Состав и классификация чугуна

Качественный и количественный состав чугуна. Схема доменного процесса как совокупности механических, физических и физико-химических явлений в работающей доменной печи. Продукты доменной плавки. Основные отличия чугуна от стали. Схемы микроструктур чугуна.

Рубрика Производство и технологии
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 26.11.2012
Размер файла 768,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Схема доменного процесса. Классификация чугунов, их состав

Приведен качественный, а по углероду - и количественный состав чугуна (рис.1, а). Доменная печь (домна) показана в разрезе, схематично (рис.1, б). Снизу через фурму (устройство для подвода дутья) поступают горячий воздух, кислород, метан, а навстречу движется шихта - смесь, состоящая из кокса (источник энергии и восстановитель), подготовленного рудного концентрата и флюса (последний для связывания пустой породы в шлаки). Домну через колошник (верхняя часть шахтных доменных плавильных печей) покидает доменный газ, содержащий до 30% СО.

Домна - сложнейшее инженерное сооружение высотой более 60 м и диаметром 10 м, снабженное системой контроля и управления, предназначенное для выплавки чугуна - продукта химико-восстановительных процессов. Далее на схеме показаны основные химические реакции доменного процесса (рис.1, в). Это - горение кокса в зоне над горном (нижняя часть домны, где происходит горение топлива). Шлак выполняет также функцию защиты чугуна от окисления. Далее происходит собственно восстановление железа, затем - восстановление примесных элементов и науглероживание железа и, наконец, образование шлаков.

Доменный процесс представляет собой совокупность механических, физических и физико-химических явлений, протекающих в работающей доменной печи. Загружаемые в доменную печь шихтовые материалы - кокс, железосодержащие компоненты и флюс - в результате протекания доменного процесса превращаются в чугун, шлак и доменный газ. В химическом отношении доменный процесс является восстановительно-окислительным: из оксидов восстанавливается железо, а окисляются восстановители. Однако доменный процесс принято называть восстановительным, так как цель его состоит в восстановлении оксидов железа до металла.

Агрегатом для осуществления доменного процесса служит печь шахтного типа. Рабочее пространство доменной печи в горизонтальных сечениях имеет круглую форму, а в вертикальном разрезе - своеобразное очертание, называемое профилем.

Важнейшим условием осуществления доменного процесса в рабочем пространстве печи является непрерывное встречное движение и взаимодействие опускающихся шихтовых материалов, загружаемых в печь через колошник, и восходящего потока газов, образующегося в горне при горении углерода кокса в нагретом (до 1000-1200°С) воздухе (дутье), который нагнетается в верхнюю часть горна, через расположенные по его окружности фурмы. К дутью может добавляться технический кислород, природный газ, водяной пар.

Кокс поступает в горн нагретым до 1400-1500°С. В зонах горения углерод кокса взаимодействует с кислородом дутья. Образующийся в зонах горения диоксид углерода при высокой температуре и избытке углерода неустойчив и превращается в оксид углерода. Таким образом, за пределами зон горения горновой газ состоит только из оксида углерода, азота и небольшого количества водорода, образовавшегося при разложении водяных паров или природного газа. Смесь этих газов, нагретая до 1800-2000°С, поднимается вверх и передает тепло материалам, постепенно опускающимся в горн вследствие выгорания кокса, образования чугуна и шлака и периодического выпуска их из доменной печи. При этом газы охлаждаются до 200-450°С, а оксид углерода, отнимая кислород из оксидов железа, превращается частично в диоксид углерода, содержание которого в доменном газе на выходе из печи достигает 14-20 %.

Шихтовые материалы загружают в доменную печь при помощи засыпного аппарата отдельными порциями - подачами. Они располагаются на колошнике чередующимися слоями кокса, руды или агломерата и флюса при работе на не полностью офлюсованном агломерате. Загрузку подач производят через 5-8 минут, по мере освобождения пространства на колошнике, в результате опускания материалов.

