ПЛАН

3.1. Роль и значение металла в экономике

3.2. Основы производственного процесса предприятий черной металлургии

3.1 Металл является основой экономики любой страны. Сегодня и на перспективу он представляет собой основной материал, которым пользуется человек.

Металлургическое производство включает: добычу и предварительную обработку руд, получение металлов и сплавов, а также придание им определенных формы и свойств. В современной технике сложилось разделение металлургии на черную и цветную. Черная металлургия охватывает производство сплавов на основе железа. Цветная металлургия включает производство всех остальных (не железных) металлов и их сплавов.

Важнейшее место в технике принадлежит черным металлам, которые представляют собой сплавы железа с углеродом и другими элементами. В зависимости от содержания углерода они включают: чугун (2,0 – 6,5 % С), сталь (0,15 – 1,3 % С), а также ферросплавы, представляющие собой различные добавки к стальным сплавам.

Доля производства черных металлов составляет около 95 % общего объема производства металлов. Черные металлы, и прежде всего стали, широко применяют в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве и быту. Широкое распространение черных металлов обусловлено двумя факторами. Во-первых, железо является одним из наиболее распространенных в земной коре химических элементов. Ввиду высокой концентрации железа в рудах (40 – 65 %) и сравнительно небольших затрат на добычу, подготовку и выплавку, стоимость производства черных металлов значительно ниже, чем цветных и редких металлов. Во-вторых, черные металлы удовлетворяют большинству требований, предъявляемых к конструкционным материалам в различных отраслях промышленности. При этом разнообразные свойства, которыми должны обладать различные сорта стали (механические, магнитные, электрические, термические и др.), задаются введением в сплавы легирующих элементов и применением способов термической обработки.

3.2. Производственный процесс современного металлургического предприятия включает следующие основные стадии: подготовку сырья, выплавку чугуна, производство стали и получение готовой продукции в виде проката, а также полуфабрикатов (чушкового чугуна, заготовок и др.).

Первым звеном металлургического цикла является выплавка чугуна, которая осуществляется в доменном производстве. Выплавка чугуна включает два основных этапа: подготовку сырья (шихты) к плавке в агломерационном и коксохимическом производствах и складах сырья, а также собственно выплавку чугуна и уборку продуктов плавки в доменном цехе. По химическому составу и способу последующего использования различают чугун передельный и литейный. Передельный чугун перерабатывается в сталь на данном заводе. Литейный чугун предназначается для сторонних предприятий-потребителей (например, машиностроительных заводов), куда он отправляется в виде холодных отливок.

Вторым этапом металлургического производства является выплавка стали, которую производят в мартеновских печах, кислородных конвертерах и электросталеплавильных печах. Жидкую сталь разливают в слитки с использованием специальных форм – изложниц или в заготовки при применении машин непрерывной разливки стали (МНЛЗ). Слитки и заготовки являются исходной продукцией для производства проката. На третьем этапе в прокатных цехах на прокатных станах различного назначения слитки и заготовки перерабатываются в готовую продукцию или полуфабрикаты.

Отмеченные три этапа производства черных металлов называются переделами. В связи с необходимостью расширения сортамента продукции и улучшения ее качества часть готовой продукции производят сейчас из полуфабрикатов прокатного производства в цехах и отделениях четвертого передела.

Металлургические предприятия с доменным, сталеплавильным и прокатным производствами называются заводами с полным (законченным) металлургическим циклом. При отсутствии одного или двух производств завод имеет незаконченный металлургический цикл. Чаще всего в этом случае отсутствует доменный цех. По такой схеме (сталеплавильный цех — прокатный цех) работают мини-заводы.

В настоящее время основным типом металлургического предприятия является завод с полным циклом. В зависимости от назначения цехи такого предприятия делятся на группы: основные (производственные), вспомогательные и общезаводские объекты. Таким образом, современное металлургическое предприятие с законченным циклом – это крупное многоцеховое производство со сложными технологическими связями, и нарушение ритма работы одного цеха влечет за собой сбои и нарушение нормального хода всего производства.

ЛЕКЦИЯ 4. Подготовка металлургического сырья и выплавка чугуна

ПЛАН

4.1. Подготовка железорудного сырья

4.2. Производство топлива для доменной плавки

4.3. Производственный процесс выплавки чугуна.

4.1. В качестве шихтовых материалов доменной плавки применяется: металлосодержаще6е сырье – агломерат, окатыши и железная руда; топливо – кокс; флюсы – известняк.

Производительность доменных печей, расход кокса и качество выплавляемого чугуна в значительной мере зависят от степени подготовленности шихтовых материалов, которые должны загружаться в домну в кусках определенных фракций и с однородным химическим составом (по содержанию железа в агломерате, золы в коксе и др.). Указанные требования связаны с необходимостью обеспечения технологического режима работы доменной печи: продолжительности и температуры плавки, расход кокса и др.

Поэтому одним из важнейших этапов металлургического производства является подготовка к плавке металлосодержащих материалов шихты. Она включает следующие методы (рис. 4.1).

Рис. 4.1 - Методы подготовки к плавке металлосодержащих материалов шихты

Первым этапом подготовки рудного сырья является обогащение сырой руды, которое заключается в увеличении содержания железа (с 30 – 40 % до 60- 65 %) и снижении содержания вредных примесей. Осуществляется этот процесс на обогатительных фабриках.

Рудное сырье, поступающее на металлургические предприятия с нескольких месторождений, различно по химическому и физическому составу. Поэтому важным видом подготовки рудного сырья на всех этапах его перемещения является усреднение рудного сырья для приближения состава отдельных частей к среднему составу основной массы материала. После усреднения отклонения по содержанию железа составляют около 1 %.

