Анализ и экономическая оценка технологий в цветной металлургии - Металлургия - Скачать бесплатно
Министерство образования и науки Украины
Восточноукраинский национальный университет
им.Даля
РЕФЕРАТ
на тему: “Анализ и экономическая оценка технологий в цветной металлургии”
Выполнил: студент группы УП-211 Зарубин Е.А.
Проверил: Хаустова А.В.
Луганск 2002г.
План
1. Роль и значение металла в экономике страны
2. Устройство и принцип работы доменной печи
3.Шихтовые материалы и их подготовка к доменной плавке
4. Виды выплавляемого чугуна и их назначение
5. Суть доменного процесса
6.Сырьё для получения стали
7. Устройство и работа двухванных сталеплавильных аппаратов
8. Устройство и работа конверторов
9. Установка и работа электрических печей для выплавки стали
10. Технология выплавки стали в Мартеновской сети
11. Технология выплавки стали в конверторе
12. Технологии выплавки стали в Электрической печи
13. Суть агломерации (назначение агломерации, сырьё, процесс
агломерации, оборудование).
1. Роль и значение металла в экономике страны
Как известно, металлы делятся на две группы: черные и цветные. К черным
относятся железо и его сплавы (чугун, сталь); остальные металлы — цветные
(в том числе и редкие).
Металлы получают двумя способами: пирометаллургическим (огневым) и
гидрометаллургическим (мокрым). При металлургическом способе металлы не
выплавляют, а выщелачивают в растворы, откуда затем выделяют электролизом
или другими способами.
Особое место среди металлов занимают железо и его сплавы, составляющие
по весу 85—90% всего применяемого металла в СНГ Отраслью, занятой
производством и первичной обработкой железа и его сплавов, является черная
металлургия — основа развития современной промышленности и технического
вооружения всего народного хозяйства.
Изделия из цветных металлов и их сплавов употребляют в основном при
отделке монументальных административных и культурно-бытовых зданий, а также
при возведении сооружений, относящихся к первому классу. Для этих целей
используют медь, латунь, бронзу, алюминий и сплавы из алюминия и других
цветных металлов для художественного литья.
Наиболее широкое применение в современном строительстве находит
алюминий. Из него изготовляют оконные и дверные коробки, оконные переплеты
и обрамления стеклянных дверных полотен; из прочных алюминиевых сплавов
(дюралюминий и др.) делают легкие стеновые и перегородочные панели, плиты
перекрытий, стропильные и мостовые фермы и т. п.
2. Устройство и принцип работы доменной печи
В современной доменной печи имеются два коксовых бункера, расположенных
над скиповой ямой, и около трех десятков бункеров для руды, агломерата,
флюсов и других материалов.
Под бункерами для кокса расположены дисковые грохота и весы. Доменная
печь имеет скиповые подъемники для подачи материалов. Выгрузку материалов
производят путем опрокидывания скиповой вагонетки в загрузочное
устройство печи.
Загрузочное устройство состоит из двух воронок, закрытых двумя
конусами. Из вагонетки шихту ссыпают в верхнюю малую воронку на конус.
Затем конус опускается и шихта падает в нижнюю воронку, на нижний конус.
При этом верхний конус поднимается, а нижний опускается и шихта поступает
на колошник.
Работа засыпного аппарата и скипового подъемника сблокирована и
управляется автоматически с панельного щита.
Для сокращения расхода кокса в доменную печь центробежными
воздуходувками подается горячий воздух при температуре 900—1100° С. В
качестве привода для воздуходувок применяют паровые турбины, работающие при
давлении до 30 am.
Современные воздухонагреватели (рис 1) способны нагревать воздух в
количестве 2000—2500 м3/мин до температуры 900 — 1100° С. Увеличение
количества воздуха и повышение его температуры достигаются за счет
увеличения поверхности нагрева насадок до 16000— 18000 m2 и сжигания газов
до 3600 ма/час и более. Высота воздухонагревателя составляет 46 м при
3.Шихтовые материалы и их подготовка к доменной плавке
Исходные материалы, подаваемые в доменную печь, — топливо, руда,
агломерат, флюсы, а также воздух претерпевают физические и химические
изменения. Соответственно с температурными зонами в печи происходят
следующие физико-химические процессы: горение топлива, удаление влаги,
разложение карбонатов, восстановление железа и других элементов,
науглероживание железа, плавление металла, образование и плавление шлака и
другие.
