Файл: Отчет по ознакомительной практике Выполнил Проверил.rtf
Добавлен: 08.11.2023
Просмотров: 224
Скачиваний: 4
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Производство ферросплавов.
1. Способы производства ферросплавов.
Ферросплавы - это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольф-рамом и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой темпера-туры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла. Исход-ным сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов - ферросилиция, ферромарганца; силикомарганца и феррохрома - пользуются рудами, так как в них высоко содержание оксидов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферротитана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием оксидов основного элемента.
Ферросплавы получают восстановлением оксидов соответствующих метал-лов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстанови-тель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья.
Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким хи-мическим сродством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстано-вить из оксида. Иначе говоря, восстановителем может быть элемент, образующий более химически прочный оксид, чем восстанавливаемый элемент. Восстановите-льные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое сое-динение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции - окислению. В ряде случаев температура плав-ления сплава с железом ниже температуры плавления восстанавливаемого элемента, следовательно, реакция может протекать при более низкой температуре.
В зависимости от вида применяемого восстановителя различают три основ-ных способа получения ферросплавов: углевосстановительный, силикотермиче-ский и алюминотермический. Наиболее дешевым является углерод, поэтому его используют при производстве углеродистых ферромарганца и феррохрома, а также всех сплавов с кремнием (кремний препятствует переходу углерода в сплав). Реакции восстановления металлов из их оксидов углеродом эндотермич-ные, поэтому углевосстановительный процесс требует подвода тепла - обычно это тепло, выделяемое электрическими дугами ферросплавной печи. Выплавку фер-росплавов углевосстановительным процессом осуществляют в так называемых восстановительных (рудовосстановительных) ферросплавных печах, работающих непрерывным процессом, т.е. с непрерывной загрузкой шихты в печь и периоди-ческим выпуском продуктов плавки.
Силикотермическим и алюминотермическим способами получают ферро-сплавы с пониженным или очень низким содержанием углерода: среднеуглеро-дистые и малоуглеродистые ферромарганец и феррохром, безуглеродистый фер-рохром, металлические хром и марганец, ферросплавы и лигатуры с титаном, ванадием, вольфрамом, молибденом, цирконием, бором и другими металлами. Эти сплавы выплавляют в рафинировочных ферросплавных печах, работающих периодическим процессом с выпуском из печи металла и шлака по окончании плавки. Когда выделяющегося при экзотермических реакциях тепла достаточно для получения металла и шлака в жидком виде, плавку проводят в футерованных шахтах (горнах).
2. Рафинировочные ферросплавные печи.
Рафинировочные ферросплавные печи служат для выплавки ферросплавов с низким содержанием углерода; они работают с выпуском сплава и шлака после окончания плавки. Они имеют круглую открытую ванну, а в остальном по своему устройству они ближе к дуговым сталеплавильным печам, на базе которых их конструируют.
Печи делают наклоняющимися, в связи с чем ванну крепят на люльке с механизмом ее наклона; ванна оборудована механизмом вращения, обеспечива-ющим ее круговое или возвратно-поступательное вращение в процессе плавки. Механизмы перемещения электродов и электрододержатели такие же, как в дуговых сталеплавильных печах; эти механизмы опираются не на люльку, а на пол цеха и при наклоне ванны электроды не наклоняются. Электроды применяют как самоспекающиеся, так и графитированные. Загрузка шихты такая же, как в восстановительных ферросплавных печах.
3. Загрузка шихты в ферросплавные печи.
Шихту в ферросплавные печи загружают сверху из специальных печных карманов (бункеров), расположенных на некоторой высоте над печью и оборудо-ванных затворами. После открывания затвора материал по труботечке ссыпается в печь.
В закрытые печи материалы подают двумя способами. Один из них предус-матривает поступление материала из течки в воронку, расположенную концентри-чески вокруг электрода и далее в печь через кольцевой зазор между отверстием в своде и электродом. Во втором случае материал из труботечки попадает в печь через отверстие в своде.
В первом случае шихта располагается в печи конусом вокруг электродов, во втором - в стороне от электродов под загрузочными течками. В открытые печи шихта из печных карманов также подается по труботечкам (лоткам), но их можно направить в определенное место ванны. Применяют также бросковые машины, передвигающиеся по рельсам вокруг печи; рабочий орган машины - лоток (лопата), вмещающий
25 кг шихты, совершает бросковые движения. Доставку материалов в печные карманы из шихтового отделения ферросплавного цеха осуществляют несколькими способами. В шихтовых отделениях сырые материалы проходят специальную переработку и подготовку: их дробят, сортируют на фракции нужной крупности, некоторые материалы промывают и сушат. Далее во многих цехах материалы наклонным ленточным конвейером или скиповым подъемником доставляют в плавильный корпус цеха в бункеры, расположенные вблизи печей, а из них порциями с помощью дозировочной саморазгружающейся рельсовой тележки загружают в печные карманы. В ряде цехов материалы из дозировочных бункеров шихтового отделения доставляют системой конвейеров непосредственно в печные карманы.
4. Производство ферросилиция.
Ферросилиций применяют для раскисления и легирования стали и в качес-тве восстановителя при производстве некоторых ферросплавов. В электрических печах выплавляют ферросилиций различных марок с содержанием кремния от 19-23 % (сплав ФС20) до 92-95% (сплав ФС92). При содержании кремния в сплаве в пределах 50-60 % и при загрязнении его фосфором и алюминием сплав рассыпа-ется в порошок с выделением ядовитых летучих соединений. Поэтому сплав такого состава заводы не выпускают. Помимо кремния ферросилиций содержит железо и ряд примесей. Следует отметить, что ферросилиций содержит мало углерода, несмотря на применение углеродистого восстановителя и угольной футеровки печи. Объясняется это тем, что в присутствии кремния растворимость углерода в сплаве уменьшается. Чем больше в сплаве кремния, тем меньше сплав содержит углерода.
Для получения заданного содержания кремния в сплаве в шихту вводят рас-считанное количество железа в виде измельченной стружки углеродистой стали; железо, кроме того, облегчает восстановление кремния. В качестве восстанови-теля при выплавке ферросилиция применяют металлургический кокс кусками размером 10-25 мм.
Ферросилиций выплавляют в круглых печах различной конструкции — вращающихся и стационарных, открытых и закрытых. Рабочий слой футеровки выполняют из углеродистых блоков. Печь имеет две летки, одну рабочую и другую резервную. Плавку ведут непрерывным процессом. На колошник печи сверху непрерывно загружают шихту, а сплав периодически выпускают через летку. Процесс плавки происходит главным образом у электродов, под которыми горят электрические дуги. Здесь в зоне дуг в шихте образуется полость ("тигель") с очень высокой температурой. Стенки тигля непрерывно оплавляются, кремнезем восстанавливается, кремний растворяется в жидком железе, жидкий сплав опускается на подину, а новые порции шихты - в зону реакций. Кремний восстанавливается твердым углеродом по реакции:
SiO2 + 2С = 4Si- 2СО2 - 635096 Дж,
идущей с большой затратой тепла, теоретическая температура ее начала равна 1554 °С. В присутствии железа восстановление кремния облегчается и идет при более низких температурах, поскольку железо, растворяя кремний, выводит его из зоны реакции, что сдвигает равновесие этой реакции вправо, в сторону восстано-вления кремния. Чем больше железа в шихте, тем при более низкой температуре происходит восстановление кремния и образование ферросилиция.
Нормальный ход печи характеризуется медленным опусканием электродов по мере их сгорания и равномерным оседанием шихты вокруг этих электродов. Сплав выпускают 12-20 раз в сутки. Вскрытие летки производят прожиганием электрической дугой или кислородом, пробиванием железным прутом или при помощи бура. По окончании выпуска летку закрывают конической пробкой из смеси электродной массы и песка или огнеупорной глины и кокса.
5. Производство углеродистого ферромарганца.
Ферромарганец применяют для раскисления и легирования стали. Марга-нцевые руды содержат много фосфора, поэтому и в ферромарганце содержание этого вредного элемента высокое.
Для выплавки ферромарганца используют неофлюсованный и офлюсован-ный марганцевый агломерат и концентраты марганцевых руд, железорудные ока-тыши либо железные руды или железную стружку и иногда известняк. Углероди-стый ферромарганец выплавляют флюсовым или бесфлюсовым методом. Во втором случае процесс ведут без добавки извести и получают, кроме углеродис-того ферромарганца, еще бесфосфористый марганцевый шлак (около 50 % MnO и менее 0,02 % Р). Такой шлак используют вместо марганцевой руды для выплавки силикомарганца или малофосфористых марганцевых сплавов. Бесфлюсовым методом, перерабатывают богатые руды, а бедные руды с повышенным содержа-нием кремнезема - флюсовым методом. Выплавляют углеродистый ферромарга-нец в закрытых печах с угольной футеровкой, печи круглые и прямоугольной формы. При бесфлюсовом процессе шихтой служит марганцевый концентрат (агломерат), содержащий более 48 % Mn, кокс и железорудные окатыши либо железная стружка.
Плавку ведут непрерывным процессом при напряжении 110-160 В; невы-сокое напряжение желательно, чтобы уменьшить перегрев ванны и потери марганца в результате его испарения. Электроды погружают в шихту на глубину 1200-1500 мм. Вследствие глубокой посадки над зоной высоких температур находится большой слой шихты.
Высшие оксиды марганца (MnО2, Mn2О3 и Mn3О4) непрочны и легко восста-навливаются оксидом углерода отходящих газов при низких температурах вверху слоя шихты. Оксид MnО восстанавливается в высокотемпературных приэлектрод-ных зонах по следующим реакциям, протекающим со значительной затратой тепла:
MnО + С = Mn + СО - 288290 Дж
3MnO + 4С = Mn3С + 3СО - 780800 Дж.
Теоретическая температура начала этих реакций равна соответственно 1420 и 1227°С, в связи с чем преимущественное развитие получает восстановление по второй реакции, и сплав поэтому содержит много углерода. Сплав и шлак выпус-кают через летку одновременно в футерованный ковш или в стальной ошлакован-ный изнутри ковш, обеспечивая при этом отделение шлака (один из способов отделения состоит в том, что сплав, как более тяжелый, остается в ковше, а шлак переливается через сливной носок ковша в чугунные изложницы). Сплав разлива-ют в изложницы или на разливочной машине в чушки. При бесфлюсовом процес-се степень извлечения марганца в сплав равна
60 %. При флюсовом процессе количество шлака равно 1,4-1,8 т/1т сплава; он содержит 8-20% Mn.
6. Производство силикомарганца.
Выплавляют товарный силикомарганец для раскисления и легирования стали и передельный, используемый при выплавке низко- и среднеуглеродистого ферромарганца и металлического марганца. Товарный силикомарганец выплавля-ют непрерывным процессом в закрытых печах с угольной футеровкой при рабо-чем напряжении 120-200в. Шихтой служат марганцевые материалы (руда, концен-трат, шлаки производства углеродистого и среднеуглеродистого ферромарганца), кокс, кварцит. Шихту загружают в печь равномерно, поддерживая у электродов возвышающиеся на 300мм конусы, глубина посадки электродов равна 1,6-2,3 м.
В высокотемпературных зонах у электродов происходит восстановление углеродом марганца и кремния из MnO и SiO2; часть марганца и кремния восстанавливается из образующегося в зонах восстановления шлака (из силикатов марганца MnO•SiO2). Для улучшения восстановления кремния требуются кислые шлаки (с высоким содержанием SiO2) и высокие температуры (более высокие, чем при плавке углеродистого ферромарганца; температура силикомарганца и ферро-марганца на выпуске составляет соответственно 1500 и 1350 °С). Восстанавлива-ется и переходит в сплав 65-75 % марганца и
40 % кремния шихты. Сплав и затем шлак выпускают через
2 ч; сплав - в футерованный шамотом ковш, шлак - в стальную чашу. Сплав разливают в чушки на разливочной машине или в чугун-ные изложницы. Шлак гранулируют.
7. Производство углеродистого феррохрома.
Из всех легирующих элементов в сталях наибольшее применение находит хром. Для легирования стали хромом в нашей стране производят 17 марок ферро-хрома. Эти сплавы в основном отличаются по содержанию углерода, которое изменяется от 0,01 до 9 %.
Для выплавки углеродистого феррохрома применяют хромовые руды в основном Донского месторождения (Казахстан), которые содержат 30-58% Сr2О3, остальное FeO, MgO, А12О3, SiC. В связи с истощением богатых руд в последние годы используют бедные (с содержанием до 30 % Сr2О3) руды, подвергая их обо-гащению и иногда агломерации. В качестве флюса применяют кварцит, необхо-димый для получения требуемых свойств и состава (27-32 % SiO2) шлака.
В качестве восстановителя применяют отсортированный кокс размером 10-25мм, содержащий не более 0,5 % S и не более 0,04% Р.
В состав хромовой руды входят оксиды железа, они вносят в сплав требуе-мое количество железа.
Углеродистый феррохром выплавляют непрерывным процессом в открытых и закрытых печах с магнезитовой футеровкой. Хромовую руду (или ее часть) берут тугоплавкую, трудновосстановимую (содержащую магнохромит MgO• Сr2О3, восстанавливающийся углеродом при 1546°С) и плохо растворимую в шлаке, что обеспечивает формирование над расплавом феррохрома так называемого "рудного слоя", необходимого для окисления избыточных углерода и кремния в образующемся феррохроме.
Шихту загружают равномерно по поверхности колошника. Процесс плавки характеризуется следующим строением ванны по высоте: слой твердой шихты с проходящими здесь процессами твердофазного восстановления, зона плавления пустой породы и восстанавливающегося металла со слоем жидкого шлака внизу (у конца электродов), "рудный слой", слой жидкого сплава. Газовых полостей под электродами нет.
Восстановление хрома протекает по следующим реакциям:
1/З Сr2О3 + С = 2/ЗСr + СО - 270100 Дж;
1/З Сr2О3 + 9/7С = 2/21Сr7С3 + СО -250200 Дж.
Термодинамически легче идет восстановления с образованием карбида хро-ма Сr7С3, и эта реакция наиболее вероятна. Из оксидов железа руды углеродом легко восстанавливается железо, причем этот процесс опережает восстановление хрома; железо, растворяясь в карбиде хрома, облегчает восстановление последнего.
При температурах
1550°С происходит плавление восстановленного метал-ла с образованием феррохрома, капли которого стекают вниз; при температурах
1650°С начинают расплавляться невосстановленные оксиды с образованием жидкого шлака.
Производство ферросплавов.
1. Способы производства ферросплавов.
Ферросплавы - это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольф-рамом и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой темпера-туры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла. Исход-ным сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов - ферросилиция, ферромарганца; силикомарганца и феррохрома - пользуются рудами, так как в них высоко содержание оксидов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферротитана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием оксидов основного элемента.
Ферросплавы получают восстановлением оксидов соответствующих метал-лов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстанови-тель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья.
Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким хи-мическим сродством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстано-вить из оксида. Иначе говоря, восстановителем может быть элемент, образующий более химически прочный оксид, чем восстанавливаемый элемент. Восстановите-льные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое сое-динение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции - окислению. В ряде случаев температура плав-ления сплава с железом ниже температуры плавления восстанавливаемого элемента, следовательно, реакция может протекать при более низкой температуре.
В зависимости от вида применяемого восстановителя различают три основ-ных способа получения ферросплавов: углевосстановительный, силикотермиче-ский и алюминотермический. Наиболее дешевым является углерод, поэтому его используют при производстве углеродистых ферромарганца и феррохрома, а также всех сплавов с кремнием (кремний препятствует переходу углерода в сплав). Реакции восстановления металлов из их оксидов углеродом эндотермич-ные, поэтому углевосстановительный процесс требует подвода тепла - обычно это тепло, выделяемое электрическими дугами ферросплавной печи. Выплавку фер-росплавов углевосстановительным процессом осуществляют в так называемых восстановительных (рудовосстановительных) ферросплавных печах, работающих непрерывным процессом, т.е. с непрерывной загрузкой шихты в печь и периоди-ческим выпуском продуктов плавки.
Силикотермическим и алюминотермическим способами получают ферро-сплавы с пониженным или очень низким содержанием углерода: среднеуглеро-дистые и малоуглеродистые ферромарганец и феррохром, безуглеродистый фер-рохром, металлические хром и марганец, ферросплавы и лигатуры с титаном, ванадием, вольфрамом, молибденом, цирконием, бором и другими металлами. Эти сплавы выплавляют в рафинировочных ферросплавных печах, работающих периодическим процессом с выпуском из печи металла и шлака по окончании плавки. Когда выделяющегося при экзотермических реакциях тепла достаточно для получения металла и шлака в жидком виде, плавку проводят в футерованных шахтах (горнах).
2. Рафинировочные ферросплавные печи.
Рафинировочные ферросплавные печи служат для выплавки ферросплавов с низким содержанием углерода; они работают с выпуском сплава и шлака после окончания плавки. Они имеют круглую открытую ванну, а в остальном по своему устройству они ближе к дуговым сталеплавильным печам, на базе которых их конструируют.
Печи делают наклоняющимися, в связи с чем ванну крепят на люльке с механизмом ее наклона; ванна оборудована механизмом вращения, обеспечива-ющим ее круговое или возвратно-поступательное вращение в процессе плавки. Механизмы перемещения электродов и электрододержатели такие же, как в дуговых сталеплавильных печах; эти механизмы опираются не на люльку, а на пол цеха и при наклоне ванны электроды не наклоняются. Электроды применяют как самоспекающиеся, так и графитированные. Загрузка шихты такая же, как в восстановительных ферросплавных печах.
3. Загрузка шихты в ферросплавные печи.
Шихту в ферросплавные печи загружают сверху из специальных печных карманов (бункеров), расположенных на некоторой высоте над печью и оборудо-ванных затворами. После открывания затвора материал по труботечке ссыпается в печь.
В закрытые печи материалы подают двумя способами. Один из них предус-матривает поступление материала из течки в воронку, расположенную концентри-чески вокруг электрода и далее в печь через кольцевой зазор между отверстием в своде и электродом. Во втором случае материал из труботечки попадает в печь через отверстие в своде.
В первом случае шихта располагается в печи конусом вокруг электродов, во втором - в стороне от электродов под загрузочными течками. В открытые печи шихта из печных карманов также подается по труботечкам (лоткам), но их можно направить в определенное место ванны. Применяют также бросковые машины, передвигающиеся по рельсам вокруг печи; рабочий орган машины - лоток (лопата), вмещающий
25 кг шихты, совершает бросковые движения. Доставку материалов в печные карманы из шихтового отделения ферросплавного цеха осуществляют несколькими способами. В шихтовых отделениях сырые материалы проходят специальную переработку и подготовку: их дробят, сортируют на фракции нужной крупности, некоторые материалы промывают и сушат. Далее во многих цехах материалы наклонным ленточным конвейером или скиповым подъемником доставляют в плавильный корпус цеха в бункеры, расположенные вблизи печей, а из них порциями с помощью дозировочной саморазгружающейся рельсовой тележки загружают в печные карманы. В ряде цехов материалы из дозировочных бункеров шихтового отделения доставляют системой конвейеров непосредственно в печные карманы.
4. Производство ферросилиция.
Ферросилиций применяют для раскисления и легирования стали и в качес-тве восстановителя при производстве некоторых ферросплавов. В электрических печах выплавляют ферросилиций различных марок с содержанием кремния от 19-23 % (сплав ФС20) до 92-95% (сплав ФС92). При содержании кремния в сплаве в пределах 50-60 % и при загрязнении его фосфором и алюминием сплав рассыпа-ется в порошок с выделением ядовитых летучих соединений. Поэтому сплав такого состава заводы не выпускают. Помимо кремния ферросилиций содержит железо и ряд примесей. Следует отметить, что ферросилиций содержит мало углерода, несмотря на применение углеродистого восстановителя и угольной футеровки печи. Объясняется это тем, что в присутствии кремния растворимость углерода в сплаве уменьшается. Чем больше в сплаве кремния, тем меньше сплав содержит углерода.
Для получения заданного содержания кремния в сплаве в шихту вводят рас-считанное количество железа в виде измельченной стружки углеродистой стали; железо, кроме того, облегчает восстановление кремния. В качестве восстанови-теля при выплавке ферросилиция применяют металлургический кокс кусками размером 10-25 мм.
Ферросилиций выплавляют в круглых печах различной конструкции — вращающихся и стационарных, открытых и закрытых. Рабочий слой футеровки выполняют из углеродистых блоков. Печь имеет две летки, одну рабочую и другую резервную. Плавку ведут непрерывным процессом. На колошник печи сверху непрерывно загружают шихту, а сплав периодически выпускают через летку. Процесс плавки происходит главным образом у электродов, под которыми горят электрические дуги. Здесь в зоне дуг в шихте образуется полость ("тигель") с очень высокой температурой. Стенки тигля непрерывно оплавляются, кремнезем восстанавливается, кремний растворяется в жидком железе, жидкий сплав опускается на подину, а новые порции шихты - в зону реакций. Кремний восстанавливается твердым углеродом по реакции:
SiO2 + 2С = 4Si- 2СО2 - 635096 Дж,
идущей с большой затратой тепла, теоретическая температура ее начала равна 1554 °С. В присутствии железа восстановление кремния облегчается и идет при более низких температурах, поскольку железо, растворяя кремний, выводит его из зоны реакции, что сдвигает равновесие этой реакции вправо, в сторону восстано-вления кремния. Чем больше железа в шихте, тем при более низкой температуре происходит восстановление кремния и образование ферросилиция.
Нормальный ход печи характеризуется медленным опусканием электродов по мере их сгорания и равномерным оседанием шихты вокруг этих электродов. Сплав выпускают 12-20 раз в сутки. Вскрытие летки производят прожиганием электрической дугой или кислородом, пробиванием железным прутом или при помощи бура. По окончании выпуска летку закрывают конической пробкой из смеси электродной массы и песка или огнеупорной глины и кокса.
5. Производство углеродистого ферромарганца.
Ферромарганец применяют для раскисления и легирования стали. Марга-нцевые руды содержат много фосфора, поэтому и в ферромарганце содержание этого вредного элемента высокое.
Для выплавки ферромарганца используют неофлюсованный и офлюсован-ный марганцевый агломерат и концентраты марганцевых руд, железорудные ока-тыши либо железные руды или железную стружку и иногда известняк. Углероди-стый ферромарганец выплавляют флюсовым или бесфлюсовым методом. Во втором случае процесс ведут без добавки извести и получают, кроме углеродис-того ферромарганца, еще бесфосфористый марганцевый шлак (около 50 % MnO и менее 0,02 % Р). Такой шлак используют вместо марганцевой руды для выплавки силикомарганца или малофосфористых марганцевых сплавов. Бесфлюсовым методом, перерабатывают богатые руды, а бедные руды с повышенным содержа-нием кремнезема - флюсовым методом. Выплавляют углеродистый ферромарга-нец в закрытых печах с угольной футеровкой, печи круглые и прямоугольной формы. При бесфлюсовом процессе шихтой служит марганцевый концентрат (агломерат), содержащий более 48 % Mn, кокс и железорудные окатыши либо железная стружка.
Плавку ведут непрерывным процессом при напряжении 110-160 В; невы-сокое напряжение желательно, чтобы уменьшить перегрев ванны и потери марганца в результате его испарения. Электроды погружают в шихту на глубину 1200-1500 мм. Вследствие глубокой посадки над зоной высоких температур находится большой слой шихты.
Высшие оксиды марганца (MnО2, Mn2О3 и Mn3О4) непрочны и легко восста-навливаются оксидом углерода отходящих газов при низких температурах вверху слоя шихты. Оксид MnО восстанавливается в высокотемпературных приэлектрод-ных зонах по следующим реакциям, протекающим со значительной затратой тепла:
MnО + С = Mn + СО - 288290 Дж
3MnO + 4С = Mn3С + 3СО - 780800 Дж.
Теоретическая температура начала этих реакций равна соответственно 1420 и 1227°С, в связи с чем преимущественное развитие получает восстановление по второй реакции, и сплав поэтому содержит много углерода. Сплав и шлак выпус-кают через летку одновременно в футерованный ковш или в стальной ошлакован-ный изнутри ковш, обеспечивая при этом отделение шлака (один из способов отделения состоит в том, что сплав, как более тяжелый, остается в ковше, а шлак переливается через сливной носок ковша в чугунные изложницы). Сплав разлива-ют в изложницы или на разливочной машине в чушки. При бесфлюсовом процес-се степень извлечения марганца в сплав равна
60 %. При флюсовом процессе количество шлака равно 1,4-1,8 т/1т сплава; он содержит 8-20% Mn.
6. Производство силикомарганца.
Выплавляют товарный силикомарганец для раскисления и легирования стали и передельный, используемый при выплавке низко- и среднеуглеродистого ферромарганца и металлического марганца. Товарный силикомарганец выплавля-ют непрерывным процессом в закрытых печах с угольной футеровкой при рабо-чем напряжении 120-200в. Шихтой служат марганцевые материалы (руда, концен-трат, шлаки производства углеродистого и среднеуглеродистого ферромарганца), кокс, кварцит. Шихту загружают в печь равномерно, поддерживая у электродов возвышающиеся на 300мм конусы, глубина посадки электродов равна 1,6-2,3 м.
В высокотемпературных зонах у электродов происходит восстановление углеродом марганца и кремния из MnO и SiO2; часть марганца и кремния восстанавливается из образующегося в зонах восстановления шлака (из силикатов марганца MnO•SiO2). Для улучшения восстановления кремния требуются кислые шлаки (с высоким содержанием SiO2) и высокие температуры (более высокие, чем при плавке углеродистого ферромарганца; температура силикомарганца и ферро-марганца на выпуске составляет соответственно 1500 и 1350 °С). Восстанавлива-ется и переходит в сплав 65-75 % марганца и
40 % кремния шихты. Сплав и затем шлак выпускают через
2 ч; сплав - в футерованный шамотом ковш, шлак - в стальную чашу. Сплав разливают в чушки на разливочной машине или в чугун-ные изложницы. Шлак гранулируют.
Производство ферросплавов.
1. Способы производства ферросплавов.
Ферросплавы - это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольф-рамом и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой темпера-туры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла. Исход-ным сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов - ферросилиция, ферромарганца; силикомарганца и феррохрома - пользуются рудами, так как в них высоко содержание оксидов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферротитана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием оксидов основного элемента.
Ферросплавы получают восстановлением оксидов соответствующих метал-лов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстанови-тель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья.
Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким хи-мическим сродством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстано-вить из оксида. Иначе говоря, восстановителем может быть элемент, образующий более химически прочный оксид, чем восстанавливаемый элемент. Восстановите-льные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое сое-динение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции - окислению. В ряде случаев температура плав-ления сплава с железом ниже температуры плавления восстанавливаемого элемента, следовательно, реакция может протекать при более низкой температуре.
В зависимости от вида применяемого восстановителя различают три основ-ных способа получения ферросплавов: углевосстановительный, силикотермиче-ский и алюминотермический. Наиболее дешевым является углерод, поэтому его используют при производстве углеродистых ферромарганца и феррохрома, а также всех сплавов с кремнием (кремний препятствует переходу углерода в сплав). Реакции восстановления металлов из их оксидов углеродом эндотермич-ные, поэтому углевосстановительный процесс требует подвода тепла - обычно это тепло, выделяемое электрическими дугами ферросплавной печи. Выплавку фер-росплавов углевосстановительным процессом осуществляют в так называемых восстановительных (рудовосстановительных) ферросплавных печах, работающих непрерывным процессом, т.е. с непрерывной загрузкой шихты в печь и периоди-ческим выпуском продуктов плавки.
