Металл және құйма өндірісіне арналған материалдар

АЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ

ЖҰБАНОВ АТЫНДАҒЫ АҚТӨБЕ ӨҢІРЛІК МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

 

		КАФЕДРА	МЕТАЛЛУРГИЯ
		ФАКУЛЬТЕТ	ТЕХНИКАЛЫҚ

 

МUТ 3301 – Металлургия үрдісінің технологиясы	пәнінен
	(код және пән атауы)
5В070900 – «Металлургия»	мамандығының күндізгі оқу бөлімінің ІІI курс
(шифр және мамандық атауы)
студенттеріне арналған

 

ДӘРІСТІК КЕШЕН

 

Ақтөбе қ., 2015 ж.

Орындаушы

«Металлургия» каф. доценті				Келаманов Б.С.
қызметі, бөлімі		қолы		Т.А.Ә.

«

» ____________ 2015 ж.

Кафедра отырысында талқыланды

Хаттама №

«

»_____________ 2015 ж.

Жауапты орындаушы

«Металлургия» каф. меңг., доцент				Жумагалиев Е.У.
қызметі, бөлімше		қолы		Т.А.Ә.
«		» ____________ 2015 ж.

 

Дәріс 1

КІРІСПЕ

Дәріс мақсаты: Металдардың жіктелуін, металды балқытуға қажетті негізгі материалдар мен өнімдерді оқып - үйрену.

Дәріс жоспары:

1. Металдардың жіктелуі

2. Металдар мен қорытпаларды өндіруге арналған материалдар

3. Шойын өндірісі

Кілт сөздер: Темір, шойын, металл, қождамалар, отқатөзімді материалдар, өндірістік кен.

Адамзаттың барша әрекеті мен белсенді қозғалысы қоғамдық өмірде тікелей еңбек құралдарын дайындаумен және өндіріс құралдарын жетілдірумен байланысты. Бұрыннан және қазір де металл негізгі конструкциялық материал болып қала бермек. Айта кетерлік жай, металдық қасиетке жер қыртысындағы элементтердің көбісі ие: Д.И. Менделеевтің периодтық кестесіндегі 106 элементтің 92 - сі металл болып саналады. Олардың ішінде 75 металдан астамы өндірістік маңызға ие.

Металдардың арасында жер қыртысында ең кеңінен таралғаны болып қоры жағынан 4 - ші орынды иеленетін темір саналады. Темірдің ерекшелігі оның жер қыртысындағы қорының көп болғандығында, ауқымды аймақтарда концентрациялы түрде кездесуінде емес, сонымен қоса кең аралықта реттеуге келе алатын құрылымдық ерекшеліктерінде, ол құрам, температура, кристалдық торының құрылымы, термоөңдеу ұзақтығы, қысыммен өңдеу режимінің ұзақтығы сияқты бірқатар параметрлерге тәуелді. Қандай болмасын параметрлерге әсер ете отырып, металл бұйымдар мен әр түрлі мақсатта қолданылатын құрылымдар алуға болады. Бұл бағытта әлі де металл өнімдерінің көптеген ашылмаған қасиеттері мен оларды қолдану мүмкіндіктері бар.

Алайда, металдар туралы айтқанда олардың табиғатта химиялық қосылыстар немесе қоспалар түрінде кездесетінінде естен шығармаған жөн. Химиялық байланыстың тегі мен олардың массасының минералдық шикізаттағы қатынасына қарай қандай да бір металды олардың минералдық түзілістерінен бөліп алу әдістері анықталады. Сәйкесінше, негізгі химиялық байланыстардың негіздерінің түзілуіне металға химиялық қатыстығы бар заттардың массалық қатынастарының әсер ететіні белгілі. Оттегі жер қыртысында негізгі салмақтық үлеске, ал темір жоғарыда айтып өткендей 4 - ші орынға ие болғандықтан олардың арасындағы өзара әрекеттесу кезінде тотыққан қосылыстардың пайда болуы заңды құбылыс болып саналды. Бұл заңдылық темір, марганец, хром, ванадий, титан секілді металдардың тотыққан күйде кездесуіне және де өзге SiO₂, CaO, Al₂O₃, MgO және т.б. тотықтардың пайда болуына алып келді. Бұл тотықтардағы байланыстың беріктігі соншалықты оларды бөліп алу үшін көптеген мөлшерде энергия мен оларға әсер етуші күштерді біршама түрлері қолдануы керек болды.

Бүгінде, байланыстардың түзілуінің әр түрлі физико - химиялық үрдістері туралы толығырақ мағлұматтар жиналған кезде және олардан металдарды бөліп алудың заңдылықтары туралы жетерліктей деректер алынған жағдайда «Металлургиялық үрдістердің теориясы» деп аталатын арнайы ғылыми бағыт қалыптасты. Ғылым дәрежесінің осындай жетістікке жетуінінің нәтижесінде металқұрамды минералдық ресурстар оларды металлургиялық қайта өңдеудің жобаларын болжау мен айтарлықтай нақты бағалауға түсуде. Мұнымен қоса, металлургия туралы қол жеткізілген ғылыми деңгей бізге сан қилы үрдістерді ұйымдастыру мүмкіндіктері толыққанды енгізілген кешенде адамзатқа тылсым күштер арқылы келген ерекше құбылыстармен табиғатты бақылауға негіз бола алады. Бұл дегеніміз, табиғат металқұрамды күрделі химиялық байланыстар түзіп, ақырында қолданысқа қажетті металдар ала алатындай толыққанды мүмкіндікке ие материалдық ресурстардың бір жартысына ие деген сөз. Бұл бөлікке нақты түрде олардың «әміршісі» көміртегі, көмірсутекті қосылыстар + күн энергиясын жатқызуға болады. Бұл үш компонент біздің барлық табиғатта металдардың күрделі және берік химиялық байланыстарының түзілуіне қатысты қарсы пікірлеріміздің негізі болып саналады.

Металдардың өздерінің химиялық байланыстарынан металдық күйге қайта оралу үрдісі алғашында редукция деп аталған болатын, ал қазірде бұл орысша арнайы әдебиеттерде «тотықсыздану» деген атқа ие. Бұл терминді бірінші атаумен қалдыра отырып, металлургиялық үрдістер тұрғысынан табиғат ресурстарын металқұрамды шикізат көздері және редукциялы көздер деп екіге бөлуге болады.

Металқұрамды көздердің құрамында тотықтар, сульфидтер, карбонаттар мен сульфаттар түріндегі металл қосылыстарынан, ал редукциялық көздер - сутегі мен көміртегіден тұрады. Металлургиялық үрдісті ұйымдастыру үшін ең алдымен, бір жағынан металдардың негізгі химиялық қосылыстарына байланысты шикізат даярлау, ал екінші жағынан редукционерлер мен олардың химиялық қосылыстарын дайындау керек. Химиялық қосылыстар мен физика - химиялық қасиеттерге тәуелді металдарды темір және темір емес деп топтарға бөлуге болады. Металдардың темір тобына әдетте табиғатта тотықтар түрінде кездесетін темір, марганец, хром, ванадий жатады. Темір емес тобына келесі металдарды жатқызамыз: мыс, қорғасын, мырыш, никель, қалайы, кобальт, кадмий, сурьма, висмут, сынап, алюминий, титан, магний, алтын, күміс, платина, цирконий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, литий, рубидий, цезий, бериллий, бұлар көбінесе табиғатта сульфидтер түрінде кездесді. Тотыққан қышқылды дайындау жұмыстары сульфидті кендерді даярлаудан айрықша ерекшеленеді. Мұнымен қоса, бастапқы шикізаттағы металл қосылыстарының концентрациясы да айтарлықтай мәнге ие. Темір емес топтағы металдар өз кезегінде төмендегідей жіктеледі:

1) ауыр (мыс, қорғасын, мырыш, қалайы, кобальт, кадмий, никель, сурьма, висмут, сынап);

2) жеңіл (алюминий, магний, титан);

3) асыл (алтын, күміс, платина);

4) сирек және радиоактивті (цирконий, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, литий, рубидий, цезий, германий және т.б.).

Сәйкесінше керек металды бөліп алуға даярлау екі кезеңнен тұрады:

1) шикізатты байыту, керек металды алу;

2) бөлініп алынатын металға тән және металды бөліп алудың максималды және тиімділігіне ыңғайлы болатын түрге минералдарды келтіретін химиялық қосылыстар түзу.

Көрсетілген кезеңдердің жүзеге асуы ірі ұжымдық - өндірістік кәсіпорындармен іске асырылады.

Редукциялы көздер өз кезегінде энергия көзі және энергия тасымалдағыш ретінде де танымал. Олардың металлургиялық үрдіске даярлау екі кезеңнен тұрады:

1) газ тәрізді редукционерлерді дайындау - энергия тасымалдағыштар немесе өзгеше айтқанда ыстық редукциялы газдар (ЫРГ);

2) қатты редукционерлерді дайындау - кокс, көмір шаңы, брикеттер түріндегі энергия тасымалдағыштар.

Газ түріндегі және қатты редукцияларды қолдану металдарды алуды ұйымдастыру жағдайымен анықталады және редукциялы үрдістердің сәйкес бөлімшелерінде толығымен қарастырылады. Алайда, газ түріндегі редукциялар, берілген жағдайда жүйедегі реакцияның жүруі реакция өнімдері - СО₂ және Н₂О - үш атомды газдарының тұрақты шамасы болғанда қолданылады. Егер жүйеде, берілген үш атомды газдардың энергиялық диссосациясы бастапқы металл қоспаларының (тотықтар) энергия диссосациясына тең немесе төмен болса, газ түріндегі редукцияларды қолдану мүмкін болмайды. Бұл, адсорбциялы - автокаталиттік деп аталатын, кейде үрдістің әмбебап механизмі ретінде қолданылатын механизмнің, теориялық негізінің жеткіліксіздігін көрсетеді. Мысалы, марганец, хром және кремний тотықтарының беріктігі соншалықты газ молекулаларының ешбір адсорбциясы және олардың бөлшек бетімен әрекеттесуі реакция өнімі - үш атомды газдың түзілуін тудыра алмайды, себебі редукцияның осындай температурасында жоғары аталған металл тотықтарының диссоциация энергиясының мәні СО₂ немесе Н₂О диссоциация энергияларына қарағанда жоғары.

Бастапқы шикізаттағы металдардың химиялық байланыстарының беріктілігіне байланысты қосылуын жеңіл редукцияланатын, орташа редукцияланатын және қиын редукцияланатын деп бөлуге болады. Жалпы, барлық жеңіл редукцияланатын және орташа редукцияланатын металдардың бір бөлігі жеткілікті мөлшерде ЫРГ - бен үш атомды газдар - реакция өнімдерін түзе отырып әрекеттеседі. Қиын редукцияланатын металдарға келетін болсақ, редукцияның жақсы өтуі тек реакция өнімдерінде энергия диссосациясы металдың бастапқы қоспаларының энергия диссосациясынан біршама жоғары болатын - екі атомды газдарды қалыптасыратын қатты көміртекті қолдану кезінде ғана мүмкін болады. Бұдан, метал редукцияларының әмбебап механизмінің негізінде, авторлардың көп санды тәжірибелі негіздерімен жасалған, диссосациялы - адсорбциялы теориясы жатқандығы көрінеді.

Редукциялы реакциялар жүретін жүйе температурасы металлургиялық үрдістің маңызды көрсеткіші болып саналады. Температураға байланысты тек қана кинетикалық көрсеткіштердің өзгерісі ғана емес, жүйенің агрегаттық алмасуы және реакциялар жүйесінің жұмсарған және еріген күйінде біртіндеп өтуі жүреді.

Қайтымды шикіқұрам материалдардың еруі металл және қождың күйі мен құрамының түзілуіне әкеледі. Олардың меншікті массаларының біршама айырмашылықта болуы, сондай - ақ ерітінділердің сұйық ағызынды күйде болуы метал массасының қождан бөлінуіне әкеп соғады. Еріген метал және қож қабаттарының түзілуімен олардың арасындағы масса алмасу сипаттамасы біршама өзгереді: олардың бөлімшелеріндегі жазық бет бойымен диффузиялы режимге өтеді. Масса алмасу үрдістері қиын түрде болады және бірқатар факторларға тәуелді: температураға, ерітінділердің тұтқырлығына, металдағы қажетсіз қоспаларға қатысты қождың активтілігіне. Осы барлық әсерлерді зерттеуге ғылымның барлық бағыттары негізделген және олар «ерітінділер» деген арнайы бөлімде толық қарастырылады.

Заманауи металлургиялық өндіріс әр түрлі кен орындарында шоғырланатын және энергетикалық кешендердегі кокстелетін көмірлер сияқты әр түрлі кешенді өндіріс түрінде жүргізіледі Оларға:

- кендерді және көмірлерді қазып алуға арналған шахталар және кен орындары;

- кендерді балқытуға дайындау арқылы оларды байытатын, тау - байыту комбинаттары;

- кокстеуші химиялық зауыттар (1.1 - ші сурет) (көмірлерді кокстеуге дайындау және олардан пайдалы химиялық өнімдерді бөліп алу);

- сығылған ауаны, оттекті алуға және металлургиялық газдарды тазартуға арналған энергетикалық цехтар (домналы пештерді үрлеуге арналған);

- шойынды және ферроқорытпаны балқытуға арналған домналы цехтар немесе темір кенді металданған шекемтас өндірісіне арналған цехтар (1.2 - ші сурет);

- ферроқорытпалар өндірісіне арналған зауыттар;

- болат балқыту цехтары (1.2 - ші сурет) (конвертерлі, мартендік, электрлі балқыту);

- илеу цехтары (1.2 - ші сурет) (құйма сұрыптаушы илеуге).

Қара металлургияның негізгі өнімі:

- шойындар: болатты өңдеуге және фасонды құймалар өндірісінде қоспа ретінде қолданылатын, қайта өңдеуші;

- болатты балқытуға арналған темір кенді металданған шекемтастар;

- қоспаланған болаттарға арналған ферроқорытпалар (құрамында жоғары мөлшерде марганец, кремний, ванадий, титан және т.б. бар темір құймалары);

- илеу өндірісіне арналған болат құймалары;

- ірі қапталған біліктер, дискілер (ұсталық құймалар) дайындауға арналған болат құймалары.

