Меню сайта
Категории раздела
Друзья сайта
Статистика
Онлайн всего: 1
Гостей: 1
Пользователей: 0
| Главная » Статьи » Реферати » Технологія виробництва |
Реферат на тему Виробництво чавуну
|
Реферат на тему: Виробництво чавуну. ПЛАН Сировина для виробництва чавуну Технологічна система виробництва чавуну Продукція домної печі Показники роботи домнової печі та шляхи їх поліпшення ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ Для виробництва чавуну необхідно мати сировину (руда, флюси), паливо, обладнання (для підготовлення сировини, варіння та розливання чавуну), вогнетриви, воду та електричну енергію. 1. Сировина для виробництва чавуну Залізні руду. Основною сировиною для виробництва заліза та сплавів на його основі (чавунів, сталей) Залізною рудою називають корисні копалини, які містять залізо у вигляді оксидів або солей, з'єднаних породою. У рудах міститься 23-70% заліза, решта - порода, яка складається з кварцитів, пісковиків глини. Цінність руди визначається вмістом заліза, хімічною природою та властивостями породи, відновною: здатністю заліза з його сполук та наявністю шкідливих домішок. Чим вищий вміст заліза в руді, тим менші затрати на її збагачення, вища продуктивність домнових печей, менші витрати палива, а в кінцевому результаті менша собівартість чавуну. Використання легковідновних руд скорочує час варіння чавуну та відповідно зменшує витрати палива, що також позначається на собівартості чавуну. Наявність у рудах шкідливих домішок (фосфору та сірки) погіршує властивості чавуну. Для зменшення кількості шкідливих домішок потрібні додаткові затрати, а це впливає на собівартість чавуну. У природі є понад 20 мінералів із великим вмістом заліза, проте промислове значення мають лише деякі. 1. Магнетний залізняк (магнетит) - мінерал чорного кольору, має магнетні властивості, незначну кількість шкідливих домішок (фосфору, гірки), але трудно відновлюється. У руді міститься 45-70% заліза у вигляді оксиду Fe3O4. 2. Червоний залізняк (гематит) - мінерал чорного кольору. Залізе в руді міститься у вигляді безводного оксиду (Fe2O3). Порівняно з магнетним залізняком вміст заліза дещо менший і становить 55-60%. Руда практично не містить шкідливих домішок, легко відновлюється. Це найпоширеніший вид залізної руди. 3 Бурий залізняк на відміну від червоного містить 35-50% заліза і у вигляді водного оксиду (nFe2O3mH2-O). Руда містить значну кількість домішок, легко відновлюється. 4. Шпатовий залізняк (болотна руда) містить 30-40% заліза у вигляді карбонату заліза (FeCO3). 5 Залізисті кварцити містять залізо у виглядi оксидів (Fe2O3) і (Fe3O4). Вміст заліза малий 30-40%. Залізисті кварцити дуже трудно збагачуються тому їх почали використовувати не так давно. Порода складається із сполук сіліцію. У залізних рудах крім' основного компонента, яким є залізо, містяться нікель, кобальт, ванадій та інші хiмічні елементи. Під час розплавлення руди ці елементи переходять у чавун, легують його і тим самим поліпшують фізико-механічні властивості. Такі елементи, як Р і S, погіршують властивості чавуну. Для виробництва чавуну крім залізних руд використовують відходи: чавунний брухт, брак, отриманий у процесі виготовлення виробів литтям тощо. Флюси Для вилучення з шихти залишків породи, попелу, жужелиці та частково сірки використовують спеціальні .речовини, які називають флюсами (нім. «Flьsse»). Вибір флюсів залежить від складу породи. Порода залізних руд в основному складається з кислих оксидів, таких як SiO2 тому в процесі отримання чавуну роль флюсів виконує вапняк або доломіт. Паливо У процесі виробництва чавуну використовують дерев-не вугілля, кокс, природний і домновий гази, а останнім часом практикують використання подрібненого вугілля. До палива, як і до руди, ставлять певні вимоги: велика міцність відсутність крихкості, оскільки дрібні кусочки палива перешкоджають руху пічних газів і сповільнюють процес відновлення заліза зі сполук. Після згоряння палива залишається попіл (після згоряння деревного вугілля) або жужелиця (після згоряння кам'яного вугілля). Якісним вважається таке паливо, після згоряння якого залишається їх менше. _ Паливо повинно містити якомога меншу кількість шкідливих