Контрольная работа по "Общая металлургия"

 
Предельный чугун - предназначается для переработки в сталь. Такой чугун характерен тем, что углерод в нем (2,2—4%) находится в химически связанном состоянии. Поверхность излома чугуна имеет белый цвет. В зависимости от состава и способа переработки различают мартеновский чугун, содержащий фосфора от 0,15 до 0,30% и серы до 0,07%, бессемеровский, содержащий фосфора 0,07% и серы до 0,069%, и томасовский, содержащий фосфора 1,6% и серы до 0,08%.

 
Специальный чугун - наряду с обычными элементами имеет повышенное содержание кремния, марганца и других элементов. Такие чугуны называются ферросплавами. Применяются они главным образом в виде добавок при производстве стали, а также для регулирования количества кремния и марганца в чугуне для отливок. 
Шлаки делятся на основные и кислые. Количество шлака составляет 0,5—0,7 т на 1 т чугуна. Основные гранулированные шлаки применяются для производства строительных материалов (цемента, шлакобетона и др.), кислые — для изготовления изоляционного материала (шлаковой ваты).

Доменный, или колошниковый газ используется в качестве топлива для отопления воздухонагревателей, паровых котлов, коксовых батарей и других агрегатов. Доменный газ в смеси с коксовым газом, который получается при нагревании каменного угля без доступа воздуха на коксовых заводах, широко применяется для отопления мартеновских печей, печей прокатных цехов. 
Колошниковая пыль, улавливаемая в газоочистительных устройствах, поступает на агломерационные фабрики для спекания и вновь используется в качестве шихтового материала для доменной плавки. 

5. 2. Чем футерован конвертер в Бессемеровском процессе и почему? 

Бессемеровский  конвертер представляет собой сосуд  грушевидной формы, изготовляемый  из стального листа толщиной 15—25 мм и футерованный изнутри. Футеровка  конвертера кислая, ее выполняют из динасового кирпича, содержащего не менее 94,5% Si02. 
Кожух конвертера состоит из трех частей: нижней конической, средней цилиндрической и верхней шлемной с формой усеченного конуса. Сверху конвертер заканчивается отверстием — горловиной, служащей для заливки чугуна и выпуска готовой стали. 
Толщина футеровки стен конвертера равна 250—400 мм. Стойкость футеровки стен составляет 1300—2000 плавок. 
Наибольшее распространение получили набивные днища, состоящие из фурм, пространство между которыми набивают огнеупорной массой из кварцевого порошка с огнеупорной глиной. Фурму изготавливают из шамота, по форме она представляет собой усеченный конус. Для прохода воздуха в фурме предусмотрены цилиндрические отверстия — сопла (7—11 сопел) диаметром 12—15 мм.

Динасовый кирпич разъедается основными шлаками, поэтому в бессемеровском конвертере могут перерабатываться лишь кремнистые чугуны, дающие кислый шлак.

Динасовый кирпич более огнеупорен, чем шамотный. Динас приготовляется почти из одного молотого кварца, поэтому часто называется кварцевым кирпичом. Так же динасовый кирпич обладает высокой огнеупорностью (1650— 1750°). 
 

6. 2. Способы раскисления стали

Раскисление стали - это снижение содержания кислорода в стали до уровня, исключающего возможность окислительных реакций в слитке. Образующиеся при этом твёрдые, жидкие или газообразные продукты раскисления стали необходимо удалить до затвердевания слитка, так как они снижают качество стали. Содержание кислорода после раскисления стали снижается на порядок.

Стадии процесса раскисления:

- Растворение раскислителей в жидком металле.

- Реакции между кислородом и раскислителем.

- Образование зародышей, рост и выделение продуктов раскисления.  

Способы раскисления  стали:

1. Осаждающее раскисление;
2. Диффузионное раскисление;
3. Специальные способы раскисления (обработка синтетическими шлаками; раскисление в вакууме).