В процессе нагревания опускающихся материалов происходит удаление из них влаги и летучих веществ кокса и разложение карбонатов. Оксиды железа под действием восстановительных газов постепенно переходят от высших степеней окисления к низшим, а затем - в металлическое железо по схеме: Fe2O3--Fe3O4---FeO- - Fe. Свежевосстановленное железо заметно науглераживается еще в твердом состоянии. По мере науглераживания температура плавления его понижается. При температуре 1000 - 1100° С восстановление железа почти заканчивается и начинают восстанавливаться более трудновосстановимые элементы - кремний, марганец и фосфор. Науглероженное железо, содержащее около 4 % углерода и некоторое количество кремния, марганца и фосфора, плавится при температуре 1130 - 1150°С и стекает в виде капель чугуна в горн. В нижней половине шахты начинается образование жидкого шлака из составных частей пустой породы руды и флюса.

Понижению температуры плавления шлака способствуют невосстановленные оксиды железа и марганца.

В стекающем вниз шлаке под действием возрастающей температуры постепенно расплавляется вся пустая порода и флюс, а после сгорания кокса - и зола. При взаимодействии жидких продуктов плавки с раскаленным коксом в заплечиках и горне происходит усиленное восстановление кремния, марганца и фосфора из их оксидов, растворенных в шлаке. Здесь же поглощенная металлом в ходе плавки сера переходит в шлак. Железо и фосфор печи полностью восстанавливаются и переходят в чугун, а степень восстановления кремния и марганца и полотна удаления из чугуна серы в большой мере зависят от температурных условий, химического состава шлака и его количества.

Жидкие чугун и шлак разделяются в горне благодаря различным удельным массам. По мере скопления их в горне чугун выпускают через чугунную летку, а шлак - через шлаковые летки (верхний шлак) и чугунную летку во время выпуска чугуна (нижний шлак).

Чугунная лётка обычно представляет собой горизонтальный или наклонный канал прямоугольного сечения в огнеупорной кладке горна печи. Расплавленный чугун из лёток сливается в главный чугунный жёлоб, расположенный на литейном дворе. Шлаковая лётка - обычно расширяющееся наружу горизонтальное отверстие круглого сечения в огнеупорной кладке горна печи. Периодический выпуск верхнего шлака из лётки производят в периоды между выпусками чугуна. Продолжительность выпуска продуктов плавки в пределах часа, тогда как время закрытия лётки измеряется секундами. После каждого выпуска лётки заделывают огнеупорной заделочной (лёточной) массой. Ранее в качестве массы использовалась глина, в настоящее время применяются специальные кварцитовые или высокоглиноземистые безводные массы с синтетическим связующим.

Все перечисленные процессы протекают в доменной печи одновременно, оказывая взаимное влияние.

Продукты доменной плавки:

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль. Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой. В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд. В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида:

передельный, идущий на передел в сталь;

литейный, предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении;

доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

Передельный чугун подразделяют на три вида:

Передельный коксовый (марки М1, М2, М3, Б1, Б2).

Передельный коксовый фосфористый (МФ1, МФ2, МФ3).

Передельный коксовый высококачественный (ПВК1, ПВК2, ПВК3).

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1 - ЛК7. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

Классификация чугунов

Чугун отличается от стали:

1. по составу - более высокое содержание углерода и примесей;

2. по технологическим свойствам - более высокие литейные свойства, малая способность к пластической деформации, почти не используется в сварных конструкциях.

В зависимости от состояния углерода в чугуне различают:

*белый чугун - углерод в связанном состоянии в виде цементита, в изломе имеет белый цвет и металлический блеск;

*серый чугун - весь углерод или большая часть находится в свободном состоянии в виде графита, а в связанном состоянии находится не более 0,8 % углерода. Из-за большого количества графита его излом имеет серый цвет;

*половинчатый - часть углерода находится в свободном состоянии в форме графита, но не менее 2 % углерода находится в форме цементита. Мало используется в технике.

В зависимости от формы графита и условий его образования различают следующие группы чугунов:

* серый - с пластинчатым графитом (Мелкие, завихренной формы чешуйки графита меньше снижают прочность. Такая форма достигается путем модифицирования. В качестве модификаторов применяют алюминий, силикокальций, ферросилиций. Серые чугуны содержат углерода - 3,2…3,5 %; кремния - 1,9…2,5 %; марганца - 0,5…0,8 %; фосфора - 0,1…0,3 %; серы - < 0,12 %); Обозначаются индексом СЧ (серый чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на СЧ 15.

* высокопрочный - с шаровидным графитом (Высокопрочные чугуны (ГОСТ 7293) могут иметь ферритную (ВЧ 35), феррито-перлитную (ВЧ45) и перлитную (ВЧ 80) металлическую основу. Получают эти чугуны из серых, в результате модифицирования магнием или церием (добавляется 0,03…0,07% от массы отливки). По сравнению с серыми чугунами, механические свойства повышаются, это вызвано отсутствием неравномерности в распределении напряжений из-за шаровидной формы графита. Высокопрочные чугуны содержат: углерода - 3,2…3,8 %, кремния - 1,9…2,6 %, марганца - 0,6…0,8 %, фосфора - до 0,12 %, серы - до 0,3 %); Обозначаются индексом ВЧ (высокопрочный чугун) и числом, которое показывает значение предела прочности, умноженное на ВЧ 100.

* ковкий - с хлопьевидным графитом (Хорошие свойства у отливок обеспечиваются, если в процессе кристаллизации и охлаждения отливок в форме не происходит процесс графитизации. Чтобы предотвратить графитизацию, чугуны должны иметь пониженное содержание углерода и кремния. Ковкие чугуны содержат: углерода - 2,4…3,0 %, кремния - 0,8…1,4 %, марганца - 0,3…1,0 %, фосфора - до 0,2 %, серы - до 0,1 %.). Обозначаются индексом КЧ (ковкий чугун) и двумя числами, первое из которых показывает значение предела прочности, умноженное на , а второе - относительное удлинение - КЧ 30 - 6.

Схемы микроструктур чугуна в зависимости от металлической основы и формы графитовых включений представлены на рис.2.

чугун доменная печь микроструктура

Рис.2. Схемы микроструктур чугуна в зависимости от металлической основы и формы графитовых включений

Наиболее широкое распространение получили чугуны с содержанием углерода 2,4…3,8%. Чем выше содержание углерода, тем больше образуется графита и тем ниже его механические свойства, следовательно, количество углерода не должно превышать 3,8 %. В то же время для обеспечения высоких литейных свойств (хорошей жидкотекучести) углерода должно быть не менее 2,4 %.

Отбеленные и другие чугуны. Отбеленные - отливки, поверхность которых состоит из белого чугуна, а внутри серый или высокопрочный чугун. В составе чугуна 2,8…3,6 % углерода, и пониженное содержание кремния - 0,5…0,8 %. Имеют высокую поверхностную твердость (950…1000 НВ) и очень высокую износостойкость. Используются для изготовления прокатных валов, вагонных колес с отбеленным ободом, шаров для шаровых мельниц. Для изготовления деталей, работающих в условиях абразивного износа, используются белые чугуны, легированные хромом, хромом и марганцем, хромом и никелем. Отливки из такого чугуна отличаются высокой твердостью и износостойкостью. Для деталей, работающих в условиях износа при высоких температурах, используют высокохромистые и хромоникелевые чугуны. Жаростойкость достигается легированием чугунов кремнием (5…6 %) и алюминием (1…2 %). Коррозионная стойкость увеличивается легированием хромом, никелем, кремнием.

Для таких чугунов можно применять термическую обработку.

Диаграмма состояния железо - графит.

В результате превращения углерод может не только химически взаимодействовать с железом, но и выделяться в элементарном состоянии в форме графита. Жидкая фаза, аустенит и феррит могут находиться в равновесии и с графитом. Диаграмма состояния железо - графит показана штриховыми линиями на рис.3. Линии диаграммы находятся выше линий диаграммы железо - цементит. Температуры эвтектического и эвтектоидного превращений, соответственно, 1153oС и 738oС. Точки C, E, S - сдвинуты влево, и находятся при концентрации углерода 4,24, 2,11 и 0,7 %, соответственно.

Рис.3. Диаграмма состояния железо - углерод: сплошные линии - цементитная система; пунктирные - графитная

При высоких температурах цементит разлагается с выделением графита, поэтому диаграмма состояния железо - цементит является метастабильной, а диаграмма железо - графит - стабильной.

Процесс образования графита в сплавах железа с углеродом называется графитизацией. Графит - это полиморфная модификация углерода. Так как графит содержит 100% углерода, а цементит - 6,67 %, то жидкая фаза и аустенит по составу более близки к цементиту, чем к графиту. Следовательно, образование цементита из жидкой фазы и аустенита должно протекать легче, чем графита. С другой стороны, при нагреве цементит разлагается на железо и углерод. Следовательно, графит является более стабильной фазой, чем цементит.

Отражательная плавка медных концентратов

Сульфидные расплавы играют важную роль в металлургии меди и никеля. Головной пирометаллургической операцией при переработке медного и никелевого сырья является плавка на штейн, которая предназначена для расплавления сульфидных руд и концентратов и отделения при этом пустой породы с переводом ее в шлак. При переработке окисленных руд иногда специально осуществляют сульфидирование извлекаемых металлов с тем, чтобы сконцентрировать их в штейне.

Штейн представляет собой сплав сульфидов тяжелых цветных металлов с сульфидом железа, содержащий также некоторое количество растворенных оксидов, главным образом оксидов железа. В большинстве случаев (кроме чисто никелевых штейнов) штейн содержит также благородные металлы, которые с высокой полнотой коллектируются в штейновых расплавах. При проведении плавки в восстановительных условиях получаются металлизированные штейны, содержащие, кроме сульфидов, растворенные в них металлы. В практике цветной металлургии получают медные, медно-никелевые, никелевые и полиметаллические штейны. Они образуются в жидком состоянии и практически не смешиваются с жидкими шлаками, что позволяет отделять их друг от друга отстаиванием. Для успешного разделения штейнов и шлаков необходимо, чтобы разность их плотностей была не менее 1 г/см3.

Чем она будет больше, тем быстрее идет отстаивание. Плавка на штейн является одним из важнейших переделов технологической схемы пирометаллургического способа получения меди. Основная задача передела - максимально высокое извлечение цветных металлов. Современные процессы плавки обеспечивают извлечение до 94-98 % меди.

Применяют следующие процессы плавки на штейн: отражательная плавка сырых (необожженных) концентратов или огарка; плавка в рудно-термических электрических печах; плавка в шахтных печах руды или концентрата после предварительного окускования путем брикетирования или агломерации; процесс "Норанда"; процесс "Мицубиси"; кислородно-факельная плавка (КФП); взвешенная (финская) плавка (Оутокумпу); плавка Ванюкова.

Рис.4. Схема устройства отражательной печи для плавки медных руд: 1 - бункер; 2 - воронки; 3 - летка; 4 - руда; 5 - под

Отражательная печь - промышленная плавильная печь, в которой тепло передаётся материалу излучением от газообразных продуктов сгорания топлива, а также от раскалённой внутренней поверхности огнеупорной кладки печи. Отражательной печью обычно называют печи, применяемые для получения металлов и полупродуктов в цветной металлургии (выплавка штейна из медных руд или концентратов, свинца из свинцовых сульфидных концентратов, рафинирование меди, сурьмы, свинца, олова и др.), варки стекла, а также для расплавления чёрных и цветных металлов и сплавов в литейном производстве.

Отражательная плавка - это традиционный способ переработки богатых сульфидных и карбонатных руд, обожженных и необожженных (сырых) флотационных концентратов. Конструкции печей для плавки на штейн различаются в зависимости от площади пода, состава и вида перерабатываемого сырья, способа отопления и применяемого топлива.

В результате плавки на поду печи образуется расплав - медный штейн, который стекает к летке 3, откуда его выпускают ковши. Состав медного штейна примерно следующий: 20 - 50% 20-40%Fe и 22-25%S. Температура плавления его при удержании 35-40%Сu около 950°. Удельный вес ~ 5000 кГ/м3. Пустая порода отделяется от штейна в виде шлака.

Отражательные печи работают в основном на газовом, реже газо-мазутном и крайне редко на пылеугольном топливе. Для интенсификации процессов горения топлива на некоторых предприятиях используют дутье, обогащенное кислородом. Для большинства печей применяют торцевую подачу топлива, на ряде агрегатов торцевую подачу комбинируют со сводовым отоплением.

Сущность отражательной плавки сульфидных концентратов и рудной мелочи на штейн заключается в том, что шихта плавится за счет тепла от сжигания углеродистого топлива в газовом пространстве над ванной расплава в печи с горизонтально расположенным рабочим пространством. Шихту при этом загружают на ванну или на откосы вдоль боковых стен печи. Раскаленные топочные газы, проходя над поверхностью ванны и шихты, нагревают их, а также стены и свод, и покидают печь, имея еще сравнительно высокую температуру (выше температуры плавления шлака).

Теплопередача в печи осуществляется в основном за счет лучеиспускания от раскаленных стен, свода и продуктов сгорания (раскаленного факела). Нагреваясь постепенно до высокой температуры, шихта плавится. Металлы, обладающие высоким сродством к кислороду, при этом концентрируются в оксидном расплаве - шлаке. Медь, никель, благородные металлы и часть железа и серы переходят в сульфидную фазу - штейн. Обладая ничтожной взаимной растворимостью и различной плотностью, продуктыплавки при отстаивании разделяются на два слоя. Таким образом, при отражательной плавке происходят перевод основной массы пустой породы в шлак и концентрация ценных компонентов в штейне.

Основной целью отражательной плавки медьсодержащего сырья является расплавление шихты с получением штейна и шлака, обеспечивающее максимальный перевод в штейн меди и сопутствующих ценных компонентов (например, золота и серебра), и ошлакование пустой породы.

Загруженная шихта плавится за счет тепла от сжигания углеродистого топлива в горизонтально расположенном рабочем пространстве печи. Шихта и поверхность расплава в печи нагреваются за счет лучеиспускания факелом раскаленных топочных газов и тепловых лучей, отраженных внутренней поверхностью свода. Массообмен в печи несущественен. Передача тепла в слое шихты и расплава происходит за счет теплопроводности.

Шихту загружают вдоль стен печи. При плавке сырой шихты образуются откосы, а при плавке огарка шихта растекается на поверхности шлакового расплава. За счет тепла, излучаемого факелом, происходит сушка материала, термическая диссоциация высших сульфидов, карбонатов. При повышении температуры плавятся легкоплавкие компоненты шихты, представленные сульфидными и оксидными эвтектиками. Первичный расплав стекает на поверхности откосов, растворяет в себе более тугоплавкие соединения и попадает в шлаковый слой. Начинается разделение шлаковой и штейновой фаз; капли оксидной руды растворяются в шлаке, а капли штейна проходят через слой шлака и образуют самостоятельный слой.

В газовом пространстве отражательной печи (по условиям сжигания топлива) содержится минимальное количество свободного кислорода. Поэтому правомерно атмосферу при отражательной плавке в первом приближении рассматривать как нейтральную или слабоокислительную, не оказывающую фактически влияния на десульфуризацию и не участвующую в химических взаимодействиях с шихтой и расплавом.

Химические процессы, протекающие в отражательной печи, можно разделить на четыре группы:

Первая группа процессов, протекающих при нагревании шихты в нейтральной атмосфере, включает испарение влаги и реакции термической диссоциации неустойчивых химических соединений - высших сульфидов, карбонатов, гидроксидов и так далее. Сера, выделяющаяся при разложении высших сульфидов, окисляется до SО2 за счет кислорода, присутствующего в газовом пространстве печи и поступающего в него главным образом за счет подсосов воздуха через неплотности в кладке. торов, из которых основными являются: крупность частиц шихты, индивидуальные свойства минералов, температура нагрева и парциальное давление паров серы или газов. Выше 743°С пирит разлагается при любом давлении паров серы. Высокие температуры в печи способствуют быстрому и полному разложению пирита. Аналогично пириту ведут себя ковеллин, халькопирит и другие высшие сульфиды. Полностью разлагаются при плавке и все карбонаты. За счет разложения высших сульфидов в газовую фазу переходит значительное количество серы (при разложении пирита и ковеллина удаляется 50 % серы, халькопирита - 25 %). На практике при плавке сырого медного концентрата за счет диссоциации высших сульфидов суммарно выделяется серы примерно 45 % от общего ее содержания в концентрате.

Ко второй группе химических превращений при отражательной плавке относятся реакции взаимодействия ферритов (МеО•Fе 2О3) с сульфидами, которые также сопровождаются удалением серы.

Аналогично протекают реакции разложения других ферритов. Полнота протекания этих реакций определяет количество, как окислившейся серы, так и остаточного магнетита в шлаке и штейне. Энергичное протекание реакции взаимодействия магнетита с сульфидом железа в присутствии кремнезема начинается при температуре выше 1 200°С. С повышением температуры скорость и полнота ее протекания существенно возрастают. Восстановлению магнетита сульфидами способствует присутствие SiO2 и других кислотных оксидов вследствие снижения активности FeO в шлаке.

Повышение содержания магнетита в шлаке и штейне оказывает вредное влияние на их физико-химические свойства. С увеличением концентрации Fe3O4 снижается межфазное натяжение на границе раздела шлак-штейн, возрастает вязкость шлаковых расплавов. Все это приводит к повышенным потерям меди со шлаками. Кроме того, вследствие ограниченной растворимости магнетита как в шлаках, так и в штейнах его накопление в печи в условиях пониженных температур может привести к образованию полурасплавленного промежуточного слоя между шлаком и штейном и образованию магнетитовых настылей и шихтовых перемычек на лещади. Настыли и перемычки загромождают печь, уменьшают объем ванны печи и сокращают время пребывания (отстаивания) шлака, а следовательно, способствуют получению богатых по меди шлаков. Снижение концентрации магнетита на границе раздела оксидных фаз (шлака и промежуточного слоя) со штейном объясняется интенсивным протеканием на этом участке расплавов реакции взаимодействия магнетита с сульфидом железа в присутствии кремнезема.

Источником магнетита при отражательной плавке сырых концентратов является оборотный конвертерный шлак, который заливают в жидком виде в отражательные печи. Конвертерный шлак, как правило, имеет меньшую температуру, чем шлак в отражательной печи, и большее содержание оксидов железа. Поэтому он обладает большой плотностью и при заливке в отражательную печь опускается на границу раздела шлака и штейна, участвуя тем самым в образовании промежуточного слоя. Так как температура в этой части печи сравнительно низкая, восстановление магнетита сульфидами протекает медленно и недостаточно полно. Разложение магнетита конвертерного шлака в лучшем случае протекает на 60 %. Распределение магнетита конвертерных шлаков между продуктами плавки таково: переходит в штейн 40 %, в шлак - 40 % и восстанавливается 20 %. Относительно низкая температура на границе штейна и шлака, где концентрируется основная масса заливаемого конвертерного шлака, малая степень восстановления магнетита и недостаточно благоприятные условия для коалесценции мелкой сульфидной взвеси являются причиной того, что извлечение меди из жидких конвертерных шлаков в отражательных печах сравнительно низкое (60-70 %). Большая степень восстановления магнетита (до 80 %) достигается при переработке твердых конвертерных шлаков.

Все перечисленное выше свидетельствует о том, что переработка жидких конвертерных шлаков в отражательных печах неэффективна и часто является причиной серьезных нарушений их работы. Рациональнее перерабатывать конвертерные шлаки отдельно в специальном процессе. Таким образом, при отражательной плавке сырых концентратов десульфуризация происходит за счет термического разложения высших сульфидов и за счет взаимодействия ферритов (главным образом, магнетита) с сульфидами, в результате которого удаляется дополнительно 7-10 % серы. Конечная степень десульфуризации при плавке сырых медных концентратов обычно составляет 50-55 %, что является небольшой величиной по сравнению с окислительными плавками. Низкая степень десульфуризации при отражательной плавке приводит к тому, что отражательные печи выполняют фактически лишь функцию переплавки шихты и перевода пустой породы в шлак. Содержание меди в штейне по сравнению с ее содержанием в концентрате увеличивается незначительно. Малая степень десульфуризации, наряду с большим объемом топочных газов, обусловливает также низкое содержание SО2 в отходящих газах (менее 1,5 %), что в свою очередь затрудняет и сильно удорожает обезвреживание газов и извлечение из них серы в товарную продукцию. При плавке сырых концентратов около 50 % исходной серы теряется безвозвратно.

Третья группа химических реакций, протекающих в отражательной печи, это реакции взаимодействия оксидов цветных металлов с сульфидами. Поскольку в необожженных медных концентратах в наибольшем количестве присутствует сульфид железа, взаимодействие именно этого сульфида с оксидами шихты и расплавов будет определяющим. В общем виде взаимодействие между оксидами и сульфидом железа описывается уравнением обратимой реакции: (MeO) + [FeS] - [MeS] + (FeO) Эта группа реакций обусловливает распределение металлов между шлаком и штейном. Направление и полнота их протекания определяются разностью в сродстве металлов к сере и кислороду и активностью (концентрацией) продуктов реакции в контактирующих фазах. Металлы, обладающие большим сродством к кислороду (Si, Са, Mg, Al и др.), при плавке практически полностью переходят в шлак в форме соответствующих оксидов. В свою очередь, такие металлы, как медь и никель, обладающие повышенным сродством к сере, концентрируются в основном в штейне. Так, медь при высоких температурах обладает большим сродством к сере и меньшим к кислороду, чем железо. По этой причине при наличии сульфидов железа равновесие реакции: (Cu2O) + [FeS] - [Cu2S] + (FeO) практически целиком сдвинуто вправо, и медь в расплавах почти целиком находится в форме сульфида. Лишь при очень богатых штейнах некоторое количество меди может присутствовать в шлаке в оксидной форме за счет обратимости реакции. Поэтому единственным путем управления распределением железа между шлаком и штейном, а вместе с этим и содержанием меди в штейне является предварительное окисление сульфида железа перед отражательной плавкой.

Четвертая группа процессов охватывает распределение ценных компонентов между продуктами плавки.

Благородные металлы - обязательные спутники меди в рудном сырье (главным образом, золото и серебро) - при отражательной плавке практически полностью концентрируются в штейне. Небольшие потери благородных металлов в шлаках приурочены к механической взвеси капелек штейна. Распределение ценных спутников зависит от состава концентрата и условий ведения плавки.

Практически все железо, которое было связано с серой, так и остается в сульфидной форме и целиком переходит в штейн. Меняется лишь форма его соединения: в концентрате - FeS2, а в штейне - FeS. В результате количество штейна получается высоким, а содержание меди в нем низким - 16-20 %. Для того, чтобы повысить содержание меди, шихту необходимо подвергать предварительному окислительному обжигу.

Список литературы

1. Учебник для вузов / Воскобойников В.Г., Кудрин В.А., Якушев А.М. - 6-изд., перераб. и доп. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2005 - 768 с.

2. Вегман Е.Ф/ и др. Металлургия чугуна. - Москва: - 3-изд., переработанное и дополненное. - М.: ИКЦ "Академкнига", 2004 - 774 с.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Расчет шихты доменной печи. Средневзвешенный состав рудной смеси. Выбор состава чугуна и шлака. Оценка физических и физико-химических свойств шлака. Заплечики и распар, шахта и колошник. Профиль и горн доменной печи, показатели, характеризующие ее работу.

    курсовая работа [465,5 K], добавлен 30.04.2011

  • Сравнительная характеристика физико-химических, механических и специфических свойств продуктов черной металлургии - чугуна и стали. Виды чугуна, их классификация по структуре и маркировка. Производство стали из чугуна, ее виды, структура и свойства.

    реферат [36,1 K], добавлен 16.02.2011

  • Вычисление профиля доменной печи, графическое изображение разреза по технологической оси. Расчет доменной шихты на получение чугуна с содержанием марганца. Виды огнеупоров: шамотный, высокоглиноземистый, карбидокремниевый кирпич, углеродистые блоки.

    курсовая работа [865,1 K], добавлен 12.04.2012

  • Расшифровка серого чугуна, характеризующегося пределом прочности в 20 МПа. Способ получения и термическая обработка материала. Схема доменной печи. Схема отливки чугуна методом литья в кокиль. Характеристика станка, инструментов и приспособлений.

    курсовая работа [4,2 M], добавлен 08.04.2011

  • Конструкция и принцип работы доменной печи. Расчет шихты на 1 тонну чугуна, состава и количества колошникового газа и количества дутья. Определение материального и теплового балансов доменной плавки. Расчет профиля доменной печи (полезная высота и объем).

    курсовая работа [1,2 M], добавлен 19.05.2011

  • Химический состав компонентов шихты. Определение состава доменной шихты. Составление уравнений баланса железа и основности. Состав доменного шлака, его выход и химический состав. Анализ состава чугуна и его соответствие требованиям доменной плавки.

    контрольная работа [88,4 K], добавлен 17.05.2015

  • Затратность процесса получения в доменной печи чистых по сере чугунов и разработка методов внедоменной десульфурации чугуна. Снижение затрат в сталеплавильном цехе в результате изменений технологии организации внепечной обработки стали магнием и содой.

    реферат [19,6 K], добавлен 06.09.2010

  • Виды и особенности сварки чугуна. Выбор электродов для сварки чугуна. Горячая сварка чугуна. Холодная сварка чугуна электродами из никелевых сплавов. Охрана труда при сварочных работах. Способы сварки чугуна. Мероприятия по защите окружающей среды.

    презентация [1,6 M], добавлен 13.12.2011

  • Характеристика, цели и особенности производства, классификация материалов: чугуна, стали и пластмассы. Сравнительный анализ их физико-химических, механических и специфических свойств; маркировка по российским и международным стандартам; применение в н/х.

    курсовая работа [3,3 M], добавлен 04.01.2012

  • Работа доменной печи. Описание технологии производства чугуна. Механизм вращения барабанных затворов вагон-весов. Основные элементы вертикального цилиндрического резервуара. Чугуновоз — вид грузового вагона, предназначенный для перевозки жидкого чугуна.

    отчет по практике [1,1 M], добавлен 14.07.2010

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.