домішок (фосфору, сірки тощо). Під час згоряння палива домішки (деякі повністю, інші частково) переходять у чавун. Крім того, паливо має бути дешевим оскільки вартість палива позначається на собівартості чавуну. У процесі варіння чавуну паливо є не лише джерелом теплової енергії, а й відновлює залізо з його сполук, а також навуглецьовує відновлене залізо, і таким чином утворюється чавун. З усіх видів палива, які в наш час використовуються для отримання чавуну, першість належить коксу. Кокс у середньому містить 10-13% жужелиці та 0,5-2% сірки. Природний газ уперше у світовій практиці впроваджено на Дніпропетровському металургійному заводі в 60-х роках XX ст. Він не містить шкідливих домішок і після згоряння не залишає твердих решток, що має місце під час згоряння твердого палива: деревного вугілля, коксу. Чавун, отриманий із використанням природного газу, якісніший. Домновий газ - це побічна продукція, яку отримують в процесі варіння чавуну. Після очищення від пилу, який містить залізо та сполуки сірки, домновий газ використовують для нагрівання різних типів печей. Порівняно з коксом і природним газом це дешевий вид палива. Відповідно це позначається також на собівартості чавуну та інших видів продукції. Деревне вугілля використовують в незначній кількості, а до 1709 p., коли англієць: Абрахам Дербі вперше використав кокс, це був основний "1"-єдиний - вид палива. Чавун, отриманий із використанням деревного вугілля, дуже якісний, але і дуже дорогий. Певну кількість руди, палива та флюсу називають шихтою. 2. ТЕХНОЛОГІЧНА СИСТЕМА ВИРОБНИЦТВА ЧАВУНУ Чавун варять у печах-домнах, які є складовою частиною одного з елементів технологічної системи виробництва чавуну. В агрегаті кожного елемента відбуваються певні фізико-механічні або фізико-хемічні процеси, внаслідок яких сировина перетворюється на чавун. Для підвищення продуктивності домнових печей, зменшення витрати палива та поліпшення якості чавуну руду спеціально готують до перероблення: подрібнюють вальцями або у млинах (елемент 1); сортують отримані куски руди за розмірами на решетах і ситах (елемент 2); збагачують промиванням водою, гравітацією, магнетацією, флотацією у спеціальних машинах-сепараторах (елемент 3); грудкують на грануляторах (елемент 4) виготовляють офлюсований агломерат на агломераційних машинах (елемент 5). Підготовлену руду (куски розміром 20-40 мм), паливо і флюси, взяті у певній кількості, пошарово завантажують у домнову піч, де внаслідок фізико-хемічних процесів сировина перетворюється на чавун (елемент 6). Замість руди і вапняку можна використовувати офлюсований агломерат, який виготовляють спіканням порошкової зволоженої маси, що складається з руди, коксу та вапняку. Використання офлюсованого агломерату зменшує витрати коксу та вапняку, разом з тим збільшує техніко-економічні показники роботи домнової печі. Будови та принцип роботи домнової печі. Першу в Україні домнову піч розпалили в 1800 р. на Луганському чавуноливарному 1 заводі, а перший чавун зварили в і 873 р. на і Юзівському (нині Донецькому) металургійному заводі. Домнова піч (домна) - це піч стовбурного типу (рис. 39). Висота печі значно перевищує діяметер поперечного перерізу. Зовні піч окута сталлю, усередині викладена вогнетривкою цеглою. Сучасні домнові печі за висотою поділяють на такі частини: 1 -колошник; 2 - стовбур; 3 - розпар; 4 - заплечки; 5.- горно; 6 - черінь. Домна працює за принципом зустрічних потоків: шихта рухається згори вниз, а гарячі потоки газу, який утворився внаслідок згоряння палива - назустріч, тобто знизу вгору. Зволожене, збагачене киснем (до 30%) і нагріте повітря, необхідне для горіння палива, вдувають у піч через фурми (від нім. «Form» -форма), розміщені у верхній частині горна печі. Залежно від розміру печі" їх може бути до 60. Повітря нагрівають у повітронагрівниках. Біля кож-ної печі є по три-чотири повітронагрівники. Впровадження високотемпературного (1200-1300°С дуття поліпшило техніко-економічні показники печей: збільшилась продуктив-ність, зменшилась витрата палива. Домна працює безперервно протягом п'яти-десяти років, потім поставлять на капітальний ремонт. Шихту у піч завантажують певними порціями (колошами) через засипний апарат, який розміщено у верхній частині печі - ко-лошнику. Періодично льотками, які розташова-ні у горні, випускають чавун і шлак. Домновий газ із печі виходить безперервно газовивідними трубами, розташованими у верхній частині печі. Фізико-хемічні процеси чавунова ріння Під час варіння чавуну в домні від-буваються такі _ процеси: горіння палива; відновлення заліза та інших хемічних елементів, які містяться в шихті, з їх сполук; навуглецьовування заліза. 