических комбинатов в различных комбинациях, как правило, многослойных.

Вывод по вопросу № 2: изучили основные исходные материалы , используемые в металлургическом производстве.

Вопрос № 3. Двухступенчатая схема в металлургическом производстве

Основа современной металлургии - двухступенчатая схема, включающая доменную выплавку чугуна и передела его в сталь. При доменной плавке происходит избирательное восстановление железа из руды, а также восстановление фосфора, марганца и кремния, науглероживание железа и частичное насыщение его серой, т.е. образуется чугун - сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, серой и фосфором.

Удаляется влага, из топлива выделяются летучие вещества, происходит основной процесс - восстановление окислов железа, который осуществляется в несколько стадий - от высших окислов к низшим и далее к чистому металлу: Fe2O3 > Fe3O4 > FeО > Fe. Косвенное восстановление происходит в несколько стадий по реакциям:

1) Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2+Q;

2) Fe3O4 + 4CO = 3FeО + CO2+Q;

3) FeO + CO = Fe + CO2+Q;

В процесс косвенного восстановления определенный вклад вносит водород (Н2) по аналогичным реакциям:

1) 3Fe2O3 + Н2 = 2Fe3O4 + Н2O+Q;

2) Fe3O4 + Н2 = 3FeО + Н2O +Q;

3) FeO + Н2 = Fe + Н2O +Q;

Прямое восстановление происходит в зоне распара печи при температуре 950 - 10000С по реакции FeO + CO = Fe + CO2 - Q. В прямом восстановлении участвует только низший оксид FeО , который единственно присутствует в шихте при этих температурах.

Наряду с реакциями восстановлении происходит его науглероживание при температурах более 5000С за счет его взаимодействия с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом по реакции:

3Fe + 2CO = Fe3С + CO2+Q.

Передел чугуна в сталь производят в конверторах, мартеновских и электрических печах. При этом происходит избирательное окисление примесей чугуна, которые переходят в шлак и газы.

Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:

Fe + 1/2O2 = FeO + 263,68 кДж.

Одновременно с железом окисляются Si, P, Mn, C и др.

Образующийся оксид железа при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их:

2FeO + Si = SiO2 + 2Fe + 330,5 кДж;

5FeO + 2P = P2O5 + 5Fe + 225,94 кДж;

FeO + Mn = MnO + Fe + 122,59 кДж;

FeO + C = CO + Fe - 153,93 кДж.

Вывод по вопросу № 3: изучили основы металлургического производства, процессы производства металлических материалов, рассмотрели двухступенчатую схему и основные физико-химические процессы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных предприятий, базирующийся на месторождении руд, коксующихся углей, энергетических мощностях.

Основа современной металлургии - двухступенчатая схема, включающая доменную выплавку чугуна и передела его в сталь.

Черная и цветная металлургия является основной продукцией металлургического производства.

Производство металлических материалов в металлургическом производстве осуществляется несколькими процессами: пирометаллургическим, электрометаллургическим, электролизом, металлотермией и др.

Задание на самоподготовку

Самостоятельно рассмотреть физико-химические основы пирометаллургического и электрометаллургического процессов получения металлов.

Лекция 2. Производство чугуна

Цели лекции:

1.Учебные:

- сформировать понятие о чугуне;

- сформировать знания о доменном процессе, о продуктах доменного производства;

- изучить физико-химические процессы, протекающие в доменной печи.

2. Воспитательные:

- воспитать аккуратность;

- воспитать сознательное отношение к учебным обязанностям;

- формировать интеллектуальные умения и способности.

3. Развивающие:

- развивать внимание;

- развивать память;

- развивать мышление.

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение:

Плакаты:

Плакат “Физико-химические процессы в доменной печи”

Литература, использованная при подготовке к лекции

1 Арзамасов Б.Н., Крашенинников А. И., Пастухова Ж.П. Научные основы материаловедения: Учеб. для вузов. - М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумна, 1994. - 336 с.

2 Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: Учеб. для вузов. - М.: Металлургия, 1998. - 758 с.

3 Пейсахов А.М., Кугер А.М. Материаловедение и технология конструкционных материалов. - СПб.: изд-во Михайлова, 2004. - 407 с.

4 Технология конструкционных материалов: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/ А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

5 Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение: Справ. изд. / Пер. с нем. Б.И. Левина, Г.А. Ашмарина; Под ред. П.И. Полухина, М.Л. Бернштейна. М.: Металлургия, 1982. - 479 с.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (3 - 5 мин).

2. Вступление (5 мин).

3. Вопросы лекции:

1. Исходные материалы для доменного производства (10 мин).

