- •А.Л. Николаев
- •Новокузнецк 2003
- •Содержание
- •5 3.3.1 Общая характеристика 58
- •Введение
- •Структура народного хозяйства и элементы технологического процесса
- •2 Природные ресурсы. Сырье и энергия в народном хозяйстве
- •2.1 Общая характеристика
- •2.2 Перерабатываемое сырье
- •2.3 Топливо
- •2.3.1 Общие сведения
- •2.3.2 Общая характеристика состава твердого топлива
- •2.3.3 Нефть
- •2.3.4 Природный газ
- •2.3.5 Сжигание топлива
- •2.4 Вода
- •2.5 Воздух
- •2.6 Энергия
- •3 Шихтовые и футеровочные материалы и их характеристики
- •4 Обогащение и окускование полезных ископаемых
- •4.1 Общие сведения
- •4.2 Подготовка к обогащению
- •4.2.1 Дробление и измельчение
- •4 2.2 Грохочение и классификация
- •4.3 Обогащение
- •4.4 Окускование концентратов и мелочи полезных ископаемых
- •4.4.1 Агломерация
- •4.4.2 Производство окатышей
- •4.5 Загрязнение окружающей среды
- •5 Металлургия
- •5.1 Общие сведения
- •5.2 Гидрометаллургия
- •5.3 Пирометаллургия черных металлов
- •5.3.1 Сырьевая база
- •5.3.2 Производство чугуна
- •5.3.2.1 Устройство доменной печи и схема производства чугуна
- •5.3.2.2 Основные процессы и продукты доменной плавки
- •5.3.2.3 Интенсификация и технико-экономические показатели доменной плавки
- •5.3.3 Сталеплавильный передел
- •5 3.3.1 Общая характеристика
- •5.3.3.2 Кислородно-конвертерный процесс
- •5.3.3.3 Электросталеплавильное производство
- •5.3.3.4 Мартеновский процесс
- •5.3.3.5 Внепечная обработка и разливка металла
- •5.3.4 Прямое получение железа
- •5.3.5 Производство ферросплавов
- •5.4 Металлургия меди
- •5.5 Металлургия алюминия
- •5.6 Утилизация вторичных ресурсов
- •6 Литейное и прокатное производство
- •6.1 Литейное производство
- •6.1.1 Литейные материалы и их плавка
- •6.1.2 Литейные формы, охлаждение и выбивка отливок
- •6.2 Обработка металла давлением
- •6.3 Утилизация отходов
- •7 Технология неорганических вяжущих веществ
- •7.1 Портландцемент
- •7.2 Строительная известь
- •7.3 Гипсовые вяжущие
- •8 Промышленность строительных материалов и изделий
- •8.1 Определение, классификация и свойства строительных материалов
- •8.2 Искусственные неорганические строительные материалы
- •8.2.1 Безавтоклавный бетон
- •8.2.2 Железобетон
- •8.2.3 Керамика
- •8.2.4 Стекло и изделия из минеральных расплавов
- •8.2.5 Волокнистые материалы
- •8.3 Естественные неорганические материалы
- •8.4 Искусственные строительные материалы на основе органических вяжущих
- •8.5 Комбинированные строительные материалы
- •8.5.1 Полимербетоны и бетонополимеры
- •8.5.2 Древесно-цементные материалы и изделия
- •8.6 Утилизация отходов в промышленности строительных материалов
- •9 Производства основной химии
- •9.1 Кислоты
- •9.2 Минеральные удобрения
- •9.3 Комплексные удобрения и микроудобрения
- •9.4 Получение газов
- •9.4.1 Разделение воздуха на азот и кислород
- •9.4.2 Получение водорода и синтез аммиака
- •9.5 Утилизация отходов
- •10 Химическое производство органических веществ
- •10.1 Коксохимическое производство
- •10.2 Переработка нефти
- •10.3 Переработка природного газа
- •10.4 Производство полимерных материалов
- •10.4.1 Химическая переработка древесины с получением целлюлозы
- •10.4.2 Пластмассы
- •10.4.3 Каучук и резина
- •10.4.4 Утилизация отходов
- •11 Промышленная инфраструктура
