Черная металлургия. Производство чугуна и стали

Черная металлургия
Это производство - чугуна и стали

Из чугуна и стали изготавливают:

Самое важное сырье для черной металлургии:
железная руда.
Ее главные минералы:
магнетит, гематит,
гетит,
мартит.

Каменный уголь

Чугун
С + 02 = С02
С02 + С = 2 СО
Fе2О3 + 3СО = 2 Fе + 3С02

диоксид кремния - SiO2
известняк - СаСОз
СаСО3=СаСО + С02
При взаимодействии (СаСО) с SiO2 образуется СаSiO2

«Доменная печь» ХIV века

При выплавке чугуна решаются задачи:
Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава.
Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нём золы кокса и удаление его из печи.

Схема
доменной
печи:

Технические характеристики
Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем – 2000…5000 куб.м.
Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку, а шлак – каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку (летка – отверстие в кладке, расположенное выше лещади).

Горение топлива

Восстановление железа из руды

В доменных печах выплавляют:
Передельный чугун 80-90% (мартеновский М-1, М-2; бессемеровский чугун Б-1, Б-2; томассовский чугун Т-1).
Литейный чугун 8-17% (ЛК-00, ЛК-0, ЛК-1 и до ЛК-5.
Специальный чугун (ферросплавы) 2-3%

В современной металлургической промышленности сталь выплавляют в основном в трех агрегатах:
в мартеновских печах,
конвертерах,
электрических
печах.

Кислородно-конвертерный метод
Fе+02 = 2 FеО
FeО + С = Fe + СО
2FеO + Si = 2Fе + SiO2
FеО + Мn = Fе + МnО
5FеО + 2Р = 5Fе + Р205
FеO + Мn = Fе + МnО

Производство стали в мартеновских печах
Мартеновский процесс (1864-1865, Франция). В период до семидесятых годов являлся основным способом производства стали. Способ характеризуется сравнительно небольшой производительностью, возможностью использования вторичного металла – стального скрапа. Вместимость печи составляет 200…900 т. Способ позволяет получать качественную сталь.

Производство стали в мартеновских печах

Технические характеристики
Продолжительность плавки составляет 3…6 часов, для крупных печей – до 12 часов.
Печи работают непрерывно, до остановки на капитальный ремонт – 400…600 плавок.

Разновидности мартеновского процесса:
скрап-процесс, при котором шихта состоит из стального лома (скрапа) и 25…45 % чушкового предельного чугуна, процесс применяют на заводах, где нет доменных печей, но много металлолома.
скрап-рудный процесс, при котором шихта состоит из жидкого чугуна (55…75 %), скрапа и железной руды, процесс применяют на металлургических заводах, имеющих доменные печи.

Основными технико-экономическими показателями производства стали
производительность печи – съем стали с 1м2 площади пода в сутки (т/м2 в сутки), в среднем составляет 10 т/м2;
расход топлива на 1т выплавляемой стали, в среднем составляет 80 кг/т.

Выплавка стали
в конверторах

Технические характеристики:
Вместимость конвертера – 130…350 т жидкого чугуна.
В процессе работы конвертер может поворачиваться на 360 град. для загрузки скрапа, заливки чугуна, слива стали и шлака.
Плавка в конвертерах вместимостью 130…300 т заканчивается через 25…30 минут.

Выплавка стали в электропечах
В дуговой печи осуществляется плавка двух видов:
а) на шихте из легированных отходов (методом переплава),
б) на углеродистой шихте (с окислением примесей).
Вместимость печей составляет 0,5…400 тонн.

Преимущества электропечи
а) легко регулировать тепловой процесс, изменяя параметры тока;
б) можно получать высокую температуру металла,
в) возможность создавать окислительную, восстановительную, нейтральную атмосферу и вакуум, что позволяет раскислять металл с образованием минимального количества неметаллических включений.

Получение стали в индукционной печи
Вместимость от десятков килограммов до 30 тонн.

Разливка стали в изложницы
а – сверху; б – снизу (сифоном)
Спокойные и кипящие углеродистые стали разливают в слитки массой до 25 тонн, легированные и высококачественные стали – в слитки массой 0,5…7 тонн,

Непрерывная разливка

Основные центры производства

Воздействие черной металлургии на окружающую среду
Загрязнение атмосферы. Основными загрязняющими веществами, поступающими в атмосферу от мартеновских печей, являются те же газообразные продукты сжигания топлива, что и на предприятиях теплоэнергетики. Значительными являются выбросы пыли, основная составляющая которых оксиды железа. Наибольшее пылевыделение - при погрузочно-разгрузочных работах, приготовлении шихты; пыли и газов - при обжиге известняка и производстве стального проката.

Сточные воды. В процессе производства стали расходуется большое количество охлаждающей воды.
Эта охлаждающая вода содержит вальцовочный шлак, окалину, мельчайшие частицы пыли, в зависимости от рода смазки вальцов и их опор - различные масла.
Содержание одной из самых тяжелых по удельному весу примесей сточных вод - окалины - составляет более 1 г/л. Ее охлаждение затруднено, иногда невозможно вследствие большой дисперсности, а также наличия на поверхности окалины пленки масел или жиров.