2. Подготовка руд к плавке (10 мин).

3. Устройство доменной печи и ее работа (15 мин).

4. Доменный процесс (15 мин).

5. Продукты доменной плавки и технико-экономические показатели производства чугуна (10 мин).

4. Заключение (3 - 5 мин).

5. Задание на самоподготовку (5 мин).

ВСТУПЛЕНИЕ

Чугун - сплав железа с углеродом, при максимальной концентрации углерода свыше 2, 14 %.

Кроме углерода чугун всегда содержит кремний до 4%, марганец - до 2%, а также серу и фосфор (вредные примеси). В процессе получения чугуна от серы и фосфора стремятся избавиться с использованием различных приемов.

До 80% выплавляемого чугуна идет на переработку в сталь, и такой чугун называют передельным; 15 - 20% - литейный чугун, который идет для производства фасонных отливок.

При металлургии чугуна получают ферросплавы: ферромарганец (FeMn) и ферросилиций (FeSi) при различных концентрациях Mn и Si, которые идут для производства сталей и для раскисления сталей.

Вопрос № 1. Исходные материалы для доменного производства

При выплавке чугуна используют железные руды, топливо и флюсы.

Железные руды содержат железо в различных соединениях: в виде оксидов Fe3O4, Fe2O3; гидроксидов Fe2O3 ? H2O, карбонатов FeCO3 и др., а также пустую породу, состоящую в основном из SiO2, Al2O3, CaO, MgO и др. К железным рудам относятся магнитный железняк Fe3O4 (55 - 60 % Fe), красный железняк Fe2O3 (55 - 60 % Fe), бурый железняк, содержащий гидраты оксидов железа 2Fe2O3 ? 3H2O и Fe2O3 ? H2O (37 - 55 % Fe); шпатовые железняки, содержащие FeCO3 (30 - 40 % Fe).

Кроме железной руды используют марганцевые руды для выплавки ферромарганца (10 - 82 %), а также марганцевого передельных чугунов, содержащих до 1 % Mn. Марганец в рудах содержится в виде оксидов и карбонатов.

Хромовые руды, которые используют для выплавки феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов - хромомагнезитов.

Комплексные руды, содержащие никель, ванадий, кобальт, которые используют для выплавки природно-легированного чугуна.

В качестве топлива в производстве чугуна, главным образом используют кокс, который при сгорании не только поддерживает температуру, но и создает условия для восстановления железа из руды. Также применяют природный газ, мазут, пылевидное топливо (угольная пыль).

В доменном производстве используют флюсы - материалы, которые загружают в плавильную печь для образования легкоплавких соединений с пустой породой, золой, концентратом. Выбор флюсов определяется составом пустой породой руды. Если пустая порода представляет из себя песчано-глинистую, то в качестве флюса используют CaCO3 или даломит. В случае известковой пустой породы в качестве флюса применяют кварцит и другие песчаные составы, главным образом, на основе SiO2. Флюсы применяют для наведения шлака на поверхности расплавленного металла и удаления серы.

Вывод по вопросу №1: получили представление о чугуне, изучили исходные материалы, применяемые в доменном производстве.

Вопрос № 2. Подготовка руд к плавке

Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Цель этой подготовки состоит в увеличении содержания железа в шихте и уменьшении в ней вредных примесей - серы, фосфора, повышение ее однородности по кусковатости и химическому составу. Метод подготовки добываемой руды зависит от ее качества.

Дробление и сортировка руд по крупности - для оптимизации плавки. Куски руды дробят и сортируют на дробилках и классификаторах.

Обогащение - для повышения содержания железа. Основано на различных физических свойствах минералов (плотности, магнитной восприимчивости и т.д.). По методу все виды обогащения подразделяют на следующие:

- Промывка руды водой - для отделения плотных составляющих от рыхлой породы (песка, глины).

- Гравитация - основана на отделении руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, на котором лежит руда. При этом пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а тяжелые рудные минералы опускаются вниз.

- Магнитная сепарация - основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы, отделяя их от пустой породы. Для обогащения руд.

Окускование производят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в куски необходимых размеров. Используют агломерацию и окатывание.

Агломерация - спекание шихты при 1300-15000С в агломерационных машинах. В результате из руды удаляется вредные примеси (сера, частично мышьяк), карбонаты разлагаются, получается кусковой пористый материал - агломерат.