Загруженное в доменную печь топливо опускается до уровня фурм и сгорает
в струе поступающего под давлением 1,5—2,0 am воздуха, шгретого до 800—
1000° С и выше по реакции.
4. Виды выплавляемого чугуна и их назначение
Углерод в чугуне может находиться в виде механической примеси г
(графита) и в виде химического соединения с железом, называемого карбидом
или цементитом железа.
В зависимости от этого практически различают два вида чугуна: чугун,
содержащий свободный графит и имеющий в изломе серый или темно-серый цвет и
крупнозернистое строение. Такой чугун называют серым или литейным чугуном
его применяют для производства отливок.
Чугун, содержащий в основном количестве углерод в виде химического
соединения с железом FeC и имеющий белый блестящий излом, называют белым
предельным чугуном. Этот чугун преимущественно перерабатывается в сталь.
Получение того или иного вида чугуна зависит от количества углерода,
кремния, марганца, фосфора и серы в шихте (табл. 2), которые частично
переходят в чугун, а также от процесса плавки в доменной печи.
5. Суть доменного процесса
Важнейшими показателями работы доменной печи являются: 1)
коэффициент использования полезного объема доменной печи; 2) расход
топлива на т выплавленного чугуна. Коэффициент использования
полезного объема доменной печи k представляет собой отношение полезного
объема печи к суточной ее производительности:
Доменная печь работает тем лучше, чем меньше числовое значение
k обычно коэффициент k находится в пределах от 0,45 до 1,35 и на его
величину влияют следующие факторы:
а) содержание железа в руде,
б) подготовка шихтовых материалов к плавке;
в) сорт выплавленного чугуна.
При плавке передельного чугуна k ~ 0,7—0,9,а на некоторых заводах k <
0,7; например, на Череповецком металлургическом заводе k = 0,45 м/т.
Расход топлива зависит от сорта выплавляемого чугуна. Для выплавки 1 m
передельного чугуна расход кокса составляет от 600 до 800 кг,
бессемеровского чугуна от 800 до 1000 кг, литейного чугуна от 800 до 1200
кг, специальных чугунов и ферросплавов от 1750 до 2500 кг. Расход шихты и
степень ее использования являются весьма важными показателями,
характеризующими экономичность работы доменной печи. Этот показатель
определяется материальным балансом доменной плавки. Примерный материальный
баланс на 1 m выплавляемого чугуна приведен в табл. 3.
[pic]
6.Сырьё для получения стали.
Сталью называют сплавы железа с углеродом и другими
элементами. Такие сплавы обладают пластическими свойствами как в
нагретом, так и в холодном состоянии, и могут подвергаться прокатке,
волочению, ковке, штамповке.
[pic]
Сталь содержит до 2% углерода и некоторое количество марганца,
кремния, а также вредные примеси (фосфор и серу). Кроме этих примесей, в
стали могут содержаться и
[pic]
легирующие элементы: хром, никель, ванадий, титан и др.
В настоящее время сталь производят преимущественно путем передела
чугуна, при котором из чугуна удаляется избыток углерода, кремния,
марганца, а также вредных примесей для придания ей необходимых свойств.
Углерод и другие примеси при высокой температуре соединяются с кислородом
гораздо энергичнее, чем железо, и их можно удалить при незначительных
потерях железа.
Углерод чугуна, соединяясь с кислородом, превращается в газ (окись
углерода СО) и улетучивается.
Другие примеси превращаются в окислы SiO2, MnO и Р2О5, которые
вследствие меньшего по сравнению с металлом удельного веса всплывают и
образуют шлак.
В настоящее время в промышленности в основном применяют конверторный и
мартеновский методы получения стали; кроме того, сталь получают в
электрических дуговых и индукционных печах..
7. Устройство и работа двухванных сталеплавильных аппаратов.
Мартеновская печь имеет следующие основные части: рабочее или
плавильное пространство, головки с вертикальными каналами, шлаковики,
регенеративные камеры с насадками, газодымовые боровы, воздушнодымовые
боровы, переводные устройства, общий дымоходовой боров, фундамент и
железобетонные устои под рабочее пространство. Каждая печь имеет дымовую
трубу.
Нижнюю часть рабочего пространства называют подом. Печь имеет переднюю
стену, в которой расположены завалочные окна, и заднюю стену, в которой
находятся выпускные отверстия для стали. К торцевым стенам печи примыкают
головки, служащие для ввода в рабочее пространство топлива и воздуха и для
отвода продуктов горения. Готовки посредством вертикальных каналов
соединяются соответственно с газовыми и воздушными шлаковиками, которые
соединяются с регенераторными камерами, имеющими кирпичную кладку.
Внизу регенераторных камер находятся поднасадочные каналы, соединенные
газодымовыми и воздуходымовыми боровами, по которым отводятся продукты
горения, а газ и воздух поступают в поднасадочные каналы регенераторов. На
газодымовых и воздуходымовых боровах установлены переводные устройства
(клапаны), служащие для изменения направления газа, воздуха и продуктов
горения.
Над рабочим пространством печи имеется свод. В современных мартеновских
печах своды делают подвесного типа. Мартеновская шихта через садочные окна
загружается в рабочее пространство печи, а жидкий чугун заливается из
ковшей. Необходимое для процесса тепло поступает от факела, образующегося
от сжигаемого в рабочем пространстве печи жидкого или газообразного
топлива.
В печах, работающих на газовом топливе, газы движутся следующим
образом. Газ и воздух поступают с правой стороны, а продукты горения из
рабочего пространства уходят с левой стороны. Тогда через правый газовый
клапан поступает газ, который проходит в под насадочное пространство
газового регенератора, а через правый воздушный клапан в под насадочное
пространство правого регенератора поступает воздух. Газ и воздух,
поднимаясь вверх, обмывают насадку, нагреваются до температуры 1000—1200°
С, а затем попадают в под насадочную часть регенератора. Отсюда они
проходят через шлаковики поднимаются по вертикальным каналам к пролетам
головок, через которые затем поступают в рабочее пространство печи. При
выходе из головок нагретые до высокой температуры газ и воздух смешиваются
и в рабочем пространстве образуют факел, температура пламени которого
составляет 1800—1900° С.
Продукты горения вместе с уносимой из рабочего пространства печи
пылью образуют дымовые газы, которые уходят через головки. Меньшая часть
газа направляется по газовому пути, а большая — по воздушному пути. По
вертикальным каналам дымовые газы попадают в шлаковики, где частично
осаждается уносимая газами пыль. Газы, пройдя шлаковики с температурой
1450—1500° С, поступают в регенераторы. Проходя через регенеративную
насадку, они отдают ей тепло и при температуре 500—600° С уходят из одна
садочного пространства в боров дымовой трубы. После того как температура
насадки с правой стороны понизится, а температура насадки с левой стороны
повысится, происходит перекидка клапанов для изменения направления потока
газа и воздуха. После этого опять нагревается насадка правых регенераторов
и т. д.
мартеновских печей способствует снижению удельного расхода топлива, а
также повышению производительности и стойкости печей. Полная автоматизация
мартеновских печей предусматривает автоматическое регулирование горения
топлива в рабочем пространстве, перекидки клапанов, регулирование дешёвых
нагрузок, подачи воздуха и воды.
По виду исходных материалов различают несколько способов плавки:
1. Плавка на твердом чугуне и металлическом ломе, называемая
“скраппроцессом”.
2. Плавка на жидком чугуне, при которой для окисления примесей вводят
руду; такой способ называют рудным процессом.
3. Плавка на жидком чугуне, скрапе и руде, называемая скрап-рудным
процессом.
Рудный и скрапрудный процессы ведут только в основных печах, V так как
в кислых печах под и стены разрушаются закисью железа, содержащейся в руде.
Плавку стали в мартеновских печах ведут скраппроцессом на тех /
заводах, где нет доменных печей для получения жидкого чугуна.
Для плавки стали скраппроцессом в мартеновскую печь загружают стальной
лом (скрап), чушковой передельный чугун и известь. Соотношение стального
лома к чушковому чугуну принимают такое, чтобы загруженная шихта имела
следующее содержание примесей: 2,4% С; 0,65% Si; до 1,5% Мп; до 0,13% Р и
0,05% S. Загрузку шихты ведут ускоренно, не допуская охлаждения печи. Во
время расплавления шихты почти полностью окисляется кремний и частично
окисляется углерод, марганец и фосфор. После расплавления содержание
примесей в металле понижается и составляет: С — 1,0%, Si — следы; Мп —
0,25%, Р — 0,05% и S — 0,040%.
Над расплавленным металлом образуется слой шлака, богатый закисью
железа. Дальнейший процесс окисления примесей протекает под слоем шлака за
счет растворяющейся закиси железа в металле, которая переходит из шлака.
Процесс перехода закиси железа в металл протекает следующим образом. Закись
железа FeO окисляется на поверхности шлака за счет кислорода пламени до
РезО4,которая, диффундируя через слой шлака на границе жидкого металла,
окисляет железо по реакции:
Fe3O4 + Fe = 4FeO.
Образующиеся скислы переходят в шлак. Кремнезем и пятиокись фосфора, в
основном, связываются с окисью кальция, образуя двукальциевый силикат
SiO2 + 2СаО — 2 (СаО) - SiOa. и соль фосфорной кислоты
(FeO)3 • Р205 + 4СаО —> (СаО)4 • Р2О5 + 3FeO.
Для более прочного соединения пятиокиси фосфора в шлаке поддерживается
свободная окись кальция. Образующийся шлак из печи сливают для того, чтобы
не произошло восстановление фосфора из шлака в металл. За этот период
плавки температура металла повышается и углерод вступает в реакцию с
закисью железа
С - FeO —> Fe + СО.
Во время окисления углерода ванна кипит, металл перемешивается, железо
восстанавливается из FeO, из металла удаляются сера, неметаллические
включения и газы.
Для обессеривания металла в ванну добавляют свежеобожженную известь. По
температуре и содержанию углерода металл доводят до заданных
технологических пределов в соответствии с получаемой маркой стали. После
кипения в стали все же остается некоторое количество закиси железа, поэтому
по окончании плавки металл раскисляют путем введения раскислителей:
марганца, кремния или алюминия.
В случае получения легированной стали после раскисления в металл вводят
легирующие добавки в составе ферросплавов (феррохрома, ферротитана и др.)
или чистые металлы (никель, медь и др.). Готовую сталь из печи выпускают в
ковши, которые с помощью кранов подают на участки разливки стали. Выход
жидкой стали при этом процессе плавки составляет около 96% от веса
загружаемой металлической шихты в печь.
8. Устройство и работа конверторов
Сущность конверторного способа получения стали заключается в том, что
через жидкий чугун, залитый в конвертор, родувается воздух, кислород
которого окисляет углерод и другие примеси.
Приведен общий, вид обычного конвертора грушевидной формы, сваренного
из толстой листовой стали и футерованного внутри огнеупорными материалами.
Снаружи в средней части конверторов имеются два цилиндрических выступа,
называемых цапфами” которые служат для опоры и поворота конвертора. Одна из
цапф делается полой и соединяется с воздуховодом; от цапфы к днищу через
трубу и воздушную коробку подводится воздух. В днище конвертора имеются
отверстия — фурмы, через которые под давлением 2,0— 0,5 am
[pic]
Рисунок 2. Конвертор: 1-Механизм для поворота конвертора, 2-
огнеупорная кладка,
3-шлак, 4-металл, 5- каналы для подачи воздуха..
В конверторах применяют кислую и основную футеровки. Тепло,
необходимое для нагрева жидкой стали до высоких температур, в этих
процессах получается за счет химических реакций окисления примесей чугуна.
При этом примеси могут окисляться элементарным кислородом и кислородом
закиси железа, которая растворяется в металле. При окислении примесей
кислородом выделяется значительное количество тепла.
Примеси окисляются элементарным кислородом по следующим
реакциям:
Si + О2 —> SiO2 •+ О;
При окислении элементов наибольшее количество тепла выделяют кремний,
фосфор и марганец. Эти элементы используются при продувке чугуна как
источник тепла (кремний в кислом, а фосфор в основном конверторе).
Недостаточное количество тепла от реакций компенсируется температурой
жидкого чугуна.
Для получения стали методом продувки применяют два сорта чугунов: марки
Б1 и Б2 — для кислого и Т1 —для основного процессов.
Чугун марки Б1 и Б2 содержит минимальное количество фосфора (0,07%) и
серы (0,06%), чугун марки Т1 содержит фосфора 1,6—2,0%, а иногда до 2,5%.
9. Установка и работа электрических печей для выплавки стали.
Дуговые электрические печи емкостью от 1,5 до 250 т построены у по
принципу использования тепла от электрической дуги, образующейся между
графитовыми или угольными электродами и металлической ванной, развивающими
температуру до 3500°С и выше, Печь (рис. 3) состоит из цилиндрического
кожуха со сферическим днищем Эти части изнутри футеруются теплоизоляционной
и огнеупорной кладкой так, что образуется рабочее пространство печи. Свод
печи делается съемным; он выкладывается из динасового или
хромомагнезитового кирпича в железном каркасе-кольце.
В последнее время для увеличения срока их службы на некоторых заводах
применяют водоохлаждаемые своды в виде металлических конструкций с
теплоизолирующей прослойкой из огнеупорных материалов. Печь имеет
загрузочное окно и выпускное отверстие для выпуска металла. Загрузочное
окно закрывается футерованной дверкой которая поднимается и опускается с
помощью механизма. Печь установлена на два опорных сегмента на направляющих
фундамента для поддержания и наклона с помощью механизма как в сторону
выпуска металла, так и в сторону загрузочного окна. В своде печи устраивают
три отверстия для электродов. Электроды закрепляют в электрододержателях.
Подъем и опускание электрододержателей с электродами в процессе плавки
осуществляются автоматической блокировкой. Для питания электрический ток
подается от понижающего трансформатора по гибкому кабелю и медным шинам к
электродам.. Первична обмотка трансформатора питается током высокого
напряжения 6000—30000 в, который преобразуется в ток низкого напряжения
нескольких ступеней от 90 до 280 в. Мощность трансформатора в основном
определяется емкостью печи.
В зависимости от емкости печи электроды применяют различных диаметров.
Графитовые электроды по сравнению с угольными имеют более высокую прочность
и меньшее сопротивление электрическому току. На основании практических
данных установлено, что с увеличением емкости печи расход электроэнергии
уменьшается и составляет от 600 до
| | |1000 квт-ч на 1 т стали. Расход электродов
| |
| | |зависит также от Л характера перерабатываемой
| |
| | |шихты. При работе на твердой шихте на 1 т
стали| |
| | |расходуется 12—18 кг угольных электродов и от
5| |
| | |до 8 кг графитовых; при работе на жидкой
шихте| |
| | |расход их сокращается примерно в три раза.
| |
|Рис.3 Электродуговая печь: 1-| | Длительность процесса плавки
увеличивается| |
|кожух, 2-днище, 3-под, 4-свод,| |с повышением емкости печи и составляет при
| |
|5-электроды | |переработке жидкой шихты 1,5—4 ч и 4—8 ч
| |
— твердой шихты.
Угар металла составляет 1—3% при работе на жидкой шихте и
5—8% на твердой.
Число плавок в сутки достигает 3—4 при твердой и 6—8 при жидкой шихте.
Электрические дуговые печи емкостью свыше 10 m обычно используют на
металлургических заводах, а печи с меньшей емкостью — в сталелитейных
цехах для получения фасонных стальных отливок.
Составляющими шихты при плавке стали в электрических печах
являются стальной лом, чугун, железная руда, флюсы, раскислители и
ферросплавы, которые используют для введения легирующих добавок в
сталь.
Плавку стали ведут основным и кислым процессами. Для плавки стали
основным процессом под и стены печи футеруют основными материалами
(магнезитовым кирпичом), а для плавки кислым процессом — кислыми
материалами (динасовым кирпичом).
10. Технология выплавки стали в Мартеновской сети.
Плавка стали в основных мартеновских печах рудным процессом
Плавку стали в мартеновских печах ведут рудным процессом на таких
металлургических заводах, которые в своем составе имеют доменные печи, но
не имеют прокатно-кузнечного производства.
При рудном процессе на сталь перерабатывают жидкий чугун, получаемый в
доменных печах. Для ускорения окисления примесей чугуна в завалку добавляют
чистую железную руду в
образующихся окислов загружают известняк. Рудный процесс плавки стали
отличается от скраппроцесса тем, что не требуется затрат тепла и времени на
расплавление металла и процессы окисления.
11. Технологии выплавки стали в конверторе.
Для заливки жидкого чугуна конвертор поворачивают из вертикального
положения в горизонтальное. После заливки чугуна пускают дутье и конвертор
поворачивают днищем вниз. Слой металла составляет от 1/5 до 1/3 высоты
цилиндрической части конвертора. Емкость современных конверторов,
работающих на воздушном дутье” достигает до 40 т.
В конверторах применяют кислую и основную футеровки. Тепло, необходимое
для нагрева жидкой стали до высоких температур, в этих процессах
получается за счет химических реакций окисления примесей чугуна.
При этом примеси могут окисляться элементарным кислородом и кислородом
закиси железа, которая растворяется в металле. При окислении примесей
кислородом выделяется значительное количество тепла.
При окислении элементов наибольшее количество тепла выделяют кремний,
фосфор и марганец. Эти элементы используются при продувке чугуна как
источник тепла (кремний в кислом, а фосфор в основном конверторе).
Недостаточное количество тепла
|