Түсті металлургияның негізгі өнімдері:

- илеу өндірісіне арналған түсті металдар құймалары;

- машина құрылыс зауыттарындағы құймаларды дайындауға арналған құймалар;

- қиын араластырылатын құймалар өндірісіне арналған қоспаланатын элементтермен түсті металдардың құймасы - лигатуралар;

- сынап түзгіш және электрлі техникадағы таза және өте таза металдар құймасы.

Металл және құйма өндірісіне арналған материалдар

Шойын, болат және түсті металдар өндірісі үшін кен, қождамалар, отын және отқа төзімді материалдарды қолданылады. Өнеркәсіптік кен - металл және оның қоспаларын (темір үшін металдың кендегі үлесі 30 - 60% - дан төмен болуы керек, мыс үшін 3 - 5%, молибден үшін 0,005 - 0,02%) тиімді бөліп алуға болатын, тау жынысы.

Кен металл және оның қоспаларынан және бос жыныстан құралған минералдардан тұрады. Кенді бір немесе бірнеше металл аттарымен атайды, мысалы, олардың құрамына темір және мыс - никельді кендер кіреді.

Қазып алынатын элементтің құрамына байланысты бай және кедей кендер болып екіге бөлінеді. Кедей кендерді байытады - бос жыныстың бөлігін алып тастайды.

Қождамалар - балқыту пештеріне кеннің бос жыныстарынан жеңіл балқитын қоспаларды немесе дайын өнімді және отын күлділігін қалыптастыруға арналған материалдар.

Әдетте, қож металға қарағанда төмен тығыздыққа ие, сондықтан, ол метал астында орналасады және балқыту үрдісі кезінде алынып тасталынады. Қож пеш газдарынан және ауадан металды қорғайды. Егер қождың құрамы қышқыл тотықтардан (SiO₂, P₂O₅) тұрса, және оның құрамында негізгі тотықтар (CaO, MgO, FeO) көп болса, қышқыл деп аталады. Агломерат және шекемтас түрінде салынады.

Отын - металлургия пештеріндегі кокс, табиғи газ, қара май, домналы (колошникті) газ.

Коксты кокстелетін сұрыптағы тас көмірлерден (ауасыз) құрғақ айдаумен 1000^○С температурада алады (1.1 - ші сурет). Кокста 80 - 88% көміртек, 8 - 12% күлділік, 2 - 5% ылғалдылық болады. Кокстың түйіршіктері 25 - 60мм өлшемінде болуы керек. Бұлар - берік балқымайтын отындар, тек қыздыру үшін жанғыш ретінде ғана емес, кеннен темірді өңдеп алу үшін химиялық реагент ретінде қызмет етеді.

Отқа төзімді материалдарды металлургиялық пештердің ішкі қаптама бетін (футеровка) және еріген металдарға арналған шөміштерді дайындау үшін қолданады.

Олар жоғары температурада жүктеулерге төтеп бере алады, қождың және пештік газдардың химиялық әсеріне, температурасының өзгеруіне қарсы тұра алады.

Химиялық қасиеттеріне байланысты отқа төзімді материалдарды келесі топтарға бөледі: қышқыл (кварцті құм, династы кесек), негізгі (магнезитті кірпіш, магнезитті - хромитті кірпіш), нейтральды (шамотты кірпіш).

Негізгі отқа төзімді материалдармен қышқыл қождардың әрекеті және керісінше, пештің бұзылуына әкелуі мүмкін.

Көміртекті кірпіш және блоктар графит түріндегі көміртектің 92% - на және жоғары отқа төзімді қасиетке ие. Домна пешінің алюминий алуға арналған электролизді ванналарды, мыс құймаларын балқытуға және құюға арналған тигельдерді қалауға қолданылады.

Шойын өндірісі

Шойын - темір және көміртектің сәйкес элементтермен (көміртектің мөлшері 2,14% - дан жоғары) құймасы.

Шойынды домна пешінде балқыту үшін темір кендерін, отын және қождамаларды қолданады.

Темір кендеріне жатады:

- құрамында 55 - 60% темір бар магнитті темір (Fe₃O₄), кен орны - Соколовск, Курск магнитті аномалия (КМА);

- құрамында 55 - 60% темір бар қызыл темір (Fe₂O₃), кен орны - Кривой Рог, КМА;

 

 

Сурет 1.1 - Металлургиялық өндіріс үшін Сурет 1.2 - Шойын, болат және илемнің

көмірді дайындау бойынша кешен металлургиялық өндірісі

 

 

- құрамында 37 - 55% темірі бар қоңыр темір (темір тотықтарының гидраттары 2Fe₂O₃ · 3H₂O и Fe₂O₃ · H₂O) - Керчь.

Марганецті кендер темірдің марганецпен құймасын - ферромарганецті (10 - 82% Mn) балқытуға, сондай - ақ құрамында 1% - ға дейін марганец бар қайта өңдеуші шойынды балқыту үшін қолданады. Марганец кендерде тотық және карбонаттар түрінде болады: MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, MnCO₃ және т.б.

Хром кендері феррохром, металдық хром және отқа төзімді материалдар - хроммагнезиттер өндірісі үшін қолданылады.

Домна өндірісіне отын ретінде кокс қолданылады, оны газбен, қара маймен аздап алмастыруға болады.

Қождама ретінде әктас CaCO₃ немесе CaCO₃ мен MgCO₃ тұратын доломиттелген әктас алынады, себебі қожға негіздік тотықтар енуі керек, олар металдан күкіртті жою үшін керек.

Домналық балқытуға кендерді дайындау домна пешінің өнімділігін жоғарылату, кокс шығынын азайту және шойын сапасын жоғарылату мақсатында жүргізіледі. Дайындау әдісі кеннің сапасына байланысты болады.

Кендерді ірілігі бойынша сұрыптау және ұсақтау оңтайлы іріліктегі кендерді алу үшін жүргізіледі және ұсақтағыштар мен сұрыптағыштардың көмегімен жүргізіледі.

Кендерді байыту минералдардың әртүрлі физикалық қаситеттеріне негізделген:

а) жуу - бос борпылдақ жыныстан тығыз құрамдыларды бөліп алу;

б) гравитация (шөктіру) - кенді бос жыныстардан су қабатын дірілді тесіктен өткізу арқылы бөлу: бос жыныс беткі қабатқа түседі де сумен бірге шығарылады, ал кен минералдары тұнады;

в) магнитті сепарация - ұнтақталған кенді магнитпен әрекеттестіреді, темір құрамды минералдарды өзіне тартып, оларды бос жыныстардан алыстатады.

Кесектеуді қажетті өлшемдегі кесекті материалдар алу үшін дайын өнімді қайта өңдеуде қолданады. Кесектеудің екі әдісі қолданылады: агломерация және жентектеу.

Агломерация кезінде темір кенінен (40 - 50%), әктен (15 - 20%), ұсақ агломерат қайтымынан (20 - 30%), кокс ұнтағынан (4 - 6%), ылғалдылықтан (6 - 9%) тұратын шикіқұрамды 1300 - 1500^○С температурада агломерациялы машиналарда қыздырады. Қыздыру кезінде кеннен зиянды қоспалар (күкірт, мышьяк) алынып тасталынады, карбонаттар ыдыратылып кесектелген кеуекті қождамаланған агломерат түзіледі.

Шекемтастау кезінде шикіқұрамға ұнтақталған концентраттан, қождамадан, отыннан тұратын шикіқұрамды ылғалдандырады және айналмалы барабандарда өңдеу кезінде шар тәрізді формаға енеді - олар 30мм - ге дейінгі диаметрге ие шекемтастардан тұрады. Оларды кептіреді және 1200 - 1350^○С температурада күйдіреді.

Агломерат пен шекемтастарды қолдану әктас - қождаманы жекелей қосуды қажет етпейді.

Бақылау сұрақтары:

1. Темір және темір емес кендерді қалай жіктеуге болады?

2. Әр түрлі өндіріс кешенін құрайтын заманауи металлургиялық өндіріс неден тұрады?

3. Шойынды, болатты және түсті металдарды өндіру үшін әр түрлі материалдар қосылады, қандай?

4. Кендерді байыту неге негізделген?

5. Қазақстанда шойын өндіріле ме? Егер өндірілсе, республиканың қай облысында?

Глоссарий:

1. Металл -металдық қасиеттерге ие, мысалы, жоғары отын, электр өткізгіштікке, қарсыласудың пайдалы температуралы коэффициентіне, жоғары пластикалыққа және металдық жарқырағыштыққа ие элементтер тобы.

2. Шойын - темір және көміртектің сәйкес элементтерімен (көміртектің мөлшері 2,14% - дан жоғары) құймасы.

3. Пайдалы қазбаларды кесектеу -пайдалы қазбалардың ұсақ кластарының кесектерге оларды тиімді қолданудың берілген қасиеттерімен айналуы.Пайдалы қазбалардың түріне және олардың әрі қарайғы кесектелуіне байланысты үрдіс агломерациямен, кесектеумен және брикеттеумен жүргізіледі.

4. Өнеркәсіптік кен -металл және оның қоспаларын (темір үшін металдың кендегі үлесі 30 - 60% - дан төмен болмауы керек, мыс үшін 3 - 5%, молибден үшін 0,005 - 0,02%) тиімді бөліп алуға болатын, тау жынысы.

Блиц - тест:

Нұсқа

1. Темір тобындағы металдарға жатады:

a) Алтын, күміс, платина

b) Вольфрам, литий, рубидий, цезий

c) Қалайы, кобальт, кадмий, никель

d) Темір, марганец, хром, ванадий

e) Цирконий, ниобий, тантал, молибден

 

2. Металлургиялық үрдіске реакциялы қоректерді дайындаудың қанша сатысы бар?

a) 2

b) 3

c) 4

d) 5

e) 1

 

3. Домналық балқытуда қождама ретінде не саналады?

a) Қоңыр темір

b) Кокс

c) Магнезитті кірпіш

d) Қызыл темір

e) Әктас

 

4. Магнитті темірдің құрамында қанша пайыз темір бар?

a) 45 - 50%

b) 55 - 60%

c) 37 - 55%

d) 80 - 88%

e) 55 - 80%

 

5. Кендерді сұрыптау және ұсақтау не үшін қажет?

a) Ірілігі бойынша сульфидтерді алу үшін

b) Ірілігі бойынша тотықтарды алу үшін

c) Ірілігі бойынша тиімді массадағы кесектерді алу үшін

d) Ірілігі бойынша тиімді мөлшердегі кесектерді алу үшін

e) Ірілігі бойынша карбонат кесектерін алу үшін

 

6. Қышқыл қождар:

a) SiO₂, P₂O₅
b) CaO, MgO, FeO
c) SiO₂, FeO
d) CaO, P₂O₅

e) Fe₂O₃, MgCO₃

 

7. Кокстағы көміртек мөлшері:

a) 80 - 88%

b) 55 - 60%
c) 10 - 82%
d) 37 - 55%

e) 55 - 80%

 

8. Қазып алынатын элементтің құрамына байланысты кендерді қалай бөледі?

a) Қызыл және қоңыр
b) Қышқыл және негізгі
c) Бай және кедей

d) Магнитті және бай

e) Кедей және қышқыл

 

9. Жер шарында темір массасы бойынша нешінші орынға ие?

a) 2
b) 4
c) 1
d) 3

e) 5

 

10. Редукциялы қоректер:

a) Сутек және оттек

b) Көміртек және көміртек тотығы
c) Көміртек және сутек

d) Көміртек тотығы және сутек

e) Көміртек және оттек

 

Нұсқа

1. Темір емес топтарға келесі металдарды жатқызамыз:

a) Табиғатта көп жағдайда сульфид түрінде кездесетін металдар

b) Табиғатта көп жағдайда тотық түрінде кездесетін металдар

c) Табиғатта көп жағдайда сульфат түрінде кездесетін металдар

d) Табиғатта көп жағдайда карбонат түрінде кездесетін металдар

e) Табиғатта көп жағдайда андигрид түрінде кездесетін металдар

 

2. Кесектеудің неше әдісі бар?

a) 4

b) 3

c) 2

d) 5

e) 1

 

3. Домна балқымасында отын ретінде не қолданылады?

a) Әктас

b) Кокс

c) Қождамалар

d) Отқа төзімді материалдар

e) Металл

 

4. Қоңыр темірлердің құрамында қанша пайыз темір бар?

a) 80 - 88%

b) 45 - 50%

c) 55 - 60%

d) 37 - 55%

e) 55 - 80%

 

5. Кесектеуді не үшін жүргізеді?

a) Дайын өнімдерді қажетті өлшемдегі қорғаушы материалдарға өңдеу үшін

b) Отқа төзімді материалдарды қышқыл қождармен өңдеу үшін

c) Дайын өнімдерді қажетті өлшемдегі отқа төзімді материалдарға өңдеу үшін

d) Дайын өнімдерді қажетті физико - химиялық қасиеттерге сәйкес өңдеу үшін

e) Дайын өнімдерді қажетті өлшемдегі кесекті материалдарға өңдеу үшін

 

6. Негізгі қождар:

a) Fe₂O_3, MgCO₃
b) CaO, P₂O₅

c) SiO₂, FeO
d) SiO₂, P₂O₅

e) CaO, MgO, FeO

 

7. Шойындағы көміртектің құрамы:

a) 2,14% - дан астам
b) 80 - 88% - дан төмен
c) 2,14% - дан төмен

d) 80 - 88% - дан астам

e) 2,14% - ға тең

 

8. Отқа төзімді материалдарды қандай топтарға бөледі?

a) Бай және кедей

b) Негізгі, қышқыл, бай
c) Қышқыл, негізгі және нейтральды
d) Қышқыл, кедей, нейтральды

e) Негізгі, қышқыл, бай, кедей және нейтральды

 

9. Металдардың ішінде ең кең таралғаны:

a) Темір
b) Мыс
c) Никель
d) Алтын

e) Күміс

 

10. Құрамында металл бар қоректер өзінің құрамында қандай түрдегі металл қоспаларына ие:

a) Көміртек және сутектен

b) Оттектен, сульфидтен, карбонаттан және сульфаттан

c) Штейннен және қождан
d) Сутектен, карбонаттан және қождан

e) Штейннен және қождан

 

Дәріс 2

 

МЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕРДІҢ ТЕОРИЯЛЫҚ НЕГІЗДЕРІ

 

Дәріс мақсаты: Жанудың физика - химиялық негізімен танысу, тұтану әдісін меңгеру.

 

Дәріс жоспары:

 

1. Жану үрдістеріне жалпы сипаттама

2. Газ қоспаларында жанудың жалпы кинетикасы мен механизмі

 

Кілт сөздер: Жану, белсендіру энергиясы, жану өнімдері, отынның жылу тудыру қабілеті, оттегі коэффициенті, Гесс заңы.

 

Жану үрдістеріне жалпы сипаттама

Жану - бұл жылудың интенсивті бөлінуімен және түзілетін жану өнімдерінің температураларының тез жоғарлауымен бірге жүргізілетін, отын құрамдылардың қышқылсыздандырғышпен химиялық қосылу үрдісі. Ережеге сай, көптеген металлургиялық агрегаттарда жалынды жану қолданылады. Жалын - жану үрдісі жүретін қозғалмалы газдардың жарқырау көлемімен сипатталады. Нақты құрылымды және кескінді жалынды, әдетте, факел деп атайды.

Жалын және факел гомогенді және гетерогенді болады. Гомогенді жалын бір ғана газды фазадан тұрады және газ түріндегі қышқылсыздандырғышта газ түріндегі отындарды жағу кезінде түзіледі. Алайда бұл жағдайда күрделі көп сатылы жану үрдісіне жалыны бар камера қабырғалары, немесе жану жүретін металлургиялық агрегаттың жұмысшы кеңістіктеріндегі өзге де қатты беттері қатысады.

Гетерогенді (екі немесе көп фазалы) жалын шаң тәрізді қатты немесе шашыраңқы сұйық отынды жаққан кезде түзіледі. Бұл жағдайда, сондай - ақ, факел түзілуі мүмкін, бірақ өте қиын құрылымды болады. Қатты кесекті отынның жануы кезінде, әдетте, жалғыз факел түзілмейді, ол жалын жанып жатқан кесектердің маңында түзіледі және макроқұрылым осындай әрбір кесектің маңында байқалуы мүмкін. Қабатта жану, әдетте, отынның мөлшері артық болғанда жүруі мүмкін, сондықтан да қабаттың бөлімшелеріндегі қышқылсыздандырғышты жіберу орнынан алыс және жоғары жерлерде химиялық әрекеттесу үрдісі тек бос қана емес байланысқан оттекпенде аяқталады. Реакциялар бірінен соң бірі жүріп отырады:

 

1) С + О₂ = СО₂ (толық жану);

2) 2С + О₂ = 2СО (толық емес жану);

3) 2СО + О₂ = 2СО₂ (СО жанғанға дейін);

4) СО₂ + С = 2СО (СО₂ көміртегінің газификациясы).

 

Металлургиялық агрегаттарда жану кезіндегі қабат немесе факелдің кескіні агрегаттың пішіні және кескінімен, қышқылсыздандырғыш үрлеуді беру әдісі және бағытымен байланысты. Жалынды шашыраңқы пештерде (мартенді, екі ванналы болат балқытқыш, қыздырғыш илемді) факел, оның ұзындығы ең негізгі өлшем ретінде анықталуы мүмкін, көлденең қимада түзіледі.

Конвертерлерде ұшқын жалынды жоғары және әсіресе донды немесе кешенді үрлеу, тік және көп жағдайда тиемелі, яғни әрекеттесу бос газ фазасында емес, қож - металдық эмульсия (жоғары үрлеу) немесе сұйық металл (отын қосылыстарын қолдана отырып, донды немесе кешенді үрлеу) маңында жүреді.

Домна пештерінде мойындықта отын (кокс) қабығы үрлеуді беру бағыты бойынша көлденең бойлыққа ие, ал пеш осіне факел біртіндеп жоғары бағытталады. Газ генераторларында газ түріндегі отынды (генераторлы газды) алу үшін отын қабаты (тас көмірдің) үрлеуді беру бағыты бойынша тік бойлықтың төмен жоғарысына бағытталады.

Көп жағдайларда, металлургиялық агрегаттарға үрлеуді беру жылдамдығы жоғары мөлшерге дейін жетеді, мысалы, домна пешіне 150 - 200м / с, ал конвертерлерде жоғары үрлеу 700 - 800м / с - ке дейін. Соңғысында, ол дыбыстың жылдамдығын біршама жоғарылатады.