Окатывание - применяют для обработки тонко измельченных концентратов. Шихта из измельченных концентратов, флюса и топлива увлажняется и при обработке во вращающихся барабанах, в результате, приобретает форму шариков - окатышей диаметром до 30 мм. Окатыши высушивают и обжигают при 1200-13500С на обжиговых машинах, после чего они становятся прочными и пористыми. При подаче агломерата и окатышей не надо добавлять флюс - известняк, повышается производительность доменной печи и снижается расход кокса.

Вывод по вопросу № 2: изучили этапы подготовки руд к доменной плавке.

Вопрос № 3. Устройство доменной печи и ее работа

Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, , оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи.

Доменная печь (рис. 1) имеет стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихту взвешивают, подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату 8 и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 - в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу. Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка после очередной загрузки поворачиваются на угол, кратный 600.

При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихты в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был заполнен. Полезный объем печи - это объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Современные доменные печи имеют полезный объем 2000 - 5000 м3. Полезная высота доменной печи достигает 35 м.

В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива. Воздух нагревают для уменьшения потерь теплоты и снижения расхода кокса. Воздух поступает в доменную печь из воздухонагревателя, внутри которого имеется камера сгорания и насадка. Насадка выложена из огнеупорных кирпичей, так что между ними образуются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подается очищенный от пыли доменный газ, который сгорает и образует горячие газы.

Газы, проходя через насадку, нагревают ее и удаляются через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается и через насадку пропускается воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной. Воздух, проходя через насадку, нагревается до температуры 1000 - 12000С и поступает к фурменному устройству 14, а оттуда через фурмы 2 - в рабочее пространство. Доменная печь имеет несколько воздухонагревателей: в то время как в одних насадка нагревается, в других насадка отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. После охлаждения насадки воздухом нагреватели переключаются.

Современные доменные печи имеют общую высоту до 80 м при соотношении полезной высоты к максимальному диаметру, равному приблизительно 3 и полезным объемом до 5600 м3.

Рисунок 1 - Устройство доменной печи

Доменная печь является агрегатом непрерывного действия и поэтому все процессы в ней механизированы и автоматизированы.

Вывод по вопросу № 3: изучили устройство доменной печи, принцип ее действия.

Вопрос № 4. Доменный процесс

Все физико-химические процессы в доменной печи определяются существующими на разных уровнях температурными режимами. При загрузке через конус сырые материалы попадают в область низких температур 200-300 0С и по мере опускания температура шихты растет, достигая порядка 1900 2100 0С в нижней части распора, а потом постепенно снижается до температуры 1450 0С в горне.

Горение топлива. Вблизи фурм углерод кокса взаимодействует с кислородом и сгорает: C + O2 = CO2 + 393,51 кДж.

При высоких температурах и в присутствии твердого углерода кокса двуокись углерода неустойчива и частично переходит в окись углерода:

CO2 + C = 2CO - 171,88 кДж.

Одновременно, на некотором расстоянии от фурм, идет реакция неполного горения углерода кокса: C + 1/2O2 = CO2 + 110 кДж.

В результате горения кокса в доменной печи выделяется теплота и образуется газовый поток, содержащий CO и CO2, и другие газы. При этом в печи немного выше уровня фурм температура становится более 20000С. Горячие газы поднимаются вверх, отдают свою теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь при до 300 - 400 0С у колошника.

В зоне печи, где температура газов достигает 450 - 7000С, часть окиси углерода разлагается с образованием сажистого углерода, оседающего на шихтовых материалах: 2СО = СО2 + С. Остальная часть газа (СО, СО2, N2, Н2, СН4-колошниковый газ) отводится из печи по трубам и после очистки используется как топливо для воздухонагревателей.

Восстановление окислов железа и других металлов. Шихтовые материалы (агломерат, кокс) опускаются вниз навстречу потоку газов и нагреваются. В результате в них: удаляется влага, из топлива выделяются летучие вещества, происходит основной процесс - восстановление окислов желез которых осуществляется в несколько стадий - от высших окислов к низшим и далее к чистому металлу: Fe2O3 > Fe3O4 > FeО > Fe.

В восстановлении железа участвуют газы (СО, Н2) и твердый углерод кокса. Восстановление газами называют косвенным , а твердым углеродом - прямым. Реакции косвенного восстановления экзотермические, т.е. сопровождаются выделением тепла и происходят, главным образом, в верхних горизонтах печи. Реакции прямого восстановления эндотермические, т.е. сопровождаются поглощением тепла и протекают в нижней части печи.

