Материалы для производства металлов и сплавов

Методические указания

К лабораторной работе № 1

 

Материалы для производства металлов и сплавов.

Устройство доменной печи

 

 

по дисциплине

 

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

 

 

Направление подготовки:

Специальность:

Форма обучения очная

 

Тула 2017 г.

 

Методические указания к лабораторным работам составлены ассистентом  Е.А. Страховой и обсуждены на заседании кафедры СЛиТКМполитехнического института.

Протокол № 1  от «29» августа 2016 г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов

 

Методические указания к лабораторным работам пересмотрены и утвержденына заседании кафедры СЛиТКМполитехнического института,

протокол №___ от «» ____________________________ 20___ г.

Зав. кафедрой ______________________А.А. Протопопов

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучить химический состав, способы подготовки и назначение материалов, используемых для производства металлов и сплавов, устройство доменной печи.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Материалы для производства металлов и сплавов

Для производства металлов и сплавовнеобходимы руды, флюсы, топливо и огнеупорные материалы.

Шихта – это исходные материалы: руда, флюсы, топливо.

Железные руды. К ним относится магнитный железняк Fe₃O₄ (55...60 % Fe), красный железняк Fe₂O₃ (55...60 % Fe), бурый железняк 2Fe₂O₃ * 3H₂O и Fe₂O₃ * H₂O (37...55 % Fe), шпатовые железняки FeCO₃ (30...40 % Fe).

Марганцевые руды применяют для выплавки ферромарганца (10...82 % Mn), а также передельных чугунов, содержащих до 1 % Mn. Марганец в рудах содержится в виде оксидов и карбонатов: MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, MnCO₃ и др.

Флюсы ‑ это материалы, загружаемые в плавильные печи для образования легкоплавкого соединения (шлака) с пустой породой руды и золой топлива. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха;в него переходят вредные примеси, неметаллические включения.

В качестве флюсов используются: известняк (CaCO₃), доломитизированный известняк, содержащий CaCO₃ и MgCO₃, известь (85...90 % CaO), боксит (20...60 % Al₂O₃, 3...20 % SiO₂, 15...45 % Fe₂O₃), плавиковый шпат (90...95 % CaF₂), кварцевый песок (~ 95 % SiO₂).

Топливо служит не только горючим для расплавления шихты, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды. Топливом в металлургических печах являются кокс, природный газ, мазут, доменный (колошниковый) газ, пылевидный каменный уголь.

Кокс получают на коксохимических заводах сухой перегонкой (при 1000ºС, без доступа воздуха)особых сортов каменного угля, содержащих битумы.Кокс содержит 80 - 88 % углерода, 8 - 12 % золы, 2 - 5 % влаги, 0,5 -2 % серы, 0,02 - 0,2 % фосфора. Куски кокса должны иметь размеры 25 - 60 мм. Теплотворнаяспособность 27300 - 29400 кДж/кг.

Природный газ содержит 90 - 98 % углеводородов (CH₄, C₂H₆, C₃H₈) и 1% азота. Теплотворность природного газа 33600 - 39600 кДж/м³.

Мазут ‑остаток от перегонки нефти; содержит 84 - 88 % углерода, 10-12% водорода; калорийность ‑ 41800 кДж/кг.

Доменный газ получается при выплавке чугуна в доменных печах. Примерный состав газа: 12 % CO₂, 28 % CO, 0,5 % CH₄, 2,5 % H₂, остальное - азот. Калорийность - 3600 - 4200 кДж/м³.

Каменный уголь сжигают в пылевидном (крупность 0,05 мм) состоянии, его теплотворная способность 26000 кДж/кг.

Огнеупорные материалы. Внутреннюю облицовку (футеровку) металлургических печей и ковшей для разливки металла выполняют из огнеупорных материалов, способных выдерживать нагрузки при высоких температурах, противостоять изменениям температур, химическому воздействию шлака и печных газов, обладать постоянством объема.

Огнеупоры применяются в виде порошка, кирпичей и фасонных изделий;по химическим свойствам разделяют на кислые, основные и нейтральные.

Материалы, содержащие в большом количестве кремнезем (SiO₂), называют кислыми (динасовые, кварцеглинистые). Например, кварцевый песок, динасовый кирпич; их огнеупорность 1690 - 1700 ºС.

Материалы, содержащие основные оксиды (CaO, MgO) называют основными (обожженный доломит, магнезит, магнезитохромит); их огнеупорность более 2000 ºС.

Огнеупоры, основу которых составляет глинозем(Al₂O₃), оксид хрома(III) Cr₂O₃, углерод – нейтральными (высокоглиноземистые, хромомагнезитовые, шамотные; углеродистые кирпичи и блоки с содержанием углерода до 92 % в виде графита), они обладают высокой огнеупорностью.