Бездоменный способ производства стали

 

Способ заключается в плавке металлизованной шихты в электропечах, минуя стадию получения чугуна.

Основные стадии процесса:

1. Получение окисленных окатышей;

2. Получение металлизованных окатышей;

3. Выплавка стали;

Для получения окисленных окатышей рудный концентрат смешивают с глинистым веществом, получают в барабанах шарики диаметром 1-2 см, сушат и обжигают в печи. Окатыши содержат более 67% Fe.

Далее окатыши поступают в шихтную печь, где встречаются на своем пути с потоком горячего восстановительного газа (CO + H₂, получающийся при конверсии природного газа). Получаются металлизованные окатыши (содержание железа больше 90%).

Металлизованные окатыши переплавляют в сталь в дуговых печах и затем подвергают дополнительной выпечной обработке – вакуумирование, продувка Ar и обработка рафинирующими порошками.

Схема производства экологически чистая. У нас в стране ОЭМК – производительность 1 мин. т.

Производство стали на последнем этапе этого метода осуществляется в электрических или индукционных печах.

Схемы печей следующие

1. Электропечь.

2. Индукционная печь.

 

 

 

Производство стали в мартеновских печах

 

Мартеновская печь представляет собой печь пламенного нагрева генеративного типа.

В передней части печи имеются окна для загрузки шихты, в задней – отверстия для слива стали и шлака. В нижней части имеются регенераторы для подогрева входящих газов и воздуха.

Печь выкладывается из доломитового кирпича, свод печи – из хромо-магнезитового (он выдерживает температуру до 1800°C). Топливом для мартенов служит либо мазут, либо доменный или коксовый газы.

Сырьё для приготовления шихты:

– Передельный чугун;

– Скрап;

– Железная руда;

– Известняк

Различают следующие процессы:

1. Рудный: плавка из чугуна 60%, скрапа 20% и руды 20%.
2. Скрапный: скрапа 70%, чугуна 20%, руды 10%.
3. Рудно-скрапный: чугуна 40%, скрапа 40% и руды 20%.

Во время плавки окислы железа, входящие в состав скрапа и руды, взаимодействуют с примесями чугуна, и происходит окислительная плавка:

Si + 2FeO = 2Fe + SiO₂

Mn + FeO = Fe + MnO

2P + 4FeO + 2O₂ = Fe + Fe₃(PO)₂

C + FeO = Fe + CO

Все эти окислы переходят в шлаки и сливаются с поверхности стали. Для окончательного удаления P и S в печь вводят известняк. Он связывает P и S в соединения CaSiO₃ и CaO∙ P₂O₅.

Процесс плавки проводят в течение 5-20 часов в зависимости от содержания в шихте примесей, подлежащих удалению.

Ускорить плавку позволяет применение кислородного дутья, что позволяет:

1. Улучшить теплотехническую работу печи (увеличить теплоту сгорания топлива);

2. Ускорить металлургический процесс (кислородом обогащают воздух до 33% или вдувают кислород в расплав);

Так как все металлургические процессы происходят в основном на границе раздела металл-шлак, то при вдувании кислорода в расплав осуществляется значительное перемешивание и ускорение процесса варки стали.

Кроме того, кислородное дутье позволяет более точно удалить примеси из расплава:

2Fe + O₂ = 2FeO

FeO + C = Fe + CO

C + O₂ = CO₂ (CO)

4P + 5O₂ = 2P₂O₅

P₂O₅ + CaO = CaO∙ P₂O₅

Si + O₂ = SiO₂

Mn + O₂ = MnO₂ (MnO)

Следовательно, применение кислорода дает возможность расширить ассортимент применяемых чугунов, облегчает передел фосфоритных чугунов и дает возможность перерабатывать руды с большим содержанием фосфора.

С применением кислородного дутья в настоящее время выплавляют до 75% мартеновской стали (в капиталистических странах сталь плавят в основном таким способом). В СССР распространено и обогащение воздуха, и пламенный процесс (дутьё + обогащение воздуха), что позволяет проводить скоростные плавки.

 

Плазменная плавка стали

 

Плазменная плавка стали – это ближайшее будущее качественной электрометаллургии.

Процесс плавки заключается в следующем. В печь загружается шихта, затем включается плазмотрон (I=10 кА, U=200-500 В) и возникает плазменная дуга с температурой 15000-30000 К. Под воздействием высокой температуры компоненты шихты переходят в жидкое состояние, и происходит плавка стали. Плавка длится 2-3 часа.