Косвенное восстановление происходит в несколько стадий по реакциям:

1) Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2+Q

2) Fe3O4 + 4CO = 3FeО + CO2+Q

3) FeO + CO = Fe + CO2+Q

В процесс косвенного восстановления определенный вклад вносит водород (Н2) по аналогичным реакциям:

1) 3Fe2O3 + Н2 = 2Fe3O4 + Н2O+Q

2) Fe3O4 + Н2 = 3FeО + Н2O +Q

3) FeO + Н2 = Fe + Н2O +Q

Реакции косвенного восстановления начинаются при температурах 400 - 500 0С (первая реакция) и заканчиваются при 900 - 950 оС (третья реакция). Косвенное восстановление имеет большое значение, т.к. за счет него восстанавливается 60 - 80 % всего железа, и лишь остальная часть восстанавливается твердым углеродом кокса (прямое восстановление).

Прямое восстановление происходит в зоне распара печи при температуре 950 - 10000С по реакции FeO + CO = Fe + CO2 - Q.

В прямом восстановлении участвует только низший оксид FeО, который единственно присутствует в шихте при этих температурах.

Науглероживание железа. Восстановление железа заканчивается при 1300 - 1400 оС в распаре печи. При этих температурах восстановленное железо (Тпл.=15390С) находится в твердом состоянии в виде пористой губчатой массы (кричное железо). Наряду с реакциями восстановлении происходит его науглероживание при температурах более 5000С за счет его взаимодействия с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом по реакции

3Fe + 2CO = Fe3С + CO2+Q

Продуктом науглероживания является карбид железа Fe3С, который хорошо растворяется в твердом железе и постепенно образует сплав железа с углеродом. При концентрации углерода в сплаве ~ 4,3 мас. % температура плавления уменьшается до 11470С. В результате в нижней части печи на уровне распара и заплечиков начинается плавление. Жидкий расплав - чугун - стекает вниз, омывает куски раскаленного кокса и дополнительно интенсивно науглероживается. В нем также растворяются восстановленные марганец, кремний, фосфор (из руды), а также сера (из кокса). Конечный состав чугуна устанавливается в горне. При этом большое значение имеют состав, свойства и количество шлака.

Восстановление других элементов. В доменную печь с шихтовыми материалами попадают Mn, Si, S, P, As и др. элементы в виде различных химических соединений. Эти элементы частично или полностью восстанавливаются и входят в состав чугуна, улучшая или ухудшая его свойства. Эти примеси считают постоянными и подразделяют их на вредные (S, P, Pb, As) и полезные (Mn, Si). Mn и Si частично восстанавливаются и переходит в состав чугуна. Другая часть в виде MnO и SiO2 входит в состав шлака. P полностью восстанавливается и входит в состав чугуна. S образует летучие соединения (SO2 и H2S) и в значительной части удаляется с газом при нагреве шихты. Определенная ее часть взаимодействует с известью CaO и переходит в шлак. Большая часть (до 50 %) серы взаимодействует с железом и входит в состав чугуна. Сера - наиболее вредная примесь в чугуне и стали, поэтому разрабатывают различные способы ее удаления из металла как доменные, так и внедоменные. В состав чугуна могут попасть и другие примеси, если они содержатся в руде (никель, хром, ванадий).

Вывод по вопросу № 4: изучили сущность доменного процесса, физико-химические реакции, протекающие при этом.

Вопрос № 5. Продукты доменной плавки и технико-экономические показатели производства чугуна

Чугун - основной продукт доменной плавки. В доменных печах получают чугун различного химического состава в зависимости от его назначения.

Передельные чугуны (ГОСТ 805-69) М1, М2, М3; Б1, Б2; фосфористые чугуны МФ1, МФ2, ЬФ3; высококачественные ПВК1,ПВК2, ПВК3. Передельный чугун выплавляют для передела его в сталь в конвертерах или мартеновских печах.

Литейные чугуны (ГОСТ 4832-58) ЛК0, ЛК1, …ЛК5. Литейный чугун используют на машиностроительных заводах при производстве фасонных отливок.

Доменные ферросплавы: зеркальный чугун ЗЧ1, ЗЧ2, ЗЧ3 (5 0 5,5 С, 2 Si, 10 - 25 Mn, 0,1 - 1,2 Р, 0,03 S) и ферросилиций Си10 и Си 15 (2 С, 9 - 13 Si, 3 Mn) и ферромарганец Мн6, Мн6 (7 С, 2 Si, 70 - 75 Mn).

Технико-экономические показатели производства чугуна.

Коэффициент использования полезного объема доменной печи (К.И.П.О.) в м3/т - определяется как соотношение полезного объема печи V и м3 к ее среднесуточной производительности Р в тоннах. В нашей стране К.И.П.О. = 0,5-0,7.