Силикотермическим и алюминотермическим способами получают ферро-сплавы с пониженным или очень низким содержанием углерода: среднеуглеро-дистые и малоуглеродистые ферромарганец и феррохром, безуглеродистый фер-рохром, металлические хром и марганец, ферросплавы и лигатуры с титаном, ванадием, вольфрамом, молибденом, цирконием, бором и другими металлами. Эти сплавы выплавляют в рафинировочных ферросплавных печах, работающих периодическим процессом с выпуском из печи металла и шлака по окончании плавки. Когда выделяющегося при экзотермических реакциях тепла достаточно для получения металла и шлака в жидком виде, плавку проводят в футерованных шахтах (горнах).
2. Рафинировочные ферросплавные печи.
Рафинировочные ферросплавные печи служат для выплавки ферросплавов с низким содержанием углерода; они работают с выпуском сплава и шлака после окончания плавки. Они имеют круглую открытую ванну, а в остальном по своему устройству они ближе к дуговым сталеплавильным печам, на базе которых их конструируют.
Печи делают наклоняющимися, в связи с чем ванну крепят на люльке с механизмом ее наклона; ванна оборудована механизмом вращения, обеспечива-ющим ее круговое или возвратно-поступательное вращение в процессе плавки. Механизмы перемещения электродов и электрододержатели такие же, как в дуговых сталеплавильных печах; эти механизмы опираются не на люльку, а на пол цеха и при наклоне ванны электроды не наклоняются. Электроды применяют как самоспекающиеся, так и графитированные. Загрузка шихты такая же, как в восстановительных ферросплавных печах.
3. Загрузка шихты в ферросплавные печи.
Шихту в ферросплавные печи загружают сверху из специальных печных карманов (бункеров), расположенных на некоторой высоте над печью и оборудо-ванных затворами. После открывания затвора материал по труботечке ссыпается в печь.
В закрытые печи материалы подают двумя способами. Один из них предус-матривает поступление материала из течки в воронку, расположенную концентри-чески вокруг электрода и далее в печь через кольцевой зазор между отверстием в своде и электродом. Во втором случае материал из труботечки попадает в печь через отверстие в своде.
В первом случае шихта располагается в печи конусом вокруг электродов, во втором - в стороне от электродов под загрузочными течками. В открытые печи шихта из печных карманов также подается по труботечкам (лоткам), но их можно направить в определенное место ванны. Применяют также бросковые машины, передвигающиеся по рельсам вокруг печи; рабочий орган машины - лоток (лопата), вмещающий
25 кг шихты, совершает бросковые движения. Доставку материалов в печные карманы из шихтового отделения ферросплавного цеха осуществляют несколькими способами. В шихтовых отделениях сырые материалы проходят специальную переработку и подготовку: их дробят, сортируют на фракции нужной крупности, некоторые материалы промывают и сушат. Далее во многих цехах материалы наклонным ленточным конвейером или скиповым подъемником доставляют в плавильный корпус цеха в бункеры, расположенные вблизи печей, а из них порциями с помощью дозировочной саморазгружающейся рельсовой тележки загружают в печные карманы. В ряде цехов материалы из дозировочных бункеров шихтового отделения доставляют системой конвейеров непосредственно в печные карманы.
4. Производство ферросилиция.
Ферросилиций применяют для раскисления и легирования стали и в качес-тве восстановителя при производстве некоторых ферросплавов. В электрических печах выплавляют ферросилиций различных марок с содержанием кремния от 19-23 % (сплав ФС20) до 92-95% (сплав ФС92). При содержании кремния в сплаве в пределах 50-60 % и при загрязнении его фосфором и алюминием сплав рассыпа-ется в порошок с выделением ядовитых летучих соединений. Поэтому сплав такого состава заводы не выпускают. Помимо кремния ферросилиций содержит железо и ряд примесей. Следует отметить, что ферросилиций содержит мало углерода, несмотря на применение углеродистого восстановителя и угольной футеровки печи. Объясняется это тем, что в присутствии кремния растворимость углерода в сплаве уменьшается. Чем больше в сплаве кремния, тем меньше сплав содержит углерода.
Для получения заданного содержания кремния в сплаве в шихту вводят рас-считанное количество железа в виде измельченной стружки углеродистой стали; железо, кроме того, облегчает восстановление кремния. В качестве восстанови-теля при выплавке ферросилиция применяют металлургический кокс кусками размером 10-25 мм.
Ферросилиций выплавляют в круглых печах различной конструкции — вращающихся и стационарных, открытых и закрытых. Рабочий слой футеровки выполняют из углеродистых блоков. Печь имеет две летки, одну рабочую и другую резервную. Плавку ведут непрерывным процессом. На колошник печи сверху непрерывно загружают шихту, а сплав периодически выпускают через летку. Процесс плавки происходит главным образом у электродов, под которыми горят электрические дуги. Здесь в зоне дуг в шихте образуется полость ("тигель") с очень высокой температурой. Стенки тигля непрерывно оплавляются, кремнезем восстанавливается, кремний растворяется в жидком железе, жидкий сплав опускается на подину, а новые порции шихты - в зону реакций. Кремний восстанавливается твердым углеродом по реакции:
SiO2 + 2С = 4Si- 2СО2 - 635096 Дж,
идущей с большой затратой тепла, теоретическая температура ее начала равна 1554 °С. В присутствии железа восстановление кремния облегчается и идет при более низких температурах, поскольку железо, растворяя кремний, выводит его из зоны реакции, что сдвигает равновесие этой реакции вправо, в сторону восстано-вления кремния. Чем больше железа в шихте, тем при более низкой температуре происходит восстановление кремния и образование ферросилиция.
Нормальный ход печи характеризуется медленным опусканием электродов по мере их сгорания и равномерным оседанием шихты вокруг этих электродов. Сплав выпускают 12-20 раз в сутки. Вскрытие летки производят прожиганием электрической дугой или кислородом, пробиванием железным прутом или при помощи бура. По окончании выпуска летку закрывают конической пробкой из смеси электродной массы и песка или огнеупорной глины и кокса.
5. Производство углеродистого ферромарганца.
Ферромарганец применяют для раскисления и легирования стали. Марга-нцевые руды содержат много фосфора, поэтому и в ферромарганце содержание этого вредного элемента высокое.
Для выплавки ферромарганца используют неофлюсованный и офлюсован-ный марганцевый агломерат и концентраты марганцевых руд, железорудные ока-тыши либо железные руды или железную стружку и иногда известняк. Углероди-стый ферромарганец выплавляют флюсовым или бесфлюсовым методом. Во втором случае процесс ведут без добавки извести и получают, кроме углеродис-того ферромарганца, еще бесфосфористый марганцевый шлак (около 50 % MnO и менее 0,02 % Р). Такой шлак используют вместо марганцевой руды для выплавки силикомарганца или малофосфористых марганцевых сплавов. Бесфлюсовым методом, перерабатывают богатые руды, а бедные руды с повышенным содержа-нием кремнезема - флюсовым методом. Выплавляют углеродистый ферромарга-нец в закрытых печах с угольной футеровкой, печи круглые и прямоугольной формы. При бесфлюсовом процессе шихтой служит марганцевый концентрат (агломерат), содержащий более 48 % Mn, кокс и железорудные окатыши либо железная стружка.
Плавку ведут непрерывным процессом при напряжении 110-160 В; невы-сокое напряжение желательно, чтобы уменьшить перегрев ванны и потери марганца в результате его испарения. Электроды погружают в шихту на глубину 1200-1500 мм. Вследствие глубокой посадки над зоной высоких температур находится большой слой шихты.
Высшие оксиды марганца (MnО2, Mn2О3 и Mn3О4) непрочны и легко восста-навливаются оксидом углерода отходящих газов при низких температурах вверху слоя шихты. Оксид MnО восстанавливается в высокотемпературных приэлектрод-ных зонах по следующим реакциям, протекающим со значительной затратой тепла:
MnО + С = Mn + СО - 288290 Дж
3MnO + 4С = Mn3С + 3СО - 780800 Дж.
Теоретическая температура начала этих реакций равна соответственно 1420 и 1227°С, в связи с чем преимущественное развитие получает восстановление по второй реакции, и сплав поэтому содержит много углерода. Сплав и шлак выпус-кают через летку одновременно в футерованный ковш или в стальной ошлакован-ный изнутри ковш, обеспечивая при этом отделение шлака (один из способов отделения состоит в том, что сплав, как более тяжелый, остается в ковше, а шлак переливается через сливной носок ковша в чугунные изложницы). Сплав разлива-ют в изложницы или на разливочной машине в чушки. При бесфлюсовом процес-се степень извлечения марганца в сплав равна
60 %. При флюсовом процессе количество шлака равно 1,4-1,8 т/1т сплава; он содержит 8-20% Mn.1. Способы производства ферросплавов.
Ферросплавы - это сплавы железа с кремнием, марганцем, хромом, вольф-рамом и другими элементами, применяемые в производстве стали для улучшения ее свойств и легирования. Вводить в сталь нужный элемент не в виде чистого металла, а в виде его сплава с железом удобнее вследствие более низкой темпера-туры его плавления и выгоднее, так как стоимость ведущего элемента в сплаве с железом ниже по сравнению со стоимостью технически чистого металла. Исход-ным сырьем для получения ферросплавов служат руды или концентраты. Для производства основных сплавов - ферросилиция, ферромарганца; силикомарганца и феррохрома - пользуются рудами, так как в них высоко содержание оксидов элемента, подлежащего восстановлению. При производстве ферровольфрама, ферромолибдена, феррованадия, ферротитана и других сплавов руду вследствие малой концентрации в ней полезного элемента обогащают, получая концентрат с достаточно высоким содержанием оксидов основного элемента.
Ферросплавы получают восстановлением оксидов соответствующих метал-лов. Для получения любого сплава необходимо выбрать подходящий восстанови-тель и создать условия, обеспечивающие высокое извлечение ценного (ведущего) элемента из перерабатываемого сырья.
Восстановителем может служить элемент, обладающий более высоким хи-мическим сродством к кислороду, чем элемент, который необходимо восстано-вить из оксида. Иначе говоря, восстановителем может быть элемент, образующий более химически прочный оксид, чем восстанавливаемый элемент. Восстановите-льные процессы облегчаются, если они проходят в присутствии железа или его оксидов. Растворяя восстановленный элемент или образуя с ним химическое сое-динение, железо уменьшает его активность, выводит его из зоны реакции, препятствует обратной реакции - окислению. В ряде случаев температура плав-ления сплава с железом ниже температуры плавления восстанавливаемого элемента, следовательно, реакция может протекать при более низкой температуре.
В зависимости от вида применяемого восстановителя различают три основ-ных способа получения ферросплавов: углевосстановительный, силикотермиче-ский и алюминотермический. Наиболее дешевым является углерод, поэтому его используют при производстве углеродистых ферромарганца и феррохрома, а также всех сплавов с кремнием (кремний препятствует переходу углерода в сплав). Реакции восстановления металлов из их оксидов углеродом эндотермич-ные, поэтому углевосстановительный процесс требует подвода тепла - обычно это тепло, выделяемое электрическими дугами ферросплавной печи. Выплавку фер-росплавов углевосстановительным процессом осуществляют в так называемых восстановительных (рудовосстановительных) ферросплавных печах, работающих непрерывным процессом, т.е. с непрерывной загрузкой шихты в печь и периоди-ческим выпуском продуктов плавки.
Силикотермическим и алюминотермическим способами получают ферро-сплавы с пониженным или очень низким содержанием углерода: среднеуглеро-дистые и малоуглеродистые ферромарганец и феррохром, безуглеродистый фер-рохром, металлические хром и марганец, ферросплавы и лигатуры с титаном, ванадием, вольфрамом, молибденом, цирконием, бором и другими металлами. Эти сплавы выплавляют в рафинировочных ферросплавных печах, работающих периодическим процессом с выпуском из печи металла и шлака по окончании плавки. Когда выделяющегося при экзотермических реакциях тепла достаточно для получения металла и шлака в жидком виде, плавку проводят в футерованных шахтах (горнах).
2. Рафинировочные ферросплавные печи.
Рафинировочные ферросплавные печи служат для выплавки ферросплавов с низким содержанием углерода; они работают с выпуском сплава и шлака после окончания плавки. Они имеют круглую открытую ванну, а в остальном по своему устройству они ближе к дуговым сталеплавильным печам, на базе которых их конструируют.
Печи делают наклоняющимися, в связи с чем ванну крепят на люльке с механизмом ее наклона; ванна оборудована механизмом вращения, обеспечива-ющим ее круговое или возвратно-поступательное вращение в процессе плавки. Механизмы перемещения электродов и электрододержатели такие же, как в дуговых сталеплавильных печах; эти механизмы опираются не на люльку, а на пол цеха и при наклоне ванны электроды не наклоняются. Электроды применяют как самоспекающиеся, так и графитированные. Загрузка шихты такая же, как в восстановительных ферросплавных печах.
3. Загрузка шихты в ферросплавные печи.
Шихту в ферросплавные печи загружают сверху из специальных печных карманов (бункеров), расположенных на некоторой высоте над печью и оборудо-ванных затворами. После открывания затвора материал по труботечке ссыпается в печь.
В закрытые печи материалы подают двумя способами. Один из них предус-матривает поступление материала из течки в воронку, расположенную концентри-чески вокруг электрода и далее в печь через кольцевой зазор между отверстием в своде и электродом. Во втором случае материал из труботечки попадает в печь через отверстие в своде.
В первом случае шихта располагается в печи конусом вокруг электродов, во втором - в стороне от электродов под загрузочными течками. В открытые печи шихта из печных карманов также подается по труботечкам (лоткам), но их можно направить в определенное место ванны. Применяют также бросковые машины, передвигающиеся по рельсам вокруг печи; рабочий орган машины - лоток (лопата), вмещающий
6. Производство силикомарганца.
Выплавляют товарный силикомарганец для раскисления и легирования стали и передельный, используемый при выплавке низко- и среднеуглеродистого ферромарганца и металлического марганца. Товарный силикомарганец выплавля-ют непрерывным процессом в закрытых печах с угольной футеровкой при рабо-чем напряжении 120-200в. Шихтой служат марганцевые материалы (руда, концен-трат, шлаки производства углеродистого и среднеуглеродистого ферромарганца), кокс, кварцит. Шихту загружают в печь равномерно, поддерживая у электродов возвышающиеся на 300мм конусы, глубина посадки электродов равна 1,6-2,3 м.
В высокотемпературных зонах у электродов происходит восстановление углеродом марганца и кремния из MnO и SiO2; часть марганца и кремния восстанавливается из образующегося в зонах восстановления шлака (из силикатов марганца MnO•SiO2). Для улучшения восстановления кремния требуются кислые шлаки (с высоким содержанием SiO2) и высокие температуры (более высокие, чем при плавке углеродистого ферромарганца; температура силикомарганца и ферро-марганца на выпуске составляет соответственно 1500 и 1350 °С). Восстанавлива-ется и переходит в сплав 65-75 % марганца и
7. Производство углеродистого феррохрома.
Из всех легирующих элементов в сталях наибольшее применение находит хром. Для легирования стали хромом в нашей стране производят 17 марок ферро-хрома. Эти сплавы в основном отличаются по содержанию углерода, которое изменяется от 0,01 до 9 %.
Для выплавки углеродистого феррохрома применяют хромовые руды в основном Донского месторождения (Казахстан), которые содержат 30-58% Сr2О3, остальное FeO, MgO, А12О3, SiC. В связи с истощением богатых руд в последние годы используют бедные (с содержанием до 30 % Сr2О3) руды, подвергая их обо-гащению и иногда агломерации. В качестве флюса применяют кварцит, необхо-димый для получения требуемых свойств и состава (27-32 % SiO2) шлака.
В качестве восстановителя применяют отсортированный кокс размером 10-25мм, содержащий не более 0,5 % S и не более 0,04% Р.
В состав хромовой руды входят оксиды железа, они вносят в сплав требуе-мое количество железа.
Углеродистый феррохром выплавляют непрерывным процессом в открытых и закрытых печах с магнезитовой футеровкой. Хромовую руду (или ее часть) берут тугоплавкую, трудновосстановимую (содержащую магнохромит MgO• Сr2О3, восстанавливающийся углеродом при 1546°С) и плохо растворимую в шлаке, что обеспечивает формирование над расплавом феррохрома так называемого "рудного слоя", необходимого для окисления избыточных углерода и кремния в образующемся феррохроме.
Шихту загружают равномерно по поверхности колошника. Процесс плавки характеризуется следующим строением ванны по высоте: слой твердой шихты с проходящими здесь процессами твердофазного восстановления, зона плавления пустой породы и восстанавливающегося металла со слоем жидкого шлака внизу (у конца электродов), "рудный слой", слой жидкого сплава. Газовых полостей под электродами нет.
Восстановление хрома протекает по следующим реакциям:
1/З Сr2О3 + С = 2/ЗСr + СО - 270100 Дж;
1/З Сr2О3 + 9/7С = 2/21Сr7С3 + СО -250200 Дж.
Термодинамически легче идет восстановления с образованием карбида хро-ма Сr7С3, и эта реакция наиболее вероятна. Из оксидов железа руды углеродом легко восстанавливается железо, причем этот процесс опережает восстановление хрома; железо, растворяясь в карбиде хрома, облегчает восстановление последнего.
При температурах
Благодаря тому, что хромовая руда тугоплавка, трудновосстановима и пло-хо растворима в шлаке, на границе раздела шлак - жидкий феррохром формиру-ется "рудный слой" - вязкий слой шлакового расплава с множеством кусочков руды. Во время прохождения капель сплава через "рудный слой" происходит частичное окисление углерода и кремния сплава за счет реагирования с кислоро-дом оксидов руды (например, Сr7С3 + Сr2О3 = 9 Сr + ЗСО) с одновременным вос-становлением хрома из рудного слоя. В результате этого снижается содержание углерода и кремния в сплаве (например, в сплаве ФХ650 получается менее 6,5 % С и менее 2% Si).
Сплав и шлак выпускают через одну летку одновременно три-четыре раза в смену в футерованный ковш или в стальной ковш со шлаковым гарнисажем от предыдущего выпуска, избыток шлака из ковша перетекает в чугунные шлаковни.
Сплав разливают в чугунные изложницы (толщина слитка должна быть менее 200 мм для удобства дробления) или в чушки на разливочных машинах конвейерного типа.
Прокатное производство.
Прокатное производство является завершающей стадией производства ме-талла. Поскольку сортамент проката разнообразен, на заводе может быть несколь-ко прокатных цехов с соответствующими объему производства и сортаменту прокатными станами.
Металлургический завод включает три основных вида производств, соста-вляющих так называемый металлургический цикл: производство чугуна, или доменное производство, сталеплавильное и прокатное производства. В зависи-мости от принятой структуры к основным производствам металлургических ком-бинатов могут относиться производство кокса с химическими цехами и горное хозяйство, включая, кроме добычи рудных и нерудных ископаемых, подготовку сырья к плавке (обогащение и окускование). В комплекс завода входят энерге-тическое хозяйство (электроэнергия, вода, тепло, кислород, воздух), ремонтные и вспомогательные службы.
Металлургические заводы по структуре могут быть с полным металлурги-ческим циклом (чугун, сталь и прокат) и неполным (сталь, прокат). Существуют две технологические схемы производства металла.
По наиболее распространенной первой схеме слитки преимущественно в горячем виде подают в нагревательные колодцы блюмингов или слябингов. После нагрева их прокатывают в полупродукт — заготовку для станов окончательной прокатки. Вторая схема отличается от первой наличием установок непрерывной разливки и отсутствием обжимных станов. В ряде случаев литой полупродукт прокатывают на обжимных и заготовочных станах.
На некоторых заводах еще работают по старой технологии - сталь разлива-ют в сравнительно мелкие слитки, которые прокатывают сразу в готовый прокат. При прокатке ряда сталей слитки охлаждают, зачищают, а затем в холодном виде нагревают и прокатывают в заготовку (слябы, блюмы). Применяется также за-чистка горячих слитков.
