Глава I Современное металлургическое производство

1. СТРУКТУРА МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА И ЕГО ПРОДУКЦИЯ

Металлургическое производ-

ство - это область науки, техники и от­расль промышленности, охватывающая различные процессы получения металлов из руд или других материалов, а также процессы, способствующие улучшению свойств металлов и сплавов. Введение в расплав в определенных количествах ле­гирующих элементов позволяет изменять состав и структуру сплавов, улучшать их механические свойства, получать задан­ные физико-химические свойства. Оно включает шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей; горно-обогатительные комбинаты, где обогащают руды, подго­тавливая их к плавке; коксохимические заводы, где осуществляют подготовку уг­лей, их коксование и извлечение из них полезных химических продуктов; энерге­тические цехи для получения сжатого воз­духа (для дутья доменных печей), кисло­рода, очистки металлургических газов; доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов или цехи для производства железорудных металлизованных окаты­шей; заводы для производства ферроспла­вов; сталеплавильные цехи (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) для производства стали; прокатные цехи, в которых слитки стали перерабатывают в сортовой прокат: балки, рельсы, прутки, проволоку, лист.

Основная продукция черной металлур­гии: чугуны _ передельный, используемый для передела на сталь, и литейный - для производства фасонных чугунных отливок на машиностроительных заводах; железо­рудные металлизованные окатыши для выплавки стали; ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием Мп, Si, V, Ti и т.д.) для выплавки легирован­ных сталей; стальные слитки для произ­водства сортового проката, листа, труб и т.д.; стальные слитки для изготовления крупных кованых валов, роторов турбин, дисков и т.д., называемые кузнечными слитками.

Продукция цветной металлургии: слитки цветных металлов для производст­ва сортового проката (уголка, полосы, прутков); слитки (чушки) цветных метал­лов для изготовления отливок на машино­строительных заводах; лигатуры - сплавы цветных металлов с легирующими элемен­тами, необходимые для производства слож­ных легированных сплавов для отливок; слитки чистых и особо чистых металлов для приборостроения, электронной техники и других отраслей машиностроения.

2. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Для производства чугуна, стали и цветных металлов используют руду, флю­сы, топливо и огнеупорные материалы.

Промышленная руда - это природ­ное минеральное образование, содержа-

26

ПРОИЗВОДСТВО ЧЕРНЫХ И ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ

щее какой-либо металл или несколько ме­таллов в концентрациях, при которых эко­номически целесообразно их извлечение. Руда состоит из рудного минерала, содер­жащего один ценный элемент (например, железо, марганец) или несколько ценных металлов—комплексные руды (полиметал­лические), например, медно-никелевые руды, железомарганцевые, хромоникеле-вые и др. Кроме рудных минералов в со­став руды входит пустая порода - минера­лы, которые отделяются от рудных мине­ралов при обогащении или переходят в шлаки при плавке.

В зависимости от содержания добывае­мого металла руды бывают богатые и бед­ные. Перед использованием руды обогаща­ют, т.е. удаляют из руды часть пустой поро­ды. В результате получают концентрат с повышенным содержанием добываемого металла. Использование концентрата улуч­шает технико-экономические показатели работы металлургических печей.

Флюсы - это материалы, загружаемые в плавильную печь для образования шла­ков - легкоплавких соединений с пустой породой руды или концентратом и золой топлива.

Обычно шлак имеет меньшую плот­ность, чем металл, поэтому он располага­ется в печи над металлом и может быть удален в процессе плавки. Шлак защищает металл от печных газов и воздуха. Шлак называют кислым, если в его составе от­ношение основных оксидов (CaO, MgO и др.) к кислотным оксидам (Si0₂, P2O5) не более 1,5, и основным, если это отноше­ние составляет 2,15 ... 4.

Топливо - это горючие вещества, ос­новной составной частью которых являет­ся углерод, которые применяются с целью получения при их сжигании тепловой энергии. В металлургических печах ис­пользуют кокс, природный газ, мазут, до­менный (колошниковый) газ.

Кокс получают на коксохимических заводах в коксовых печах сухой перегон­кой при температуре > 1000 °С (без досту-

па воздуха) каменного угля коксующихся сортов. В коксе содержится 80 ... 88 % углерода, 8 ... 12 % золы, 2 ... 5 % влаги, 0,5 ... 0,8 % серы, 0,02 ... 0,2 % фосфора и 0,7 ... 2 % летучих продуктов. Для домен­ной плавки кокс должен содержать мини­мальное количество серы и золы. Куски кокса должны иметь размеры 25 ... 60 мм. Кокс должен обладать достаточной проч­ностью, чтобы не разрушаться под дейст­вием шихтовых материалов.

Природный газ содержит 90 ... 98 % углеводородов (СН₄ и С₂Н₆) и 1 % азота. Мазут содержит 84 ... 88 % углерода, 10 ... 12 % водорода, небольшое количество серы и кислорода. Кроме того, используют доменный или колошниковый газ - по­бочный продукт доменного процесса.

Огнеупорные материалы - это мате­риалы и изделия преимущественно на ос­нове минерального сырья, обладающие огнеупорностью не ниже 1580 °С. Их применяют для изготовления внутреннего облицовочного слоя (футеровки) метал­лургических печей и ковшей для расплав­ленного металла. Огнеупорные материалы способны выдержать нагрузки при высо­ких температурах, противостоять резким изменениям температур, химическому воздействию шлака и печных газов. Огне­упорность материала - это способность противостоять, не расплавляясь, воздейст­вию высоких температур. Количественно огнеупорность характеризуется темпера­турой его размягчения. По химическим свойствам огнеупорные материалы разде­ляют на кислые, основные, нейтральные.

Материалы, содержащие большое ко­личество кремнезема Si0₂, называют кис­лыми (динасовые, кварцеглинистые), на­пример кварцевый песок (95 % Si0₂), ди-насовый кирпич, огнеупорность которых до 1700 °С; материалы, содержащие ос­новные оксиды (CaO, MgO), - основными (магнезитовый кирпич и металлургиче­ский порошок, магнезитохромитовый кирпич, огнеупорность которого более 2000 °С); содержащие большое количество

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

27

А1₂0₃ и Сг₂0₃ - нейтральными (хромомагне-зитовые, высокоглиноземные, шамотные, например шамотный кирпич, содержащий 50 ...60 % Si0₂ и 30 ... 40 % А1₂0₃). Его огнеупорность достигает 1750 °С.

При высоких температурах футеровка печи взаимодействует с флюсами и шпа­ками. Если в печи, выложенной основным-огнеупорным материалом, применять кис­лые флюсы, то взаимодействие шлака и футеровки приведет к ее разрушению. То же произойдет, если в печи, выложенной

огнеупорными материалами из кислых оксидов, применить основные шлаки. По­этому в печах с кислой футеровкой ис­пользуют кислые шлаки, а в печах с ос­новной - основные.

Углеродистые кирпич и блоки содер­жат до 92 % С в виде графита и обладают высокой огнеупорностью. Применяются для кладки лещади доменных печей, элек­тролизных ванн для получения алюминия, тиглей для плавки и разливки медных сплавов.