Удельный расход кокса К - отношение расхода А кокса за сутки к количеству Р в тоннах передельного чугуна, выплавленного за то же время: К=А/Р. В нашей стране К=0,5-0,7. Стоимость кокса составляет более половины стоимости чугуна.

Мероприятия по оценке и увеличению производительности доменных печей. Совершенствование конструкций печей, в частности, увеличение полезного объема доменных печей. При V полезном 5000 м3 в сутки выплавляют более 10000 т чугуна.

Совершенствование способов подготовки шихты - обогащение руд, применение офлюсованного агломерата и окатышей.

Иинтенсификация доменного процесса - за счет повышения давления газа в колошнике, в результате снижается скорость движения газов в доменной печи, улучшаются условия восстановления, уменьшается расход кокса и вынос колошниковой пыли. Кроме того, за счет обогащения дутья кислородом, повышается интенсивность горения кокса, повышается температура в горне доменной печи, ускоряются процессы восстановления кремния и марганца. За счет вдувания в горн природного газа и угольной пыли, что позволяет снизить расход кокса на 10-15 % и увеличить производительность печей на 2-3 % за счет повышения восстановительной способности газов.

Вывод по вопросу № 5: получили представление о продуктах доменной плавки, изучили важнейшие технико-экономические показатели работы доменной печи.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Производство чугуна - один из основных процессов металлургического производства.

Исходными материалами при доменном производстве являются в основном, железные руды, а также марганцевые, хромовые и комплексные руды, топливо, флюсы и огнеупорные материалы.

Перед доменной плавкой осуществляется подготовка руд по нескольким этапам: дробление и сортировка руд, обогащение, окускование, что увеличивает содержание железа в шихте и уменьшение в ней вредных примесей.

Чугун выплавляется в доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, , оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи. Все физико-химические процессы в доменной печи определяются существующими на разных уровнях температурными режимами.

Чугун - основной продукт доменной плавки. В доменных печах получают чугун различного химического состава в зависимости от его назначения.

Задание на самоподготовку

Самостоятельно составить схему протекания физико-химических процессов по высоте доменной печи.

Лекция 3. Производство стали

Цели лекции:

1.Учебные:

- сформировать понятие о стали;

- изучить способы производства стали;

- изучить способы разливки стали.

2. Воспитательные:

- воспитать аккуратность;

- воспитать сознательное отношение к учебным обязанностям;

- формировать интеллектуальные умения и способности.

3. Развивающие:

- развить внимание;

- развить память;

- развить мышление.

Метод занятия: лекция

Время: 80 мин.

Место проведения: лекционный зал

Материальное обеспечение:

Плакат “Этапы процесса выплавки стали ”

Литература, использованная при подготовке к лекции

1 Арзамасов Б.Н., Крашенинников А. И., Пастухова Ж.П. Научные основы материаловедения: Учеб. для вузов. - М.: Изд-во МВТУ им. Н.Э. Баумна, 1994. - 336 с.

2 Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. Общая металлургия: Учеб. для вузов. - М.: Металлургия, 1998. - 758 с.

3 Колесов С.Н., Колесов И.С. Материаловедение и технология конструкционных материалов. - М.: Высш. шк., 2004. - 519 с.

4 Технология конструкционных материалов: Учеб. для машиностроит. спец. вузов/ А.М. Дальский, И.А. Арутюнова, Т.М. Барсукова и др.; Под общ. ред. А.М. Дальского. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1985. - 448 с.

5 Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение: Справ. изд. / Пер. с нем. Б.И. Левина, Г.А. Ашмарина; Под ред. П.И. Полухина, М.Л. Бернштейна. - М.: Металлургия, 1982. - 479 с.

ПЛАН ЛЕКЦИИ

1. Организационная часть лекции: принимается рапорт о готовности слушателей к занятию, отмечаются в журнале отсутствующие (время 3-5-мин.)

2. Вступление (5 мин)

3. Вопросы лекции:

1.Сущность процесса и исходные материалы для производства стали (15 мин).

2. Кислородно-конверторный процесс (10 мин).

3. Производство стали в мартеновских печах (10 мин).

4. Производство стали в электропечах (10 мин).

5. Способы разливки стали (15 мин).

4. Заключение (3 - 5 мин).

5. Задание на самоподготовку (5 мин).

ВСТУПЛЕНИЕ

Сталь - это сплав железа с углеродом, содержащий практически до 1,5% углерода, при большем его содержании значительно увеличиваются твёрдость и хрупкость сталей и они не находят широкого применения.