Понятие об особой структуре заводов качественной металлургии, как о за-водах с маломеханизированными, тихоходными, трудоемкими в обслуживании прокатными станами, устарело. Сфера качественной металлургии и объемы вы-пуска качественных и высококачественных сталей настолько расширены, что заводы качественной металлургии с полным циклом, с современным уровнем прокатного производства не являются исключением.
1. Охлаждение, резка и правка проката
Режим охлаждения проката применяют четырех видов.
Обычный. Охлаждение производят на холодильниках, площадь которых выбирают по максимальной производительности и среднему времени естествен-ного охлаждения.
Иногда на холодильниках создают условия регулируемого охлаждения, например для рессорной стали, что обеспечивает определенную ее твердость. В этих случаях применяют специальную укладку охлаждаемых полос (на ребро без промежутков).
Замедленный. Этот режим охлаждения применяют для крепких и легиро-ванных флокеночувствительных сталей. Охлаждение проводят в проходных отап-ливаемых печах, отапливаемых и неотапливаемых ямах и коробах.
Медленное охлаждение, начиная с 800-900°С, обеспечивает выравнивание температуры по сечению профиля и устраняет внутренние напряжения после прокатки. Для большинства сталей, замедленно охлаждаемых, применяют Изоте-рмический режим: выдержка при 600-750°С, а затем охлаждение на воздухе.
Ускоренный. Этот режим охлаждения применяют для катанки и листа перед сматыванием в бунты и рулоны для получения определенной структуры и умень-шения окалинообразования. Применяют также водяное охлаждение в трубках или на рольгангах.
Регулируемое ускоренное охлаждение водой и на воздухе листа и ленты из различных сталей до 700-500° С перед сматыванием в рулоны делают для получе-ния наиболее благоприятной и равномерной структуры. Охлаждение водой высо-коуглеродистых и легированных сталей (У9, У12,111X15) производят для предот-вращения образования карбидной сетки. Быстрый (термоупрочняющий) режим охлаждения обеспечивает закалку с последующим режимом самоотпуска с про-катного нагрева. С этой целью применяют регулируемые системы быстрого охлаждения водой.
2. Листопрокатное производство
Удельный вес листовой продукции в современной структуре сортамента проката непрерывно увеличивается. Это связано не только со спецификой отдельных отраслей промышленности, но и с преимуществами внедрения листового металла в машиностроении (вместо трудоемкого литья, поковок), развития сварных конструкций, увеличения производства сварных труб, в том числе для магистральных трубопроводов, и т. д.
Исходными заготовками для листов служат обжатые или литые (на устано-вках непрерывной разливки стали) плоские заготовки - слябы. Резко сократилось производство листа непосредственно из слитков, характерное для старых толсто-листовых станов и тонкого листа из полосы, сутунки, билета, карточки. Наблюда-ется тенденция увеличения веса обжатых и литых слябов до 25-30 т, что обеспе-чивает укрупнение рулонов листа, выгодное для дальнейшей обработки. Горячую прокатку тонких листов производят на непрерывных и полунепрерывных станах, которых в настоящее время насчитывается в мире более 100 штук с суммарной производственной мощностью до 130 млн. т в год. Проявляется тенденция уве-личения веса рулона и уменьшения толщины горячекатаного листа (до 1,2 мм). Получили развитие высокопроизводительные цехи холодной прокатки, рассчитанные на рулоны укрупненного веса (до 45 т), а также многовалковые ста-
ны для прокатки тончайших лент и листов.
3. Производство толстолистовой стали
Согласно нормам, толстолистовая сталь имеет толщину 4-160мм и ширину 600-3800 мм, длина листов колеблется в пределах 2-20 м. Исходным материалом для толстых листов могут служить слитки и слябы. Тяжелые листы (плиты) для сварных станин, рам, котлов высокого давления прокатывают из слитков весом 8-250 т.
Слябы для толстых листов подбирают в соответствии с раскроем листов толщиной 150-500мм, шириной 600-2000 мм и длиной 2-6 м.
Слитки нагревают в нагревательных колодцах или печах с выдвижным подом. Последний способ применяют на старых станах: он очень трудоемок и не экономичен. На некоторых заводах, не имеющих обжимных станов, прокатку ведут на комбинированных станах из слитков.
В листовом производстве и особенно при производстве толстых листов имеет большое значение правильное назначение плавок, слитков или слябов в соответствии с данными плавочного химического анализа, качественной характе-ристики сляба по зоне (высоте) слитка и размерами с точки зрения выполнения требований заказчика к готовому, обрезанному листу. Для наиболее экономично-го раскроя готовых листов надо правильно определить массу и исходные размеры слитка и сляба. Такие расчеты относятся к области фабрикации в листопрокатном производстве. Существует также понятие о фабрикационом коэффициенте, или расходе металла на изготовление годного обрезанного листа, в отличие от расход-ного технологического коэффициента, включающего
оптимальные потери метал-ла на угар, боковую и торцовую обрезь. При производстве листов большое значение для выхода годного по раскрою имеет форма полученного раската, зависящая от настройки и состояния валков, соблюдения принятой схемы разбивки ширины, что в свою очередь определяет конфигурацию переднего и заднего концов и боковых сторон раската. Для качества листов большое значение имеет также удаление окалины в процессе прокатки, режим обжатий, профилировка валков и температурные условия прокатки.
Для отдельных сталей гидросбивом пользуются осторожно, чтобы темпера-тура конца прокатки не была ниже 800—1050°С; снижение температуры ниже 750° С вызывает наклеп металла. Оптимальной температурой конца прокатки считается 820-920°С; при повышенных температурах конца прокатки увеличи-вается зерно, ухудшаются пластические свойства, особенно вязкость. Приходится иногда прибегать к подстуживанию перед последними проходами, при этом важно обеспечить условия равномерного охлаждения. Различные температурные условия прокатки приводят к разнотолщинности по ширине листа.
Листовые станы в отличие от сортовых характеризуются длиной бочки чистовых валков, так как этим определяются возможности получения максима-льной ширины листа. Иногда в названии стана, кроме ширины, указывают и диаметры валков чистовой клети.
По числу и расположению рабочих клетей толстолистовые станы бывают одноклетевые (дуореверсивные, кварто-реверсивные, трио Лаута), двухклетевые линейные и с последовательным расположением (тандем), полунепрерывные и непрерывные.
Одноклетевые и двухклетевые линейные станы, как малопроизводительные и не обеспечивающие хорошего качества продукции, применяют редко. Специа-лизированными толстолистовыми станами принято считать двухклетевые станы с последовательным расположением клетей - для прокатки листов толще 8-12мм и шире 1850мм, так как более тонкие и узкие листы выгоднее прокатывать на полу-непрерывных и непрерывных тонколистовых станах. Новые специализированные толстолистовые станы строят с длиной бочки валков 2000-5000мм (чаще 2800- 4300мм). Современные толстолистовые станы (двухклетевые) имеют производи-тельность 900-1200 тыс. т в год, есть и более производительные специализиро-ванные полунепрерывные станы для прокатки толстых листов шириной более 3000 мм.