Роль флюсов в металлургии: применение и виды, доменный процесс в металлургии

 

Производство чугуна. Руды, флюсы, топливо. Подготовка руды и флюсов к плавке. Метод прямого восстановления

Железные рудысодержат железо в различных соединениях: в виде оксидовFe₃O₄, Fe₂O₃; гидроксидов Fe₂O₃ nН₂О; карбонатов FeCO₃ и др., а также пустую породу, состоящую в основном из SiO₂, А1₂О₃, CaO, MgO и др. К железным рудам относятся магнитный железняк Fe₃O₄ (55 . 60 % Fe), красный железняк Fe₂O₃ (55 . 60 % Fe), бурый железняк, содержащий гидраты оксидов железа 2Fe₂O₃ x ЗН₂О и Ре₂0₃ • nН₂О (37 . 55 % Fe); шпатовые железняки, содержащие FeCO₃(30. 40% Fe).

Марганцевые рудыприменяют для выплавки сплава железа с марганцем — ферромарганца (10 . 82 % Мn), а также передельных чугунов, содержащих до 1 %Мn. Марганец в рудах содержится в виде оксидов и карбонатов: МnО₂, Мn₂О₃,Mn₃О_4, МпСО₃ и др.

Хромовые руды используют для производства феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов — хромомагнезитов. Хромовые руды содержат хромит (РеО • Сг₂О₃), магнохромит (Mg, Fe), Cr₂O₃ (до 40 % Сг₂О 3 ).

Комплексные руды используют для выплавки природно-легированных чугунов. Это железомарганцевые руды (до 20 % Мn), хромоникелевые руды (37 . 47% Fe, до 2 % Сг, до 1 % Ni), железо-ванадиевые руды (до 0.17 . 0,35 % V).
Топливомдля доменной плавки служит кокс, позволяющий получать не­обходимую температуру и создавать условия для восстановления железа из руды; в целях экономии часть кокса заменяют природным газом, мазутом, пылевидным топливом

Флюсом при выплавке чугуна в доменных печах является известняк СаСО₃ или доломитизированный известняк, содержащий СаСО₃ и MgCO₃, так как в шлаки должно входить определенное количество основных оксидов (CaO, MgO). Это необходимо для удаления серы из металла, в который она переходит из кокса и железной руды при плавке. В известняке суммарное содержание оксидов SiO₂
и А1₂О₃ не должно превышать 1%. Содержание серы и фосфора должно быть минимальным. Для нормальной работы доменной печи шлак должен быть достаточно жидкотекучим при температуре

1450 С. В таком шлаке отношение кислотных оксидов к основным должнобыть около единицы:

Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Цель этой подготовки — увеличение

содержания железа в шихте и уменьшение в ней вредных примесей — серы, фосфора, повышение ее однородности по кусковатости и химическому составу. Метод подготовки добываемой руды зависит от ее качества.

Дробление и сортировка руд по крупности служат для получения кусков оптимальной для плавки величины. Дробление руды осуществляется на щековых или конусных дробилках, а также в шаровых мельницах и других агрегатах. Размельченную руду сортируют по крупности грохочением, подобным просеиванию, на различных по конструкции классификаторах и гидроциклонах.

Обогащение руды основано на различии физических свойств минералов, входящих в ее состав: плотностей составяющих, магнитных, физико-химических свойств минералов. Промывка руды водой

позволяет отделить плотные составляющие руды от пустой породы (песка, глины). Гравитация (отсадка) — это отделение руды от пустой породы при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита на котором лежит руда: пустая порода вытесняется в верхний слой и уносится водой, а рудные минералы опускаются. Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы, отделяя их от пустой породы.

Окускование проводят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окускования: агломерацию и окатывание.

При агломерации шихту, состоящую из железной руды (40 . 50 %), известняка (15 . 20 %), возврата мелкого агломерата (20 . 30 %), коксовой мелочи (4 . 6 %), влаги (6 . 9 %), спекают на агломерационных машинах при температуре 1300 . 1500 °С. При спекании из руды удаляются вредные примеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты и получается кусковой пористый офлюсованный материал — агломерат.