Кроме углерода сталь содержит примеси, как постоянные, так и случайные. Постоянные примеси присутствуют за счет технологии выплавки (Si до 0,4 %, Mn до 0,8 %, S до 0,06 % и P до 0,07 %). Случайные примеси обуславливаются либо видом сырья, либо технологией, либо какими-то другими случайными эффектами, они в стали либо могут быть, либо нет.

Вопрос №1. Сущность процесса и исходные материалы для производства стали

Основными исходными материалами для производства стали являются передельный чугун и стальной лом (скрап).

Содержание углерода и примесей в стали значительно ниже, чем в чугуне (табл. 1). Поэтому сущность любого металлургического передела чугуна в сталь - снижение содержания углерода и примесей путем их избирательного окисления и перевода в шлак и газы в процессе плавки.

Таблица 1 - Состав передельного чугуна и низкоуглеродистой стали, %

Материал	C	Si	Mn	P	S
Передельный чугун	4 - 4,4	0,76 - 1,26	До 1,75	0,15 - 0,3	0,03 - 0,07
Сталь низкоуг-леродистая	0,14 - 0,22	0,12 - 0,3	0,4 - 0,65	0,05	0,055

Примеси отличаются по своим физико-химическим свойствам, поэтому для удаления каждой из них в плавильном агрегате создают определенные условия, используя основные законы физической химии.

Железо окисляется в первую очередь при взаимодействии чугуна с кислородом в сталеплавильных печах:

Fe + 1/2O2 = FeO + 263,68 кДж.

Одновременно с железом окисляются Si, P, Mn, C и др.

Образующийся оксид железа при высоких температурах отдаёт свой кислород более активным примесям в чугуне, окисляя их:

2FeO + Si = SiO2 + 2Fe + 330,5 кДж;

5FeO + 2P = P2O5 + 5Fe + 225,94 кДж;

FeO + Mn = MnO + Fe + 122,59 кДж;

FeO + C = CO + Fe - 153,93 кДж.

Процессы выплавки стали осуществляют в три этапа.

Первый этап - расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

Температура металла сравнительно невысокая, интенсивно происходит окисление железа, образование оксида железа и окисление примесей: кремния, марганца и фосфора.

Наиболее важная задача этапа - удаление фосфора. Для этого желательно проведение плавки в основной печи, где шлак содержит CaO. Фосфорный ангидрид оРазмещено на http://www.allbest.ru/

бразует с оксидом железа нестойкое соединение (FeO)3 ? P2O5. . Оксид кальция - более сильное основание, чем оксид железа, поэтому при невысРазмещено на http://www.allbest.ru/

оких температурах связывает P2O5 и переводит его в шлак:

2[P] + 5(Fe O) + (CaO) = (4CaO ? P2O5) + 5[Fe].

Для удаления фосфора необходимы невысокие температура ванны металла и шлака, достаточное содержание в шлаке FeO. Для повышения содержания FeO в шлаке и ускорения окисления примесей в печь добавляют железную руду и окалину, наводя железистый шлак. По мере удаления фосфора из металла в шлак, содержание фосфора в шлаке увеличивается. Поэтому необходимо убрать этот шлак с зеркала металла и заменить его новым со свежими добавками CaO.

Второй этап - кипение металлической ванны - начинается по мере прогрева до более высоких температур.

При повышении температуры более интенсивно протекает реакция окисления углерода, происходящая с поглощением теплоты:

FeO + C = CO + Fe - 153,93 кДж.

Для окисления углерода в металл вводят незначительное количество руды, окалины или вдувают кислород.

При реакции оксида железа с углеродом, пузырьки оксида углерода выделяются из жидкого металла, вызывая «кипение ванны». При «кипении» уменьшается содержание углерода в металле до требуемого, выравнивается температура по объему ванны, частично удаляются неметаллические включения, прилипающие к всплывающим пузырькамCO, а также газы, проникающие в пузырьки CO. Все это способствует повышению качества металла. Следовательно, этот этап - основной в процессе выплавки стали.

Также создаются условия для удаления серы. Сера в стали находится в виде сульфида (FeS), который растворяется также в основном шлаке. Чем выше температура, тем большее количество сульфида железа (FeS) растворяется в шлаке и взаимодействует с оксидом кальция CaO:

(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO).

Образующееся соединение растворяется в шлаке, но не растворяется в железе, поэтому сера удаляется в шлак.

Третий этап - раскисление стали заключается в восстановлении оксида железа, растворённого в жидком металле.

При плавке повышение содержания кислорода в металле необходимо для окисления примесей, но в готовой стали кислород - вредная примесь, так как понижает механические свойства стали, особенно при высоких температурах.

