СибГТУ. Введение. Конструкционные материалы

Содержание

Слайд 2

Технология Конструкционных Материалов – содержащая сведения научного и практического характера о

Технология

Конструкционных

Материалов –

содержащая сведения научного и практического характера о современных методах

конструкционных материалов

с целью

получения,

переработки и

обработки

получения изделий с заданными свойствами и конфигурацией, пригодных для эффективной эксплуатации в определенных рабочих условия.

прикладная комплексная дисциплина,

Слайд 3

Основные технологии обработки конструкционных материалов: Основные разделы ТКМ металлургия, литейное производство,

Основные технологии обработки
конструкционных материалов:

Основные разделы ТКМ

металлургия,
литейное производство,
обработка

материалов давлением,
обработка материалов резанием,
сварка, резка и пайка материалов,
электрофизическая
обработка материалов,
электрохимическая
обработка материалов.
Слайд 4

План лекции 1. Общие сведения 2. Производство чугуна 3. Производство стали

План лекции
1. Общие сведения
2. Производство чугуна
3. Производство стали
4.

Производство
цветных металлов

ОСНОВЫ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

ЛЕКЦИЯ № 1

Автор: к.п.н., доц. Гиннэ С.В.

Слайд 5

1 Общие сведения МЕТАЛЛУРГИЯ – оборудование и технологические процессы производства конструкционных материалов.

1 Общие сведения

МЕТАЛЛУРГИЯ –

оборудование и технологические процессы производства конструкционных материалов.

Слайд 6

1 Общие сведения ШИХТА – совокупность исходных материалов, взятых для плавки

1 Общие сведения

ШИХТА –

совокупность исходных материалов, взятых для плавки в

рассчи-танном массовом соотношении.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 7

КОЛОШИ – отдельные порции шихты, периодичес-ки загружаемые в печь по мере

КОЛОШИ –

отдельные порции шихты, периодичес-ки загружаемые в печь по мере сгорания

топлива и выпуска расплава.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 8

руда, топливо, легирующие добавки (компоненты), модификаторы, флюсы, шлаки предыдущих плавок, раскислители,

руда,
топливо,
легирующие добавки (компоненты),
модификаторы,
флюсы,
шлаки предыдущих

плавок,
раскислители,
огнеупорные материалы.

ШИХТА:

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 9

1.1.1 РУДА – природное минеральное сырьё, содержащее металлы и их соедине-ния

1.1.1 РУДА –

природное минеральное сырьё, содержащее металлы и их соедине-ния в

концентрациях и формах, приемлемых для промышленной переработки.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 10

1.1.1 РУДА – горные породы, содержащие метал-лы в количествах, обеспечивающих рентабельность

1.1.1 РУДА –

горные породы, содержащие метал-лы в количествах, обеспечивающих рентабельность производства.


1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 11

1.1.1 Руда: Железные руды – железа от 30 до 60%. Цветные

1.1.1 Руда:

Железные руды –

железа от 30 до 60%.

Цветные руды

–

цветных металлов
от 0,2 до 5%.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 12

1.1.2 ТОПЛИВО – материалы, которые являются не только источником тепла, но

1.1.2 ТОПЛИВО –

материалы, которые являются не только источником тепла, но и

реагентом, который при плавке восстанавливает металл из его оксидов и других соединений.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 13

кокс, газ: природный, доменный, коксовый; мазут. 1.1 Материалы для производства металлов и сплавов 1.1.2 Топливо:

кокс,

газ:

природный,
доменный,
коксовый;

мазут.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов


1.1.2 Топливо:

Слайд 14

а) КОКС – получают путём сухой перегонки коксующихся каменных углей без

а) КОКС –

получают путём сухой перегонки коксующихся каменных углей без доступа

воздуха при температуре от 1000 до 1100 0С.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

1.1.2 Топливо:

Слайд 15

Природный газ состоит в основном из метана СН4. Доменный газ содержит

Природный газ состоит
в основном из метана СН4.

Доменный газ содержит


до 32% СО и до 4% Н2.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

1.1.2 Топливо:

Слайд 16

1.1.2 Топливо: б) МАЗУТ – тяжёлый остаток перегонки нефти, содержащий до

1.1.2 Топливо:

б) МАЗУТ –

тяжёлый остаток перегонки нефти, содержащий до 88% С,

от 9 до 10% Н2.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 17

1.1.3 ЛЕГИРУЮЩИЕ ДОБАВКИ – вещества, специально вводимые в сплав в процессе

1.1.3 ЛЕГИРУЮЩИЕ
ДОБАВКИ –

вещества, специально вводимые в сплав в процессе выплавки

для придания ему особых свойств:

коррозионной стойкости,
жаростойкости,
жаропрочности,
прокаливаемости,
ударной вязкости,
и других.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 18

1.1.4 МОДИФИКАТОРЫ – специально вводимые в расплав добавки, оптимально изменяющие форму

1.1.4 МОДИФИКАТОРЫ –

специально вводимые в расплав добавки, оптимально изменяющие форму и

размеры структур-ных составляющих сплава, а через них и структурно-чувствительные свойства сплава.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 19

1.1.5 ФЛЮСЫ – вещества, обеспечи-вающие сплавление пустой породы руды, вредных примесей

1.1.5 ФЛЮСЫ –

вещества, обеспечи-вающие сплавление пустой породы руды, вредных примесей и

золы топлива в относительно легкоплавкие шлаки.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 20

1.1.6 ШЛАКИ – легкоплавкие продукты взаимодействия флюсов с пустой породой руды,

1.1.6 ШЛАКИ –

легкоплавкие продукты взаимодействия флюсов с пустой породой руды, золой,

топливом, огнеупорными материалами и вредными примесями, получаемые в процессе выплавки металлов и сплавов.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 21

1.1.7 РАСКИСЛИТЕЛИ – химические элементы или соединения, вводимые в расплав для

1.1.7 РАСКИСЛИТЕЛИ –

химические элементы или соединения, вводимые в расплав для удаления

растворённого в нём кислорода и восстановле-ния выплавляемого металла из оксидов.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 22

1.1.8 ОГНЕУПОРНЫЕ МАТЕРИАЛЫ – вещества, применяемые для создания защитной внутренней облицовки

1.1.8 ОГНЕУПОРНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ –

вещества, применяемые для создания защитной внутренней облицовки (футеровки)

металлургического оборудования:

плавильных печей,
разливочных ковшей,
ванн и других.