- •11.1 Электроэнергетика
- •11.1.1 Значение электроэнергетики и виды электростанций
- •11.1.2 Паротурбинные энергетические установки электростанций
- •11.1.3 Газогенераторы тепловых энергетических установок
- •11.1.4 Гидроэлектростанции
- •11.1.5 Передача и распределение электроэнергии
- •10.1.6 Нетрадиционная энергетика
- •11.1.7 Воздействие на окружающую среду и утилизация отходов
- •11.2 Транспорт
- •11 2 1 Железнодорожный транспорт
- •11.2.2 Автомобильный транспорт
- •11.2.3 Водный транспорт
- •11.2.4 Воздушный транспорт
- •11.2.5 Промышленный и трубопроводный транспорт
- •Заключение
- •Список ЛитературЫ
- •Николаев Анатолий Лукич
- •Тираж 500 экз. Заказ
- •654041, Г. Новокузнецк, ул. Кутузова, 56, тел. 74-09-48
5.3 Пирометаллургия черных металлов
5.3.1 Сырьевая база
Черная металлургия составляет основу металлургического комплекса. Базовой продукцией черной металлургии служат чугун и сталь. Чугун используют в литейном производстве или как полуфабрикат для получения стали.
Атрибутами пирометаллургического процесса являются шихта, топливо, огнеупоры.
Шихта – это смесь рудных и флюсующих материалов, заданных по химическому и минералогическому составу для пирометаллургической переработки с целью получения товарного металла, сплава и шлаков, состоящих из смеси веществ пустой породы и флюсов. В шлаки переходит большая часть вредных для качества металлов примесей, например, фосфора и серы.
Основными составляющими доменной шихты являются железные руды, агломерат, окатыши. Мировой объем добычи железных руд достигает 1,3 млрд. т/год.
По химическому составу железные руды чаще представлены магнетитами, гематитами, бурыми железняками и сидеритами.
Магнетитовые руды содержат одноименный минерал Fe3O4 (72,4% Fe), обладающий магнитными свойствами, включает до 55–60% Fe, 0,2–2,5% S, 0,2–0,7% P.
Гематит Fe2O3 (красный железняк) в чистом виде имеет 70% Fe, руда менее прочна, чем магнетитовая, но имеет одинаковую концентрацию Fe.
Бурые железняки представлены водными минералами (m Fe2O3 * n H2O). Это рыхлая порошковатая руда землистого цвета и строения, содержащая обычно 37–40% Fe.
Сидеритовые руды образованы одноименным минералом сидеритом (FeCO3), имеющим 48,3 % Fe (в рудах примерно 30 % Fe).
Некоторые руды содержат другие металлы, т.е. являются комплексными. При доменной плавке таких руд образуются специальные и природнолегированные чугуны (хромистые, хромоникелевые, ванадиевые, марганцевые, фосфористые и т. д.).
Наличие в рудах пустой породы, преимущественно кислых оксидов кремния и алюминия, требует введения в шихту для производства чугуна основных флюсов (известняка). Смесь кислых и основных оксидов при плавке чугун и образует шлаки с хорошей жидкотекучестью при температуре 1450С.
Современная технология доменной плавки нуждается в богатых по железу и хорошо окускованных материалах. Этого достигают обогащением руд, агломерацией или обжигом окатышей. Значительную часть агломерата и окатышей производят офлюсованными с основностью близкой к единице. В состав доменной шихты, помимо рудной части и флюсов, входит топливо (кокс) при расходе его на уровне 500 кг / т чугуна, а также ряд отходов производства (колошниковая пыль, сталеплавильные шлаки, прокатная окалина и т. п.) и специальные добавки.
5.3.2 Производство чугуна
Чугун получают в доменных печах, относящихся к агрегатам шахтного типа.
Современные доменные печи представляют собой крупные сооружения общей высотой до 40 м и более, массой свыше 10 тыс. т, достигают в объеме 5000–5500 м3, рассчитаны на выплавку 10–18 тыс. т чугуна в сутки. Мировое производство чугуна находится на уровне 550 млн. т, в России выпуск составляет 42–45 млн. т.
5.3.2.1 Устройство доменной печи и схема производства чугуна
В плане доменная печь имеет круглое сечение, ее вертикальный разрез по диаметру представлен на рисунке. 5.1.
1 – шахта; 2 – распар; 3 – заплечики; 4 – горн; 5 – фурмы;
6 – чугунная летка; 7 – шлаковая летка; 8 – газопровод; 9 – колошник
Рисунок 5.1 – Профиль доменной печи
Колошник – верхняя цилиндрическая часть печи, служит для загрузки шихтовых материалов и отвода газов через боковые отводящие трубы. Загрузку шихты производят через засыпной аппарат. Он состоит из большого конуса с воронкой, перекрывающего колошник, и малого конуса с воронкой. Такая конструкция устраняет выбросы газов в атмосферу и обеспечивает равномерное распределение материалов по сечению печи.
Шахта – наибольшая по высоте часть печи, конусность которой способствует опусканию материалов, их разрыхлению и созданию оптимального потока газов. Шахта сопрягается с нижней конической частью – заплечиками через цилиндрическую часть – распар. Последний создает более плавное сопряжение, снижающее возможность задержки шихтовых материалов и образование «мертвого пространства» при переходе к заплечикам. Их обратная конусность соответствует уменьшению объема материалов при образовании расплава чугуна и шлака. В своей наиболее широкой части (распаре) диаметр современных доменных печей достигает 10,0–16,5 м. Распар, шахта и заплечики имеют шахматную футеровку и систему охлаждения, позволяющие увеличить срок службы печи.
Горн расположен под заплечиками печи, здесь протекают основные высокотемпературные процессы доменной плавки (горение кокса и топлива, взаимодействие между жидкой фазой, газом и топливом), накапливается чугун и шлак. В горне размещают устройства (фурмы) для подвода дутья и топливных добавок в печь, летки для выпуска шлака из верхней части и летки для выпуска чугуна в нижней части горна. Количество шлаковых леток на крупных печах 2, для чугуна их число достигает 2–4, что обеспечивает бесперебойный и своевременный их выпуск. Температура в металлоприемнике горна составляет 1550 – 1600С и выше, поэтому стенки горна и его нижняя часть (лещадь) футерованы углеродистыми блоками и интенсивно охлаждаются плитовыми холодильниками.
Доменная печь – элемент сложного хозяйства доменного цеха, в которое входят рудный двор, устройство для подачи шихты в печь, воздухонагреватели, системы газоочистки, литейный двор.
Доставку шихтовых материалов с рудного двора на колошник и загрузку их в приемную воронку засыпного аппарата производят наклонным скиповым подъемником (вагонетками объемом до 14 м3 и более) на тросовой тяге.
Воздухонагреватели позволяют поднять температуру дутья, подаваемого в доменную печь, до 1200–1400С. В них сжигается смесь колошникового и доменного газов, которая направляется в насадку обогревателя, повышая ее температуру. В раскаленную насадку затем подают воздушное дутье для подогрева.
Доменные печи оснащены сложной системой газоочистки.
Чугун, выпускаемый из доменных печей (4–8 раз в сутки), попадает в чугуновозные ковши, которые транспортируются в сталеплавильные цехи или к разливочным машинам, производящим чушковый чугун. Жидкий шлак шлаковозными чашами транспортируют на грануляционные установки, где его охлаждают водой или подают в цехи шлакопереработки.