Сталь раскисляют двумя способами: осаждающим и диффузионным:

1) осаждающее раскисление осуществляется введением в жидкую сталь растворимых раскислителей (ферромарганца, ферросилиция, алюминия), содержащих элементы, которые обладают большим сродством к кислороду, чем железо.

В результате раскисления восстанавливается железо и образуются оксиды: MnO, SiO2, Al2O3 и др., которые имеют меньшую плотность, чем сталь, и удаляются в шлак;

2) диффузионное раскисление осуществляется раскислением шлака. Ферромарганец, ферросилиций и алюминий в измельчённом виде загружают на поверхность шлака. Раскислители, восстанавливая оксид железа, уменьшают его содержание в шлаке. Следовательно, оксид железа, растворённый в стали переходит в шлак. Образующиеся при этом процессе оксиды остаются в шлаке, а восстановленное железо переходит в сталь, при этом в стали снижается содержание неметаллических включений и повышается ее качество. В зависимости от степени раскисления выплавляют стали:

а) спокойные,

б) кипящие,

в) полуспокойные.

Спокойная сталь получается при полном раскислении в печи и ковше.

Кипящая сталь раскислена в печи неполностью. Ее раскисление продолжается в изложнице при затвердевании слитка, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода: FeO + C = Fe + CO. Образующийся оксид углерода выделяется из стали, способствуя удалению из стали азота и водорода, газы выделяются в виде пузырьков, вызывая её кипение. Кипящая сталь не содержит неметаллических включений, поэтому обладает хорошей пластичностью.

Полуспокойная сталь имеет промежуточную раскисленность между спокойной и кипящей. Частично она раскисляется в печи и в ковше, а частично - в изложнице, благодаря взаимодействию оксида железа и углерода, содержащихся в стали.

Легирование стали осуществляется введением ферросплавов или чистых металлов в необходимом количестве в расплав. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду меньше, чем у железа (Ni, Co, Mo, Cu), при плавке и разливке не окисляются, поэтому их вводят в любое время плавки. Легирующие элементы, у которых сродство к кислороду больше, чем у железа (Si, Mn, Al, Cr, V, Ti и др.), вводят в металл после раскисления или одновременно с ним в конце плавки, а иногда в ковш.

Вывод по вопросу № 1: изучили сущность процесса производства стали, рассмотрели физико-химические процессы, протекающие при производстве стали.

Вопрос №2. Кислородно-конверторный процесс

Кислородно-конвертерный процесс - выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футеровкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую фурму.

Кислородный конвертер - сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный основным кирпичом. Вместимость конвертера - 130…350 т жидкого чугуна. В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 0 для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.

Шихтовыми материалами кислородно-конвертерного процесса являются жидкий передельный чугун, стальной лом (не более 30%), известь для наведения шлака, железная руда, а также боксит и плавиковый шпат для разжижения шлака. Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах представлена на рисунке 1.



Рисунок 1 - Последовательность технологических операций при выплавке стали в кислородных конвертерах

После очередной плавки стали выпускное отверстие заделывают огнеупорной массой и осматривают футеровку, ремонтируют. Перед плавкой конвертер наклоняют, с помощью завалочных машин загружают скрап рис. (1.а), заливают чугун при температуре 1250…1400 0C (рис. 1.б).После этого конвертер поворачивают в рабочее положение (рис. 1.в), внутрь вводят охлаждаемую фурму и через неЁ подают кислород под давлением 0,9…1,4 МПа. Одновременно с началом продувки загружают известь, боксит, железную руду. Кислород проникает в металл, вызывает его циркуляцию в конвертере и перемешивание со шлаком. Под фурмой развивается температура 2400 0C. В зоне контакта кислородной струи с металлом окисляется железо. Оксид железа растворяется в шлаке и металле, обогащая металл кислородом. Растворенный кислород окисляет кремний, марганец, углерод в металле, и их содержание падает. Происходит разогрев металла теплотой, выделяющейся при окислении.

Фосфор удаляется в начале продувки ванны кислородом, когда ее температура невысока (содержание фосфора в чугуне не должно превышать 0,15 %). При повышенном содержании фосфора для его удаления необходимо сливать шлак и наводить новый, что снижает производительность конвертера. Сера удаляется в течение всей плавки (содержание серы в чугуне должно быть до 0,07 %).

Подачу кислорода заканчивают, когда содержание углерода в металле соответствует заданному. После этого конвертер поворачивают и выпускают сталь в ковш (рис. 1.г), где раскисляют осаждающим методом ферромарганцем, ферросилицием и алюминием, затем сливают шлак (рис. 1.д).

