Презентация, доклад на тему Методическая разработка урока по предмету ОП 07. Основы металлургического производства на тему: Производство чугуна

железных руд.
Конструкция доменной печи.
Доменный процесс.

доменной печи.
Доменный процесс.

2,14 до 6,67 %

чугуны

плавки, являются:
железорудный агломерат,
кокс,
флюсы.

Агломерат в металлургии, спекшаяся в куски мелкая (часто пылевидная) руда размерами 5—100 мм с незначительным содержанием мелочи

в состав горных пород в различных химических соединениях. В природе известно более 300 разновидностей горных пород, содержащих железо, но далеко не все они представляют собой железные руды.
Железными рудами принято называть такие горные породы, из которых экономически выгодно извлекать железо методом плавки. Экономическая целесообразность извлечения железа из руд зависит от уровня развития техники и характеристики месторождений.

Среди металлов железо занимает третье место по распространенности в земной коре (4-5 %) после кремния(27-29 %) и алюминия(7-8 %).

примесей.
Главной частью руды является рудный минерал, в состав которого входит железо.

промышленными способами.

руды.
Из одних руд в основном можно получить только один металл, а из других — несколько.
В последнем случае руды называют полиметаллическими.

др. в железной руде; золото, серебро и др. в медной руде),
вредные примеси (фосфор, сера и мышьяк в железной руде),
пустая порода (глинозем, кремнезем в железной руде; окислы железа, глинозем, кремнезем в медной руде).

В процессе переработки руды в металл вредные примеси и пустая порода удаляются.

со следующими рудными минералами: красный железняк,
магнитный железняк,
бурый железняк
шпатовый железняк.
Качество руды тем выше, чем больше в ней содержится железа, марганца и других полезных элементов и меньше вредных примесей и пустой породы.

Агломерат
Железорудный
марганцевый

получается при нагревании до высоких температур (950—1050 °С) без доступа воздуха природных топлив или продуктов их переработки.
В зависимости от вида сырья различают
каменноугольный,
электродный пековый и
нефтяной кокс.
Основное количество кокса производится из каменного угля.

угля.
В коксе, помимо углерода, содержится
9—10% золы,
0,4—1,9%  кремния,
0,8—1,5% летучих,
до 4 % влаги.
В состав золы входят Si02, A1203, Fe203, CaO и др.
Качество кокса тем выше, чем больше в нем содержится углерода и меньше серы, золы и летучих.

флюса, вступая в химическое взаимодействие с пустой породой и золой, образуют   шлак.

3.Флюсы — в металлургии — неорганические вещества, которые добавляют к руде при выплавке металлов, чтобы снизить температуру плавления и легче отделить металл от пустой породы.

с целью образования шлака надлежащей степени плавкости. Впрочем, часто Ф. называются также примеси, прибавленные с целью разложить то или другое металлическое соединение или растворить металл или его соединения в массе прибавленного вещества и т. д. (см. Шлаки и Шихта). Выбор Ф. зависит от рода плавки и от состава руд. Например, при руде, богатой глиноземом и кремнеземом, Ф. должен быть известковым или магнезиальным — этот случай имеет место на 9/10 всех чугуноплавильных заводов. Чистый известняк состоит из 56 % извести и 44 % угольной кислоты. Чтобы ввести в шихту 100 част. извести, надо 178,6 известняка. Конечно, можно прибавлять в печь и прямо известь, но это делается сравнительно редко. Известняки, содержащие окаменелости, иногда содержат много фосфора, что часто нежелательно; поэтому предварительный анализ известняков составляет существенную необходимость. Лучше всех мраморовидные, кристаллические известняки; мел применяется редко. Доломит, содержащий в среднем 60 % углекислого кальция и 40 % углекислого магния, находит себе также применение при плавке — он дает более легкоплавкие шлаки, чем чистый известняк. В доменном производстве главная цель применения Φ. — это связать кремнезем железной руды. Естественно, что чем меньше сам известняк содержит кремнезема, тем лучше. Кварц и другие минералы, содержащие кремнезем, — песчаники, роговые обманки, гранаты, полевые шпаты, базальты и т. д. — применяются при рудах очень богатых основаниями. Силикаты легче чистого кварца вступают в соединения и плавятся. Плавиковый шпат действует на шлаки чрезвычайно разжижающим образом. Температура плавления шлака им также сильно понижается. Дороговизна его и разъедание им стенок печи мешают его рядовому применению. В домну плавиковый шпат вводится в случае расстройства хода печи; иногда его засаживают в какое-нибудь определенное место печи, чтобы удалить образовавшиеся там настыли. Глинистые сланцы применяются в виде Ф. при сильно известковистых рудах. Железо присаживается при плавке свинцовых, сурьмяных, ртутных руд главнейше для разложения руды: PbS + Fe = Pb + FeS. Руды мышьяка и сурьмы служат плавнями при плавке на кобальт и никель. Свинец служит для собирания золота и серебра при плавке медных руд. Металлические окислы присаживаются для различных целей: при пудлинговании — при рафинировании меди — для разделения металлов; для образования жидких шлаков — как сильные основания (плавка меди) и т. д. Шлаки того же или другого процесса служат также флюсами; действие их зависит от их состава.
А. Митинский. Δ.