Основным способом повышения эффективности использования рудного сырья является окускование, т.е. превращение мелких железорудных материалов в кусковой материал необходимых размеров. Окускование осуществляется методами агломерации и окатывания.

Производство агломерата – это термический процесс спекания железосодержащих материалов шихты для придания им необходимых свойств, форм и размеров. Агломерат производится на агломерационных фабриках, входящих обычно в состав металлургических предприятий, так как его перевозка на большие расстояния нерациональна из-за подверженности измельчению.

Для производства агломерата применяются специальные агломерационные машины. Агломерационная шихта, включающая рудный концентрат, руду, коксовую мелочь, известняк, и др., специально подготовленная и задозированная, смешивается, окомковывается и подается на агломашину. Под воздействием высокой температуры (до 700-800 °С) в процессе движения аглоленты шихта спекается, затем охлаждается и подвергается дроблению. После грохочения агломерат фракциями более 10 мм направляется в доменный цех.

Производство окатышей – это процесс получения прочных железосодержащих шариков (диаметром 15 – 20 мм) из шихты, включающей тонкоизмельченный рудный концентрат, бентонит (сорт глины) и известняк.

4.2. Основным топливом доменной плавки является каменноугольный кокс. Исходным сырьем для получения кокса служат коксующиеся угли. Кокс производят нагреванием коксующихся углей без доступа воздуха в специальных коксовых печах. Коксовая печь (рис.4.4) состоит из камеры коксования и отопительных простенков, в которых сжигается газ. Камера коксования расположена вертикально и имеет люки, закрываемые крышками, через которые в нее загружают угольную шихту.

При разогреве угля газовым теплоносителем до температуры 1100 ⁰С в печах образуется кокс и выделяются летучие вещества, которые улавливаются и передаются в химическое отделение. Процесс коксования продолжается 14-16 часов. После завершения процесса коксования и удаления газов кокс выталкивается в коксовозный вагон и подается в башни тушения. Тушение кокса осуществляется водой или сухим способом с применением инертного газа (обычно азота). Сухое тушение обеспечивает получение кокса более высокого качества и уменьшает загрязнение воздушной среды. Охлажденный кокс фракций более 25 мм направляется в доменное производство, кокс более мелких фракций используется в агломерационном производстве.

Кроме кокса в процессе коксования получают коксовый газ и каменноугольную смолу. Смола и коксовый газ являются ценным сырьем, из которого извлекают бензол, аммиак и другие вещества, используемые для производства целого ряда химических продуктов (лаки, краски, удобрения и др.), очищенный коксовый газ применяется в качестве топлива.

4.3. Доменный процесс является основным способом получения из металлосодержащего сырья первичного металла – чугуна.

Для обеспечения нормального хода процесса и получения чугуна заданного сорта, доменную печь загружают шихтой, включающей в строго определенном отношении: агломерата – 74 %, окатышей – 22 %, руды – 4 %. Кокс является главным источником тепловой энергии, а флюсы служат для понижения температуры плавления пустой породы рудного материала и золы кокса и перевода их в жидкий шлак. Для хорошей газопроницаемости материалов шихта подготавливается однородной по кусковатости (в пределах 40 – 60 мм).

Компоненты шихты (агломерат, кокс, известняк) на колошник подают наклонными скиповыми подъемниками или леточными конвейерами и загружают в печь порциями послойно. Через фурменные отверстия в домну снизу постоянно подают воздух и газ, нагретые до 1000 – 1200⁰ С.

В процессе доменной плавки происходит встречное движение опускающегося потока сырых материалов шихты и восходящего потока газов, образующихся при сжигании топлива в зоне фурм. В результате взаимодействия этих потоков содержащиеся в руде оксиды железа восстанавливаются при помощи углерода кокса, а затем окиси углерода, образующейся при горении кокса. Полученное железо, взаимодействуя с коксом науглероживается.

Жидкий чугун стекает в горн печи. Одновременно с помощью известняка пустая порода, вредные примеси руды, и зола кокса переводятся в шлак, всплывающий над слоем чугуна вследствие разницы их плотностей. Жидкий чугун и шлак постепенно накапливаются в нижней зоне горна и периодически выпускаются через чугунные и шлаковые летки в специальные транспортные средства. Схема выпуска чугуна из доменной печи представлена на рисунке 4.7.

Для транспортировки чугуна в жидком виде применяются чугуновозы грузоподъемностью 140 т со съемным ковшом грушевидной формы. Цельносварной металлический кожух ковша футерован внутри огнеупорным кирпичом с теплоизоляционной прокладкой, что значительно снижает потери тепла. Ковш устанавливается на специальную железнодорожную платформу.

Для перевозки доменного шлака в жидком виде применяют шлаковозы с опрокидывающейся чашей в виде усеченного конуса вместимостью 16 м ³ . Механизм опрокидывания имеет электрический привод. Чаша устанавливается на специальную железнодорожную платформу.

Выплавленный передельный чугун направляется во временное хранилище сталеплавильного цеха – миксерное отделение, а литейный чугун вывозится в отделение разливочных машин, где разливается в отливки (чушки), затем в специальном подвижном составе они перевозятся на склад холодного чугуна, откуда оправляются потребителю.

Доменная печь характеризуется своим полезным объемом, т.е. внутренним пространством от низа засыпного устройства до оси чугунной летки. В настоящее время строятся доменные печи с полезным объемом 2700, 3200 и 5000 м³ производительностью 1,9, 2,3 и 3,6 млн.т чугуна в год. На этих печах предусматриваются специальные установки придоменной грануляции шлаков с конвейерной передачей гранулированных шлаков на склад.

Эффективность работы доменной печи оценивают с помощью коэффициента полезного использования объема, - КИПО, представляющего отношение полезного объема печи (м³) к ее суточной производительности (т).