Реакции:

2[P] + 5(Fe O) + (CaO) = (4CaO ? P2O5) + 5[Fe] - удаление фосфора из металла;

(FeS) + (CaO) = (CaS) + (FeO) - удаление серы из металла.

В кислородных конвертерах выплавляют стали с различным содержанием углерода, кипящие и спокойные, а также низколегированные стали. Легирующие элементы в расплавленном виде вводят в ковш перед выпуском в него стали. Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

Вывод по вопросу №2: изучили производство стали в кислородных конвертерах и протекающие при этом реакции.

Вопрос № 3. Производство стали в мартеновских печах

Мартеновский способ. Мартеновская печь - это пламенная отражательная регенеративная печь (рис. 2). Современная мартеновская печь представляет собой вытянутую в горизонтальном направлении камеру, сложенную из огнеупорного кирпича. Рабочее плавильное пространство ограничено снизу подиной 12, сверху сводом 11, а с боков передней 5 и задней 10 стенками. Подина имеет форму ванны с откосами по направлению к стенкам печи. В передней стенке имеются загрузочные окна 4 для подачи шихты и флюса, а в задней - отверстие 9 для выпуска готовой стали. Характеристикой рабочего пространства является площадь пода печи, которую подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. С обоих торцов плавильного пространства расположены головки печи 2, которые служат для смешивания топлива с воздухом и подачи этой смеси в плавильное пространство. В качестве топлива используют природный газ, мазут. Для подогрева воздуха и газа при работе на низкокалорийном газе печь имеет два регенератора 1. Регенератор - камера, в которой размещена насадка - огнеупорный кирпич, выложенный в клетку, предназначен для нагрева воздуха и газов.

Отходящие от печи газы имеют температуру 1500…1600 0C. Попадая в регенератор, газы нагревают насадку до температуры 1250 0C. Через один из регенераторов подают воздух, который проходя через насадку нагревается до 1200 0C и поступает в головку печи, где смешивается с топливом, на выходе из головки образуется факел 7, направленный на шихту 6.

Размеры плавильного пространства зависят от емкости печи. В нашей стране работают печи емкостью 20-900 т жидкой стали. Важной характеристикой печи является площадь пода, которую условно подсчитывают на уровне порогов загрузочных окон. Для подогрева воздуха в печи при работе на газообразном топливе печь имеет два регенератора - это камера с выложенным в клетку кирпичом.

Отходящий из печи воздух с температурой 1000-1500 0С нагревает кипричи до 1250-12800С, а попадающий атмосферный воздух, соответственно, нагревается до температур 100-12000С, а потом только попалает в рабочее пространство печи, где смешивается с топливом.



Рисунок 2 - Схема мартеновской печи

Шихта - стальной скрап, жидкий и твердый чугун. В зависимости от состава шихты различают:

1) скрап-процесс, шихта - скрап и чушковый передельный чугун, применяют на заводах, далеко расположенных от доменного производства, и в крупных промышленных центрах, где много металлолома;

2) скрап-рудный процесс, основная часть шихты состоит их жидкого чугуна; наиболее экономичен.

В зависимости от футеровки печи - кислый и основной процесс. Наибольшее количество сталей получают в печах с основной футеровкой, т.к. можно использовать различные шихтовые материалы (скрап-рудный). Качественные стали, содержащие меньшее количество растворенных газов, выплавляют кислым мартеновским процессом.

Технология плавки основным скрап-рудным процессом: 1) осмотр и ремонт пода печи; 2) загружают железную руду и известняк, прогрев; 3) подача скрапа, прогрев; 4) подают жидкий чугун и продувка кислородом для ускорения процесса; 5) окисление примесей чугуна: кремний, фосфор по реакции 2[P] + 5(Fe O) + (CaO) = (4CaO ? P2O5) + 5[Fe], марганец и частично углерод; 6) кипение ванны - главный процесс в мартеновской печи, окисление углерода, отключение подачи топлива и воздуха в печь, 7) вспенивание шлака окисью углерода, выпуск шлака в чаши - скачивание шлака, удаление фосфора и серы; 8) процесс оканчивается при получении заданного содержания углерода и минимального ссодержания серы и фосфора., что определяют по пробам металла, которые берут постоянно в процессе плавки; 9) раскисление металла в два этапа: 1 - в период кипения путем пректащения подачи руды в печь и одновременно подачей только раскислителей, 2 - подача алюминия и ферросилиция в ковш перед разливкой стали; 10) выпуск плакви через сталевыпускное отверстие в задней стенке в ковш.

...