Лекция 1. Металлургические процессы

План

1.1 Металлургические процессы

1.2 Производство черных металлов и сплавов (черная металлургия)

1.3 Современное металлургическое производство и его продукция

1.1 Металлургические процессы

Металлургическими процессами называются процессы изготовления материалов (металлов, сплавов). Делятся на черную металлургию – получение так называемых «черных» сплавов – чугун, сталь и цветную металлургию – чистые цветные металлы и их сплавы: медь, бронза, латунь, алюминий, магний, титан и их сплавов. Получают металлы и сплавы из руд и других исходных материалов.

Способы: пирометаллургический, электрометаллургический, гидрометаллургический, химикометаллургический, порошковая металлургия, электронно-лучевой способ, плазменный и др.

Пирометаллургический – производство сплавов путем плавления руд с образованием шлака. Применяют топливо твердое или газообразное.

Электрометаллургический – выплавка сплавов и металлов путем использования тепла электрической энергии. Может также основан на электролизе растворов или расплавов (производство алюминия из глинозема).

Гидрометаллургический – основан на выщелачивании металлов из руд.

Химикометаллургический – сначала проводят химические реакции, затем продукты переплавляют (например, производство титана).

1.2 Производство черных металлов и сплавов (черная металлургия)

В настоящее время распространен двухстадийный процесс получения стали. Первая стадия - получение чугуна, вторая - из чугуна выплавляют сталь. Объясняется это тем, что руда представляет собой смесь окиси железа Fe₂O₃ с пустой породой и примесями. Задача металлургического процесса – восстановление железа из его окиси. Восстановление производится в доменной печи, но, к сожалению, при контакте с твердым топливом, основа которого углерод, окиси углерода СО, происходит «переуглераживание» сплава и получается чугун. Приходится в сталеплавильных печах «выжигать» лишний углерод и получать сталь.

Известен и нашел применение способ прямого получения стали из руды и концентратов, но он не производителен и распространения не получил (способ «прямого восстановления железа»).

Схематично весь процесс получения готовых изделий (проката) из исходных материалов можно представить в следующем виде:

1. добыча железной руды;

2. ее обогащение и получение концентратов (магнитный, гидравлический способ);

3. добыча угля;

4. производство кокса;

5. добыча известняка (флюса);

6. подготовка шихты к доменному производству:

а) железосодержащей части шихты: получение агломерата и окатышей (окускование и получение шихты однородного размера);

б) кокс – дробление и сортировка;

в) известняк – дробление и сортировка.

7. Доменное производство: выплавка чугуна в доменной печи. Исходными материалами являются: руда, кокс, флюсы; агломерат (окатыши), кокс (флюс уже содержится в агломерате и окатышах).

Получают чугун:

передельный, содержащий 4 – 4,4 % углерода (С), остальное – железо (Fe) и другие химические элементы, предназначенный для выплавки стали;

литейный чугун – кроме 4 – 4,4 % С, большое количество кремния (Si) 2,75 – 3,25%, применяемый для изготовления литых деталей.

Кроме того, в доменной печи можно получить (для этого - отдельные плавки): ферросплавы доменные FeSi (9 – 13% Si), FeMn (70 – 75% марганца Mn), «зеркальный чугун» (10 – 25% Mn до 2% Si).

Но чаще всего ферросплавы выплавляют в отдельных ферросплавных печах различной конструкции, или на спецзаводах (например, Никопольский ферросплавный завод).

Побочные продукты доменной плавки – шлак, доменный газ.

8. Сталеплавильное производство (кислородно-конвертерное и мартеновское), его сущность – снижение содержания углерода до величин, меньше 2,14%.

Электросталеплавильное производство – это переплав низкокачественной стали, получение высококачественной стали.

Конечный продукт сталеплавильного производства - стальные слитки, получаемые разливкой в изложницы, или литые слябы (разливка на машинах непрерывного литья заготовок - МНЛЗ).

9. Прокатное производство:

- обжимные станы – прокатывают слитки в слябы и блюмы (сляб – поперечное сечение - прямоугольник, блюм поперечное сечение - квадрат);

- толстолистовые станы – из катанных или литых слябов получают плиты и толстый лист;

- заготовочные – катают из блюмов заготовки для сортовых станов;

- рельсобалочные, сортовые;

- штрипсовые;

- проволочные;

- спецстаны;

- листовые станы горячей прокатки;

- станы холодной прокатки листа и ленты.

Таким образом, металлургическое производство полного цикла можно представить в виде схемы: шихта – прокат, отливки.