При окатывании шихту из измельченных концентратов, флюса, топлива увлажняют, и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах (грануляторах) она приобретает форму шариков-окатышей диаметром до 30 мм. Окатыши высушивают и обжигают при температуре 1200. 1350 °С на обжиговых машинах, после чего они становятся прочными и пористыми. Использование агломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, так как флюс в необходимом количестве входит в их состав.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа — доменных. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом; выделяющимся при сгорании топлива в печи и твердым углеродом.
Устройство доменной печи и ее ра­бота.Доменная печь (рис. 2.1) имеет стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает в себя колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 5,горн 7, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8,

через который в печь загружают шихту (офлюсованный агломерат и окатыши). Шихту взвешивают, подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату 8 и, опро­кидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 — в домен­ную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу. Для рав­номерного распределения шихты в до­менной печи малый конус и приемная воронка после очередной загрузки пово­рачиваются на угол, кратный 60°.

При работе печи шихтовые материа­лы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихты в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был за­полнен. Полезный объем печи — это объ­ем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засып­ного аппарата при его опускании. Совре­менные доменные печи имеют полезный объем 2000 . 5000 м 3 . Полезная высота Я доменной печи достигает 35 м.

В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступает нагретый воздух, необ­ходимый для горения топлива. Воздух нагревают для повышения температуры в печи и снижения расхода кокса. Воздух поступает в доменную печь из воздухо­нагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка. Насадка вы­ложена из огнеупорных кирпичей, так что между ними образуются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке по­дается очищенный от пыли доменный газ, который сгорает и образует горячие газы.

Газы, проходя через насадку, нагре­вают ее и удаляются через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается и через насадку пропускается воздух, по­даваемый турбовоздуходувкой машиной. Воздух, проходя через насадку, нагревает­ся до температуры 1000. 1200 °С и поступает к фурменному устройству 14, а оттуда через фурмы 2 — в рабочее про­странство. Доменная печь имеет несколь­ко воздухонагревателей: в то время как в одних насадка нагревается, в других она отдает теплоту холодному воздуху, нагре­вая его. После охлаждения насадки возду­хом нагреватели переключаются.

Роль флюсов в металлургии

Одна из важнейших отраслей занятий человечеством — это металлургия. Большую роль играет флюс в металлургии, позволяющий получать хороший результат. Необходимо разобраться, какова роль флюсов в доменном процессе.

Различные виды

Металлургический флюс бывает разных видов. Флюс, используемый в металлургии, может быть основным, кислым и глиноземистым. Наиболее распространенным является основной вид. Это объясняется тем, что в его состав входит оксид кальция, играющий положительную роль.

В качестве основного флюса применяется известняковый флюс. Его залежи по всему миру достаточно велики. Природой синтезируется минерал кальцит, который и является известняком. Производить искусственный флюс было бы чересчур сложным и дорогостоящим процессом. Помимо кальцита известняк в своем составе содержит кремнезем, что придает дополнительные положительные качества. Также допускается небольшое количество серы, не превышающее норму.

Кислые виды флюсов используются исключительно редко. Это объясняется тем, что железные руды и кокс в большинстве имеют кремнистую структуру. Кислые флюсы могут подаваться в шахту доменной печи в качестве дополнения к основному виду для того, чтобы увеличить общее количество шлака.

В доломитизированном известняке содержится дополнительно такой минерал, как магний. Его применение будет оправдано в том случае, если требуется получение чугуна с усиленной стабильностью его химических и физических свойств. Кремнистые флюсы, состоящие из кварцевого песка и измельченного кварцита, могут применяться для того, чтобы делать загущенные шлаки более жидкими.

Роль флюса

Получение чугуна в металлургии происходит в результате доменного процесса. Ответом на вопрос , что такое флюс в металлургии, является следующий. Флюс в металлургии это применение особого вещества, которое выполняет защитную функцию, что позволяет получать качественный конечный продукт. Флюс способствует переводу обычной породы в шлаки, являющимися легкоплавкими сплавами различных соединений.

Доменный процесс в металлургии

Чугун получается в результате доменного процесса, который основан на восстановлении минерала железа из его природных оксидов, которое происходит при высокой температуре. Чугун образуется при соприкосновении расплавленного железа с коксом.