1. Горіння палива. Завантажена в піч шихта опускається до рівня фурм і паливо згоряє в потоці гарячого повітря, яке подають під тиском: С+О2>СО2+Q Температура підвищується до 1600-1800°С. Оксид вуглецю (СО2), піднімається, проходить через розжарений кокс, взаємодіє з вуглецем і відновлюється до СО. СO2+C>2СО+Q Природний газ складається в основному з метану (СН4), який згоряє: СН4+2О2>СО2+2Н2О+Q Це не є кінцевою реакцією, оскільки СО2 відновлюється вуглецем до CO. Водяна пара також взаємодіє з вуглецем розжареного коксу: Н2 Опара+Скокс>Н2+СО-Q 2. Відновлення заліза. Залізо із сполук, в яких воно міститься в руді, відновлюється за допомогою оксиду вуглецю (СО), водню (Н2) і розжареного коксу (С). Оксиди заліза відновлюються послідовно від вищих оксидів до нижчих і далі до чистого металу: Fe2O3 >Fe-3O4>FeO>Fe Відновлення починається за температури 400-500°С, а закінчується за температури 1300-1400°С (у розпарі печі). За цих температур залізо перебуває в твердому стані й має вигляд твердої пористої маси (Тпл.заліза=1539°С), яку називають «губчатим» залізом. До температури 950°С має місце непряме відновлення заліза, яке відбувається за участю СО і Н2. За вищих температур у розпарі печі відбувається пряме відновлення оксидів заліза за допомогою розжареного коксу (вуглецю): FeO+Cкокс>Fe+CO-Q 3. Навуглeцьовування заліза. У стовбурі печі за температур понад 400-500°С поряд із відновленням заліза відбувається його навуглeцьовування. Процес навуглeцьовування можна зобразити у вигляді реакцій, які проходять між залізом і навуглецювальним середовищем, яким є СО і С. 3Fe+2CO>Fe3C+CO2+Q Отриманий цементит (Fe3C) добре розчиняється у залізі й утворює з ним сплав. Із збільшенням вмісту вуглецю температура залізовуглецевих сплавів знижується і якщо вміст вуглецю дорівнює 4,3%, становить 1147°С. У горні температура перевищує 1800°С. Утворений сплав стікає в горно. 4. Відновлення домішок. У шихті разом з основними елементами – залізом і вуглецем - завжди містяться домішки, а також сполуки інших, не завжди бажаних елементів, таких як сірка, фосфор, манган, кремній тощо. Постійними корисними домішками, які поліпшують властивості чавуну, є манган і кремній, а шкідливими, що надають чавуну, а потім j сталі, крихкості, - сірка та фосфор. Відновлення мангану та кремнію відбувається за температури відповідно 1100 і 1450°С: MnO+C>Mn+Co-Q SiO2+2C>Si+2CO-Q Відновлені домішки Мn і Si, розчиняються в залізі, входять до* складу сплаву та поліпшують його властивості. Сірка потрапляє в шихту разом із рудою, коксом або флюсами. Частина сірки окислюється у верхній частині печі та виноситься з печі, разом із домновим газом, а частина - переходить у шлак: FeS+CaO>FeO+CaS+Q Решта сірки переходить у розплав, оскільки FeS добре розчиняється і у ньому. Для виведення сірки необхідна висока температура і надвишок флюсів - СаО, а це спричиняє збільшення витрат палива та зменшення продуктивності печі. Тому дуже часто сірку з розплавленого чавуну виводять поза піччю (а окремих агрегатах). Фосфор потрапляє до шихти так само, як і сірка, тобто з рудою, коксом і флюсами. Він знаходиться, головним чином, у вигляді мінералів 3CaO*P2O5 i 3FeO*P2O5*8H2O. Фосфор відновлюється за допомогою оксиду вуглецю (CO), водню (H2), а також твердого вуглецю (С) за температури 900-1 100°С. Практично весь відновлений фосфор переходить у розплав. Отриманий у домновій печі сплав, називають чавуном. Він складається з заліза, вуглецю та домішок: мангану, кремнію, фосфору, сірки тощо. 5. Утворення шлаку (нім. «Schlacke»). У процесі складання шихти велику увагу приділяють кількості флюсів, оскільки склад шлаку впливає на хід фізико-хемічних процесів, які відбуваються в шихті, а також на вміст домішок у чавуні. Оптимальним вважається шлак такого складу, %: 40-50 СаО, 38-40 SiO2 і 7-10 А12О3. Чим більша кількість СаО у шлакові, тим краще чавун очиститься від сірки. Утворений шлак стікає в горно печі та спливає на поверхню чавуну, оскільки він легший. Чавун із печі випускають у ковші-чавуновози, які перевозять його у сталеварні чи ливарні цехи, або розливають у виливниці. Шлак випускають у шлаковози. 