Осаждающее  раскисление

Такой способ раскисления, как осаждающее раскисление осуществляется при  помощи элементов, обладающих большим  сродством к кислороду, чем Fe. В зависимости от ситуации в качестве раскислителей применяют марганец, кремний, алюминий или комплексные раскислители.

Диффузионное  раскисление

Выражение "диффузионное" не вполне соответствует  существу процесса этого способа  раскисления. Более точный термин - "экстракционное раскисление". При диффузионном раскислении содержание кислорода снижается за счёт раскисления шлака. Раскислителями могут быть C, Si, Al. Основная задача - снижение FeO в шлаке, что усиливает диффузию кислорода из металла в шлак (правило распределения Нернста).

Этот  способ раскисления применяется  только в дуговых печах, где нет  горящих газов.

Обработка синтетическими шлаками (способ раскисления)

Широко  применяется в практике обработка  расплава железа синтетическими шлаками. В дуговой печи наводят шлак из Al2O3 и CaO; шлак заливают в ковш, туда же с высоты 3-6 м выливают струю металла из печи. Этот способ раскисления позволяет снизить содержание кислорода и серы.

Электрошлаковый переплав (способ раскисления)

Основная  цель электрошлакового переплава (ЭШП) - очистка стали от серы и неметаллических включений в процессе расплавления исходного материала в разогретой шлаковой ванне. Кроме того, за счёт затвердевания в водоохлаждаемом кристаллизаторе можно управлять структурой слитка.

Вакуумное раскисление

Вакуумное раскисление основывается главным  образом на реакции обезуглероживания, так как в вакууме раскислительная  способность углерода значительно  возрастает. 
 
 
 
 
 

7. 3. Реакции на электродах  при рафинировании  никеля 

Металл получают восстановлением NiO в электрических дуговых печах. Из чернового никеля отливают аноды и рафинируют электролитически. 

   

анод будет растворяться и переходить в раствор: Ni = Ni+2 + 2e- 
- на катоде ионы никеля будут восстанавливаться: Ni+2 + 2e- = Ni,

 т.е. реально  будет происходить перенос никеля  с анода на катод (электролитическое  рафинирование). 

8. 4. Руды алюминия 
 

К основным алюминиевым рудам можно отнести следующие горные породы: бокситы, нефелины, алуниты и каолины (глины). Кроме того, к числу алюминиевых руд принадлежат породы с высоким содержанием как глинозема, так и кремнезема (например, силлиманитовые руды, в частности, кианиты); из них электротермическим путем (как и из каолинов) могут быть выплавлены кремнеалюминиевые сплавы.

Главные алюминийсодержащие минералы 

 

    Главным сырьем для алюминиевой промышленности являются бокситы; однако 
ограниченность запасов высококачественных бокситов в отдельных странах привела к 
необходимости использования для получения алюминия также других видов сырья 
(апатит-нефелиновых, нефелиновых, алунитовых руд).

    Боксит - руда, состоящая в основном из гидроксидов алюминия (гиббсит, бёмит, диаспор), а также оксидов и гидроксидов железа и глинистых минералов, в которой отношение содержания оксида алюминия к содержанию оксида кремния (кремниевый модуль) не менее 2. Сопутствующие бокситам породы с кремниевым модулем менее 0,85 называют сиаллитами, а с модулем 0,85-2,0 - аллитами.

    Нефелиновые руды после бокситов являются вторым по промышленному значению источником глинозема, но в значительных количествах они используются лишь в России. Промышленная ценность нефелиновых пород определяется содержанием минерала нефелина. Состав нефелина: А1₂О₃ 29-35 %; SiO₂ 43-48 %; R₂O 17-20 %; Na₂O может на 10-20 % замещаться К₂О. В качестве примесей вероятно присутствие CaO, Ga2O5, V2O5, Fe2O3.

    Нефелинсодержащие породы образуют разных размеров штоки, дайки, а иногда и лакколиты в составе щелочных комплексов, связанных как с ультраосновной и основной, так и с кислой магмой. Преимущественными областями развития щелочных пород являются платформы и области завершенной складчатости.

