Опишите каждую стадию основного процесса получения черных металлов кратко

Обновлено: 25.06.2024

Современное металлургическое производство – это сложная система различных производств, базирующихся на месторождениях руд, коксующихся углей, энергетических комплексах, оно включает:

– шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;

– КХЗ, где осуществляют подготовку углей и коксование;

– энергетические цехи для получения сжатого воздуха и кислорода;

– доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов;

– сталеплавильные цехи для производства стали;

– прокатные цехи, в которых слитки перерабатывают в рельсы, балки, листы, трубы и т.д.

На рисунке 2.1 приведена технологическая схема современного двухстадийного (классического) производства черных металлов.

Основными цехами металлургического комбината являются: доменный; сталеплавильный; прокатные.

Исходным сырьём металлургического предприятия является:

– железная руда, предварительно обогащенная и окускованная;

– флюсы, добытые в карьерах и также прошедшие предварительную обработку.

Производство чугуна на металлургических заводах состоит из двух основных этапов:

– подготовка исходных материалов (шихты) к плавке;

ШМ доменной плавки являются железосодержащие компоненты (агломерат, окатыши), кокс и флюсы. Подготовка железосодержащей части шихты состоит в обогащении руды и окусковании с получением агломерата или окатышей. Обогащение производится с целью повышения содержания полезного компонента (железа) в руде, что существенно улучшает ее металлургические свойства. Окускование сырья способствует повышению газопроницаемости столба шихтовых материалов в доменной печи, улучшению восстановительной способности газового потока, уменьшению выноса газовым потоком мелких фракций шихты из доменной печи, увеличивается производительность доменных печей, сокращается расход кокса.

Кокс является продуктом переработки коксующихся углей. Качество кокса характеризуется химическим составом, физико-механическими свойствами и зависит от свойств исходных углей, их подготовки к коксованию, технологии коксования и обработки готового кокса.

Флюсы служат для придания легкоплавкости пустой породы руды, ошлакования золы кокса и получения жидкоподвижного шлака. В качестве флюса обычно применяют известняки их вводятся в доменную печь обычно в виде офлюсованных агломерата и окатышей или в виде кускового материала.

Рисунок 1.1 – Технологическая схема современного двухстадийного

На рисунке 1.2 приведена общая схема доменного производства.

Продукцией черной металлургии является:

– чугуны, выплавляемые двух видов: передельный, используемый для передела в сталь и литейный, используемый для производства отливок в литейных цехах.

– ферросплавы для выплавки легированных сталей;

– стальные слитки для производства различного проката (рельсов, балок, листа, труб и др.), а также для изготовления крупных кованых валов, дисков, роторов турбин. Доменная печь является уникальным агрегатом, имеющая следующие особенности.

1. Противоточный характер движения материалов.

2. Энергетически малозатратный (экономный) агрегат.

3. Минимальное количество вредных выбросов и пыли.

4. Наличие в одном агрегате одновременного зон твердого, жидко-твердого и жидкого состояния.

5. Наличие большого температурного перепада от 0 до 2200 °С.

6. Большой перепад давлений от 10 до 500 кПа.

7. Большой объем доменных печей в 5500 м3 печь 5580 м.

8. Кампания доменной печи длится от 10 до 40 лет, за одну кампанию доменная печь выплавляет от 20 до 40 млн. т чугуна.

Суточная производительность 12000-13000 т.

Рисунок 1.2 – Общая схема доменного производства

Доменное производство имеет недостатки: работает на дорогом дефецитном коксе; требует окускования шихты, аглофабрики и производства по изготовлению окатышей. Это все требует огромных капитальных, энергетических затрат и сопровождается загрязнением окружающей среды.

Основы технологии черных металлов

Общая схема получения черных металлов показана на рис. 12.1.

Получение чугуна

Чугун получают из железных руд при высоких температурах в результате восстановительных процессов (восстановительным процессом называют химический процесс, при котором от оксидов металлов отнимается кислород).

Наиболее ценными рудами для получения чугуна считаются:

− магнитный железняк Fe3O4;

− красный железняк Fe2O3;

− бурый железняк 2Fe3O3∙3Н2О;

− шпатовый железняк FeСO3.

Разработке подвергают преимущественно руды, содержащие незначительное количество вредных примесей (фосфора, серы, мышьяка) и пустой породы (глины, песка и др.).

Для получения чугуна железные руды перерабатывают в доменных печах. Схема доменной печи приведена на рис. 12.2.

Домна – высокая шахтная печь высотой до 30 м и более, 6 м в ширину. Стенки доменной печи выложены из огнеупорного кирпича, а снаружи кладка заключена в стальной кожух толщиной 20-40 мм.

Исходными материалами для доменной плавки являются руда, флюсы (плавни) и топливо (кокс), которые загружаются в доменную печь сверху в количествах, определяемых расчетами. Смесь этих материалов называется шихтой

а) горение углерода топлива;

б) удаление из сырых материалов влаги и летучих веществ;

в) восстановление и науглероживание железа;

г) плавление восстановленного и науглероженного металла и отшлаковывание пустой породы и флюсов.

Флюсы – это материалы минерального происхождения, вводимые в шихту для образования шлака. Флюсы способствуют переходу вредных для металла примесей в шлак. По химическому составу различают основные (известняк), кислые (кремнезем) и нейтральные (глинозем) флюсы. Температура плавления и превращения пустой породы в шлак обычно очень высока. Для ее понижения в состав шихты вводят флюсы (плавни).

Шихту непрерывно подают в верхнюю часть домны через загрузочное устройство. В нижней части домны сгорает кокс (через фурмы подают горячий воздух):

Углекислый газ, поднимаясь, соприкасается с раскаленным коксом и переходит в оксид углерода:

2
СО.
Еще выше в домне оксид углерода (СО) взаимодействует с раскаленной рудой:

2
FeO + CO2
и далее образуется восстановленное железо (Fe

FeO + CO = Fe + CO2.

Таким образом, углерод кокса при высоких температурах восстанавливает железную руду до чистого железа (Fe

Восстановленное железо насыщается углеродом (науглероживается примерно до 3,5…4 %), превращаясь в чугун (Fe3С

2
CO = Fe3C + CO2.
Чугун стекает в нижнюю часть домны. Из домны чугун выпускают через специальное отверстие – летку. Чугун начинает образовываться при температуре 1250 °С. Он стекает между кусками кокса в горне.

Продукты плавки – чугун и шлак периодически выпускают через летки в ковш.

При доменном производстве на каждую тонну чугуна получают около 0,6 огненно-жидкого шлака. Шлак – ценное сырье для промышленности строительных материалов. Из него получают шлакопортландцемент, шлаковую пемзу, шлаковую вату, шлаковый щебень и др.

Запущенная в действие доменная печь функционирует непрерывно в течение нескольких лет. Современная доменная печь может выплавлять 12000 т чугуна и выдает около 4000 т шлака, а также 27000 т колошникового газа в сутки.

Руду, кокс и флюсы периодически добавляют через верхнее отверстие (колошник) домны. Также периодически производится выпуск из нее чугуна и шлака – через каждые 4-6 ч. При этом 99-99,8 % железа переходит в чугун и только 0,2-1 % − в шлак.

По назначению доменные чугуны разделяют на литейный, передельный и специальный. Литейный чугун переплавляют и из него отливают чугунные элементы строительных конструкций: тюбинги для тоннелей, опорные части железобетонных ферм и балок, санитарно-технические изделия (ванны, мойки, канализационные трубы).

Передельный чугун предназначен для переработки в сталь. На долю передельных чугунов приходится свыше 80 % всей продукции доменных печей.

Специальные чугуны (доменные ферросплавы) содержат кремний или марганец в повышенном количестве и их используют как добавки при выплавке стали.

В чугуны часто вводят медь, алюминий, титан, хром, никель. Подобно сталям такие чугуны называют легированными.

Получение стали

Получение стали из чугуна основано на уменьшении содержания углерода и других входящих в чугун элементов. Процесс выплавки стали, наряду с обезуглероживанием чугуна, включает освобождение его от загрязняющих примесей и введение полезных. Сталь получают главным образом в жидком состоянии (литая сталь).

По способу выплавки стали делятся на конверторные, мартеновские и электростали.

При конверторном способе расплавленный чугун продувают сжатым воздухом или кислородом в больших грушевидных сосудах-конверторах с внутренней огнеупорной футеровкой (рис. 12.3).

При мартеновском способе сталь получают в печах Сименса-Мартена (рис. 12.4) с регенерацией теплоты отходящих газов.

При получении стали электроплавкой (специальные стали) используют электродуговые, индукционные и высокочастотные печи (рис. 12.5).

В заключение можно отметить, что в мире в конверторах выплавляются более 50 % стали, причем эта доля стали, выплавляемой высокопроизводительными методами (конвертор и электроплавка), имеет тенденцию к непрерывному увеличению, тогда как доля мартеновской выплавки постепенно снижается.

В металлургический комплекс входят чёрная и цветная металлургия, охватывающая все стадии технологических процессов: от добычи и обогащения сырья до получения готовой продукции в виде чёрных, цветных металлов и их сплавов.

Металлургический комплекс – это взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов:

1) добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, получение необходимых концентратов);

2) получение чугуна, стали, проката чёрных и цветных металлов, труб и др.;

3) производство сплавов;

4) утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.

Выделяются следующие типы производства в металлургическом комплексе:

· производства полного цикла, представленные, как правило, комбинатами, в

которых одновременно действуют все названные стадии технологического процесса;

· производства неполного цикла – это предприятия, в которых

осуществляются не все стадии технологического процесса, например, в чёрной металлургии производятся только сталь и прокат, но отсутствует выпуск чугуна или производится только прокат. К неполному циклу относятся также электротермия ферросплавов, электрометаллургия и др.

Предприятия неполного цикла называются передельными и представлены отдельными подразделениями по производству литейного чугуна, стали или проката в составе крупных машиностроительных предприятий страны.

Металлургический комплекс – это фундамент машиностроения. Металлургия относится к числу базовых отраслей народного хозяйства и отличается высокой материалоёмкостью и капиталоёмкостью производства. Исключительно велико районообразующее значение металлургического комплекса в территориальной структуре народного хозяйства России.

Чёрной металлургия имеет следующие особенности сырьевой базы:

· относительно большое содержание полезного компонента в сырье (от 17 до 53 – 55%);

· многообразие видов сырья;

· различные условия добычи: как шахтная, так и открытая;

· использование руд, сложных по своему составу.

Размещение предприятий чёрной металлургии полного цикла зависит от сырья и топлива. В современных условиях все большее влияние на размещение отраслей металлургического комплекса оказывает научно – технический прогресс. Значительную роль в размещении металлургических мероприятий играет транспортный фактор. Кроме того, влияет развитие инфраструктуры, а именно обеспеченность района объектами производственной и социальной инфраструктуры, уровень их развития.

Таким образом, существует три варианта размещения предприятий чёрной металлургии полного цикла: вблизи источников сырья (Урал, Центр), вблизи источников топлива (Кузбасс), между источниками сырья и топлива (Череповец).

Большими объёмами производства отличается передельная металлургия, к которой относятся сталеплавильные, сталепрокатные и трубные заводы. Заводы передельной металлургии создаются в крупных центрах машиностроения, где потребности в металле определённых сортов достаточно велики.

Важнейшей проблемой сырьевой базы чёрной металлургии является её удалённость от потребителя, так как основное потребление черных металлов и сплавов осуществляется в европейской части России.

Металлургические базы России

На территории России выделяются три металлургические базы – Центральную, Уральскую и Сибирскую.

Уральская металлургическая база является самой крупной в России. На долю Уральской металлургии приходится 52 % чугуна, 56 % стали и более 52 % проката черных металлов от объемов, производимых в масштабах бывшего СССР. Урал пользуется привозным кузнецким углем. Собственная железорудная база истощена, поэтому значительная часть сырья ввозится из Казахстана (Соколовско - Сарбайское месторождение), Карелии, с Курской магнитной аномалии. На Урале есть крупнейшие центры чёрной металлургии (Магнитогорск, Челябинск, Нижний Тагил, Новотроицк, Екатеринбург, Серов, Златоуст и др.) Сейчас 2/3 выплавки чугуна и стали приходится на Челябинскую и Оренбургскую области. Особое место занимает Магнитогорский металлургический комбинат. Он является самым крупным по выплавке чугуна и стали не только в России, но и в Европе.

Урал является одним из главных регионов производства стальных труб для нефте- и газопроводов. Крупнейшие его предприятия размещены в Челябинске, Первоуральске и Каменск – Уральске.

Центральная металлургическая база. Развитие чёрной металлургии в этом районе базируется на использовании крупнейших месторождений железных руд Курской магнитной аномалии (КМА) и на привозных коксующихся углях – донецком, печорском и кузнецком. Почти вся руда добывается открытым способом. Центральная металлургическая база включает крупные предприятия полного металлургического цикла: Новолипецкий металлургический комбинат

В зону влияния и территориальных связей Центра входит и металлургия Севера европейской части России, крупнейшим предприятием является Череповецкий металлургический комбинат (ОАО «Северсталь).

Металлургическая база Сибири находится в процессе формирования. На долю Сибири и Дальнего Востока приходится примерно пятая часть производимых в России чугуна и готового проката и 15 % стали.

Основой формирования Сибирской металлургической базы являются железные руды Горной Шории, Хакасии, Ангаро-Илимского железорудного бассейна, а топливной базой – Кузнецкий каменноугольный бассейн. Производство здесь представлено двумя крупными предприятиями чёрной металлургии: Кузнецким металлургическом комбинатом (г. Новокузнецк Кемеровской области) и Западно-Сибирским металлургическим комбинатом

(г. Новосибирск), а также ферросплавным заводом (г. Новокузнецк.). Получила развитие и передельная металлургия, представленная несколькими передельными заводами (Новосибирск, Гурьевск, Красноярск, Комсомольск-на-Амуре.).

На Дальнем Востоке перспективы развития чёрной металлургии связываются с формированием Южно-Якутского ТПК, в составе которого предполагается создание предприятий полного цикла.

ГЛАВА 12. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЧЕРНОЙ И ЦВЕТНОЙ МЕТАЛЛУРГИИ

Металлургический комплекс – это взаимообусловленное сочетание следующих технологических процессов:

1) добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, получение необходимых концентратов);

2) получение чугуна, стали, проката чёрных и цветных металлов, труб и др.;

3) производство сплавов;

4) утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.

Выделяются следующие типы производства в металлургическом комплексе:

· производства полного цикла, представленные, как правило, комбинатами, в

которых одновременно действуют все названные стадии технологического процесса;

· производства неполного цикла – это предприятия, в которых

Чёрной металлургия имеет следующие особенности сырьевой базы:

· относительно большое содержание полезного компонента в сырье (от 17 до 53 – 55%);

· многообразие видов сырья;

· различные условия добычи: как шахтная, так и открытая;

· использование руд, сложных по своему составу.

Металлургические базы России

На территории России выделяются три металлургические базы – Центральную, Уральскую и Сибирскую.

Производство черных металлов из железной руды — сложный технологический процесс, который может быть условно разделен на две стадии. На первой стадии получают чугун, а на второй — его перерабатывают в сталь. Чугуном называют сплав железа с углеродом (2. 6,67 %), кроме них в состав сплава могут входить кремний, марганец, сера, фосфор и др. Исходными материалами для производства чугуна являются железные руды, топливо и флюсы. Наиболее часто применяемые железные руды: красный (Fe2O3), магнитный (Fe3O4), бурый (Fe2O3-nH2O), шпатовый (РеСОз) железняки, содержащие 30. 70 % железа и пустую породу из различных природных химических соединений (SiO2, А12Оз и др.) и вредные примеси (серы, фосфора). Топливом служит кокс — продукт сухой перегонки (без доступа воздуха) коксующихся каменных углей. Флюсы (плавни) — известняки, доломиты, кварц, песчаники применяют для понижения температуры плавления пустой породы и перевода ее и золы топлива в шлак. Основным способом производства чугуна из руд в настоящее время является доменный процесс, заключающийся в восстановлении железа из руд (оксидов) при высокой температуре и отделении его от пустой породы руды.

Опишите каждую стадию основного процесса получения черных металлов.

2 Смотреть ответы Добавь ответ +10 баллов

Ответы 2

1. добыча и подготовка сырья к переработке (добыча, обогащение, агломерирование, получение необходимых концентратов и др.)
2.металлургический передел — основной технологический процесс с получением чугуна, стали, проката черных и цветных металлов, труб и др
3. производство сплавов.
4 утилизация отходов основного производства и получение из них вторичных видов продукции.

Читайте также: