Fe Cu Ni Zn Pв Sn Au Ag Pt Al Mg Ti W Мо 6 страница

Газ тәрізді отын. Бұл отынның табиғи түріне табиғи газ, ал жасанды түріне кокс, генераторлық және донна газдары жатады. Табиғи газдың жылу шығарғыштық қабілеті Соңғы кезде көптеген металлургиялық агрегаттарда мартен, шахталы, жалын шағылыстырғыш пештер мен қыздырғыш қондырғыларда отын ретінде табиғи газ жағылатын болады. Кокс пен домна газы осы күнге дейін металлургия өндірісінің құнды және де арзан отындарының түріне жатады.

Домна газынның жылу шығарғыштық қабілеті нашар болғандықтан, ол кокс газымен қосылып жағылады. Бұл екі газ қоспасының жылу шығарғыштық қабілеті болатындай етіп араластырылады. Кокс газының құрамы:

Домна газынның құрамы

Қатты отындарды ауа жеткіліксіз оратеді жағу арқылы генераторлық газ алынады.

Құрамы: қалғаны

Отқа төзімді материалдар

Метал өндірудің процестерінің көбісі 1000-2000 С, кейде бұдан да жоғары температурада жүреді. Сондықтан метал қорыту үшін осындай температураға шыдай алатын материалдар пайдаланылу қажет. Жоғары температурада бүлінбей, өзінің физика-химиялық қасиеттерін сақтай алатын заттарды отқа төзімді материалдар деп атайды.

Қара және түсті металлургияның балқыту агрегаттары мен қыздыру қондырғыларының ішкі жағы осындай отқа төзімді материалдармен астарланды.

Технологиялық процестің ерекшелігі мен атқаратын қызметіне байланысты, отқа төзімді материалдарға мынандай шарттар қойылады:

1.Қорытылатын метал немесе қорытының балқу температурасынан жоғары температурада балқыту агрегаттарының жұмысын қамтамасыз ету үшін материалдың отқа төзімді болуы.

2.Температура кенетен өзгергенде өз көлемін сақтауы және жарылып, сынбауы үшін материалдың термиялық төзімді болуы.

3.Жоғары температурада күштің әсерінен болатын деформацияға төзімділігі.

4.Балқыған метал немесе оның тотықтары шлак, газбен әрекеттеспеу үшін, материалдың химиялық тұрақтылығының шоғыры болуы.

Отқа төзімділік дәрежесіне қарай материалдар: төзімділігі орташа 1580-1770 С, төзімділігі жоғары 1770-2000 С және төзімділігі өте жоғары 2000 С-тан астам болып үшке бөлінеді.

Металлургия өндірісінде көп таралған материалдар химиялық және микрогеологиялық құрамына байланысты қышқылды, амоносиликатты, негізді және бейтарап материалдар болып төрт топқа бөлінеді.

Қышқылды динас пен кварц құмы жатады. Династан жасалған бұйымдардың түріне байланысты құрамында 93-97% SiO₂ болады. Династың отқа төзімділігі 1710-1710 С.

Динас бессемер конвертерлерін астарлау, қышқылда болатын процестермен жұмыс істейтін мартен пештерінің алдыңғы және артқы қабырғалары мен түптеріп, жалын шағылыстырылғыш пештердің тік каналдарын, қабырғаларын, күмбездерін, шлак ұстағыштар мен регенераторларын, шыны қорыту пештерін астарлау үшін қолданылады.

Алюмосиликатты материалдар шала қышқылды, шамотты, молглиноземді болып үш топқа бөлінеді.

Шамот каолин мен отқа төзімді саз балшық қоспасын күйдіру арқылы алынады. Құрамында 30-45% Al₂O₃ болады.

Түріне байланысты шамоттың отқа төзімділігі 1320-1730 С. Шамот, донна пештерін астарлау, оның ауа қыздырғыштары мен мартен пештері регенераторының қабырғаларын қалау үшін қолданылады.

Молглиноземді отқа төзімді материалдар құрамында құрамында 45%-тен астам Al₂O₃ болады. Бұл материалдың отқа төзімділігі 1770-2000 С. Оларды мартен пештерінің регенератор сапта маларының жоғарғы қабырғыларын қалау және әр түрлі қоспалар балқытуға арналған тигельдер жасау үшін қолданылады.

Негізді отқа төзімді материалдар тобына магнезит пен доломит жатады. Магнезитті MgCO₃ тау жынысын өңдеу арқылы алады. Магнезит материалдарының құрамында MgO 45%-ке дейін болады. Магнезит материалдары кірпіш және ұнтақ күйінде жасалады. Отқа төзімділігі 2000 С-тан жоғары. Магнезит кірпіштері мен ұнтақтары негізді процесс бойынша жұмыс істейтін мартен пештерінің қабырғылары мен түптерін, электр пешінің ішкі қабырғаларын қалау үшін қолданылады.

Доломит құрамында 52-58%, CaCO₃, 35-38% MgCO₃ және Al₂O₃, S₁O₂, Fe₂O₃ қоспаларын бар тау жынысы.

Бейтарап отқа төзімді материалдар тобына магнерит-хромнан жасалған бұйымдар жатады. Бұл материалдардың құрамы: 8-15% Gi₂O₃, 65-70% MgO отқа төзімділігі 2000 С-тан жоғары. Магнезит-хромит материалы негіздік және қышқылдық қасиеті бар ортада жұмыс істеуге болады және басқа материалдарға қарағанда отқа төзімділігі мен термиялық төзімділігі (25) жоғары.

Ұсынылған әдебиет:

1 нег.(68-76), 2 нег. (68-81), 2 қос. (59-67)

Бақылау сұрақтары:

1. Отынның қандай түрлері металлургияда қолданылады?

2. Көмірмен салыстырғанда кокстың қандай артықшылықтары бар?

3. Отқа тқзімді материал дегеніміз не?

4. отқа төзімді материалдар не үшін қолданылады?

 

10 Дәріс тақырыбы Шойын өндірісі

Темір кендері

Өңдегенде құрамында елерліктей мөлшерде темір элементі бар тау жынысын темір кені деп атайды.

Темір кеннің құндылығы мынадай шарттармен анықталады:

1.Құрамындағы темір мөлшері.

2.Бос жыныстың құрамы (SіO₂, Al₂O₃; т.б.).

3.Зиянды қоспалардың мөлшері (Р, S, AS).

4.Физикалық күйі.

5.Тотықсызданғыштық қасиеті.

Құрамындағы темірдің мөлшеріне байланысты темір кендері бай (45-70%) және кедей (30-42%) кендер болып екіге бөлінсе, химиялық және минералдық құрамына қарай келесі түрлерге бөлінеді.

1.Магнитті кендер (магнитті теміртас Fe₃O₄) - құрамында 50-65% темір бар, тығыз қара сұр түсті темірдің шала тотығы. Магнитті кендер тотықсыздануы қиын кендерге жатады. (Магнитогорск, Қостанай, Тагил, Курск).

2.Гематит (Fe₂O₃-қызыл теміртас) – құрамында 55-65% Fe бар, түсі қара-қызғылттан қара сұрға дейін өзгеріп кездесетін темір тотығы Гематиттің құрамында зиянды қоспалар мөлшері аз және ол оңай тотықсызданды. (Курск, Кривой Рог).

3.Қоныр теміртас (n. Fe₂O₃ m H₂O) құрамында 3755% Fe бар, табиғатта түсі сарыдан сары-қоңырға дейін өзгеріп кездесетін темірдің сулы тотығы. Кен тез тотықсызданады және құрылымы қуыс, кейде құрамында S, P күшәлә Аs сияқты зиянды қоспалар болады (Керчь, Лисаковск, Тула, Липецк).

4.Карбонатты кендер (FeCO₃)-құрамында 30-40% Fe бар, сарғыш-ақ түсті темір карбонаты кеннің бұл түріне сидериттер мен шпатты теміртас жатады. Карбонатты кендер құрамында бос жыныстар S₁O₂, Al₂O₃, MgO түрінде кездеседі. (Бокальск, Златоуст).

5.Комплексті темір кендері (табиғи легірленген кендер) - құрамында Т₁, N₁, V элементтері кездесетін тау жыныстары. (Орск-Халилов). Бұл элементтер қорыту процесінде балқып, шойынмен араласып кетеді. Әдетте шойынның құрамында оның маркасына байланысты әр түрлі мөлшерде маргенец элементі болады. Шойынның құрамындағы Мn элементінің мөлшерін берілген шамаға дейін жеткізу үшін балқыту процесінде оған құрамында 25-48% Мn элементі бар (MnO; Mn₃O₄) кендерді қосады (Тула, Никополь).

Домна өндірісінде құрамында Fe, Mn элементтері бар металлургия өндірісінің басқа қайталама қалдықтары да пайдаланылады. Қайталама қалдықтарға темір кенімен қосып пісірілетін, құрамында 40-45% темірі бар домна шаңы және болат өндірісінің шлагы, прокат, соғу цехтарының қақтары мен пісіру шлактары жатады. Флюстер

Флюстер-шихта құрамындағы бос жыныс, отын күлі мен зиянды қоспаларды шлакқа айналдыру мақсатымен шихтаға қосылатын заттар. Кейде флюс шихтаға белгілі құрамы мен қасиеті бар шлак алу үшін қосылады. Әдетте темір кендердің құрамында бос жыныс түрінде S₁O₂ кездесетіндіктен, флюс ретінде СаСО₃ қолданылады. Шихтаға қосылатын флюстің мөлшері кендегі бос жыныстың, кокс күлінің, кен тазалығының, алынатын өнімнің түріне қарай есептеліп шығарылады.

Домна процесінің отыны

Домна процесінде отын ретінде кокс, ағаш көмірі және соңғы кезде табиғи газ сияқты отындар қатты және газ күйінде пайдаланылады. Домна процесінде қолданылатын қатты отынның:

1.Жылу шығарғыштың қасиеті жоғары;

2.Күлі мен зиянды қоспалары аз;

3.Пеште уатылып кетпеуі үшін қаттылығы жоғары;

4.Құрылымы қуыс болуы керек.

Соңғы кезде металлургия өндірісінде коксты үнемдеу үшін табиғи газ қолданылып жүр. Домна процесін тездету мақсатымен үрленетін ауа оттегімен байытылады.

Домна пешінде қорытылатын кеннің химиялық құрамы мен бөлшектерінің өлшемі белгілі мөлшерде болуы керек. Осы талапты қанағаттандыру үшін, кен қорытылмастан бұрын көптеген дайындықтан өтеді:

1.Ұсақтау;

2.Байыту (магнитті, сепарациялық, флотациялық әдістер);

3.Орталау;

4.Агломерация кеннің майда түйірлерін біріктіру мақсатымен оны пісіру процессі агломерация, ал пісірген кенің өзі агломерат деп аталады.

Агломерациялау үшін кеннің майда түиірлерін кокспен (4-6%), қайталама материалдармен (25-30%) қосып ылғалдайды. Бұл қоспаны агломерациялық машинаның белгілі жылдамдықпен бір қалыпты қозғалып тұратын таспаға қалыңдығы 250-300 мм болатындай бір тегіс қабат етіп төгіп, машинаның астыңғы жағында орналастырылған газ форсупқалар жәрдемімен 750-850 ⁰С дейін қыздырады. Таспаның үстіңгі жағында шамалы вакуум туғызылады. От пен ауаның құрамындағы оттегінің кокспен қосылып, шихтаның төменгі қабатынан жоғарғы қабатына қарай жануарының әсерінен шихтаның жану қабаттарының температурасы (1300-1550 ⁰С-қа) жетеді. Осы температурада ылғал бөлініп, S буға айналып ұшып кетеді де, темір тотығы және кеннің майда түйірлері бірігіп, содан агломерат пайда болады.

Домна пеші

Донна пеші қарама-қарсы ағынмен жұмыс істейтін пештер тобына жатады. Пеште элементтердің тотықсыздану процесі үздіксіз, бір-біріне қарама-қарсы бағытта жүретін екі ағынның: төменнен жоғары қарай көтерілетін ауа мен тотықсыздандырғыш газдардың, сондай-ақ жоғарыдан төмен қарай түсетін шихта материалдары (кен, кокс, флюс) аз ара әрекеттесуі арқылы жүзеге асады.

Домна пешінің құрылысы онда жүретін процесстердің техника-экономикалық көрсеткіштеріне сәйкес жасалған. Пештің жоғарғы жағы колошник деп аталады. Шихтаны доннаға төгу және колонник ішіндегі газ бен шаңды тысқа шығармау қызметін атқаратын, екі конустан жасалған, төгу аппараты осы колошникке орнатылған. Пештің колошник маңайындағы температурасы 240-350 ⁰С. Колошниктің төменгі жағынан шихтаның төмен қарай жылжуын жеңілдету мақсатымен қиық конус қалыпты етіп жасалған шахта орналасқан. Бұл аралықта темірдің тотықсыздану процестері жүзеге асырылады. Шахтаның жоғарғы жағының t-сы 400-500 ⁰С, ал төменгі жағында 1700-1900 ⁰С-қа дейін жетеді. Шахтаның төменгі жағы цилиндр қалыпты пеш күймесімен ұштастырылған. Пеш күймесінде кеннің одан ары тотықсыздану процессі мен шлак түзілу (қайта қалпына келу) процесі жүреді. Пеш күймесінің төменгі жағында қиық конус қалыпты етіп жасалған пеш иіні орналасқан. Мұнда негізінен шлак түзілуі процесі жүреді. Пеш иіні шихтаның төмен қарай қозғалысын тежеп және оны ұстап тұру үшін жасалынады. Пештің төменгі жағында көрік (горн) бар, ол ұлтан мен (лещадь) келіп бітеді. Пеш көрігіне шойын жиналады.

Көріктің жоғары жағындағы шеңбер бойымен орналасқан бөлік фурма деп аталады. Ол саны 12-ден 18-ге дейін болатын шілтерлер жиынтығы. Осы фурмалау арқылы пешке қысыммен 850-950 ⁰С температурада ауа үрленеді. Ауа үрлеуші фурмалардың төменгі жағына шлак, ал пеш түбінің деңгейіне шойын шығаруға арналған науалар орналасқан. Пештің ірге тасы темір бетонан жасалған.

Домна пеші қалындығы 16-20 мм болатпен құрсауланған, ішкі жағы отқа төзімді шамот кірпіштерімен өрілген болады да, оның пайдалы көлемі 1386-2286 м³, биіктігі (пештің көрігі мен шихта төгу аппараттар аралығы) 32 м, ал көрігінің диаметрі 9 м-ге дейін баратын болады.

Домна процесінің көмекші қондырғылар

Оларға жататын: скип, төгу аппараттары, ауа қыздырғыштар (каупер) мен фурмалар жатады.

Кокс, флюс, кен қоспасы, шихта скип аппаратарының жәрдемімен көлбеу орнатылған эстакада арқылы, пештің төгу аппаратына жеткізіледі. Төгу аппараты үлкен және кіші конустан жасалады. Скип аппараты шихтаны кіші конусқа төгісімен, кіші конус 60⁰-қа бұрылады, осылайша 6-рет төккенде ол толық бір айналады. Кіші конус бір айналыс жасағанда төмен қарай жылжып, үстіндегі шихта үлкен конусқа, одан пешке төгіледі. Скип аппаратының қозғалмасы, конустардың айналуы мен төмен түсу процестері толық автоматтандырылған.

1 - шанақты эстакада; 2 - скип шұнқыры; 3 - енқіш скип көтеогіш; 4 - домна пеші; 5 - вагон-таразы.

Сурет 32 - Домна пешінің көлденең қимасы (тиеу жағынан)

 

Пештің температурасын жоғарылату және олардағы процестерді тездету мақсатымен пешке үрленетін ауа қыздырғыштардың (каупердің) жәрдемімен 850-950 ⁰С-қа дейін қыздырылады. Каупер - бүйір беті болат пен қанталын, ішкі жағы жартылай қышқылды кірпішпен астарланып төбесі күмбезделіп жасалған цилиндр. Каупердің ішкі жағы жану камерасы мен кірпіштен жасалған саптамадан (насадка) тұрады. Жану камерасындағы газ өнімдері каупердің күмбезіне дейін көтеріліп, бағытын саптамаға қарай өзгертеді.

Жоғары температураға газ (түтін) саптама қабаттарын қыздырады. Каупер 2 сағат қыздырылған соң, оның температурасы 1000 ⁰С-қа дейін көтеріледі. Содан кейін қыздыру тоқтатылып, кауперге кері бағытта ауа үрленеді. Қыздырудың нәтижесінде суық ауаның температурасы 850-950 ⁰С-қа дейін көтеріледі, ауа құбырлар арқылы фурмаларға беріледі. Домна пеші қыздырылған ауамен үздіксіз қамтамасыз етіп отыру үшін әрбір пештің жанында 2-3 каупер болуы керек.

1 – жану камерасы; 2 - күмбез астындағы кеңістік; 3 - насадка; 4 – насадка астындағы тор; 5 - ось штуцера спускного клапана; 6 - түтін клапанның штуцерының осі; 7 – суық ауа клапанның штуцерының осі; 8 – ысытқ ауа клапанның штуцерының осі; 9 – жандыру люктың осі; 10 – жандырғыш осі.

Сурет 33 - Жоғары температуралық ауа қыздырғыш

 

Ұсынылған әдебиет:

1 нег. (29-38), 4 нег. (31-36), 2 қос. (26-45)

Бақылау сұрақтары:

1. Шойын дегеніміз не?

2. Каупер дегеніміз не?

3. Скип дегеніміз не?

4. Темір кендерінің қанша түрлері болады?

5. Отынның неше түрлі болады?

11 Дәріс тақырыбы Домна процесі

Домна процесі пештің түрлі бөліктерінде жүретін келесі химиялық реакциялардан тұрады:

Кокстың жануы.

Шихтаның ыдырауы мен ұшқыш газдардың бөлінуі.

Темірдің тотықсыздануынан басқа тотықсыздану реакциялары.

Тотықсызданған темірдің көміртектенуі шлактың түзілуі мен балқуы.

Кокстың жануы

Фурмадан үрленген ауа мен шихтаның құрамындағы оттегі көмірмен қосылып мынадай реакциялар жүреді.

С+О₂=СО₂ (1)

Фурмадан қашық жерлерде оттегі азайғандықтан

2С+О₂=2СО (2)

Көміртегінің қос тотығы кокспен әрекеттесіп.

СО₂+С=2СО (3)

Тағы ылғал кокспен әрекеттесіп

Н₂О+С=Н₂+СО (4)

Шихтаның ыдырауы мен ұшқыш ғаздардың бөлінуі

1, 2, 3, 4 реакциялардаң нәтижесіндегі пайда болған СО, Н₂ газдары шихтамен әрекеттесіп, оны ыдыратады. Шихтаның колошник аймағында басталып (150-450 ⁰С), (100-200 ⁰С) алдымен ылғал бөлініп, 300-400 ⁰С температурада кристалды су бөлінеді де мынадай карбонаттар ыдырайды. СО₃-390-400 ⁰С; МnCO₃-525⁰; MnCa(CO₃)₂-730⁰; CaCO₃-890-890 ⁰C.

Темірдің тотықсыздануы

Темір екі түрлі жолмен жанама және тура тотықсыздану реакциялары бойына тотықсызданады. Темірдің көміртегі мен сутегі арқылы тотықсыздануын жанама, ал көміртегі арқылы тотықсыздануын тікелей тотықсыздану дейді. Темірдің жанама тотықсыздануы 400-950 ⁰С-та келесі реакциялар бойынша жүреді.

3FeO₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂

3Fe₃O₄+2CO=6FeO+2CO₂

6FeO+6CO=6Fe+6CO₂

3Fe₂O₃+9CO+Fe+9CO₂

950 ⁰C-тан бастап жанама тотықсыздануы нашарлап, темір тікелей тотықсыздану реакциялар бойынша түзіледі. Темір тотығының таза темірге дейін тотықсыздануы негізінен тікелей тотықсыздану реакциясы бойынша жүзеге асады:

FeO+CO=Fe+CO₂

CO₂+C=2СО

FeO+C=CO+Fe

Тікелей және жанама тотықсыздану реакциялары бірге жүріп, шихтадағы темірдің 60%-і жанама тотықсыздану, ал қалғаны тікелей тотықсыздану реакциясы бойынша тотықсызданады. Темірдің Si-қосылыстарының тотықсыздану мына реакциялар бойынша жүреді:

Fe₂S₁O₄+2CaO=Ca₂S₁O₄+2FeO

2FeO+2C=2Fe+2CO

FeS₁O₄+2CaO+2C=2Fe+Ca₂S₁O₄+2CO

Марганец элементі темір кеннің құрамындағы МnO₂, Mn₃O₄, тотықтарынан 800-900 ⁰С температурада СО арқылы, ал МnO 1110 ⁰С температурада көміртегі арқылы тотықсызданады.

2МnO₂+CO=Mn₂O₃+CO₂

3Mn₂O₃+CO=2Mn₃O₄+CO₂

Мn₃O₄+CO=MnO+CO₂

MnO+C=Mn+CO

Шихтардағы тотықсызданған Мn-тің 75-80%-і шойынға өтіп қалған шлакқа ауысып және ұшып кетеді.

1450 ⁰С-та S₁O₂+2C=S₁+2CO+Q

Фосфор элементі шойын үшін зиянды элемент.

(СаО₃)Р₂О₅+3S₁O₂+3CaO·S₁O₂+P₂O₅

P₂O₅+5C=5CO+2P

Фосформен қатар шихтаның құрамында күкірттің бір бөлігі келесі реакция бойынша шлакқа өтіп, қалғаны ұшын кетеді. Күкірттің 80-90%-і мына реакция бойынша шлакқа өтеді.

FeS+CaO=FeO+CaS

FeO+C=Fe+CO

FeS+CaO+C=2Fe+CO₂+CaS

Шойынның құрамындағы күкірт мөлшерін азайту үшін, шихтаға салынатын ізвесть мөлшерін көбейту керек.

Темірдің көміртектенуі. Әдетте сұр шойын мен ақ шойынның құрамында көміртегінің мөлшері 3,5%-4,5%. Ақ шойынның көміртектенуі 400-500 ⁰С t-да 3FeO+5CO=Fe₃C+5CO₂ реакциясы бойынша жүреді. Пештің орта шамасында 2СО=СО₂+С реакция бойынша пайда болған қара күйе шихтаға еніп, темірді көміртектендіреді.

Шлактың түзілуі

Жоғары температурада кеннің құрамындағы бос жыныс отын күлі және флюспен қосылып шлакты түзеді. Шлак түзілу процесі шахтаның төменгі жағынан басталады. Шлактың құрамында алғашқы кезде 20%-ке дейін темір тотығы мен қоспа элементтер болады.

Домна пешінің процестері қалыпты жүрген жағдайда шлактың түзілу темірдің тотықсыздану, көміртектау және шойынның балқу процестерінен кейін жүріп, пештің күймесінде немесе... жоғары жағында аяқталуы тиіс.

Домна процесінің өнімдері

Домна процесінің өнімдеріне әр түрлі маркалы шойындар, ферроқорытпалар, шлак, домна газы мен домна шаңы жатады.

Шойын қолданылуына байланысты ақ шойын және сұр (құйма) шойын болып екіге бөлінеді.

Ақ шойынның құрамындағы темір мен көміртегі химиялық қоспа түрінде (Fe₃C-цементит) болады. Сондықтан ақ шойын қатты, сынығы ақ түсті, өзі морт, өңдеуге келмейтін болады. Ол болат балқыту өндірісінің негізгі шикізаты болып табылады (85%). Ақ шойынның маркалары: М₁, М₂; Б₁, Б₂, Т₁.

Сұр шойынның құрамында Si мөлшері жоғары болғандықтан, көміртегі механикалық қоспа (графит) түрінде кездеседі. Құйма шойынның сынығы сұр түсті, шамалы жұмсақ болғандықтан конструкциялық материал ретінде қолданылады. Si мөлшеріне байланысты 6 маркаға бөлінеді.

ЛКОО; ЛКО; ЛК1; ЛК2; ЛК3; ЛК4.

Ферроқорытпалар деп құрамында белгілі бір элементтің мөлшері шектен тыс көп болып келетін шойындарды айтады.

ФС1-ферросилиций; Мn5; ДН4-ферромарганец; (Мn-75; 70-75).

ЗЧ1; ЗЧ 2; ЗЧ3 - айна шойын. (Si<2,0; Mn-20-25; 15-20; 10-15%).

Шлак. Домна пеші шлағының құрамы: 30-40% S₁O₂; 10-20% A₂O₃; 40-50% CaO.