Содержание страницы
Производство стали и чугуна: процесс получения и используемые материалы
Производство оборудования, транспортных средств невозможно без стали и чугунов. Также сталь широко используется в строительстве. Из чугуна изготавливают станины для оборудования.
Чугун выплавляют в доменных печах из руды с помощью восстановителей, флюсов. Далее его в конвертерах или других установках перерабатывают в сталь. После изготовления эту сталь раскисляют и разливают на установке непрерывного литья заготовок (устаревший вариант — разливка в изложницы).
Стали среднелегированные или повышенной степени очистки получают методом электродуговой переплавки. Это процессы, которые используют операции вакуумирования, специального рафинирования, внесение дополнительных материалов для легирования.
Основным сырьем при производстве чугунов и сталей является железная руда.
Наиболее распространенные виды железной руды
В производстве применяются различные руды с содержанием полезного компонента от 23 до 72%. Чаще всего применяются следующие виды сырья для получения железа:
• бурый железняк;
• красный железняк;
• магнитный;
• шпатовый;
• смешанные руды.
Содержание полезного компонента в буром железняке составляет 35 — 60%. Он присутствует в этом сырье чаще всего в виде гидроксида железа, из которого при сильном нагревании получают оксид железа. Благодаря высокопористому строению этот оксид достаточно быстро восстанавливают в доменной печи углеродом кокса.
Изначально красный железняк включает в качестве компонента оксид железа и это упрощает его переработку. В его составе гораздо меньше серы и фосфора, но и пористость у него меньше. Содержание полезного вещества в такой руде около 60%.
Магнитный железняк включает в качестве полезного компонента магнитный оксид железа. Из него труднее восстановить железо, чем из оксида. Это технологичный способ, недорогой и высокопроизводительный. Для переработки применяются магнитные сепараторы. Железа в магнитном железняке может быть до 70%.
Шпатовым железняком называют карбонат железа двухвалентный. Содержание полезного компонента в нем меньше, чем в других рудах, до 45%. Для получения оксида железа нужен нагрева до высокой темпераруры, да и содержание вредных примесей в нем больше.
Смешанные руды используют для получения легирующих добавок и ферросплавов. Наличие в их составе железа используется при разработке технологии выплавки для снижения затрат энергии. В кроме железа находятся такие элементы как никель, марганец, титан, хром, ванадий и другие.
К смешанным рудам, основой которых составляет железо, относятся:
• хромиты с содержанием оксида хрома до 37%:
• бурые железняки с высоким содержанием никеля, в них содержание никеля может доходить до 0,5%;
• марганцевые руды, в которых содержится до 40% оксида марганца.
Видимо в недалеком будущем придется переплавлять железные руды с меньшим содержанием различных металлов.
Восстановители в процессах производства чугуна и стали
Для обеспечения выплавки чугуна или стали требуются восстановители. Чаще всего с этой целью используется кокс. Ферросплавы выплавляют с применением древесного угля, алюминия и нефтяного пека. Древесный уголь применяют гранулированный или брикетированный. Качество угольного кокса определяется зольностью и количеством серы и фосфора. Эти показатели небольшие у качественного угольного кокса. При сгорании одного килограмма кокса, выделяется 5600 килокалорий. Используя природный газ можно сэкономить на дорогом коксе, однако не более 25%, так как природный газ при сгорании выделяет водяной пар.
Флюсы
При выплавке чугуна с целью удаления вредных примесей, также, как и при производстве стали применяются флюсы. В процессе плавки флюсы вместе с пустой породой превращается в шлаки. Чаще всего применяется известь и ее производные используются для наведения основных флюсов. Для получения кислых флюсов применяются кварциты (полисиликаты). Известь дешевле древесной золы, которая применялась для этих целей раньше.
Далее в процессе доменной плавки идет продувка техническим кислородом и добавление ферросплавов. Наиболее глубокое раскисление обеспечивается добавлением алюминиевой стружки. Алюминий к тому же существенно повышает механические параметры стали.