3 ПРОДУКЦІЯ ДОМНОВОЇ ПЕЧІ У процесі перероблення залізної руди в домновій печі отримують чавун, шлак, домновий газ, домновий пил. Чавун – основна продукція, а шлак, домновий газ - побічна. У металургійній промисловості варять переробний, ливарний і спеціальний чавуни. Спеціалісти металургійної промисловості підраху-вали, що майже половина руди переходить у шлак. Так, домнова піч об'ємом 3000 м3 за добу пере-роблює 8500 т шихти, а видає 5000-5500 т чавуну. Шлаком називають речовину, яка утворилася внаслідок взаємодії породи, попелу чи жужелиці, деяких домішок і флюсів. Шлак випускають з печі через льотки в ковші - шлаковози. Ще донедавна гори відвалів шлаку забруднювали довкілля. Тепер шлак почали використовувати для виготовлення будівельних матеріялів: шлакової цегли, блоків, шлаковати тощо. Більшу частину шлаку після |ї гранулювання використовують для виробництва цементу. Із шлаку виробляють мінеральні добрива, які знижують кислотність ґрунтів, оскільки містять СаО. Вода, в якій охолоджували шлак, містить розчинену сірку. Вона має к цілющі властивості. Цю воду використовують для лікування робітників металургів. Домновий газ і пил. Під час згоряння 1 т коксу утворюється близько 5000 м3 газу. Домновий газ містить значну кількість горючих речовин: до 30% СО і 4% Н2 Після очищення від пилу і шкідливих речовин домовний газ використовують як паливо для нагрівання повітронагрівників, домнових та інших печей. Використовують також тиск домнового газу. Так, на домні «Криворіжсталь» поставили турбіну, що виробляє електроенергію, якою повністю забезпечують піч. Для нормальної роботи печі тиск газу під колошником має становити близько 0,25 МПа. Домновий пил містив- де 50% заліза. Його використовують у процесі агломерації залізних руд. 4. ПОКАЗНИКИ РОБОТИ ДОМНОВОЇ ПЕЧІ ТА ШЛЯХИ ЇХ ПОЛІПШЕННЯ Основними показниками роботи домнової печі є продуктивність питома витрата палива, собівартість чавуну. Продуктивністю домни називають кількість чавуну (у тоннах,), виплавленого за добу. Для порівняння продуктивності печей різного об'єму введено коефіцієнт використання корисного об'єму (к.в.к.о.) печі: де V - корисний об'єм печі (від рівня засипання шихти до череня); Р - середньодобова продуктивність печі. Чим меншим буде цей показник, тим ліпше піч працює, більша щ продуктивність і навпаки. На кращих металургійних підприємствах к.в.к.о. = 0,5-0,7. Продуктивність праці визначають кількістю чавуну (у тоннах)КЛ виплавленого одним робітником-металургом за рік. -М Питома витрата палива є важливим показником домнової печі. Цей показник визначає кількість палива, витраченого на отримання 1т чавуну. У кращих домнах на отримання 1т чавуну витрачають близько 550 кг коксу. Собівартість чавуну враховує вартість сировини, палива, води, амортизацію, основних фондів і заробітну платню працівників металургіїі тощо. Основну частку собівартості чавуну становлять сировина: руда флюси та паливо (понад 92%). Найдешевшим є переробний чавун. На виробництво 1 т переробного чавуну витрачається найменше палива. Найбільше палива витрачається на отримання легованих чавунів та феросплавів. Поліпшення показників роботи домнової печі досягають вдосконаленням конструкції домни, ретельним підготовленням сировини (ліпшим збагаченням руди, палива, використанням офлюсованого агломерату тощо), підвищенням температури дуття повітря, збагаченого киснем, механізацією та автоматизацією процесу чавуноваріння. СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ: “Технологія металів”, Остапенко Н.Н., Кропивницький Н.Н. – Виза школа. 1970 Козир І.Я. “Загальна технологія” – вища школа, 1986 Нікіфоров В.М. “Технологія металів і конструкційних металів”. Вища школа, 1984 | |
| Просмотров: 786 | Рейтинг: 0.0/0 |
| Всего комментариев: 0 | |