Технологический процесс производства кокса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Магнитогорский индустриальный колледж

Контрольная работа

Вариант №16

основы металлургического производства

Руководитель: Никулина Ирина Леонидовна

Работала студентка

Группы П3-03

Корзюк Н.С.

Магнитогорск

2004

Содержание

1. Технологический процесс производства кокса.

2. Сущность электронно-лучевого переплава

3. Технология производства отливок в оболочковые формы: достоинства и недостатки метода

Список литературы

1. Технологический процесс производства кокса

Шихтой для производства кокса служат различные сорта каменного угля: коксовые, жирные, тощие, газовые. Основу шихты составляет коксующийся уголь. В настоящее время в мире испытывается острый недостаток коксующихся углей. Стараются подобрать шихту для получения кокса таким образом, чтобы иметь в ней минимальное количество этого дефицитного угля. До последнего времени металлургические заводы снабжались коксующимися углями Донбасса, Кузбасса, Караганды, Печоры. Богатейшие залежи коксующихся углей открыты в нашей стране в Якутии - месторождения Нюренгри, куда проложена одна из линий БАМа. Перед, коксованием уголь измельчают и обогащают. Из него стремятся удалить минеральную породу - это позволяет понизить содержание золы в коксе. Шихту увлажняют и направляют в коксовые печи.

При нагревании без доступа воздуха мелкие угольные частички переходят в пластическое состояние и размягчаются. Пластическая масса обволакивает твердые зерна некоксующегося угля. При температуре > 450 °С в сплошной склеивающейся массе начинается процесс разложения угля на составные части. Выделяются углеводородные соединения, аммиак, другие органические соединения.

Выделяющиеся газообразные вещества вспучивают размягченную массу угля, образуют в ней многочисленные поры. По мере протекания процесса сухой перегонки масса все более обогащается углеродом, теряет пластичность и при 600--650 °С переходит в состояние полукокса. При 1000 °С образуется кокс. Кокс получают в камерных печах, объединенных в коксовые батареи, производительностью до 1 млн. т кокса в год. Батарея может иметь до 80 камер коксования. Стенки камер футеруют огнеупорным динасовым кирпичом. Объем камеры составляет до 42 м3, что позволяет получать в ней за один прием до 20 т кокса. Камера имеет форму спичечного коробка с размерами: ширина 0,5, высота 5 и длина 15 м. В потолке камеры устроены люки для загрузки шихты. Спереди и сзади камера закрыта дверцами, которые открываются специальными устройствами. Коксовые печи отапливаются доменным и коксовым газом, сжигаемым в простенках между камерами - вертикалах (рис.1). Тепло, выделяемое при сгорании газа, отдается кирпичной кладке стен и идет на нагрев угольной массы. Для обеспечения процесса коксования температура внутри камеры должна быть не ниже 1100 °С,, а в вертикалах 1400 °С.

Рис. 1. Разрез коксовой батареи:

1 - подача воздуха; 2 - подача газа; 3 - вертикальные отопительные каналы; 4 - камеры коксования; 5 - борова для продуктов горения; 6 - отвод газообразных продуктов коксования; 7 - регенераторы.

Высокий нагрев достигается благодаря применению подогретого воздуха. Нагрев воздуха производится в регенераторах, расположенных под коксовыми печами и представляющих собой устройства, в которых аккумулируется тепло отходящих газов. Продукты сжигания газа из вертикала поступают в камеру регенератора, футерованную огнеупорным кирпичом наподобие пчелиных сот. Через решетчатую насадку в регенераторе проходят раскаленные печные газы. Насадка разогревается до высокой температуры, а продукты сгорания охлаждаются. По достижении определенной температуры кладки закрывают поступление горячего дыма и в регенератор направляют холодный воздух.

Воздух, проходя через регенератор, нагревается, а огнеупорная кладка охлаждается. Дым в это время направляют в другой регенератор. Затем производят смену направления потоков газа и воздуха. Принцип, регенерации тепла для подогрева воздуха и возвращения тепла назад в металлургический агрегат широко используется в металлургии.

Образование коксового пирога продолжается 14 - 16 ч. За это время угольная масса проходит постепенно все стадии коксования. Процесс идет от наружной стенки камеры к ее центру. Сначала прогревается уголь, расположенный около стенок камеры, он быстро спекается и превращается в кокс. Средние слои шихты превращаются в кокс значительно позднее. Только через 8 - 9 ч размягчение и коксование угля, начавшиеся у стенок камеры, достигают середины угольного слоя. Поскольку процесс коксования направлен к центру с двух сторон - от стенок, то примерно по осевой линии происходит разрывание коксового пирога по смоляной линии - шву. Кроме образования вертикальной центральной трещины в результате выделения газов, коксовый пирог разрывается рядом горизонтальных трещин. Он претерпевает значительную усадку, отходит от стенок.

Для выгрузки кокса камеру отключают от трубопровода, в который уходят газообразные продукты коксования. Открываются с обеих сторон дверцы. С передней стороны по рельсам подкатывается коксовыталкиватель. Горизонтальная штанга коксовыталкивателя вводит в камеру башмак и, постепенно вдвигая его внутрь, выдавливает коксовый пирог из печи в вагон для тушения и сбора кокса. При выталкивании в вагон коксовый пирог разламывается по смоляному шву на две половины и рассыпается на более мелкие куски. Вагон с горячим коксом направляется в башню для тушения, где горячий кокс интенсивно охлаждается струями воды.

В настоящее время получает распространение более экономичный способ тушения кокса азотом - сухое тушение, которое позволяет аккумулировать теплоту кокса и получать кокс более высокого качества. Нагретые газы используют для получения пара и электроэнергии. Другими методами повышения производительности коксовых печей являются брикетирование угольной шихты перед коксованием в куски размером с грецкий орех, а также трамбование шихты, загруженной в коксовую камеру и предварительный подогрев шихты.

Подогрев шихты осуществляется горячим азотом, который нагревается при сухом тушении кокса до 1000 - 1100°С. После того, как азот проходит котел-утилизатор, его температура снижается до 400 °С и он направляется в реторты для нагрева угольной шихты. Холодный азот вновь используется для тушения кокса. Подогрев угольной шихты осуществляется в реакторах кипящего слоя, во взвешенном состоянии. Длительность такого подогрева 3-5 мин. Далее шихта пневмотранспортом при помощи того же азота направляется в коксовые печи для загрузки. Сама загрузка значительно упрощается и облегчается.

2. Сущность электронно-лучевого переплава

Для выплавки особо чистых металлов, стали и сплавов, для получения тугоплавких металлов высокой степени чистоты - молибдена, вольфрама - применяют электроннолучевые печи. Принцип нагрева металла в этих установках заключается в бомбардировке нагреваемого объекта электронным пучком высокой энергии. Наплавление металла производится в водоохлаждаемый медный кристаллизатор. Плавку ведут в глубоком вакууме. Преимуществами этих печей являются высокая степень рафинирования благодаря высокой температуре, глубокому вакууму, отсутствию огнеупорной футеровки; возможность переплавлять активные металлы и тугоплавкие (вольфрам, ниобий). К недостаткам печей относятся: повышенный расход электроэнергии, сложность и дороговизна установок. Принцип работы установки с осевой электроннолучевой пушкой показан на рис. 2: катод - К нагревается от вспомогательного электрода К.2 электронной бомбардировкой. Вспомогательный катод разогревается пропусканием по нему тока. Между основным и вспомогательным электродом прикладывается небольшая разность потенциалов для разгона электронов. Вокруг катода помещается фокусирующий электрод, который имеет слабый отрицательный заряд. Его назначением является фокусирование электронного потока в отверстие анода, предотвращение отклонения электронов от заданного направления.

Рис. 2. Электроннолучевая печь с осевой пушкой:

1 - электронная пушка; 2 - пучок электронов; 3 - переплавляемая заготовка; 4 - ванна жидкого металла; 5 - кристаллизатор; 6 - слиток

Анод выполняют в виде диаграммы с отверстием, причем анод заземлен, а катод изолирован. Между катодом и анодом прилагается основное разгоняющее напряжение до 30 кВ. Ниже анода располагается трубка лучепровода, вокруг которой расположена фокусирующая система, собирающая пучок электронов в узкий луч и фокусирующая его на нагревательном объекте. Далее следует отклоняющая система, направляющая луч в любое место заготовки или разворачивающая луч по определенной траектории, например по кругу, спирали Архимеда и т. п. Отклоняющая и фокусирующая системы представляют собой электромагнитные катушки, создающие управляемое магнитное поле. Взаимодействие магнитного поля с электронным пучком оказывает нужное воздействие на пучок. Для нагрева и проплавления шихты равномерно распределяют энергию пучка по нагреваемому концу заготовки или по шихте, загруженной в тигель.

Электронная плавильная установка состоит из камеры, внутри которой расположен либо медный водоохлаждаемый кристаллизатор с устройством для вытягивания слитка, либо медная водоохлаждаемая чаша - тигель для плавки в гарнисаже. Разливка осуществляется наклоном чаши. Плавку ведут при давлении 10-2 - 10-3 Па. Заготовку круглого или квадратного сечения подают в печь сверху при оси кристаллизатора, либо сбоку горизонтально. На рис. 3 представлена схема крупнейшей в мире печи ЕМО-1200, сконструированной и построенной в Германии, с пушкой мощностью до 1700 кВт, в которой можно выплавлять слитки массой до 11 т. Камера печи имеет два боковых шлюза, через которые производится подача заготовки массой до 1 т. Электронный пучок имеет программированное синусоидальное отклонение по поверхности жидкой ванны. Расход электроэнергии в этой установке 900 кВт-ч/т, а годовая производительность печи до 4000 т.

Разновидностью электроннолучевых установок являются установки с кольцевым катодом (рис. 4). Вольфрамовый кольцевой катод располагается в непосредственной близости от переплавляемой заготовки. Катод разогревается током от накального трансформатора до 2000 - 2500 °С. Фокусирующий электрод-экран направляет поток электронов на заготовку и на ванну металла в кристаллизаторе. Между катодом и заготовкой прикладывается разгоняющее напряжение. Эти установки удобны для выплавки больших слитков, однако вследствие близкого расположения катода к расплавленному металлу на нем осаждаются капли металла и брызги, что приводит к преждевременному выходу катода из строя.

Рис. 3. Схема электроннолучевой печи ЕМО-1200:

1 - рабочая плита; 2 - шибера; 3 - заготовка; 4 - электронная пушка; 5 - вакуумная камера; 6 - кристаллизатор; 7 - механизм вытягивания слитка; 8 - слиток.

кокс шихта переплав отливка

Электроннолучевая плавка с успехом применяется для получения слитков стали и тугоплавких металлов высокой степени чистоты. При переплаве вольфрама, ниобия, тантала, молибдена получают содержание углерода, азота, кислорода, менее тысячной доли процента. Благодаря повышению степени чистоты повышается пластичность тугоплавких металлов. Переплав гафния и циркония позволяет значительно уменьшить содержание углерода, водорода, азота, повысить антикоррозионные свойства этих металлов, значительно уменьшить содержание таких примесей, как медь, никель, железо. Электроннолучевой переплав может быть использован для получения слитков специальных сталей, предназначенных для изготовления особоважных и точных приборов и деталей, работающих в тяжелых условиях. При переплаве стали происходит значительное очищение ее от свинца, висмута, олова, сурьмы и других примесей цветных металлов, значительно уменьшается содержание неметаллических включений.

Рис. 4. Схема электроннолучевой печи с кольцевым катодом:

1 - заготовка; 2 - катод; 3 - фокусирующий электрод; 4 - кристаллизатор; 5 - слиток

3. Технология производства отливок в оболочковые формы: достоинства и недостатки метода

Литье в оболочковые формы применяется для получения отливок массой до 100 кг из чугуна, стали и цветных металлов. Тонкостенные (толщина стенки 6...10 мм) формы изготовляют из песчано-смоляной смеси: мелкозернистого кварцевого песка и термореактивной синтетической смолы (3...7 %). Песчано-смоляную смесь готовят перемешиванием песка и измельченной порошкообразной смолы с добавкой растворителя (холодный способ) или при температуре 100...120 °С (горячий способ), в результате чего смола обволакивает (плакирует) зерна песка. Затем смесь дополнительно дробится до получения отдельных зерен, плакированных смолой, и загружается в бункер. Формовка производится по металлическим моделям.

Модель в литниковой системе закрепляют на подмодельной плите, нагревают до температуры 200...250 °С и наносят на их рабочую поверхность тонкий слой разделительного состава. После этого модельной плитой закрывают горловину бункера (модель внутри) и поворачивают его на 180°. Смесь падает на нагретую модель, смола плавится и через 15...25 с на модели образуется оболочка (полуформа) нужной толщины. Бункер снова поворачивают на 180°, оставшаяся смесь осыпается на дно бункера, а модельная плита с полутвердой оболочкой помещается в печь для окончательного твердения при температуре 300...400 °С в течение 40...60 с. При помощи специальных выталкивателей полуформа легко снимается с модели.

Скрепление (сборка) полуформ осуществляется металлическими скобами, струбцинами или быстротвердеющим клеем. Аналогичным способом изготовляют песчано-смоляные стержни для пустотелых отливок.

Собранные оболочковые формы для придания им большей жесткости помещают в опоки, засыпают снаружи чугунной дробью или сухим песком и заливают металлом, После затвердевания отливки оболочковая форма легко разрушается.

Отливки, изготовленные в оболочковых формах, отличаются большой точностью и чистотой поверхности, что позволяет на 20...40 % снизить массу отливок и на 40...60 % трудоемкость их механической обработки. По сравнению с литьем в песчано-глинистые формы трудоемкость изготовления отливок снижается в несколько раз. Этим способом получают ответственные детали машин-- коленчатые и кулачковые валы, шатуны, ребристые цилиндры и т. п. Процессы изготовления оболочек легко поддаются автоматизации.

Несмотря на большую стоимость песчано-смоляной смеси, по сравнению с песчано-глинистой, при массовом и серийном производстве отливок достигается значительный экономический эффект.

Литье в оболочковые формы применяют для изготовления деталей преимущественно из сплавов на основе железа (чугуна, углеродистой и нержавеющей стали), а также из медных и специальных сплавов.

На Киевском мотоциклетном заводе так отливают ребристые цилиндры из модифицированного хромоникелевого чугуна, на Горьковском автозаводе в оболочковых формах получают коленчатые залы из высокопрочного чугуна.

Список литературы

1. Линчевский Б.В. и др. Металлургия черных металлов. - М.: Металлургия, 1986.

2. Основы технологии важнейших отраслей промышленности / Под ред. И.В. Ченцова. - Мн., 1989.

3. Основы технологии важнейших отраслей промышленности: Учебное пособие для вузов / Под ред. И.В. Ченцова, В.В. Вашука. - Мн., 1989.

Размещено на Allbest.ru