Схема печи следующая

Использование плазменной плавки позволяет эффективно повысить качество стали, получать прогрессивные сплавы. Окружающая атмосфера почти не загрязняется. Уровень шума – 110 Дб (в дуговой печи – 160 Дб).

 

 

Цветная металлургия

 

Производство алюминия

Алюминий – самый распространённый металл в природе (общее содержание в земной коре ~8, 8 %). Электрохимический способ получения алюминия открыт в 1886 году, сейчас способ тот же, но аппаратурное оформление – современное. Ежегодное производство ~3 млн. тонн. Алюминий используется в авиа- и автостроении в виде сплавов с Mn, Mg, Cu, Si, Ni, Zn, а также широко используется в электротехнической промышленности (провода). В СССР ~12 заводов по производству Al, 2 на Урале (БАЗ, УАЗ).

Сырьё для производства:

1. Бокситы Al₂O₃ – 50-60%, SiO₂ + Fe₂O₃ + TiO₂ – 5-10%, H₂O – 10-30%;

2. Нефелин 3Na₂O× K₂O× 4Al₂O₃× 9SiO₂;

3. Алунит K₂SO₄× Al₂(SO₄)₃× 4Al(OH)₃;

4. Каолин Al₂O₃ ~ 40% (также содержит SiO₂) – из них выгодно сразу получать силумин (сплав Al+Si);

Электролитом для производства Al служит расплав глинозёма с криолитом Al₂O₃+Na₃AlF₆.

 

I. Получение глинозёма.

1) Метод Байера (из бокситов, Si< 4%).

Необходимо избавиться от Fe, Si, Ti:

Al₂O₃ + 2NaOH → 2NaAlO₂ + H₂O (раствор)

SiO₂ + 2NaOH → Na₂SiO₃ + H₂O (раствор)

Часть Al уходит в осадок (побочная реакция):

NaAlO₂ + Na₂SiO₃ ® Na₂O× Al₂O₃× 2SiO₂↓

Поэтому, чтобы было меньше потерь Al, перерабатывают сырьё содержащее мало SiO₂. Далее:

NaAlO₂ + 2H₂O = Al(OH)₃↓ + NaOH

2Al(OH)₃ Al₂O₃ + 3H₂O

Все процессы, кроме обжига, проводят в растворе.

2) Метод Яковкина и Линеева.

Метод применим к сырью, содержащему много SiO₂. Он основан на спекании нефелина с известняком при Т = 1000-1200°С. При этом образуются NaAlO₂, NaFeO₂ (алюминат и феррит натрия), CaSiO₃.

Al₂O₃ + Na₂CO₃ → Na₂O∙ Al₂O₃ + CO₂↑ T = 700°C

Fe₂O₃ + Na₂CO₃ → Na₂O∙ Fe₂O₃ + CO₂↑ T=700° C

Na₂O∙ Fe₂O₃ + Al₂O₃ → Na₂O∙ Al₂O₃ + Fe₂O₃ T> 900° C

Na₂O∙ Al₂O₃ + 2SiO₂ → Na₂O∙ Al₂O₃∙ 2SiO₂ T> 900° C

Затем

Na₂O∙ Al₂O₃∙ 2SiO₂ + 2CaO → Na₂O∙ Al₂O₃ + 2CaSiO₃ (2CaO∙ SiO₂)

Получают смеси: Na₂O∙ Al₂O₃, Na₂O∙ Fe₂O₃, CaSiO₃ (2CaO∙ SiO₂), Na₂O∙ SiO₂.

Эти смеси размалывают и выщелачивают, при этом в раствор переходят силикат и алюминат натрия, в отвал – Fe₂O₃, CaSiO₃.

Добавляют известковое молоко и отводят CaO∙ Al₂O₃∙ 2SiO₂ в осадок.

Далее идут стадии карбонизации 2NaAlO₂ + CO₂ + 3H₂O → 2Al(OH)₃↓ + Na₂CO₃

и обжига 2Al(OH)₃ Al₂O₃ + 3H₂O

 

II Получение криолита.

Его получают искусственным путём из флюоритов (CaF₂+SiO₂)

Схема процесса:

CaF₂ + H₂SO₄ = CaSO₄ + 2HF↑

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + H₂O побочная реакция

SiF₄ + 2HF = H₂SiF₆ побочная реакция

6HF + Al(OH)₃ = H₃AlF₆ + 3H₂O

2H₃AlF₆ + 3Na₂CO₃ = 2 Na₃AlF₆ + CO₂↑ +3H₂O

Осадок фильтруют и сушат.

⇐ Предыдущая567891011121314Следующая ⇒

Поделиться: