Презентация на урок "Производство чугуна и стали"

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение Саратовской области Петровский агропромышленный лицей

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА И СТАЛИ

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 .

Чугун выплавляют в доменных печах.

Исходными материалами для производства чугуна

являются железные руды , топливо и флюсы.

Железные руды - горные породы содержащие

железо в виде химических соединений с

кислородом и другими элементами. В состав

железных руд, кроме того, входят и другие

соединения в виде кремнезема, глинозема,

известняка и т. п. (объединяемые общим понятием

- "пустая порода"). 

Обычно для производства чугуна используют

магнитный железняк (Fe 3 O 4 ) с содержанием

железа до 70%, красный железняк (Fe 2 О 3  ) ,

содержащий до 65 % железа, и бурый железняк

(2Fe 2 О 3  2H 2 О) , содержащий до 60 % железа. 

Топливом в доменном процессе служит кокс ,

получаемый при сухой перегонке (сжигание без

доступа воздуха) коксующихся каменных углей.

Флюсы (плавни) - известняки, доломиты,

песчаники применяют для понижения

температуры плавления пустой породы и перевода

ее и золы топлива в шлак.

Доменная печь

представляет собой

шахту, снаружи

покрытую

металлическим

кожухом и изнутри

футерованную

огнеупорным

кирпичом.

Восстановление железа из его оксидов происходит

во время движения шихты под действием

собственной массы от верхней части печи к

нижней. В нижней части печи при 900-1100°С часть

восстановленного железа соединяется с

углеродом, в результате чего получается карбид

железа Fe 3 C. 

Этот процесс называют: науглероживанием.

При температуре около 1150°С начинается

плавление науглероженного железа, и

образовавшийся жидкий чугун стекает в горн печи.

Сюда же стекает расплавленный шлак, который как

более легкий материал всплывает над чугуном.

Расплавленные чугун и шлак периодически

выпускают через специальные отверстия –

чугунную и шлаковую летки, причем сначала

выпускают шлак, а затем - чугун.

Чугун в расплавленном состоянии подают к

разливочным машинам для отливки в "чушки" или

в специальных ковшах доставляют в

сталеплавильные цехи, где его перерабатывают в

сталь. Жидкий шлак из доменной печи используют

для производства шлаковой пемзы,

гранулированного шлака, каменного литья или

сливают в отвал. Побочным продуктом доменного

производства является колошниковый газ, который

применяют для нужд металлургической

промышленности.

Процесс производства стали  состоит в

уменьшении содержания имеющихся в

передельном чугуне примесей (углерода, кремния,

марганца, серы, фосфора). Указанные примеси при

выплавке стали выгорают либо переходят в шлак.

Исходными материалами для выплавки стали

являются: передельный чугун, стальной лом,

ферросплавы, железная руда и флюсы.

Современными способами производства стали

являются конвертерный, мартеновский и

электроплавильный (в электропечах).

По конвертерному способу сталь получают в печах

- конвертерах.

Конвертер - стальной футерованный сосуд грушевидной формы,

поворачивающийся вокруг горизонтальной оси на двух цапфах. В

нижней части конвертера имеются фурменные отверстия для

подачи воздуха под давлением 0,2-0,25 МПа. Жидкий передельный

чугун заливают из ковша в конвертер, после чего через фурменные

отверстия пропускают воздух, обогащенный кислородом. 

Под воздействием воздуха в расплавленном чугуне образуется

закись железа FeO, которая реагирует с примесями (кремнием,

марганцем, фосфором), образуя оксиды, которые переходят в шлак

или выгорают, а закись железа при этом восстанавливается до

чистого железа. Этот процесс продолжается всего 15-30 мин, что

является большим преимуществом данного способа. Емкость

современных конвертеров достигает 600 т . Этот способ отливки

стали высокопроизводителен и наиболее экономичен.

Мартеновский способ   получения стали в

настоящее время наиболее распространен.

Мартеновская печь представляет собой агрегат,

рабочее пространство которого имеет форму

вытянутой в горизонтальном направлении камеры.

Нижнюю часть камеры, имеющей вид ванны,

называют подом. Его делают набивным из

огнеупорных материалов, а стенки и свод печи

выкладывают из огнеупорного кирпича. В верхней

части имеются каналы, соединяющие рабочую

камеру с газовыми и воздушными

регенераторами. Емкость современных

мартеновских печей до 1000 т.

Твердый или расплавленный чугун с добавкой скрапа

(металлолома) или руды плавится в мартене за счет

сжигания топлива - смеси колошникового газа или

генераторного газа с воздухом. Для повышения

теплового эффекта газ и воздух предварительно

нагревают в регенераторах, применяют кислородное

дутье. Примеси - кремний, марганец и фосфор

окисляются закисью железа FeO, образовавшейся в

расплаве, переходят в оксиды и удаляются в виде

шлака, а закись железа переходит в чистое железо.

Серу из расплава удаляют при помощи известняка,

вводимого в качестве флюса. Углерод при высоких

температурах выгорает. Образующийся в процессе

выплавки стали шлак скапливается на поверхности

жидкого металла и его периодически удаляют.

Во время выплавки стали, продолжающейся 4 - 8 ч ,

в ее состав вводят различные добавки –

ферросплавы, например феррохром,

феррованадий, получая тем самым легированную

сталь. Химический состав расплава контролируют

путем систематического отбора проб для анализа.

После получения стали заданного химического

состава ее выпускают в ковш, а из него разливают

по изложницам - чугунным или стальным формам.

Мартеновская сталь отличается от конвертерной

более высоким качеством. Ее широко применяют

для изготовления строительных конструкций

(ферм, подкрановых балок, мостов, рельсов и др.),

а также для высокопрочной арматуры.

Электроплавка  - наиболее совершенный способ

производства специальных и высококачественных

сталей. Сталь выплавляют в дуговых или

индукционных электропечах. Наиболее

распространены дуговые электропечи емкостью

до 200 т.

Устройство электропечи

В качестве сырьевой шихты для электроплавки

стали используют как стальной скрап и железную

руду, так и жидкие стали, поступающие из

мартеновской печи или конвертера. Кроме того, в

состав шихты вводят флюсы и легирующие добавки.

Источником тепла является электродуга,

образующаяся между вертикально установленными

угольными электродами и расплавленным металлом.

По существу протекающих процессов электроплавка

не отличается от мартеновского способа производства

стали. Однако существенным недостатком

электроплавки является низкая производительность и

высокая себестоимость стали .

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!!!