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 23

1.1.8 Огнеупорные материалы: материалы с высоким содержанием кремнезёма SiO2: кислые основные

1.1.8 Огнеупорные
материалы:

материалы с высоким содержанием кремнезёма SiO2:

кислые

основные

нейтральные

динасовый кирпич,

кварцевый порошок и др.;

материалы с высоким содержанием основных оксидов MgO и CaO:

материалы, состоящие из оксидов Al2О3, Cr2О3, MgO:

шамот,
хромомагнезит и др.

доломит,
магнезит и др.;

1.1 Материалы для производства металлов и сплавов

Слайд 24

2 Производство чугуна 2.1 Материалы для производства чугуна Чугун выплавляют из

2 Производство чугуна

2.1 Материалы для производства
чугуна

Чугун выплавляют из

железных руд в
доменных печах,
используя для этого
кокс и флюсы.

Железные руды содержат железо в виде оксидов, гидратов оксидов, карбонатов.

Слайд 25

2.1 Материалы для производства чугуна 2.1.1 Основные железные руды: магнитный железняк

2.1 Материалы для производства чугуна

2.1.1 Основные железные руды:

магнитный железняк

красный железняк

бурый железняк

шпатовый железняк

содержит до 65 % железа в виде
оксида Fe3O4;

содержит до 60 % железа в виде
оксида Fe2O3;

содержит до 55 % железа в виде
гидратов оксида n•Fe2O3×m•H2O;

содержит до 40 % железа в виде
углекислой соли FeСO3.

Слайд 26

2.1 Материалы для производства чугуна 2.1.2 Дополнительные материалы Пустая порода: Топливо

2.1 Материалы для производства чугуна

2.1.2 Дополнительные материалы

Пустая порода:

Топливо

– кокс,

Флюсы:

кварцит,
глинистые вещества.

в процессе выплавки чугуна выполняет роль не только горючего, но и восстановителя железа из руды.

Служат для перевода пустой породы (в основном SiO2 и Al2O3) в шлак, а также связывания и удаления находящейся в топливе и руде серы.

известняк (СаСО3),
доломит (MgСО3·СаСО3).

Слайд 27

2.1 Материалы для производства чугуна 2.1.3 Подготовка руд к плавке а)

2.1 Материалы для производства чугуна

2.1.3 Подготовка руд к плавке

а) Обогащение

руды

б) Агломерация

в) Окатывание

СРС

Слайд 28

2 Производство чугуна 2.2 Выплавка чугуна Чугун выплавляют в доменных шахтных

2 Производство чугуна

2.2 Выплавка чугуна

Чугун выплавляют в
доменных шахтных печах,


выложенных огнеупорным кирпичом и заключённых в кожух из листовой ста-ли толщиной до 35 мм.

Слайд 29

2.2.1 Устройство доменной печи

2.2.1 Устройство доменной печи

Слайд 30

2.2.2 Схема работы доменного цеха

2.2.2 Схема работы доменного цеха

Слайд 31

2.2 Выплавка чугуна При опускании малого конуса 10 шихта попадает в

2.2 Выплавка чугуна

При опускании малого конуса 10 шихта попадает в

чашу 11 и при опускании большого конуса 12 – в колошник 13 и далее в шахту 14 печи.

Колоши из бункера 1 подаются вагонетками 2 по скиповому подъёмнику 8 в приёмную воронку 9 засыпного аппарата.

Поочерёдное открытие конусов предотвращает выход газов в атмосферу.
Шихта загружается в домну периодически, по мере сгорания топлива и выпуска чугуна и шлака.

По мере накопления чугуна и шлака их выпускают из печи: чугун через 3-4 часа через летку 3, а шлак – через 1-1,5 часа через летку 18.

В результате восстановления железа, марганца, кремния, фосфора, серы и их растворения в железе в горне 4 образуется чугун и шлак.

Для поддержания горения топлива через фурмы 5 вдувается воздух, нагреваемый в воздухонагревателях А и Б, работающих попеременно.

Слайд 32

2.2 Выплавка чугуна 2.2.3 Доменный процесс Доменная печь работает по принципу

2.2 Выплавка чугуна

2.2.3 Доменный процесс

Доменная печь работает по
принципу противотока:

шихта

движется сверху вниз,
а навстречу ей течёт поток горячих газов.
Слайд 33

2.2.3 Доменный процесс При этом протекают следующие процессы: горение топлива, восстановление

2.2.3 Доменный процесс

При этом протекают
следующие процессы:

горение топлива,

восстановление железа,
науглераживание железа,
восстановление сопутствующих
химических элементов,
образование шлака.

СРС

Слайд 34

2.2.3 Доменный процесс 1) Горение топлива В области воздушных фурм углерод

2.2.3 Доменный процесс

1) Горение топлива

В области воздушных фурм углерод кокса,

взаимодействуя с кислородом дутья, сгорает, в результате чего температура в этой области печи достигает от 1800 до 2000 оС.

В этих условиях углекислый газ СО2 взаимодействует с углеродом кокса и образует оксид углерода СО, являющийся главным восстановителем железа.

Несколько выше, в зоне печи с температурой от 700 до 450 оС, часть оксида углерода разлагается с образованием сажистого углерода.

Слайд 35

2.2.3 Доменный процесс 2) Восстановление железа Шихтовые материалы, опускаясь навстречу потоку

2.2.3 Доменный процесс

2) Восстановление железа

Шихтовые материалы, опускаясь навстречу потоку газов,

нагре-ваются, из них испаряется влага, выделяются летучие вещества.

При достижении температуры от 750 до 900 oC в шихте восстана-вливается железо:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4+ CO2;
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2;
FeO + CO = Fe +CO2.

Слайд 36

2.2.3 Доменный процесс 3) Наглераживание железа В результате описанных выше реакций

2.2.3 Доменный процесс

3) Наглераживание железа

В результате описанных выше реакций образуется

твёрдое губчатое железо.

При температуре от 1000 до 1100 оС губчатое железо науглераживается:

3Fe + 2CO = Fe3C + CO2;
3Fe + C = Fe3C.

Слайд 37

2.2.3 Доменный процесс 4) Восстановление сопутствующих химических элементов : а) МАРГАНЕЦ

2.2.3 Доменный процесс

4) Восстановление сопутствующих
химических элементов :

а) МАРГАНЕЦ

содержится в руде

в виде окислов, легко восстанавливается до оксида MnO, который затем частично восстанавливается твёрдым углеродом:

2MnO + C = Mn2C + O2.

Слайд 38

2.2.3 Доменный процесс 4) Восстановление сопутствующих химических элементов: б) КРЕМНИЙ содержится

2.2.3 Доменный процесс

4) Восстановление сопутствующих
химических элементов:

б) КРЕМНИЙ

содержится в пустой

породе руды в виде кремнезёма SiO2, также восстанавливается углеродом:

Не восстановленные оксиды марганца и кремния переходят в шлак.

SiO2 + C = SiC + O2.

Слайд 39

2.2.3 Доменный процесс 4) Восстановление сопутствующих химических элементов : в) ФОСФОР

2.2.3 Доменный процесс

4) Восстановление сопутствующих
химических элементов :

в) ФОСФОР

находится в руде

в виде соединения Р2O5·3СаО.

Восстанавливается оксидом углерода и твёрдым углеродом и почти полностью переходит в сплав.

Слайд 40

2.2.3 Доменный процесс 4) Восстановление сопутствующих химических элементов : г) СЕРА

2.2.3 Доменный процесс

4) Восстановление сопутствующих
химических элементов :

г) СЕРА

вносится в доменную

печь в составе руды и кокса в виде соединений
FeS, FeS2, CaSO2, CaS.

Значительная часть серы удаляется в виде летучих соединений (SO2, H2S и др.), другая часть переходит в сплав (FeS) или в шлак (CaS).

Слайд 41

2.2.3 Доменный процесс 5) Образование шлака Происходит в результате восстановления железа,

2.2.3 Доменный процесс

5) Образование шлака

Происходит в результате восстановления железа, мар-ганца, кремния,

фосфора, серы и их растворения в железе в горне печи.

По мере накопления шлак выпускают из печи через летки.

Слайд 42

1 – корпус; 2 – футеровка; 3 – фурма; 4 –

1 – корпус;
2 – футеровка;
3 – фурма;
4 –

горловина;
5 – цапфа.

3.1.1 Устройство
кислородного конвертера:

3 Производство стали

3.1 Производство стали
в кислородном конвертере

Слайд 43

3.1 Производство стали в кислородном конвертере 3.1.1 Устройство кислородного конвертера Кислородный

3.1 Производство стали в кислородном конвертере

3.1.1 Устройство кислородного
конвертера

Кислородный конвертер представляет

сосуд грушевидной формы из стального листа, футерованный внутри основным кирпичом.
Кислород подаётся под давлением от 1 до 1,5 МПа посредством водо-охлаждаемой фурмы, установленной в горловине над уровнем металла на расстоянии от 0,7 до 3 м.
Конвертер устанавливается в верти-кальное положение посредством цапф.
Слайд 44

3 Производство стали 3.1 Производство стали в кислородном конвертере заключается в

3 Производство стали

3.1 Производство стали
в кислородном конвертере

заключается в продувке

жидкого чугуна кислородом.

3.1.2 Сущность процесса

Слайд 45

Последовательность стадий работы кислородного конвертера: загрузка скрапа, заливка жидкого чугуна, продувка

Последовательность стадий работы
кислородного конвертера:

загрузка скрапа,
заливка жидкого чугуна,

продувка содержимого
конвертера,
выпуск стали в ковш,
слив шлака из ковша.

3.1.2 Сущность процесса производства стали в кислородном конвертере

Слайд 46

В конвертер загружают стальной лом (до 30 %) и жидкий чугун

В конвертер загружают стальной лом (до
30 %) и

жидкий чугун (1250 … 1400 оС).

Для наводки шлака добавляют железную
руду и известь и для разжижения шлака –
боксит и плавиковый шпат.

При продувке происходит окисление углерода
и других примесей как непосредственно
кислородом дутья, так и оксидом железа FeO.

3.1.2 Сущность процесса производства стали в кислородном конвертере

Последовательность стадий работы
кислородного конвертера:

Слайд 47

Идет образование шлака с необходимым содержанием СаО, благодаря чему происходит удаление

Идет образование шлака с необходимым
содержанием СаО, благодаря чему


происходит удаление серы и фосфора с
образованием устойчивых соединений
Р2О5·3СаО и СаS в шлаке.

Когда содержание углерода достигает
заданного значения, прекращают
подачу кислорода, конвертер поворачи-
вают, сливают сталь, а затем шлак.

3.1.2 Сущность процесса производства стали в кислородном конвертере

Последовательность стадий работы
кислородного конвертера:

Слайд 48

Примечание: Для уменьшения содержания кислорода в стали ее раскисляют, т.е. вводят

Примечание:

Для уменьшения содержания кислорода в стали ее раскисляют, т.е. вводят в

нее элементы с большим, чем у железа, сродством к кислороду (Si, Mn, Al).
Взаимодействуя с оксидом железа FeO, они образуют нерастворимые в металле оксиды MnO, SiO2, Al2O3, переходящие в шлак.

3.1.2 Сущность процесса производства стали в кислородном конвертере

Слайд 49

3.2.1 Устройство мартеновской печи 3 Производство стали 3.2 Производство стали в

3.2.1 Устройство
мартеновской печи

3 Производство стали

3.2 Производство стали
в мартеновских печах

1,

2, 10, 11 – генераторы;
3, 9 – каналы для газа;
4, 8 – каналы для воздуха;
5 – завалочные окна;
6 – рабочая площадка;
7 – плавильное пространство;
12, 14 – клапаны;
13 – дымовая труба.
Слайд 50

Мартеновская печь представляет собой регенеративную пламенную печь, температура в которой достигает

Мартеновская печь представляет собой регенеративную пламенную печь, температура в которой достигает

от 1750 до 1800 оС за счёт сгорания газа над плавильным пространством.

3.2 Производство стали в мартеновских печах

3.2.2 Принцип работы
мартеновской печи

Газ и воздух проходят через нагретые до температуры от 1250 до 1800 оС регенерато-ры, расположенные с левой стороны плавильного пространства, нагреваются в них и поступают в плавильное пространство печи.

Здесь газ и воздух смешиваются и сгорают, образуя пламя высокой температуры.

Слайд 51

3.2 Производство стали в мартеновских печах Продукты сгорания по каналам и

3.2 Производство стали в мартеновских печах

Продукты сгорания по каналам и поступают

в регенераторы с правой стороны плавильного пространства, нагревают их, охлаждаясь до 500 … 600 оС, и уходят в дымовую трубу.

По мере охлаждения регенераторов с левой стороны плавильного пространства, направление газа и воздуха меняют на обратное путем переключения клапанов.

Газ и воздух поступают по каналам с правой стороны плавильного пространства, пройдя нагретые регенераторы.

3.2.2 Принцип работы
мартеновской печи

Слайд 52

3.2 Производство стали в мартеновских печах Таким образом, газ и воздух

3.2 Производство стали в мартеновских печах

Таким образом, газ и воздух при

работе мартеновской печи переходят через попеременно нагреваемые то левые, то правые регенераторы.

3.2.2 Принцип работы
мартеновской печи

Слайд 53

3.2 Производство стали в мартеновских печах Последовательность стадий работы мартеновской печи

3.2 Производство стали в мартеновских печах

Последовательность стадий
работы мартеновской печи

завалка

шихтовых материалов;
плавление шихтовых материалов;
кипение ванны;
раскисление стали;
выпуск стали.

в соответствии с технологическим процессом:

Слайд 54

3.2 Производство стали в мартеновских печах 3.2.3 Мартеновский скрап-рудный процесс: 1)

3.2 Производство стали в мартеновских печах

3.2.3 Мартеновский
скрап-рудный процесс:

1) Вначале в

печь загружают и прогревают железную руду и известняк.

3Si + 2Fe2O3 = 3SiO2 + 4Fe; 3Mn + Fe2O3 = 3MnO + 2Fe;
6P + 5Fe2O3 = 3P2O5 + 10Fe; 3C + Fe2O3 = 3CO + 2Fe.

2) Затем добавляют стальной скрап и заливают жидкий чугун.

3) В процессе плавки примеси в чугуне окисляются за счет оксидов железа руды и скрапа:

Слайд 55

3.2 Производство стали в мартеновских печах FeS + CaO = FeO

3.2 Производство стали в мартеновских печах

FeS + CaO = FeO +

CaS.

4) Сера удаляется в результате взаимодействия сернистого железа с известью:

3.2.3 Мартеновский
скрап-рудный процесс:

Оксиды SiO2, MnO, P2O5, CaO и сульфид кальция CaS образуют шлак, периодически выпускаемый в шлаковые чаши.

Слайд 56

3.2 Производство стали в мартеновских печах 5) После плавления шихты начи-нается

3.2 Производство стали в мартеновских печах

5) После плавления шихты начи-нается период

кипения ванны.

6) Когда содержание углерода достигнет заданного значения, а количество серы и фосфора уменьшится до минимума, кипение прекращают.

3.2.3 Мартеновский
скрап-рудный процесс:

В это время интенсивно окисляется углерод в металле.

Слайд 57

3.2 Производство стали в мартеновских печах 8) Окончательное раскисление стали осуществляется

3.2 Производство стали в мартеновских печах

8) Окончательное раскисление стали осуществляется после

выпуска ферросилицием и алюминием в ковше.

3.2.3 Мартеновский
скрап-рудный процесс:

7) Затем начинают предваритель-ное раскисление стали в ванне печи:

ферромарганцем,
ферросилицием,
алюминием.

Слайд 58

Электропечи обладают рядом преимуществ по сравнению с конвертерами и мартеновскими печами:

Электропечи обладают рядом преимуществ по сравнению с конвертерами и мартеновскими печами:

3

Производство стали

3.3 Производство
стали в электропечах

способностью быстрого нагрева до 2000 ОС,
созданием

окислительной,
восстановительной,
нейтральной атмосферы,
а также вакуума.

Это позволяет выплавлять сталь с минимальным количеством вредных примесей.

Слайд 59

Устройство дуговой сталеплавильной печи 3.3.1 Производство стали в дуговой сталеплавильной печи

Устройство дуговой сталеплавильной печи

3.3.1 Производство стали в дуговой
сталеплавильной печи

1 –

огнеупорный кирпич
(футеровка);
2 – желоб;
3 – шихта;
4 – стальной корпус;
5 – свод;
6 – графитизированные
электроды;
7 – загрузочное окно;
8 – наклонный механизм.

3.3 Производство стали в электропечах

Слайд 60

Периоды плавки с окислением в дуговой сталеплавильной печи: 3.3.1 Производство стали

Периоды плавки с окислением в
дуговой сталеплавильной печи:

3.3.1 Производство стали в

дуговой сталеплавильной печи

окислительный период;
восстановительный период:

раскисление стали,
удаление серы,
доведение содержания
компонентов до заданного.

Слайд 61

1) Окислительный период Окисление кремния, марганца, углерода, железа происходит кислородом воздуха,

1) Окислительный период

Окисление кремния, марганца, углерода, железа происходит кислородом воздуха, окислов

шихты и окалины.

3.3.1 Производство стали в дуговой сталеплавильной печи

Полученные оксиды с известью образуют шлак.

Оксид кальция связывает фосфор.

Слайд 62

2) Восстановительный период: раскисление стали, удаление серы, доведение содержания компонентов до

2) Восстановительный период:

раскисление стали,
удаление серы,
доведение содержания
компонентов

до заданного.

3.3.1 Производство стали в дуговой сталеплавильной печи

Для этого в печь подают флюс, состоящий из:

извести,
плавикового шпата (CaF2),
кокса,
ферросилиция.

Слайд 63

2) Восстановительный период: Раскисление стали – 3.3.1 Производство стали в дуговой

2) Восстановительный период:

Раскисление стали –

3.3.1 Производство стали в дуговой сталеплавильной печи

молотый

кокс и ферросилиций, медленно проникая через слой шлака, восстанавливают оксид железа:

FeO + C = Fe + CO;
2FeO + Si = Fe + SiO2.

Слайд 64

2) Восстановительный период: Раскисление стали – 3.3.1 Производство стали в дуговой

2) Восстановительный период:

Раскисление стали –

3.3.1 Производство стали в дуговой сталеплавильной печи

При

этом содержание оксида железа в шлаке уменьшается и он начинает диффундировать из металла в шлак, где сразу же восстанавливается на границе шлак – металл.

Поэтому металл не загрязняется неметаллическими примесями (SiO2, MnO, Al2О3), что происходит при обычном раскислении.

Слайд 65

2) Восстановительный период: Удаление серы – 3.3.1 Производство стали в дуговой

2) Восстановительный период:

Удаление серы –

3.3.1 Производство стали в дуговой сталеплавильной печи

высокое

содержание в шлаке CaO интенсивно способствует удалению из металла серы, содержание которой в электростали не превышает 0,015 %.
Слайд 66

2) Восстановительный период: Доведение содержания компонентов до заданного – 3.3.1 Производство

2) Восстановительный период:

Доведение содержания
компонентов до заданного –

3.3.1 Производство стали в

дуговой сталеплавильной печи

в конце периода, если это необходимо, сталь раскисляют ферросилицием и алюминием.

Слайд 67

Устройство электроиндукционной печи 3.3.2 Производство стали в электроиндукционной печи 1 –

Устройство электроиндукционной печи

3.3.2 Производство стали в
электроиндукционной печи

1 – крышка (свод);
2

– водоохлаждаемый
индуктор;
3 – шихта;
4 – тигель;
5 – корпус.

3.3 Производство стали в электропечах

Слайд 68

При прохождении через индуктор переменного тока частотой от 500 до 2000

При прохождении через индуктор переменного тока частотой от 500 до 2000

кГц образуется магнитный поток,

3.3.2 Производство стали в электроиндукционной печи

Принцип работы

который наводит в металлической шихте мощные вихревые токи, нагревающие её до расплавления.

Слайд 69

После расплавления шихты на ее поверхность подают материалы для наведения шлака:

После расплавления шихты на ее поверхность подают материалы для наведения шлака:


3.3.1 Производство стали в электроиндукционной печи

в основных печах –
известь и плавиковый шпат;
в кислых – бой стекла.

Принцип работы

Слайд 70

4 Производство меди 4.1 Сырьё для производства меди Сырьём для получения

4 Производство меди

4.1 Сырьё для
производства меди

Сырьём для получения меди

служат руды, содержащие сульфиды CuS и Cu2S:

халькопирит,
халькозин.

Слайд 71

4 Производство меди 4.2 Пирометаллургический способ получения меди Стадии: обогащение медной

4 Производство меди

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

Стадии:

обогащение

медной руды,
обжиг обогащенной руды,
плавка на штейн,
получение черновой меди
посредством продувки
штейна в конвертере,
рафинирование меди.
Слайд 72

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.1 Обогащение медной руды Производится методом

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.1 Обогащение медной руды

Производится методом флотации,

частицы

меди плохо смачиваются водой, а частицы пустой породы смачиваются хорошо.

основанном на различной смачиваемости водой меди и частиц пустой породы:

Слайд 73

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.1 Обогащение медной руды Через смесь

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.1 Обогащение медной руды

Через смесь измельченной

руды, реагентов, воды и пенообразующих продувают воздух.

Таким образом, получается
медный концентрат, с содержанием
от 10 до 35 % меди.

Частицы меди прилипают к пузырькам, которые всплывают в виде пены на поверхность воды и удаляются от пустой породы.

Слайд 74

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.2 Обжиг обогащённой медной руды 1

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.2 Обжиг обогащённой
медной руды

1 –

подина;
2 – дозатор;
3 – бункер;
4 – транспортер;
5 – горячая камера;
6 – пылеуловитель;
7 – воздушная
коробка.

Схема печи для обжига медных руд в кипящем слое

Слайд 75

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.2 Обжиг обогащённой медной руды Шихтовые

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.2 Обжиг обогащённой
медной руды

Шихтовые материалы

(концентрат, известняк и кварц) транспортером подаются к бункеру и через дозатор поступают на подину.
Далее струей воздуха из воздушной коробки шихтовые материалы непрерывно подбрасываются вверх и в горячей камере поддерживаются во взвешенном, как бы кипящем состоянии.
Из камеры газы поступают в пылеуловитель.
Слайд 76

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.2 Обжиг обогащённой медной руды В

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.2 Обжиг обогащённой
медной руды

В камере

за счет тепла химических реакций поддерживается температура от 600 до 700 оС.
Окисляются сера и железо.
В результате обжига получается продукт – огарок.
Очищенные газы используются для производства серной кислоты.
Слайд 77

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.3 Плавка на штейн производится в

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.3 Плавка на штейн

производится в
пламенных

отражательных печах:

1 – бункер;
2 – воронка;
3 – летка;
4 – руда;
5 – подина;
6 – топка;
7 – дымоход.

Слайд 78

4.2 Пирометаллургический способ получения меди Из бункера, расположенного на вагонетке, через

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

Из бункера, расположенного на вагонетке, через

воронки загружается руда и флюс на подину.
Топливо сжигается в топке: газы удаляются через дымоход.
Штейн выпускается через летку.