качестве флюса)

Известняк – осадочная горная порода, состоящая преимущественно из кальцита СаСО3 (редко из арагонита).
Наиболее частыми примесями в известняке являются доломит, кварц, глинистые минералы, окислы и гидроокислы железа и марганца, а также пирит, марказит, фосфаты, гипс, органическое вещество и др. Химический состав чистых известняков приближается к теоретическому составу кальцита (56% CaО и 44% СО2). При содержании в известняке MgO от 4 до 17% их называют доломитизированными известняками. При возрастании содержания магния известняка через ряд промежуточных разновидностей переходят в доломиты.
Известняк, содержащие от 25% до 50% глинистых частиц, называются мергелями. Существуют также переходные образования между известняками и песчаниками. Природный мел также представляет собой известняк, состоящий на 96—99% из СаСО3.

выше развиваемых в доменной печи (А12О3 – 2040 °С, СаО – 2570 °С, МgО - 2800 °С). Однако при определенном количественном соотношении этих окислов образуются легкоплавкие соединения - шлаки, имеющие температуру плавления ниже 1300 °С и обладающие хорошей текучестью при 1450 … 1600 °С. Для перевода пустой породы руды и золы кокса в шлаки требуемого химического состава с определенными химическими свойствами в доменную печь при плавке загружают флюсы. Шлаки, образующиеся в доменной печи, должны содержать определенное количество основных окислов (СаО, МgО). Это необходимо для удаления серы из металла, в который она может переходить из кокса и железной руды при плавке. Поэтому при выплавке чугуна в доменных печах в качестве флюса используют известняк СаСО3 или доломитизированиый известняк, содержащий СаСО3 и МgСО3.
Рекомендуется, чтобы в шлаке отношение содержания (СаО + МgО)/(SiO2 - А12О3)  1. Обычно пустая порода руды состоит в основном из SiО2 и А12О3. Суммарное содержание этих оксидов не должно превышать 1 %.

и отделении мелочи,
обогащении,
окусковании мелочи,
усреднении химического состава.

Подготовка руд к доменной плавке.

дробление до кусков размером 35—100 мм в специальных дробилках.
После дробления шихту
2. просеивают через грохоты (сита), после просеивания крупные куски возвращаются
3. на повторное дробление.
Для увеличения содержания рудного минерала применяют
4. обогащение.

Для этой цели применяют промывку, обжиг или магнитное обогащение.
При промывке вода уносит легкие частицы пустой породы, при обжиге из руды удаляются вода, углекислота, частично выжигается сера; при магнитном обогащении происходит отделение магнитной окиси железа путем ее притягивания к электромагнитам, создающим магнитное поле.

металлургического комбината
12. Конусная дробилка
13. Стержневая мельница
14. Магнитный сепаратор
15. Магниты
16. Агломерационная машина

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

Переработка железной руды перед плавкой

восстанавливаются в печи.

Мелкая пылевидная руда также нежелательна; она уносится из печи вместе с колошниковыми газами и, кроме того, закрывает поры между кусками руды, препятствуя прохождению газов в печи, а это ведет к снижению производительности последней и увеличивает расход топлива.

Крупные куски руды до плавки дробят на щековых дробилках, а затем сортируют, отделяя мелочь («отсев»).

Мелкие куски руды размалывают на дробильных валках или шаровых мельницах, затем просеивают в ситах и брикетируют или спекают.
Для удаления пустой породы и части вредных примесей бедные руды обогащают, применяя для песчано-глинистых пород промывку, а также магнитную сепарацию. При промывке постепенно отмокающая пустая порода удаляется проточной водой.

В тех случаях, когда руда обладает магнитными свойствами, ее подвергают магнитной сепарации, т. е. отделяют железосодержащие руды от пустой породы.
Для крупнокусковой руды применяют сухую магнитную сепарацию, а для мелкокусковой — мокрую.

коксом, служащим топливом для спекания гари при температуре 1100—1200°С, и флюсом.

При агломерации происходит обжиг руды и ее обогащение, так как из шихты удаляются двуокись углерода, воду и частично выгорает сера.

В шихту для агломерации флюс добавляют в таком количестве, чтобы агломерат получился офлюсованным.
Это офлюсованное сырье вместе с коксом и составляет шихту современной доменной печи.

В доменную печь под давлением подается воздух, нагретый до 900—1200°С, а также кислород, природный газ и другие углеродосодержащие добавки.

аппарат или бесконусного загрузочного устройства.

и сверху покрыты стальным кожухом.
Высота печи достигает 30 - 100 метров.

Размер и профиль доменной печи имеют большое влияние на производительность печи и качество чугуна.
Акад. М. А. Павлов в своих классических трудах обобщил многолетний практический опыт и впервые в истории доменного производства установил основные размеры доменных печей для различных условий работы.
Доменная печь представляет шахтную (вертикальную) печь высотою до 20 м — для печей, работающих на древесном угле, и до 32 м — для печей, работающих на коксе.

Полезный объем первых — до 250 м3, вторых — до 1300 м3.

железа для чугуна составляет 99.5—99.8 %. Доменная печь занимает головное положение в структуре металлургического предприятия. Качество производимого в доменной печи чугуна определяет параметры последующего сталеплавильного передела, доменный газ служит основой энергетического хозяйства предприятия, в доменной печи утилизируется (через агломерационное производство) большая часть собственных отходов металлургического производства. Доменное производство является практически безотходным, т. к. доменный шлак представляет собой самостоятельную готовую продукцию, пользующуюся спросом не меньшим, чем чугун, а доменные шламы и пыли являются постоянными компонентами шихты агломерационного процесса.

Горн

высушивание руд и восстановление железа.
3.В распаре начинается плавление металла и образование шлака.
4.В заплечиках образуется чугун и шлак.
5.В горне находится устройство для вдувания воздуха (фурмы).
В нижней части горна расположены летки для выпуска шлака и летки для выпуска чугуна.

высушивание руд и восстановление железа.
В распаре начинается плавление металла и образование шлака.
В заплечиках образуется чугун и шлак.
В горне находится устройство для вдувания воздуха (фурмы).
В нижней части горна расположены летки для выпуска шлака и летки для выпуска чугуна.

восстановления FeO (распар) 4. Зона восстановления Fe2O3 (шахта) 5. Зона предварительного нагрева (колошник) 6. Загрузка железорудных материалов, известняка и кокса 7. Доменный газ 8. Столб железорудных материалов, известняка и кокса 9. Выпуск шлака 10. Выпуск жидкого чугуна 11. Сбор отходящих газов

– шахта;
4 – шлаковая лётка;
5 – фурма;
6 – шлаковоз;
7 – чугунная лётка;
8 – чугуновоз;
9 – отходящий газ;
10 – газоочистка;
11 -воздухонагреватели

ферросплавы. Из всей выплавки более 80% составляют передельные чугуны, которые переплавляются в сталь, и около 20% приходится на долю литейных чугунов и ферросплавов. Из литейного чугуна отливают фасонные детали, а ферросплавы используют в качестве добавок (раскислителей) при выплавке стали.
2. Шлак — побочный продукт, он является очень дешевым строительным материалом высокого качества и идет на изготовление цемента, бетона, кирпича, на грунтовку дорог. Количество получаемого при плавке шлака очень велико (примерно 60% веса выплавляемого чугуна). Если шлак в жидком виде продуть паром или воздухом, получится шлаковая вата, являющаяся хорошим изолятором.
3. Колошниковый газ — также важный побочный продукт. Это высококалорийное топливо. При сжигании 1 т кокса получается около 4000 м3 газа. Очищенный газ используют для нагрева воздухонагревателей и мартеновских печей, для обогрева коксовых батарей, паровых котлов и т. д.

Продукты доменной печи

поверхность жидкого металла, состоит из всплывших продуктов пустой породы с флюсами.
Шлак предохраняет металл от вредного воздействия газовой среды печи, удаляет примеси. Шлак применяется для изготовления стройматериалов (кирпич, черепица), как удобрение. Обычно шлак — побочный продукт или отход от производства металла, после очистки от остатков ценных компонентов (обеднения) отправляемый в отвал. Однако в некоторых случаях основным продуктом плавки, содержащим наиболее ценный компонент сырья, является именно шлак (титановые шлаки, получаемые при плавке ильменитовых концентратов; ванадиевые шлаки, образующиеся при конвертировании ванадийсодержащего чугуна).

Гранулированный шлак часто используется в бетоне в сочетании с портландцемента как часть цемента с добавками. Гранулированный шлак реагирует с водой для получения цементных свойств

печи составляет 5–8 ч.
По мере освобождения пространства в нижней части печи в результате сгорания кокса и плавления железной руды шихтовые материалы опускаются вниз, постепенно нагреваясь от поднимающихся вверх газов. При этом из них испаряется влага, происходит разложение карбонатов и восстановление оксидов железа оксидом углерода и водородом.
При температуре около 1200 °C начинается размягчение, а затем плавление материалов с образованием чугуна и шлака.
Шлак получается из пустой породы железорудных материалов, золы кокса и флюса (если он используется при плавке); шлак является главным регулятором химического состава чугуна.
Состав чугуна формируется в процессе стекания капель металлического расплава по коксовой насадке и взаимодействия со шлаком.
Температура чугуна на выпуске составляет обычно 1380–1420 °C, шлака – 1450–1500 °C. Жидкие продукты плавки выпускают из печи периодически (по мере накопления).

Доменный процесс.

Восстановление железа из окислов

2. Превращение железа в чугун

3. Шлакообразование

Восстановление железа из руды идет по следующей схеме:

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe

по распространённости в земной коре занимает железо и после каких металлов?
Что называют рудой? Из чего она состоит?
Какие руды называют полиметаллическими?
Перечислите железные руды различающиеся по химическому составу рудного минерала.
6. Чем определяется качество руды?
Дайте определение коксу.
Для чего в шихту вводят флюсы?
В чём заключается предварительная обработка руды перед плавкой?

ПРОВЕРКА УСВОЕНИЯ

Перечислите основные части доменной печи.
4. Из каких стадий состоит доменный процесс?
5. Напишите схему восстановления железа.

каких металлов?

ПРОВЕРКА УСВОЕНИЯ

выпуска чугуна
Чугунная лётка
Жидкий шлак
Фурмы
Кольцевой воздухопровод
Опорное кольцо
Огнеупорная кладка

I-колошник
II-шахта
III- распар
IV- заплечики
V- горн

Схема типовой доменной печи.

Практические занятия

I-
II-
III-
IV-
V-

Схема типовой доменной печи.

Практические занятия

металлургического комбината
12. Конусная дробилка
13. Стержневая мельница
14. Магнитный сепаратор
15. Магниты
16. Агломерационная машина

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

Схема переработки железной руды перед плавкой

металлургического комбината
12. Конусная дробилка
13. Стержневая мельница
14. Магнитный сепаратор
15. Магниты
16. Агломерационная машина

Расставьте номера по порядку переработки железной руды перед плавкой

конструкционные материалы» Глава IV § 4 стр. 33-39.
Самостоятельная работа обучающихся
1. Составление схемы переработки железной руды перед плавкой
2. Описать схему устройства доменной печи