вход Вход Регистрация



На кожному металургійному переділі поряд з основними продуктами утворюються й побічні, у тому числі й шкідливі для навколишнього середовища.

Розглянемо основні й побічні продукти головних металургійних переділів.

Основним продуктом доменної плавки є чавун, побічними - доменний газ, колошниковий пил, доменний шлак.

Чавун являє собою сплав заліза з вуглецем, марганцем, кремнієм, фосфором і сіркою. Вміст заліза в чавуні 91-94%, вуглецю – 3,5 - 4,5%. У легованому чавуні, крім того, можуть бути присутніми хром, нікель, ванадій, вольфрам і титан, вміст яких залежить від складу руд.

У залежності від призначення доменні чавуни розділяють на три види:

-передільний, або переробний, призначений для переробки в сталь;

-ливарний, призначений для виготовлення виливків;

-спеціальний, використовуваний для розкислення сталі (феросплави);

У даний час феросплави в доменних печах практично не виробляються, їх виявилося вигідніше одержувати на спеціалізованих феросплавних заводах (виробництво феросплавів - окрема підгалузь ЧМ).

Передільний чавун у ковшах-чавуновозах ємністю близько 100 т по залізничних коліях із доменного цеху доставляють у міксерні відділення сталеплавильних цехів.

Ливарний чавун після випуску з доменної печі розливають у т.зв. "чушки" і в холодному вигляді направляють на машинобудівні заводи, де перед виливком деталей його повторно розплавляють у спеціальних печах - вагранках.

Доменний шлак утворюється при сплавлюванні порожньої породи рудного матеріалу, флюсу й золи коксу. Шлак є одним з основних регуляторів хімічного складу чавуну. У залежності від складу шлаку полегшується чи утрудняється перехід у чавун тих чи інших елементів. У міру накопичення шлак випускають у розплавленому вигляді через шлакові льотки в ковші-шлаковози ємністю 30 т, що транспортуються по залізничних коліях. Ще порівняно недавно шлаки направляли у відвал. У даний час шлак піддається гранулюванню з подальшим виготовленням з нього будівельних матеріалів.

Широке застосування знайшла мокра грануляція шлаків: при виливанні рідкого шлаку у воду він перетворюється в дрібнозернистий матеріал. Гранульований шлак використовують для виробництва цементу, будівельних цеглин і блоків. З доменного шлаку також одержують і щебінь, литі вироби й т.д.

Доменний газ виділяється у великих кількостях, і безупинно видаляється через газовідводи в колошнику доменної печі. При згорянні 1т коксу утворюється близько 5000 м. куб. газу, таким чином, у великих печах обсягом 3000-3200 м. куб. за добу виділяється приблизно 15-17млн. м. куб. газу. Він містить значну кількість пальних складових. Після очищення від пилу (часток руди, палива, флюсів) доменний газ використовують як паливо для нагрівання повітронагрівачів доменних печей, водяних і парових котлів. У суміші з більш висококалорійним коксовим чи природним газами його застосовують також для опалення мартенівських і нагрівальних печей.

Колошниковий пил - це пил, що разом із доменним газом виноситься через верхню частину доменної печі. Утворюється він як у самій доменній печі через стирання шихтових матеріалів, так і викидається з колошникового пристрою доменної печі при завантаженні свіжих шихтових матеріалів. Колошниковий пил містить 45-50% Fe і його використовують при агломерації. У залежності від складу і якості шихтових матеріалів, а також режиму роботи доменної печі вміст пилу в доменному газі коливається від 20 до 100 кг на тонну чавуна. Хімічний склад пилу також залежить від режиму роботи доменної печі.

Доменний газ, що містить 35% пальних компонентів і 20-60 г/м. куб. пилу, перед відправленням споживачам (нагадаємо, що він використовується як пальне в коксових батареях, для нагрівання доменних повітронагрівачів, для одержання електроенергії й ін.) повинний бути очищений від пилу до рівня 10 мг/м. куб. і нижче. Попереднє очищення газу здійснюється в послідовно розташованих апаратах грубого очищення. На виході із цих апаратів уміст пилу знижується до 3-10 г/м. куб. Далі газ надходить в апарати напівтонкого очищення мокрого типу, де уміст пилу знижується до 0,6 -1,0 г/м. куб. Таке очищення газу здійснюється, як правило, у мокрих електрофільтрах. Залишковий уміст пилу після цих апаратів - 10 мг/м. куб. і дозволяє використовувати цей газ для одержання електроенергії на газових утилізаційних безкомпресорних турбінах (ГУБТ), що хоч частково компенсує витрати на очищення газу. Витрати на пристрої для очищення від пилу й газів усіх основних джерел забруднення атмосфери доменного цеху складає приблизно 15-20% суми всіх капіталовкладень цеху.