4.2.3 Плавка на штейн

Слайд 79

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.4 Получение черновой меди осуществляется продувкой

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.4 Получение черновой меди

осуществляется
продувкой штейна

в конвертерах:

1 – днища;
2 – приспособление
для подачи флюса;
3 – горловина;
4 – фурмы;
5 – воздухораспределительная
труба;
6 – кожух;
7 – привод;
8 – катки;
9 – постамент.

Слайд 80

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.4 Получение черновой меди Тепло в

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.4 Получение
черновой меди

Тепло в конвертере

получается без подачи топлива за счет химических реакций. Температура достигает от 1200 до 1300 оС.
При этом происходит окисление сульфида железа за счет кислорода воздуха.
Полученная черновая медь, содержащая от 0,5 до 1,5 % примесей, разливается на чушки или при наличии миксера в жидком виде поступает на рафинирование.
Слайд 81

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.5 Огневое рафинирование меди производится в

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.5 Огневое рафинирование
меди

производится в
пламенных

печах
емкостью до 250 т,
отапливаемых мазутом или пылевидным топливом.

Полученная медь разливается на слитки или анодные пластины для электролиза.
После огневого рафинирования медь содержит не более
0,3 … 0,5 % примесей.

Слайд 82

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.5 Огневое рафинирование меди Рафинирование состоит

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.5 Огневое рафинирование
меди

Рафинирование состоит в

окислении примесей, имеющих большее сродство к кислороду, чем медь, кислородом воздуха, который по железной трубе подается непосредственно в металл под давлением от 0,15 до 0,25 МПа.
Окислы PbO, ZnO, Sb2O3 и др. шлакуются или улетучиваются.
Золото и серебро остаются в меди.
Слайд 83

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.5 Электролитическое рафинирование меди ведётся в

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.5 Электролитическое
рафинирование меди

ведётся в электролизных

ваннах:

1 – корпус ванны;
2 – облицовка;
3 – подставки;
4 – шлам;
5 – электролит;
6 – отверстие для
выпуска шлама;
7 – анодная шина;
8 – катодная шина.

Слайд 84

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.5 Электролитическое рафинирование меди обеспечивает получение

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.5 Электролитическое
рафинирование меди

обеспечивает получение меди

высокой чистоты и

извлечение золота, серебра, селена, телура и других компонентов.

Слайд 85

4.2 Пирометаллургический способ получения меди а) В ванну заливают электролит состава:

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

а) В ванну заливают электролит состава:

4.2.5

Электролитическое
рафинирование меди

от 12 до 16 % водный раствор медного купороса в серной кислоте.

б) На анодную шину навешивают пластины из черновой или рафинированной огневым способом меди весом от 200 до 250 кг, толщиной от 40 до 50 мм,
в) На катодную шину – тонкие (толщиной 0,6 мм) листы электролитической меди.

Слайд 86

4.2 Пирометаллургический способ получения меди 4.2.5 Электролитическое рафинирование меди При пропускании

4.2 Пирометаллургический
способ получения меди

4.2.5 Электролитическое
рафинирование меди

При пропускании постоянного

тока силой от 10 000 до 15 000 А при напряжении 0,3 В анодные пластины растворяются и чистая медь отлагается на катодных пластинах.
За 10-12 дней отлагается около 100 кг меди.

Золото, серебро и другие компоненты оседают на дно вместе со шламом, выпускаемым через отверстие 6.
Катодную медь переплавляют на слитки.

Слайд 87

5 Производство алюминия 5.1 Сырьё для производства алюминия Алюминий получают из

5 Производство алюминия

5.1 Сырьё для производства
алюминия

Алюминий получают из сырья,

содержащего значительные количества глинозема (Al2O3), таких как:

боксит,
каолин,
алунит.

Слайд 88

5 Производство алюминия 5.2 Основные этапы получения алюминия: извлечения глинозёма из сырья; электролиз глинозёма; рафинирование алюминия.

5 Производство алюминия

5.2 Основные этапы
получения алюминия:

извлечения
глинозёма из

сырья;
электролиз
глинозёма;
рафинирование
алюминия.
Слайд 89

5.2 Этапы получения алюминия 5.2.1 Извлечения глинозёма из сырья Способы извлечения

5.2 Этапы получения алюминия

5.2.1 Извлечения глинозёма
из сырья

Способы извлечения
глинозёма из

сырья:

щелочной,
кислотный,
электротермический,
комбинированный.

Слайд 90

5.2.1 Извлечение глинозема из сырья Щелочной способ извлечения глинозёма из сырья

5.2.1 Извлечение глинозема из сырья

Щелочной способ извлечения
глинозёма из сырья

Сухой

метод:

получение алюмината натрия;
получение гидроокиси
алюминия;
получение глинозема.

Слайд 91

5.2.1 Извлечение глинозема из сырья Сухой метод щелочного способа извлечения глинозёма

5.2.1 Извлечение глинозема из сырья

Сухой метод щелочного способа
извлечения глинозёма

из сырья

Первый этап:

Al2O3 + Na2CO3 = Al2O3·Na2O3 +CO2.

бокситовую муку смешивают с
содой,
спекают при температуре от
800 до 1000оС для получения
растворимого в воде
алюмината натрия по реакции:

Слайд 92

5.2.1 Извлечение глинозема из сырья Второй этап: алюминат натрия выщелачивают водой,

5.2.1 Извлечение глинозема из сырья

Второй этап:

алюминат натрия
выщелачивают

водой,
продувают углекислотой
для получения осадка
гидроокиси алюминия по
реакции:

Al2O3·Na2O + CO2 + 3H2O = 2Al(OH)3 +Na2CO3.

Сухой метод щелочного способа
извлечения глинозёма из сырья

Слайд 93

5.2.1 Извлечение глинозема из сырья Третий этап: после промывки и сушки

5.2.1 Извлечение глинозема из сырья

Третий этап:

после промывки и

сушки осадок
прокаливают,
отделяют воду,
получают глинозём.

Сухой метод щелочного способа
извлечения глинозема из сырья

Слайд 94

5.2 Этапы получения алюминия 5.2.2 Электролиз глинозёма 1 – углеродистые блоки;

5.2 Этапы получения алюминия

5.2.2 Электролиз глинозёма

1 – углеродистые блоки;
2 –

самообжигающийся анод;
3 – передвигающий механизм.

Вследствие тугоплавкости глинозема, он смешивается с криолитом Na3AlF6, для получения раствора с содержанием от 8 до 10 % Al2O3.

Полученный раствор подвергается электролизу в электролизёрах:

Слайд 95

5.2.2 Электролиз глинозема Описание работы электролизёра Самообжигающийся анод из нефтяного или

5.2.2 Электролиз глинозема

Описание работы электролизёра

Самообжигающийся анод из нефтяного или смоляного

кокса и каменноугольного пека снаружи имеет кожух из тонких листов алюминия, который по мере необходимости наращивается сверху коробками и заполняется анодной массой.
По мере опускания анода передвигающим механизмом анодная масса спекается и становится твердой.
Слайд 96

5.2.2 Электролиз глинозема Описание работы электролизёра Подвод тока к аноду осуществляется

5.2.2 Электролиз глинозема

Описание работы электролизёра

Подвод тока к аноду осуществляется сверху

через стальные штыри, забиваемые в анод.
Штыри перемещаются также с помощью передвигающего механизма .
На дне ванны укладывают углеродистые блоки, к которым подается ток от катодной шины.
Слайд 97

5.2.2 Электролиз глинозема Боковые стенки электролизёра облицованы углеродистыми блоками. Электролизёр заключен

5.2.2 Электролиз глинозема

Боковые стенки электролизёра облицованы углеродистыми блоками. Электролизёр

заключен в кожух.
Выделяющийся фтористый водород улавливается.
Ванна в период работы заполняется расплавленным криолитом, в который периодически подаётся глинозём.

Описание работы электролизёра

Слайд 98

5.2.2 Электролиз глинозема Получаемый в жидком виде на катоде (дне ванны)

5.2.2 Электролиз глинозема

Получаемый в жидком виде на катоде (дне

ванны) алюминий один раз в течение трёх – четырёх суток откачивается вакуумным ковшом, соединенным с вакуумным насосом.

Описание работы электролизёра

Слайд 99

5.2 Этапы получения алюминия 5.2.3 Рафинирование алюминия применяется для получения алюминия

5.2 Этапы получения алюминия

5.2.3 Рафинирование
алюминия

применяется для получения
алюминия высокой

чистоты:

полученный в электролизёре алюминий подвергается продувке в ковшах емкостью 1,25 т хлором при температуре 750 … 770 оС в течение 10 … 15 минут:

анодом служит алюминий, подлежащий очистке,
катодом – пластины чистого алюминия,
электролитом – расплавленные
хлористые и фтористые соли.

Слайд 100

6 Производство титана 6.1 Сырьё для производства титана Промышленное значение имеют

6 Производство титана

6.1 Сырьё для производства
титана

Промышленное значение имеют следующие

титаносодержащие минералы:

ильменит – FeO· TiO2
(содержит до 61 % TiO2),
рутил – TiO2
(около 10 % железа, остальное TiO2),
и ряд других.

Слайд 101

6 Производство титана 6.2 Основные этапы получения титана: 1)- обогащение титановой

6 Производство титана

6.2 Основные этапы
получения титана:

1)- обогащение титановой руды,
2)- восстановительная

плавка
руды,
3)- хлорирование титанового
шлака,
4)- получение титановой губки,
5)- плавка титановой губки,
6)- рафинирование титана.
Слайд 102

6.2 Этапы получения титана 6.2.1 Обогащение титановой руды Титановые руды подвергаются

6.2 Этапы получения титана

6.2.1 Обогащение титановой
руды

Титановые руды подвергаются следующим

видам обогащения:

электромагнитному,
электростатическому,
флотационному,
гравитационному и
другим,

в результате которых получаются концентраты, содержащие до 60 % TiO2.

Слайд 103

6.2 Этапы получения титана 6.2.2 Восстановительная плавка титановой руды осуществляется в

6.2 Этапы получения титана

6.2.2 Восстановительная плавка
титановой руды

осуществляется в электрических

печах.

чугун, легированный титаном
(от 0,6 до 2% Ti),
шлаки, содержащие около
80 % TiO2 и от 1,5 до 3% FeO,

Восстановительной плавкой получают:

используемые в качестве сырья для получения титана.

Слайд 104

6.2 Этапы получения титана 6.2.3 Хлорирование титанового шлака производят для получения

6.2 Этапы получения титана

6.2.3 Хлорирование
титанового шлака

производят для получения из

рутила TiO2
тетрахлорид титана

восстановлением углеродом и хлорированием при 800 оС по реакции:

(TiCl4 – жидкость, кипящая при 136 оС).

Осуществляется

TiO2 + 2Cl2 + 2C = TiCl4 + 2CO.

Слайд 105

6.2 Этапы получения титана 6.2.4 Получение титановой губки производится восстановлением тетрахлорида

6.2 Этапы получения титана

6.2.4 Получение титановой губки

производится восстановлением тетрахлорида титана

магнием по реакции:

Процесс ведётся в стальных реакторах при температуре от 950 до 1000 оС в атмосфере аргона или других инертных газов.

TiCl4 + 2Mg = Ti + 2MgCl2.

Слайд 106

6.2 Этапы получения титана 6.2.5 Плавка титановой губки осуществляется в электрических

6.2 Этапы получения титана

6.2.5 Плавка титановой губки

осуществляется в электрических
дуговых

или высокочастотных печах.

Плавка ведется в вакууме или в среде инертных газов.

После плавки титан:

содержит около 0,2 % примесей,
обладает высокой пластичностью,
хорошо поддается ковке, прокатке,
штамповке.

