Анализ и экономическая оценка технологий в цветной металлургии

Рефераты по металлургии » Анализ и экономическая оценка технологий в цветной металлургии

Министерство образования и науки Украины

Восточноукраинский национальный университет

им.Даля

РЕФЕРАТ

на тему: “Анализ и экономическая оценка технологий в цветной металлургии”

Выполнил: студент группы УП-211 Зарубин Е.А.

Проверил: Хаустова А.В.

Луганск 2002г.

План

1. Роль и значение металла в экономике страны

2. Устройство и принцип работы доменной печи

3.Шихтовые материалы и их подготовка к доменной плавке

4. Виды выплавляемого чугуна и их назначение

5. Суть доменного процесса

6.Сырьё для получения стали

7. Устройство и работа двухванных сталеплавильных аппаратов

8. Устройство и работа конверторов

9. Установка и работа электрических печей для выплавки стали

10. Технология выплавки стали в Мартеновской сети

11. Технология выплавки стали в конверторе

12. Технологии выплавки стали в Электрической печи

13. Суть агломерации (назначение агломерации сырьё процесс агломерации оборудование) .

1. Роль и значение металла в экономике страны

Как известно металлы делятся на две группы: черные и цветные. К черным относятся железо и его сплавы (чугун сталь); остальные металлы — цветные (в том числе и редкие).

Металлы получают двумя способами: пирометаллургическим (ог­невым) и гидрометаллургическим (мокрым). При металлургическом способе металлы не выплавляют а выщелачивают в растворы откуда затем выделяют электролизом или другими способами.

Особое место среди металлов занимают железо и его сплавы со­ставляющие по весу 85—90% всего применяемого металла в СНГ Отраслью занятой производством и первичной обработкой железа и его сплавов является черная металлургия — основа развития со­временной промышленности и технического вооружения всего народного хозяйства.

Изделия из цветных металлов и их сплавов употребляют в основном при отделке монументальных административных и культурно-бытовых зданий а также при возведении сооружений относящихся к перво­му классу. Для этих целей используют медь латунь бронзу алюми­ний и сплавы из алюминия и других цветных металлов для художест­венного литья.

Наиболее широкое применение в современном строительстве нахо­дит алюминий. Из него изготовляют оконные и дверные коробки окон­ные переплеты и обрамления стеклянных дверных полотен; из проч­ных алюминиевых сплавов (дюралюминий и др.) делают легкие стено­вые и перегородочные панели плиты перекрытий стропильные и мостовые фермы и т. п.

2. Устройство и принцип работы доменной печи

В современной доменной печи имеются два коксовых бункера расположенных над скиповой ямой и около трех десятков бункеров для руды агломерата флюсов и других материалов.

Под бункерами для кокса расположены дисковые грохота и весы. Доменная печь имеет скиповые подъемники для подачи материа­лов. Выгрузку материалов производят путем опрокидывания скиповой вагонетки в загрузочное устройство печи.

Загрузочное устройство сос­тоит из двух воронок закрытых двумя конусами. Из вагонетки шихту ссыпают в верхнюю ма­лую воронку на конус. Затем конус опускается и шихта па­дает в нижнюю воронку на нижний конус. При этом верх­ний конус поднимается а ниж­ний опускается и шихта посту­пает на колошник.

Работа засыпного аппарата и скипового подъемника сбло­кирована и управляется авто­матически с панельного щита.

Для сокращения расхода кокса в доменную печь центро­бежными воздуходувками по­дается горячий воздух при температуре 900—1100° С. В ка­честве привода для воздухо­дувок применяют паровые тур­бины работающие при давле­нии до 30 am .

Современные воздухонагре­ватели (рис 1) способны наг­ревать воздух в количестве 2000—2500 м3 /мин до темпера­туры 900 — 1100° С. Увеличение количества воздуха и повышение его температуры дости­гаются за счет увеличения поверхности нагрева насадок до 16000— 18000 m 2 и сжигания газов до 3600 ма/час и более. Высота воздухона­гревателя составляет 46 м при

3.Шихтовые материалы и их подготовка к доменной плавке

Исходные материалы подаваемые в доменную печь — топливо руда агломерат флюсы а также воздух претерпевают физические и химические изменения. Соответственно с температурными зонами в печи происходят следующие физико-химические процессы: горение топлива удаление влаги разложение карбонатов восстановление железа и других элементов науглероживание железа плавление ме­талла образование и плавление шлака и другие.

Загруженное в доменную печь топливо опускается до уровня фурм и сгорает в струе поступающего под давлением 1 5—2 0 am воздуха шгретого до 800— 1000° С и выше по реакции.

4. Виды выплавляемого чугуна и их назначение

Углерод в чугуне может находиться в виде механической примеси г (графита) и в виде химического соединения с железом называемого карбидом или цементитом железа.

В зависимости от этого практически различают два вида чугуна: чугун содержащий свободный графит и имеющий в изломе серый или темно-серый цвет и крупнозернистое строение. Такой чугун назы­вают серым или литейным чугуном его применяют для производства отливок.

Чугун содержащий в основном количестве углерод в виде химиче­ского соединения с железом FeC и имеющий белый блестящий излом называют белым предельным чугуном. Этот чугун преимущественно пе­рерабатывается в сталь.

Получение того или иного вида чугуна зависит от количества угле­рода кремния марганца фосфора и серы в шихте (табл. 2) которые частично переходят в чугун а также от процесса плавки в доменной печи.

5. Суть доменного процесса

Важнейшими показателями работы доменной печи являются: 1) коэффициент использования полезного объема доменной печи; 2) расход топлива на т выплавленного чугуна. Коэффициент использования полезного объема доменной печи k представляет собой отношение полезного объема печи к суточной ее производительности:

Доменная печь работает тем лучше чем меньше числовое значение k обычно коэффициент k находится в пределах от 0 45 до 1 35 и на его величину влияют следующие факторы:

а) содержание железа в руде

б) подготовка шихтовых материалов к плавке;

в) сорт выплавленного чугуна.

При плавке передельного чугуна k ~ 0 7—0 9 а на некоторых за­водах k < 0 7; например на Череповецком металлургическом заводе k = 0 45 м/т.

Расход топлива зависит от сорта выплавляемого чугуна. Для вы­плавки 1 m передельного чугуна расход кокса составляет от 600 до 800 кг бессемеровского чугуна от 800 до 1000 кг литейного чугуна от 800 до 1200 кг специальных чугунов и ферросплавов от 1750 до 2500 кг. Расход шихты и степень ее использования являются весьма важными показателями характеризующими экономичность работы доменной печи. Этот показатель определяется материальным балансом домен­ной плавки. Примерный материальный баланс на 1 m выплавляемого чугуна приведен в табл. 3.


6.Сырьё для получения стали.

Сталью называют сплавы железа с углеродом и другими
элементами. Такие сплавы обладают пластическими свойствами как в
нагретом так и в холодном состоянии и могут подвергаться прокатке
волочению ковке штамповке.


Сталь содержит до 2% углерода и некоторое количество марганца кремния а также вредные примеси (фосфор и серу). Кроме этих при­месей в стали могут содержаться и


легирующие элементы: хром ни­кель ванадий титан и др.

В настоящее время сталь производят преимущественно путем пе­редела чугуна при котором из чугуна удаляется избыток углерода кремния марганца а также вредных примесей для придания ей не­обходимых свойств. Углерод и другие примеси при высокой темпера­туре соединяются с кислородом гораздо энергичнее чем железо и их можно удалить при незначительных потерях железа.

Углерод чугуна соединяясь с кислородом превращается в газ (окись углерода СО) и улетучивается.

Другие примеси превращаются в окислы SiO2 MnO и Р2 О5 которые вследствие меньшего по сравнению с металлом удельного веса всплы­вают и образуют шлак.

В настоящее время в промышленности в основном применяют кон­верторный и мартеновский методы получения стали; кроме того сталь получают в электрических дуговых и индукционных печах..

7. Устройство и работа двухванных сталеплавильных аппаратов.

Мартеновская печь имеет следующие основные части: рабочее или плавильное пространство головки с вертикальными ка­налами шлаковики регенеративные камеры с насадками газодымо­вые боровы воздушнодымовые боровы переводные устройства об­щий дымоходовой боров фундамент и железобетонные устои под ра­бочее пространство. Каждая печь имеет дымовую трубу.

Нижнюю часть рабочего пространства называют подом. Печь имеет переднюю стену в которой расположены завалочные окна и заднюю стену в которой находятся выпускные отверстия для стали. К торце­вым стенам печи примыкают головки служащие для ввода в рабочее пространство топлива и воздуха и для отвода продуктов горения. Го­товки посредством вертикальных каналов соединяются соответственно с газовыми и воздушными шлаковиками которые соединяются с реге­нераторными камерами имеющими кирпичную кладку.

Внизу регенераторных камер находятся поднасадочные каналы сое­диненные газодымовыми и воздуходымовыми боровами по которым отводятся продукты горения а газ и воздух поступают в поднасадочные каналы регенераторов. На газодымовых и воздуходымовых боровах установлены переводные устройства (клапаны) служащие для измене­ния направления газа воздуха и продуктов горения.

Над рабочим пространством печи имеется свод. В современных мартеновских печах своды делают подвесного типа. Мартеновская ших­та через садочные окна загружается в рабочее пространство печи а жидкий чугун заливается из ковшей. Необходимое для процесса теп­ло поступает от факела образующегося от сжигаемого в рабочем про­странстве печи жидкого или газообразного топлива.

В печах работающих на газовом топливе газы движутся следую­щим образом. Газ и воздух поступают с правой стороны а продукты горения из рабочего пространства уходят с левой стороны. Тогда че­рез правый газовый клапан поступает газ который проходит в под насадочное пространство газового регенератора а через правый воз­душный клапан в под насадочное пространство правого регенератора поступает воздух. Газ и воздух поднимаясь вверх обмывают насадку нагреваются до температуры 1000—1200° С а затем попадают в под насадочную часть регенератора. Отсюда они проходят через шлакови­ки поднимаются по вертикальным каналам к пролетам головок через которые затем поступают в рабочее пространство печи. При выходе из головок нагретые до высокой температуры газ и воздух смешива­ются и в рабочем пространстве образуют факел температура пламени которого составляет 1800—1900° С.

Продукты горения вместе с уносимой из рабочего пространства печи пылью образуют дымовые газы которые уходят через головки. Меньшая часть газа направляется по газовому пути а большая — по воздушному пути. По вертикальным каналам дымовые газы попадают в шлаковики где частично осаждается уносимая газами пыль. Газы пройдя шлаковики с температурой 1450—1500° С поступают в регене­раторы. Проходя через регенеративную насадку они отдают ей тепло и при температуре 500—600° С уходят из одна садочного пространст­ва в боров дымовой трубы. После того как температура насадки с пра­вой стороны понизится а температура насадки с левой стороны повысится происходит перекидка клапанов для изменения направления потока газа и воздуха. После этого опять нагревается насадка правых регенераторов и т. д.

мартеновских печей способствует снижению удельного расхода топли­ва а также повышению производительности и стойкости печей. Полная автоматизация мартеновских печей предусматривает автоматическое регулирование горения топлива в рабочем пространстве перекидки клапанов регулирование дешёвых нагрузок подачи воз­духа и воды.

По виду исходных материалов различают несколько способов плавки:

1. Плавка на твердом чугуне и металлическом ломе называемая “скраппроцессом”.

2. Плавка на жидком чугуне при которой для окисления приме­сей вводят руду; такой способ называют рудным процессом.

3. Плавка на жидком чугуне скрапе и руде называемая скрап-рудным процессом.

Рудный и скрапрудный процессы ведут только в основных печах V так как в кислых печах под и стены разрушаются закисью железа содержащейся в руде.

Плавку стали в мартеновских печах ведут скраппроцессом на тех / заводах где нет доменных печей для получения жидкого чугуна.

Для плавки стали скраппроцессом в мартеновскую печь загружа­ют стальной лом (скрап) чушковой передельный чугун и известь. Соотношение стального лома к чушковому чугуну принимают такое чтобы загруженная шихта имела следующее содержание примесей: 2 4% С; 0 65% Si; до 1 5% Мп; до 0 13% Р и 0 05% S. Загрузку ших­ты ведут ускоренно не допуская охлаждения печи. Во время расплав­ления шихты почти полностью окисляется кремний и частично окис­ляется углерод марганец и фосфор. После расплавления содержание примесей в металле понижается и составляет: С — 1 0% Si — следы; Мп — 0 25% Р — 0 05% и S — 0 040%.

Над расплавленным металлом образуется слой шлака богатый закисью железа. Дальнейший процесс окисления примесей протекает под слоем шлака за счет растворяющейся закиси железа в металле которая переходит из шлака. Процесс перехода закиси железа в ме­талл протекает следующим образом. Закись железа FeO окисляется на поверхности шлака за счет кислорода пламени до РезО4 которая диффундируя через слой шлака на границе жидкого металла окисляет железо по реакции:

Fe3 O4 + Fe = 4FeO.

Образующиеся скислы переходят в шлак. Кремнезем и пятиокись фосфора в основном связываются с окисью кальция образуя двукальциевый силикат

SiO2 + 2СаО — 2 (СаО) - SiOa . и соль фосфорной кислоты

(FeO)3 • Р2 05 + 4СаО —> (СаО)4 • Р2 О5 + 3FeO.

Для более прочного соединения пятиокиси фосфора в шлаке под­держивается свободная окись кальция. Образующийся шлак из печи сливают для того чтобы не произошло восстановление фосфора из шлака в металл. За этот период плавки температура металла повыша­ется и углерод вступает в реакцию с закисью железа

С - FeO —> Fe + СО.

Во время окисления углерода ванна кипит металл перемешивается железо восстанавливается из FeO из металла удаляются сера не­металлические включения и газы.

Для обессеривания металла в ванну добавляют свежеобожженную известь. По температуре и содержанию углерода металл доводят до заданных технологических пределов в соответствии с получаемой мар­кой стали. После кипения в стали все же остается некоторое количест­во закиси железа поэтому по окончании плавки металл раскисляют путем введения раскислителей: марганца кремния или алюминия.

В случае получения легированной стали после раскисления в ме­талл вводят легирующие добавки в составе ферросплавов (феррохрома ферротитана и др.) или чистые металлы (никель медь и др.). Готовую сталь из печи выпускают в ковши которые с помощью кранов подают на участки разливки стали. Выход жидкой стали при этом процессе плавки составляет около 96% от веса загружаемой металлической ших­ты в печь.

8. Устройство и работа конверторов

Сущность конверторного способа получения стали заключается в том что через жидкий чугун залитый в конвертор родувается воздух кислород которого окисляет углерод и другие примеси.

Приведен общий вид обычного конвертора грушевидной формы сваренного из толстой листовой стали и футерованного внут­ри огнеупорными материалами. Снаружи в средней части конверто­ров имеются два цилиндрических выступа называемых цапфами” которые служат для опоры и поворота конвертора. Одна из цапф де­лается полой и соединяется с воздуховодом; от цапфы к днищу через трубу и воздушную коробку подводится воздух. В днище конвертора имеются отверстия — фурмы через которые под давлением 2 0— 0 5 am

­

Рисунок 2. Конвертор: 1-Механизм для поворота конвертора 2-огнеупорная кладка

3-шлак 4-металл 5- каналы для подачи воздуха..

В конверторах применяют кислую и основную футеровки. Тепло

необходимое для нагрева жидкой стали до высоких температур в этих процессах получается за счет химических реакций окисления приме­сей чугуна.

При этом примеси могут окисляться элементарным кислородом и кислородом закиси железа которая растворяется в металле. При окис­лении примесей кислородом выделяется значительное количество теп­ла.

Примеси окисляются элементарным кислородом по следующим

реакциям:

Si + О2 —> SiO2 •+ О;

При окислении элементов наибольшее количество тепла выделяют кремний фосфор и марганец. Эти элементы используются при продув­ке чугуна как источник тепла (кремний в кислом а фосфор в основном конверторе). Недостаточное количество тепла от реакций компенси­руется температурой жидкого чугуна.

Страницы: 1 2