Основним продуктом сталеплавильних переділів є сталь, побічними - пил, газоподібні продукти згоряння палива й домішок чавуну.

Сталь - ковкий сплав заліза з вуглецем (0.04-2.0%С) і домішками марганцю, кремнію, сірки, фосфору. Одержані тим чи іншим способом сталі надзвичайно різноманітні по своїх властивостях і складу. Їх класифікують по способу виробництва, призначенню, якості, хімічному складу, характеру затвердіння у виливницях і будівлі одержуваного злитка. Єдиної світової системи класифікації сталі немає.

По способу виробництва сталь буває мартенівською, конвертерною, електросталлю й т.п.

По будівлі одержуваного злитка розрізняють сталь киплячу (кс), спокійну (сп) і напівспокійну (нс).

Кипляча сталь виходить при неповному розкисленні металу лише марганцем. Сталь характеризується різко вираженою нерівномірністю розподілу шкідливих домішок (сірки й фосфору) по товщині прокату. Спокійна сталь виходить при розкисленні марганцем, кремнієм і алюмінієм. Сірка й фосфор розподілені в ній більш рівномірно, чим у киплячій сталі.

По призначенню можна виділити наступні основні групи сталей:

1. Конструкційна сталь, що застосовують при виготовленні різних металоконструкцій. Конструкційні сталі можуть бути як простими вуглецевими, так і легованими.

2. Топкова й котлова сталь - низько вуглецева сталь, застосовувана для виготовлення котлів і топок. Ця сталь повинна мати гарні пластичні властивості в холодному стані, добре зварюватися, не повинна мати схильності до старіння.

3. Сталь для залізничного транспорту - рейкова мартенівська й конвертерна сталь, осьова сталь, сталь для бандажів коліс. Це середньо вуглецева сталь, до якої висувають високі вимоги по механічних властивостях.

4. Підшипникова сталь служить матеріалом для виготовлення кулькових і роликових підшипників. До цієї сталі, що містить близько 1% С і 1,5% Cr, пред'являють дуже високі вимоги по умісту неметалічних включень.

5. Інструментальна сталь застосовується для виготовлення різних інструментів, різців, валків прокатних станів, деталей ковальського й штампувального устаткування. Ця сталь звичайно містить значну кількість вуглецю ( іноді до 2%), а також у ряді марок - значну кількість легуючих елементів: Cr, W, Mo і ін.

Крім зазначених, мається ще ряд сталей, призначення яких видно із самої їхньої назви - ресорно-пружинні, електротехнічні, нержавіючі, броньові, трубні сталі й ін.

По якості сталі поділяють на наступні групи: сталь звичайної якості, якісну й високоякісну. Розходження між цими групами полягають у припустимому умісті шкідливих домішок, а також в особливих вимогах по умісту неметалічних включень.

Легована сталь - це сталь, що крім звичайних компонентів і домішок (вуглецю, кремнію, марганцю, сірки і фосфору) містить і інші елементи (легуючі елементи).

У залежності від умісту легуючих елементів леговані сталі підрозділяються на низьколеговані ( 2,5% легуючих добавок), середньо леговані (від 2,5 до 10%) і високолеговані (понад 10%). Легуючі добавки підвищують міцність, корозійну стійкість сталі, знижують небезпеку руйнування. Як легуючі добавки застосовують хром, нікель, мідь, азот, ванадій і ін. Останнім часом як легуючі елементи знаходять усе більше застосування бор, титан, ніобій і рідкоземельні елементи, що звичайно вводять у сталь у невеликих кількостях для поліпшення пластичних властивостей.

Правильно підібрані легуючі елементи забезпечують сталям витривалість, стійкість проти корозії, підвищену міцність, твердість, стійкість проти впливу високих температур і т.п.

Величезна розмаїтість легованих сталей може бути отримана з використанням різних сполучень легуючих елементів. Наприклад, звичайна нержавіюча сталь Х18Н8 є сплавом, що містить 18% хрому, 8% нікелю й 0,08% вуглецю. Інші види нержавіючих сталей містять 12 - 30% хрому з невеликими добавками нікелю, молібдену й міді. Ці сплави широко використовуються в промисловості й у побуті. З них роблять устаткування для хімічних заводів, лопатки турбін, столові прилади. У колишньому СРСР, а нині в СНД, у тому числі й в Україні, леговані сталі маркуються цифрами й буквами: хром - Х, нікель - Н, молібден - М, вольфрам - В, кобальт - К, титан - Т, азот - А, марганець - Г, мідь - Д, ванадій - Ф, кремній - С, фосфор - П, алюміній - Ю, бор - Р, ніобій - Б, цирконій - Ц.

Марка сталі позначається сполученням букв і цифр. Для конструкційних марок сталі перші дві цифри показують середній уміст вуглецю у відсотках помножений на 100. Вміст легуючих елементів, якщо він перевищує 1%, ставлять після відповідної букви в цілих одиницях. Наприклад, сталь марки 12ХН3 містить 0.12% вуглецю, близько 1% хрому й приблизно 3% нікелю. Буква «А» наприкінці позначення марки вказує на те, що сталь високоякісна. Наприклад, високоякісна конструкційна сталь, що містить близько 0.12% вуглецю, 2% хрому й 4% нікелю, має позначення 12Х2Н4А.

У сталях завжди присутні домішки, які значною мірою визначають властивості сталей. Розрізняють постійні й сховані домішки в сталі.

Постійні домішки - це кремній, марганець, фосфор і сірка. Марганець і кремній уводять у процесі виплавки в сталь для її розкислення, тобто для видалення розчиненого в залізі кисню, тому їх також називають технологічними домішками.

Сірка - шкідлива домішка - попадає в сталь головним чином з вихідною сировиною - чавуном. Сірка утворює із залізом з'єднання FeS - сульфід заліза. При взаємодії із залізом утворюється евтектика (Fe+FeS) з температурою плавлення 9880С. Тому при нагріванні сталевих заготовок для пластичної деформації вище 9000С сталь стає крихкою. При гарячій пластичній деформації заготовки руйнуються. Це явище називається червоноламкістю. Одним зі способів зменшення впливу сірки є введення марганцю. З'єднання MnS плавиться при 16200 С, ці включення пластичні й не викликають червоноламкість. Уміст сірки в сталях допускається не більш 0,06%.

Фосфор попадає в сталь головним чином також із вихідним чавуном, використаним для виплавки сталі. Фосфор має велику схильність до ліквації, тому навіть при незначній середній кількості фосфору у виливку завжди можуть утворюватися ділянки, багаті фосфором. Фосфор викликає холодноламкість, тому фосфор, як і сірка, є шкідливою домішкою, уміст його у вуглецевій сталі допускається до 0,05%. Уміст сірки й фосфору в сталі залежить від способу її виплавки.

Сховані домішки. Так називають присутні в сталі гази - азот, кисень, водень. Гази попадають у сталь при її виплавці. У твердій сталі гази можуть знаходитися як у виді хімічних сполук (нітриди й оксиди), так і у вільному стані в різних несуцільностях. Навіть у дуже малих кількостях азот, кисень і водень сильно погіршують пластичні властивості сталі.

Азот і водень успішно видаляються з рідкої сталі в результаті реакції окислювання вуглецю. Газ СО, що утворюється по цій реакції, збирається в пухирці, які, вириваючись на поверхню металу, пробивають шар рідкого шлаку, що знаходиться над металом, і виходять в атмосферу. У результаті цього створюється враження кипіння рідкої ванни. Спливаючі пухирці СО захоплюють по шляху нагору деяку кількість інших газів - Н2 і N2. Чим енергійніше протікає кипіння металу, тим менше вміст газів і тим краще якість металу. Для видалення Н2 і N2 застосовують також вакуумну обробку, продувку ванни нейтральним газом (аргоном) і ін.

Неметалічні включення (НВ) - дрібні тверді частки продуктів взаємодії легуючих елементів з іншими домішками в рідкому металі - це тугоплавкі карбіди, оксиди, нітриди. Будучи концентраторами напруги, НВ сильно погіршують службові властивості високоякісних сталей.

Основними продуктами феросплавного виробництва є феросплави - це сплави заліза із кремнієм, марганцем, хромом, вольфрамом і іншими елементами, застосовувані при виробництві сталі для поліпшення її властивостей і легування. Вихідною сировиною для одержання феросплавів служать руди чи концентрати. Основним агрегатом для виплавки феросплавів є закрита дугова рудо відновлювальна піч, де відбувається відновлення металів вуглецем. Найбільш розповсюджені феросплави - феросиліцій і феромарганець.

Феросиліцій - сплав заліза із кремнієм. Кремній (атомна маса 28,0, щільність 2,33 г/куб. см, температури плавлення й кипіння 1414 і 22870С відповідно) підвищує твердість сталі, опір розриву, межі пружності й плинності, збільшує опір окислюванню. Одержують його в дугових феросплавних печах шляхом відновлення кремнію із кварциту (SiО2) вуглецем.

Феросиліцій застосовують для розкислення й легування сталі, а також у якості відновника при виробництві деяких феросплавів. В електричних печах виплавляють феросиліцій різних марок з умістом кремнію 18-50 і 60-95%. При умісті кремнію в сплаві в межах 50-60% і при забрудненні його фосфором і алюмінієм сплав розсипається в порошок із виділенням отрутних летучих з'єднань.

Феромарганець - сплав заліза з марганцем. Марганець - сірувато-білий метал із щільністю 7,3г/куб. см, атомною масою 54,93, температурою плавлення й кипіння 1244 і 2150 градусів Цельсія відповідно. Зі збільшенням умісту марганцю в сталі підвищуються її твердість, опір розриву, стійкість проти стирання, холодостійкість і антикорозійні властивості. Феромарганець застосовують для розкислення й легування сталі. Побічний продукт феросплавного виробництва - колошниковий газ рудовідновлювальних печей, часто його називають феросплавним газом або ферогазом. Цей газ містить 80 - 88% високотоксичного монооксиду вуглецю СО й після очищення використовується як технологічне паливо.

Заключним переділом у ЧМ є прокатний переділ (прокатка). Продукцією прокатного переділу є прокат.

До основних видів прокату відносяться:

· напівпродукт, чи заготовка,

· листовий чи сортовий прокат,

· катані труби,

· заготовки деталей машин - колеса, кільця, осі, свердла, кулі,

· профілі перемінного перетину й ін.

Перелік виробів, що прокочуються, з указівкою розмірів називають сортаментом прокату, велика частина якого стандартизована. Основна кількість прокату виготовляється з низько вуглецевої сталі, деяка частина - з легованої сталі й сталі з підвищеним (більше 0,4%) умістом вуглецю.

Як приклад приведемо характеристики деяких профілів, що випускаються в прокатних цехах металургійних заводів.

1. Куточки сталеві гарячекатані рівнополочні за ДСТ 8509-86.

Це звичні для всіх куточки із двома рівними по ширині полками. Ширина полиць може коливатися від 20 до 250 мм., товщина полиць - від 3 до 30 мм, маса одного погонного метра від 0,89 кг до 111,44 кг.

2. Сталь гарячекатана кругла за ДСТ 2510-80.

У перетині це коло, діаметр якого коливається від 5 до 270 мм, маса 1 погонного метра - від 0,154 до 449,22 кг.

3. Швелери сталеві гнуті рівнополочні за ДСТ 8278-83.

Це П - образний профіль з однаковою шириною двох полиць(b) і висотою перемички між ними (h) з товщиною профілю (s). Ширина полиць коливається від 32 до 140 мм , висота від 60 до 280 мм, товщина від 3 до 8 мм, маса 1 погонного метра - від 2,67 до 37,62 кг.

4. Профілі сталеві гнуті замкнуті прямокутні за ДСТ 25577-83.

Це прямокутні труби із зовнішньою шириною b, висотою h і товщиною стінки s. Висота коливається від 97 до 230 мм, ширина - від 75 до 130 мм, товщина стінки від 3 до 8 мм, маса 1 пм - від 7,76 до 36,64 кг.

5. Труби сталеві водогазопровідні за ДСТ 3262-75

Труби прокатуються зі спокійної, напівспокійної й киплячої сталі, призначені для трубопроводів гарячої й холодної води, а також природного газу з тиском до 25 МПа. Характеризуються умовним проходом, зовнішнім діаметром і товщиною стінки. Умовний прохід коливається від 10 до 100 мм, зовнішній діаметр від 17 до 114 . Маса 1 погонного метра коливається від 0,74 до 13,44 кг.

 

 

…………………………………………………………......

Питання для самоконтролю

 

1. Склад чавуну, класифікація по призначенню.

2. Що являє собою доменний шлак, з чого він утворюється, яким чином видаляється з доменної печі?

3. Доменний (колошниковий) газ: склад, відкіля виходить і як використовується?

4. Відмінність сталі від чавуну.

5. Легована сталь, легуючі елементи.

6. Постійні і сховані домішки в сталі.

7. Які постійні домішки викликають «червоноламкість» і «холодноламкість» сталі.

8. Основні кремнієві феросплави, як їх одержують і для чого використовують?

9. Продукція прокатного переділу.

© 2018
  • Сайт "Литературка"
  • мы собираем различную техническую, образовательную, научную литратуру