Металлургиялық агрегаттарда отынның жануы үшін газ түріндегі реагенттердің конвективті масса тасымалдау, соның ішінде атмосферадан жоғары болатын қысым кезінде қысымды ағын түрінде болады. Алайда, газ түріндегі реагенттерді микро көлемдерде және соның ішінде газ түріндегі қышқылсыздандырғыштарды отынның қатты немесе сұйық бөліктеріне жеткізу кезінде жіңішке шектеулі қабаттардың бетінде, молекулалық диффузияға осы қабаттың сыртқы шегінде және беттің өзінде заттардың әр түрлі концентрациясының әсерінен, тасымалдау жүреді.

Бұл жағдайда, неғұрлым қарапайым түрде, қышқылсыздандырғышты отын түйіршігінің dn / dr моль / (м² · с) бетіне жеткізу жылдамдығының теңдеуі қолданылуы мүмкін:

 

dn / dτ = D / δ (С_о - С_n),

 

мұндағы, D - шектік қабаттағы газ түріндегі жану өнімдер арқылы қышқылсыздандырғыш диффузиясының коэффициенті, м² / с; δ - тиімді диффузиялы қабаттың ені,м; С_о- қабаттың ішкі бөлігінің, макро көлеміндегі қышқылсыздандырғыш концентрациясы, моль / м²; С- отын түйіршігінің бетіндегі қышқылсыздандырғыштың концентрациясы, моль / м³.

 

Отынды жағудың химиялық сатылары, көп жағдайда, көп сатылы болып саналады. Физикалық және химиялық сатылардың бірінен соң бірінің жүруі барлық үрдістің жиынтық жылдамдығы өте жай жүретін сатының жылдамдығымен анықталады. Егер, осындай саты ретінде, жеке химиялық реакция саналса, онда барлық үрдіс жылдамдығының температураға айтарлықтай тәуелдігі қарастырылады. Бұл тәуелділік, өте жай жүретін сатының жоғары активация энергиясын анықтайды.

Акивация энергиясы деп химиялық реакция жүру үшін қажет, реагенттердің түйіршіктерінде есеппен 1моль болуы қажет ең төмен энергияны атайды. Т (К) температура кезінде активация энергиясына Е тең немесе жоғары болатын, түйіршіктердің бөлігі құрайды:

 

x / x_o = e ^{- E / RT},

мұндағы, х- нәтижесінде реакция жүретін, түйіршіктердің соқтығысу саны; х_о - соқтығысудың жалпы саны; R - газды универсальды тұрақты, кДж / (моль · К).

 

Концентрациялары С₁иС₂ (егер, бұл молекулалар болса, мұндай реакцияны бимолекулярлы деп атайды) түйіршіктердің екі түрінің арасындағы реакция үшін жылдамдықты келесі формуламен анықтауға болады:

ω = K_оC₁C₂ e ^{- E / RT}.

 

Мұндай реакция ретінде, мысалы, жалындаудың жоғары емес қысымында және температурасында сутектің жануы кезінде, арнайы раекция жүруі мүмкін:

 

H + O₂ = OH + O.

 

Егер, бұл реакция, үрдістің басқа сатыларына қарағанда, өте жай жүретін болса, онда бұл барлық үрдістің жылдамдығын анықтайды:

ω₁ = KC_н · C_O2.

 

Келтірілген реакция, тармақталған тізбектер сұлбасы бойынша газ түріндегі отынның жану және жалындау үрдісінің сатысы болып саналады.

Бұл сұлба, қиын және тізбек реакцияларының теорияларында активті деп аталатын, Н, О және ОН түйіршіктері қатысатын, арнайы реакциялар қатарына ие. Жалындаудың тармақталған тізбегінің аумағына қарағанда, өте жоғары қысым кезінде, аралық өнімдердің НО₂, Н₂О₂ және де басқалардың қатысуымен, өте қарапайым сұлбадағы тармақталмаған тізбектер түзіледі. Нақты келтірілген арнайы реакция және аралық түйіршіктер, құрамында сутек бар, отындардың жануы кезінде орынға ие. Басқа құрамында отын бар, мысалы СН₄, сәйкесінше және басқа аралық заттар береді.

Әр түрлі қоспалардағы құрамында отын бар жалындардың мөлшеріне байланысты шектері орнатылған. Ауа қоспаларын құрайтындардың көлемдік мөлшері келесідей:

 

Зат………............. СН₄ С₂Н₈ С₆H₆ Н₂ СО

(метан) (пропан) (бензол)

Көлемдік мөлшері, % 5 - 15; 2,27 - 9,5; 1,41 - 6,75; 4,0 - 74,20; 12,5 - 74,2