    Промышленные месторождения алунитовых руд связаны с молодым вулканизмом и расположены в пределах подвижных зон земной коры - тихоокеанское побережье Азии с островными дугами, Австралии, Северной и Южной Америки; зона альпийского тектогенеза Евразии и северной Африки. Алунит, относящийся к группе основных двойных сульфатов алюминия и щелочных металлов, содержит 37 % А1₂О₃, 38,6 % SO₃ и 11,4 % щелочей, поэтому алунитовые руды используются как комплексное сырье для получения глинозема, калийных удобрений и серной кислоты.

    Все возрастающий спрос на алюминий и его сплавы вызывает необходимость вовлечения в сферу глиноземного производства новых видов сырья. К настоящему времени в мировой практике существует ряд примеров использования в экспериментальных условиях для производства алюминия глин с повышенным содержанием глинозема (США), лейцитовых (Италия) и андалузитовых (Швеция) пород, лабрадоритов (Норвегия), алунитов и алюмосланцев (Япония), угольной золы в сочетании с высокоглиноземистыми глинами (ФРГ). Стоимость глинозема во всех этих случаях в 4-5 раз превышает стоимость глинозема из высокосортных бокситов. 
 

9. 3. Основные стадии переработки файнштейна на огневой никель 

Технология  получения огневого никеля из файнштейна включает стадии окислительного обжига (с промежуточным обезмеживанием огарка) и восстановительную плавку закиси никеля на металл.

Цель  окислительного обжига файнштейна—удаление из него серы до содержания не выше 0,02 % и перевод никеля в NiO.

Глубокое  удаление серы требует высоких температур, а сульфид никеля Ni₃S₂ легкоплавок (Т_ПЛ=788°С). Это вынуждает проводить окисление файнштейна в две стадии. Вначале обжиг проводят в печах КС с целью удаления серы до 1 —1,5 %. Для повышения тугоплавкости шихты измельченный файнштейн смешивают с оборотной пылью. Это вместе с разобщенностью частиц, витающих в кипящем слое, позволяет вести первую стадию при 950—1000 °С. Окисление файнштейна протекает по реакции

2Ni3S2 + 7О2 = 6NiO + 4SO2,.  

К горячему огарку (700—800 °С) по выходе из печи подмешивают 10—15 % природного сильвинита (NaCl, КС1) и  смесь подвергают сульфатхлорирующему  обжигу в трубчатом реакторе-холодильнике. Процесс идет за счет физического тепла дгарка. При, обжиге хлористый натрий разлагается по реакции

2NaCl + SO₂ + О₂ = Na₂SO₄ + Cl₂

Продукты  этой реакции способствуют переводу меди в форму водорастворимых  хлоридов и сульфатов. Никель и кобальт при этом остаются в оксидном состоянии.

Из реактора огарок направляют на обезмеживание, заключающееся в выщелачивании меди горячей подкисленной водой методом   просачивания. После выщелачивания огарок с остаточным содержанием 0,3—0,4 % Сu направляют на окончательный обжиг в трубчатую вращающуюся печь. Печь отапливается природным газом или мазутом, которые с целью создания в печи окислительной атмосферы сжигают с большим избытком воздуха.

Огарок  из бункера питателем подается в хвостовую часть печи с температурой около 800°С. Далее он движется навстречу топочным газам, содержащим 8—10% кислорода и нагретым до 1200— 1300 °С. Высокая температура и присутствие в газах кислорода приводит к почти полному окислению серы (до 0,02 % и менее). Расход топлива на второй обжиг достигает 40 % от массы огарка. Полученная в трубчатых печах закись никеля в среднем содержит, % : 78 Ni; 0,4 Сu; 0,4—0,5 Со; 0,3—0,4 Fe.

Из обжиговой  печи закись никеля с температурой 900— 1000°С по течке ссыпается в  трубчатый реактор, куда вводят также 4—8 % нефтяного кокса. За счет физического тепла огарка в холодильнике по реакции