В структуре металлургических предприятий доменная печь занимает главенствующее место. Коэффициент извлечения железа доходит до 99,8 процентов. Преимущество доменного производства заключается в отсутствии отходов, поскольку получаемый помимо чугуна шлак, также находит свое применение.

Домна — это большая длинная металлургическая печь, выполненная по типу шахты. Внутри это сооружение выкладывается шамотным кирпичом, отличающимся высокой огнеупорностью. Сверху имеется стальной кожух. Высота доменной печи может достигать от тридцати до ста метров. Производство чугуна в доменном процессе является непрерывным производством.

Внутренность доменной печи включает в себя:

• колошник;
• шахту;
• распар;
• заплечики;
• горн;
• лещадь.

В воздухонагревателе происходит предварительный нагрев воздуха. Наверху колошника расположено загрузочное устройство, предназначенное для загрузки в доменную печь шихты. Шихтой называется смесь кокса, железорудного агломерата, сырья с флюсом. Ее размеры находятся в диапазоне от 25 до 80 миллиметров. Размер 130 миллиметров является скорее исключением.

Если на место приходит частицы известняка более крупного размера, то необходимо осуществлять его дробление. Затем шихту подают в вагонетки подъемника, которые имеют возможность передвигаться к месту загрузочного устройства. После опрокидывания вагонеток, шихта высыпается в приемную воронку распределителя.

После опускания конуса малого размера шихта попадает в специальную чашу, а после опускания конуса, отличающегося большим размером, — прямо в доменную печь, что в результате предотвращает исход газов во внешнее пространство. В дне домны имеются два отверстия. Через одно из них в предназначенные для этого вагонетки выливается шлак, а через второе чугун.

Применение флюсов

В производстве чугуна с помощью домны отсутствует процесс сварки или пайки, поэтому флюсы в доменном производстве выполняют несколько иную роль. При их применении происходит понижение температуры, при которой начинает плавиться руда, а расплавленная масса приобретает необходимые свойства. Флюсы способствуют очищению чугуна от излишнего содержания серы. Происходит стабилизация работы доменной печи.

Главным критерием возможности использовать флюс в доменном производстве является отсутствие фосфора в его составе. Сера может содержаться только в ограниченном количестве.

Интересное видео

Какую роль играет флюс в доменном процессе

Металлургия — одно из важнейших ремесел для современного человека. Зная основы и особенности этой области производства можно получить необходимые металлы или изменить их свойства, сварить детали любого размера или получить металлические сплавы.

Чтобы выполнить качественное изготовление, например, чугуна, помимо оборудования нам понадобятся исходные материалы и, конечно, металлургический флюс. В этой статье мы расскажем все о промышленном флюсе, поведаем о нюансах его использования и поймем, какова его роль на современном металлургическом заводе.

• Общая информация
• Разновидности флюсов
• Роль флюсов
• Вместо заключения

Общая информация

Доменное производство — это совокупность промышленных процессов, в результате которых изготавливается чугун. Для этих целей используют метод восстановительной плавки железной руды или ее концентратов. Плавка происходит в большой печи, называемой доменной. Такой тип производства относится к черной металлургии и является одной из важнейших отраслей в современном производстве.

Помимо железной руды при производстве используют дополнительные материалы, называемые шихтой. Зачастую это руда из марганца, окатыши, агломерат, специальное горючее для печи. Наиболее распространенное горючее — угольный кокс. Иногда кокс заменяют на газовое или жидкое топливо, которое вдувается в верхнюю часть (так называемый горн) доменной печи. В качестве защиты используют металлургический флюс. О нем мы и поговорим в этом материале.

Разновидности флюсов

Для начала нужно разобраться в разновидностях промышленного флюса. Опытные мастера говорят, что металлургический флюс может быть основным, кислым и глиноземистым. Тип флюса выбирается исходя из состава пустой породы, которую вносят в печь. В нашем случае пустая порода — это, по сути, та же железная руда. В широком смысле пустой называют ту породу, которая не привносит в производственный процесс существенных изменения и используется только в качестве основы.

Наибольшее распространение получил основной металлургический флюс. Это связано с тем, что пустая порода в большинстве случаев уже содержит кремнезем, а отношение суммарного содержания основных оксидов к суммарному содержанию кислотных должно составлять примерно 0,9-1,4. Всеми этими свойствами обладает основной флюс, поскольку содержит в своем составе оксид кальция.

В доменном производстве в качестве основного флюса используют известняковый камень. Его месторождения есть во многих странах мира и запасы очень большие. С химической точки зрения известняк — это минерал кальцита, синтезируемый природой. Чистый лабораторный кальцит наполовину состоит из оксида кальция и на половину из диоксида кремния, это идеальный металлургический флюс, но он не встречается в природе.

Производство искусственного флюса — это слишком сложный и дорогостоящий процесс, поэтому используется природный кальцит (он же известняк). В отличие от чистого кальцита, известняк содержит в своем составе примеси кремнезема, что не критично. Важно, чтобы камень не содержал фосфор. Допускается небольшое содержание серы в пределах допустимой нормы.

Помимо обычного известняка также можно использовать доломитизированный известняк или реже доломит. Химически такой камень — это так же смесь кальцита и доломита, но с содержанием магния. Чем магния больше, тем больше доломитизированный известняк превращается в доломит. Применение таких камней в качестве флюса оправдано в случае, когда нужно получить чугун с повышенной стабильностью физико-химических характеристик. Для этого в шлаке нужно повысить содержание оксида магния до 5-10%, чтобы при изменения температуры плавления сохранить ту самую стабильность свойств, о которой мы писали выше.

Большинство известняка, добываемого на территории бывшего СССР, имеет белый или светло-серый цвет, но в мире встречаются и другие вариации (от бежевого до темно-серого). Известняк приобретает более темный цвет, если в его составе содержатся органические вещества, или становится коричневым при повышенном содержании окислов железа.

Известняковый камень — это чрезвычайно прочный и плотный материал. Перед загрузкой в печь его просеивают, извлекая мелкие фракции. Но сейчас все чаще мелкая фракция используется в производстве, не смотря на свою непрочность и повышенное дробление. Мелкую фракцию известняка просто запускают в печь вместе с агломератом и такую смесь уже можно использовать в качестве флюса.

Не смотря на это, на большинстве производств установлен четкий контроль размера фракций, попадаемых в печь. Наиболее крупный допустимый размер составляет не более 130 мм, а наименьший до 25 мм. Даже если на завод поступают более крупные частицы, их подвергают дроблению. Ведь на карьерных месторождениях известняка крупные камни просто дробят на фракции произвольного размера и транспортируют в цех.

Важно учитывать, что известняк бывает разного качества. При плавлении часть свободных оксидов кальция и магния, содержащихся в составе, будет израсходована на шлакование собственной пустой породы, или, говоря проще, на образование нерастворимого остатка, который никак не применим при производсте. Поэтому, чтобы определить качество известняка, достаточно узнать количество основных оксидов в составе той или иной партии флюса. Чем их меньше, тем лучше.

Роль флюсов

Что такое флюс в металлургии и какова его роль? Давайте обратимся к понятию флюса в целом. Итак, флюс — это специальная добавка, используемая при любительской и профессиональной сварке, а также на крупномасштабном производстве. При сварке флюс выполняет защитную функцию. Также с его помощью формируется качественный ровный шов.

Как вы понимаете, в доменном производстве нет сварочного процесса, поэтому здесь флюсы играют несколько другую роль. С их помощью можно добиться снижения температуры плавления руды и придать расплавленной массе необходимые физико-химические свойства. Кроме того, флюсы в процессе плавки очищают чугун от излишнего количества серы и стабилизируют работу доменной печи.

Вместо заключения

Теперь вы знаете, какова роль флюсов в доменном производстве. Это цепочка производственных этапов со множеством нюансов, на первый взгляд все может показаться чем-то сложным. Но зная, как работают флюсы в доменном процессе, можно понять и остальные особенности производства чугуна. Делитесь этим материалом в социальных сетях и оставляйте свои комментарии. Желаем удачи в работе!

Источник https://studopedia.ru/3_90030_proizvodstvo-chuguna-rudi-flyusi-toplivo-podgotovka-rudi-i-flyusov-k-plavke-metod-pryamogo-vosstanovleniya.html

Источник https://osvarka.com/flyus-i-svarochnaya-provoloka/rol-flyusov-v-metallurgii

Источник http://home.nov.ru/kakuyu-rol-igraet-flyus-v-domennom-processe/