4. Шихта и металлургическое топливо

Шихта - смесь сырьевых материалов, а в некоторых случаях и топлива, подлежащая переработке в металлургических агрегатах. Основной составляющей шихты являются рудные материалы - руда, концентрат или агломерат. Во вторичной металлургии шихта может быть металлической, то есть целиком состоять из металлов и сплавов в виде лома и отходов.

Зачастую в состав шихты вводят флюсы - материал, служащий для образования шлака и регулирования его состава, в частности для связывания пустой породы руды или продуктов раскисления металла. В цветной металлургии чаще всего в качестве флюсов применяют известь СаО, известняк СаСО₃, кварц SiO₂, буру Na₂B₄O₇10H₂O или борный ангидрид В₂О₃, шамотный и графитовый порошки, криолит Na₃AlF₆, плавиковый шпат (флюорит СаF₂), NaCl, NaF, FeO, доломит СаMg(CO₃)₂, карналлит MgCl₂KCl, кальцинированную соду Na₂CO₃ и т.д. Флюсы также могут быть покровными (защищающими поверхность жидкого металла от окисления) и рафинирующими (очищающими жидкий металл от примесей).

Задача металлургии состоит в получении свободных цветных металлов из сырья, где они находятся в виде соединений, главным образом, оксидов, сульфидов, хлоридов и силикатов, то есть в их восстановлении из природных соединений. В качестве восстановителей в цветной металлургии чаще всего применяются углерод и водород. Углерод, наиболее доступный и дешевый твердый восстановитель, составляет основную массу каменных углей. Он вводится в печь как компонент шихты. Водород для восстановления оксидов применяют реже, поскольку он дороже и взрывоопасен. Водород бывает необходим в тех случаях, когда углерод может при восстановлении образовывать с металлами нежелательные карбиды.

Иногда в качестве восстановителя одного металла применяют другой, более дешевый, но имеющий большее сродство к кислороду или галогену. К металлам-восстановителям относятся алюминий, магний, натрий, кальций. В процессах электролиза водных растворов или расплавленных солей металлы из их соединений восстанавливают электрическим током.

В некоторых процессах цветной металлургии (обжиг, плавка, конвертирование, рафинирование, электролиз) необходимо окислить соединения металла (чаще всего сульфиды), сам металл или примеси в жидком металле. В пирометаллургии в качестве окислителей используют воздух или кислород, в гидрометаллургии - пероксид водорода Н₂О₂, перманганат калия KMnO₄. Окислителем может быть и электрический ток в процессах анодного окисления и электролитического рафинирования.

В

13-Колобов Г.А.

ысокие температуры, необходимые для многих металлургических переделов, достигаются сжиганием топлива или электронагревом. Топливо - горючие материалы, применяемые с целью получения при их сжигании тепловой энергии. Топлива делятся: по агрегатному состоянию - на твердые, жидкие и газообразные; по происхождению - на природные и искусственные. К твердым топливам относятся ископаемые угли (антрациты, каменные и бурые), кокс, торф, древесина, горючие сланцы; к жидким - нефть, мазут, керосин, бензин; к газообразным - природный и другие горючие газы. В состав любого топлива входят горючие составляющие - углерод, водород, углеводороды, например метан СН₄ и другие, описываемые в общем виде формулой C_nH_m, а также негорючие - минеральные вещества и влага. Основная характеристика топлива - теплота сгорания, которая образуется при сгорании горючих составляющих. Минеральные примеси при сжигании топлива дают золу, которая состоит из оксидов алюминия, железа, кремния, кальция и других элементов. Для металлургии нужны высококалорийные и малозольные топлива, такие как природный газ, мазут, кокс, антрацит.

Наиболее дешевым и эффективным видом топлива в цветной металлургии является природный газ, представляющий собой природную газообразную смесь углеводородов с преимущественным содержанием (50-98 %) метана. Негорючих примесей в нем не больше 3-10 % (СО₂, N₂ и др.).

В качестве жидкого топлива используют мазут, являющийся продуктом перегонки нефти и содержащий около 85 % углерода и 12 % водорода. Топливосжигающими устройствами для сжигания газообразного топлива служат газовые горелки, мазута - форсунки и смеси газа с мазутом - газомазутные горелки.

Из твердых топлив в металлургии применяют антрацит и кокс. Антрацит - разновидность каменного угля с высшей теплотой сгорания горючей массы. Содержание углерода в антраците 94-97 %, объем выхода летучих веществ - менее 0,22 м³/кг.

Кокс - искусственное твердое кусковое топливо, прочное и пористое. Получают кокс коксованием (нагревом без доступа воздуха) природных топлив: главным образом каменного угля, содержащего битумы, а также нефтепродуктов. Твердое топливо загружают в металлургическую печь вместе с шихтой. Кроме источника тепловой энергии, оно выполняет роль восстановителя металлических руд.