Слайд 107

6.2 Этапы получения титана 6.2.6 Рафинирование титана осуществляется для получения особо

6.2 Этапы получения титана

6.2.6 Рафинирование титана

осуществляется для получения особо
чистого

титана.

Наиболее чистый промышленный титан, содержащий менее 1 % примесей, получают иодидным способом – разложением иодидов титана на поверхности вольфрамовой нити, нагретой до 1300 … 1500 оС в вакууме.

Особо чистый титан может быть получен из технического титана методом зонной плавки, основанной на явлении большей растворимости примесей в жидком металле по сравнению с растворимостью в твердом металле.

Слайд 108

7 Производство магния 7.1 Сырьё для производства магния Промышленное значение имеют

7 Производство магния

7.1 Сырьё для производства
магния

Промышленное значение имеют следующие

материалы:

магнезит, в основном
состоящий из MgCO3,
доломит – MgCO3·CaCO3,
карналлит –
MgCI2·КСl·6Н2О.

Слайд 109

7 Производство магния 7.2 Основные способы получения магния: 1) термический –

7 Производство магния

7.2 Основные способы
получения магния:

1) термический –

2) электролитический –

в

основе данного способа лежит восстановление оксида магния углеродом или кремнием;

в основе данного способа лежит электролиз рас-плавленного хлористого магния MgCl2.

Слайд 110

7 Производство магния 7.3 Этапы электролитического способа получения магния: 1)- получение

7 Производство магния

7.3 Этапы электролитического
способа получения магния:

1)- получение хлористого

магния,
2)- электролиз хлористого магния,
3)- рафинирование магния
переплавкой с флюсами,
4)- тонкое рафинирование
магния сублимацией.
Слайд 111

7.3 Электролитический способ получения магния 7.3.1 Получение хлористого магния осуществляется в

7.3 Электролитический способ получения магния

7.3.1 Получение хлористого
магния

осуществляется в два этапа:

обжиг магнезита или доломита:

хлорирование образовавшегося оксида магния при температуре от 800 до 900 °С в присутствии восстановителя (углерода):

MgCO3 = MgO + СО2;
MgCO3·CaCO3 = MgO + CaO + 2CO2;

MgO + Cl2 + С = MgCl2 + CO.

Слайд 112

7.3 Электролитический способ получения магния 7.3.2 Электролиз хлористого магния (MgCl2) осуществляется

7.3 Электролитический способ получения магния

7.3.2 Электролиз хлористого
магния (MgCl2)

осуществляется в электролизёрах:

1

– ванна;
2 – стальные катоды;
3 – графитовые
аноды;
4 – огнеупорные
диафрагмы.
Слайд 113

7.3 Электролитический способ получения магния Описание работа магниевого электролизёра Электролизёр, представляющих

7.3 Электролитический способ получения магния

Описание работа магниевого
электролизёра

Электролизёр, представляющих собой герметизированные

ванны прямоугольной формы с шамотной футеровкой.
Аноды изготовляют из графита, катодами служат две стальные пластины.
В качестве электролита используют расплав хлористых солей MgCl2, NaCl, KC1, СаС12, содержащий от 7 до 15 % MgCl2.
Анодное пространство отделено от катодного огнеупорной перегородкой.
Слайд 114

7.3 Электролитический способ получения магния Описание работа магниевого электролизёра Как и

7.3 Электролитический способ получения магния

Описание работа магниевого
электролизёра

Как и при электролизе

глинозема, электрический ток, проходя через электролит, нагревает его и осуществляет электрохимический процесс.
Ионы магния разряжаются на катоде:

Mg2+ + 2ē = Mg.

Плотность магния меньше плотности электролита, поэтому магний всплывает и скапливается на поверхности ванны.

Слайд 115

7.3 Электролитический способ получения магния Описание работа магниевого электролизёра Для предупреждения

7.3 Электролитический способ получения магния

Описание работа магниевого
электролизёра

Для предупреждения окисления магния

ванна закрыта керамической крышкой.
Расплавленный магний периодически удаляют с помощью вакуумных ковшей и сифонов.
Образующийся на аноде хлор отсасывается через хлоропровод.
Слайд 116

7.3 Электролитический способ получения магния 7.3.3 Рафинирование магния После электролиза магний

7.3 Электролитический способ получения магния

7.3.3 Рафинирование магния

После электролиза магний содержит примеси.

Поэтому его подвергают рафинированию, которое осуществляют:

переплавкой в тигельных печах с флюсами;
или возгонкой.

Рафинированный металл, содержащий не менее 99,9 % магния, разливается в чушки на разливочной машине.
При разливке струя магния предохраняется от окисления путем опыления металла порошком серы.

- Предыдущая
Наблюдение на выборах президента Российской Федерации 18 марта 2018 года (юридическая часть)
Следующая -
Теория матричных игр

Похожие презентации

Бестраншейная прокладка труб при строительстве газопроводов
Слайди. Новорічне асорті
Микроскоп. Виды микроскопов
Работа с орнаментами
Наш класс 9-В
през к уроку 3
Правила грибника
Рекомендации к Бренду
Единый день Молодежного самоуправления в Вологодской области
Театральные игры для детей
Фантастический замок
Бейбітшілік кезіндегі төтенше жағдайлар
Кернуннос
Экскурсионные программы для гостей отеля Mriya Resort&Spa
объявление
Ультра-современный винный завод Cantina Antinori Winery в Италии
die-verben-sein-und-haben-im-prasens-grammatikerklarungen-grammatikubungen_81376
Оптимизация процесса одевания детей на прогулку
Плазмохимические технологии
Постройка и фантазия
Зимние праздники
Спуск полос и брошюровка. Формирование печатного поля тетради, расчет корешка книжного блока
Формирование команды на примере ООО Кристал
Бег-бот: мобильный робот для подготовки спортсменов-легкоатлетов
Учет и аудит расчетных операций на примере: ГУП РК Крымэнерго
Создание эскиза плечевого изделия повышенной сложности. Выбор фасона
Дошкольное образование
Ткачество на раме
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть