Те са изобретатели на метод за топене на желязо от руда. Желязна руда

Първо ще ви разкажа за самата кариера. Lebedinsky GOK е най-големият Руско предприятиеза добив и обогатяване на желязна руда и има най-голямата мина за желязна руда в света. Заводът и кариерата се намират в района на Белгород, между градовете Стари Оскол и Губкин.

Изглед към кариерата отгоре. Той е наистина огромен и расте всеки ден. Дълбочината на ямата Lebedinsky GOK е 250 m от морското равнище или 450 m от повърхността на земята (а диаметърът е 4 на 5 километра), подпочвените води постоянно проникват в нея и ако не беше работата на помпите , щеше да се напълни до самия връх за месец. Два пъти е вписана в Книгата на рекордите на Гинес като най-голямата кариера за добив на негорими полезни изкопаеми.

Малко официална информация: Lebedinsky GOK е част от концерна Metalloinvest и е водещият производител на продукти от желязна руда в Русия. През 2011 г. делът на производството на концентрат от завода в общото годишно производство на концентрат от желязна руда и аглоруда в Русия възлиза на 21%.

В кариерата работят много различни видове оборудване, но най-забележими, разбира се, са многотонните самосвали Belaz и Caterpillar.

Всяка година и двата завода, включени в компанията (Лебедински и Михайловски GOK), произвеждат около 40 милиона тона желязна руда под формата на концентрат и аглоруда (това не е обемът на производството, а обогатена руда, т.е. отделена от отпадъците скала). Така се оказва, че средно на ден в двата минно-обогатителни комбината се произвеждат около 110 хил. тона обогатена желязна руда.

Това бебе транспортира до 220 тона (!) желязна руда наведнъж.

Багерът дава сигнал и той внимателно дава на заден ход. Само няколко кофи и тялото на гиганта е пълно. Багерът отново дава сигнал и самосвалът потегля.

Наскоро бяха закупени камиони BelAZ с товароподемност 160 и 220 тона (досега товароносимостта на самосвалите в кариерите беше не повече от 136 тона), а пристигането на багери Hitachi с капацитет на кофата 23 кубически метра е очакван. (в момента максималният капацитет на кофата на минните багери е 12 кубически метра).

Белаз и Катерпилар се редуват. Между другото, вносен самосвал транспортира само 180 тона. Самосвалите с такава голяма товароносимост са нова технология, които в момента се доставят на минно-обогатителни предприятия като част от инвестиционната програма на Metalloinvest за повишаване на ефективността на минно-транспортния комплекс.

Камъните са с интересна текстура, обърнете внимание. Ако не греша вляво, кварцитът е вид руда, от която се извлича желязото. Кариерата е пълна не само с желязна руда, но и с различни минерали. Те обикновено не представляват интерес за по-нататъшна обработка индустриален мащаб. Днес креда се получава от скални отпадъци, а трошен камък също се прави за строителни цели.

Красиви камъни, не мога да кажа точно какъв минерал е, може ли някой да ми каже?

Всеки ден в кариерата на Lebedinsky GOK работят 133 единици основно минно оборудване (30 тежкотоварни самосвали, 38 багери, 20 пробивни машини, 45 тягови единици).

Разбира се, надявах се да видя зрелищни експлозии, но дори и да се случиха този ден, пак нямаше да мога да проникна в територията на кариерата. Тази експлозия се прави веднъж на всеки три седмици. Цялото оборудване според стандартите за безопасност (а има много) се изважда от кариерата преди това.

Lebedinsky GOK и Mikhailovsky GOK са двата най-големи завода за добив и преработка на желязна руда в Русия по отношение на обема на производството. Компанията Metalloinvest притежава вторите в света доказани запаси от желязна руда - около 14,6 милиарда тона по международната класификация JORC, което гарантира около 150 години експлоатационен период при сегашното ниво на производство. Така жителите на Стари Оскол и Губкин ще бъдат осигурени с работа за дълго време.

Вероятно сте забелязали от предишните снимки, че времето не беше добро, валеше дъжд, а в кариерата имаше мъгла. По-близо до заминаването леко се разсея, но все още не много. Извадих снимката максимално. Размерът на кариерата със сигурност е впечатляващ.

Точно в средата на кариерата има планина от отпадъчни скали, около които е добивана цялата руда, съдържаща желязо. Скоро се планира да бъде взривен на части и изваден от кариерата.

Желязната руда се натоварва незабавно в железопътни влакове, в специални подсилени вагони, които транспортират рудата от кариерата, те се наричат ​​​​самосвали, товароподемността им е 105 тона.

Геоложки пластове, от които може да се изучава историята на развитието на Земята.

От върха на палубата за наблюдение гигантските машини не изглеждат по-големи от мравка.

След това рудата се отвежда в завода, където се извършва процесът на разделяне на отпадъчната скала по метода на магнитното разделяне: рудата се раздробява фино, след което се изпраща в магнитен барабан (сепаратор), към който, в съответствие със законите на физика всичко що е желязо лепне, а което не е желязо се отмива с вода. Полученият концентрат от желязна руда след това се използва за производство на пелети и горещо брикетирано желязо (HBI), което след това се използва за производство на стомана.
Горещо брикетирано желязо (HBI) е един от видовете директно редуцирано желязо (DRI). Материал с високо (>90%) съдържание на желязо, получен по технология, различна от обработката в доменна пещ. Използва се като суровина за производство на стомана. Висококачествен (с малко количество вредни примеси) заместител на чугун и метален скрап.

За разлика от чугуна, производството на HBI не използва въглищен кокс. Процесът на производство на брикетирано желязо се основава на преработка на желязорудни суровини (пелети) при високи температури, най-често чрез природен газ.

Не можете просто да влезете в завода на HBI, защото процесът на печене на горещи брикетирани пайове се извършва при температура от около 900 градуса, а слънчевите бани в Стари Оскол не бяха част от моите планове).

Lebedinsky GOK е единственият производител на HBI в Русия и ОНД. Заводът започва производството на този вид продукт през 2001 г., като стартира цех за производство на HBI (HBI-1) по технология HYL-III с капацитет 1,0 милиона тона годишно. През 2007 г. LGOK завърши изграждането на втория етап от цеха за производство на HBI (HBI-2) по технология MIDREX с производствен капацитет от 1,4 милиона тона годишно. Понастоящем производствен капацитет LGOK произвежда 2,4 милиона тона HBI годишно.

След кариерата посетихме Осколския електрометалургичен завод (OEMK), част от металургичния сегмент на компанията. В един от цеховете на завода се произвеждат тези стоманени заготовки. Дължината им може да достигне от 4 до 12 метра, в зависимост от желанията на клиентите.

Виждате ли куп искри? В тази точка се отрязва парче стомана.

Интересна машина с кофа, наречена кофа носач, в която се изсипва шлака по време на производствения процес.

В съседния цех ОЕМК шлайфа и полира стоманени пръти с различен диаметър, валцовани в друг цех. Между другото, този завод е седмото по големина предприятие в Русия за производство на стомана и стоманени изделия.През 2011 г. делът на производството на стомана в OEMK възлиза на 5% от общия обем на стомана, произведена в Русия, делът на валцувания производството на продукти също възлиза на 5%.

OEMK използва модерни технологии, включително директно намаляване на желязото и технология за топене с електрическа дъга, което гарантира производството на метал Високо качество, с намалено съдържание на примеси.

Основните потребители на метални изделия OEMK са руски пазарса предприятия от автомобилната, инженерната, тръбната, хардуерната и лагерната промишленост.

Металните продукти OEMK се изнасят в Германия, Франция, САЩ, Италия, Норвегия, Турция, Египет и много други страни.

Заводът е усвоил производството дълги продуктиза производството на продукти, използвани от водещи световни автомобилни производители, като Peugeot, Mercedes, Ford, Renault, Volkswagen. Някои продукти се използват за направата на лагери за същите тези чужди автомобили.

Между другото, не за първи път забелязвам жени кранисти в подобни производства.

Това растение има почти стерилна чистота, което не е типично за подобни отрасли.

Харесвам добре сгънатите стоманени пръти.

По желание на клиента към всеки продукт се залепва стикер.

Стикерът е щампован с номер на топлина и код на марката стомана.

Противоположният край може да бъде маркиран с боя, а всяка торба може да бъде маркирана с Завършени продуктиЕтикетите са прикрепени с номера на договора, страната на местоназначение, класа на стоманата, топлинния номер, размера в милиметри, името на доставчика и теглото на опаковката.

Тези продукти са стандартите, по които се настройва оборудването за прецизно валцуване.

И тази машина може да сканира продукта и да идентифицира микропукнатини и дефекти, преди металът да стигне до клиента.

Компанията взема мерките за безопасност сериозно.

Цялата вода, използвана в производството, се пречиства от наскоро инсталирано най-модерно оборудване.

Това е пречиствателната станция на завода. След обработка е по-чист, отколкото в реката, където се изхвърля.

Техническа вода, почти дестилирана. Като всяка промишлена вода, не можете да я пиете, но можете да я опитате веднъж, не е опасна за вашето здраве.

На следващия ден отидохме в Железногорск, разположен в района на Курск. Това е мястото, където се намира Михайловският GOK. На снимката е представен комплексът от изграждаща се машина за печене №3. Тук ще се произвеждат пелети.

В изграждането му ще бъдат инвестирани 450 милиона долара. Предприятието ще бъде изградено и въведено в експлоатация през 2014г.

Това е схема на завода.

След това отидохме до кариерата на Михайловския GOK. Дълбочината на кариерата MGOK е повече от 350 метра от повърхността на земята, а размерът й е 3 на 7 километра. На територията му всъщност има три кариери, както се вижда от сателитната снимка. Една голяма и две по-малки. След около 3-5 години кариерата ще нарасне толкова много, че ще се превърне в една голяма обединена и може би ще настигне по размер кариерата Лебедински.

Кариерата използва 49 самосвала, 54 тягови единици, 21 дизелови локомотива, 72 багера, 17 сондажни платформи, 28 булдозера и 7 автогрейдера.

В противен случай производството на руда в MGOK не се различава от LGOK.

Този път все пак успяхме да стигнем до завода, където концентратът от желязна руда се превръща в краен продукт - пелети.
Пелетите са бучки от натрошен руден концентрат. Полуготов продукт от металургично производство на желязо. Това е продукт от обогатяването на желязосъдържащи руди с помощта на специални методи за обогатяване. Използва се в производството на доменни пещи за производство на чугун.

За производството на пелети се използва концентрат от желязна руда. За да се отстранят минералните примеси, първоначалната (сурова) руда се раздробява фино и се обогатява по различни начини.

Процесът на производство на пелети често се нарича „пелетизиране“. Зареждането, т.е. смес от фино смлени концентрати на желязосъдържащи минерали, флюс (добавки, които регулират състава на продукта) и укрепващи добавки (обикновено бентонитова глина), се навлажнява и се подлага на пелетизиране във въртящи се купи (гранулатори). ) или барабани за пелетиране. Те са тези на снимката.

Хайде да се приближим.

В резултат на пелетизирането се получават почти сферични частици с диаметър 5÷30 mm.

Доста интересно е да наблюдавате процеса.

След това пелетите се изпращат по лента към горивното тяло.

Те се сушат и изпичат при температури 1200÷1300°С в специални инсталации - машини за изпичане. Калциниращите машини (обикновено от конвейерния тип) представляват конвейер от калциниращи колички (палети), които се движат по релси.

Но на снимката се вижда концентратът, който скоро ще се озове в барабаните.

В горната част на машината за печене, над количките за печене, има нагревателна пещ, в която се образуват газообразни, твърди или течно горивои образуване на охлаждаща течност за сушене, нагряване и печене на пелети. Има машини за печене с охлаждане на пелетите директно върху машината и с външен охладител. За съжаление не видяхме този процес.

Изгорените пелети придобиват висока механична якост. По време на изпичането се отстранява значителна част от серните замърсители. Ето как изглежда готовият за консумация продукт.)

Въпреки факта, че оборудването е в експлоатация от съветско време, процесът е автоматизиран и не е необходимо да се контролира. голямо количествоперсонал.

Желязната руда е започнала да се добива от хората преди много векове. Още тогава ползите от използването на желязо станаха очевидни.

Намирането на минерални образувания, съдържащи желязо, е доста лесно, тъй като този елемент съставлява около пет процента от земната кора. Като цяло желязото е четвъртият най-разпространен елемент в природата.

Невъзможно е да го намерите в чист вид, желязото се намира в определени количества в много видове скали. Желязната руда има най-високо съдържание на желязо, извличането на метал от която е икономически най-изгодно. Количеството желязо, което съдържа, зависи от произхода му, чийто нормален дял е около 15%.

Химичен състав

Свойствата на желязната руда, нейната стойност и характеристики пряко зависят от нейния химичен състав. Желязната руда може да съдържа различни количества желязо и други примеси. В зависимост от това има няколко вида:

• много богати, когато съдържанието на желязо в рудите надвишава 65%;
• богат, процентът на желязо, в който варира от 60% до 65%;
• средно, от 45% и повече;
• бедни, в които процентът на полезните елементи не надвишава 45%.

Колкото повече странични продукти има в желязната руда, толкова повече енергия е необходима за преработката й и толкова по-малко ефективно е производството на готови продукти.

Съставът на една скала може да бъде комбинация от различни минерали, отпадъчни скали и други странични продукти, чието съотношение зависи от нейното находище.

Магнитните руди се отличават с това, че се основават на оксид, който има магнитни свойства, но при силно нагряване те се губят. Количеството на този тип скала в природата е ограничено, но съдържанието на желязо в него може да бъде толкова добро, колкото червената желязна руда. Външно изглежда като твърди черно-сини кристали.

Желязната руда Spar е рудна скала на основата на сидерит. Много често съдържа значително количество глина. Този тип камък е сравнително труден за намиране в природата, което, съчетано с ниското съдържание на желязо, го прави рядко използван. Поради това е невъзможно да се класифицират като индустриални видове руди.

В допълнение към оксидите, природата съдържа и други руди на основата на силикати и карбонати. Количеството съдържание на желязо в скалата е много важно за нейната промишлена употреба, но също така важно е наличието на полезни странични елементи като никел, магнезий и молибден.

Приложения

Обхватът на приложение на желязната руда е почти изцяло ограничен до металургията. Използва се главно за топене на чугун, който се добива с помощта на открити или конверторни пещи. Днес чугунът се използва в различни сфери на човешката дейност, включително в повечето видове промишлено производство.

Различните сплави на основата на желязо се използват не по-малко - най-много широко приложениепридобита стомана поради нейната якост и антикорозионни свойства.

Чугун, стомана и различни други железни сплави се използват в:

1. Машиностроене, за производство на различни машини и устройства.
2. Автомобилна индустрия, за производство на двигатели, корпуси, рами, както и други компоненти и части.
3. Военна и ракетна индустрия, в производството на специално оборудване, оръжия и ракети.
4. Конструкция, като усилващ елемент или конструкция на носещи конструкции.
5. Лека и хранително-вкусова промишленост, като контейнери, производствени линии, различни агрегати и устройства.
6. Минна промишленост, като специални машини и оборудване.

Залежи от желязна руда

Световните запаси от желязна руда са ограничени като количество и местоположение. Териториите на натрупване на рудни запаси се наричат ​​находища. Днес находищата на желязна руда се разделят на:

1. Ендогенни. Те се характеризират със специално разположение в земната кора, обикновено под формата на титаномагнетитни руди. Формите и местоположението на такива включвания са разнообразни, те могат да бъдат под формата на лещи, слоеве, разположени в земната кора под формата на отлагания, вулканични отлагания, под формата на различни вени и други неправилни форми.
2. Екзогенен. Този тип включва находища на кафяви железни руди и други седиментни скали.
3. Метаморфогенен. Които включват находища на кварцит.

Залежи от такива руди могат да бъдат намерени по цялата планета. Най-голям брой находища са съсредоточени на територията на постсъветските републики. Особено Украйна, Русия и Казахстан.

Държави като Бразилия, Канада, Австралия, САЩ, Индия и Южна Африка имат големи запаси от желязо. В същото време почти всяка страна по света има свои собствени разработени находища, в случай на недостиг на които, породата се внася от други страни.

Обогатяване на желязна руда

Както беше посочено, има няколко вида руди. Богатите могат да бъдат преработени директно след извличане от земната кора, други трябва да бъдат обогатени. В допълнение към процеса на обогатяване, обработката на рудата включва няколко етапа, като сортиране, раздробяване, разделяне и агломериране.

Днес има няколко основни метода за обогатяване:

1. Зачервяване.

Използва се за почистване на руди от странични продукти под формата на глина или пясък, които се измиват с водни струи под високо налягане. Тази операция дава възможност да се увеличи съдържанието на желязо в руда с ниско качество с приблизително 5%. Поради това се използва само в комбинация с други видове обогатяване.

1. Гравитационно почистване.

Извършва се с помощта на специални видове суспензии, чиято плътност надвишава плътността на отпадъчната скала, но е по-ниска от плътността на желязото. Под въздействието на гравитационните сили страничните продукти се издигат до върха, а желязото пада на дъното на суспензията.

1. Магнитна сепарация.

Най-често срещаният метод за обогатяване, който се основава на различни нива на възприемане на влиянието на магнитните сили от компонентите на руда. Такова разделяне може да се извърши със суха скала, мокра скала или в алтернативна комбинация от двете й състояния.

За обработка на сухи и мокри смеси се използват специални барабани с електромагнити.

1. Флотация.

За този метод натрошената руда под формата на прах се потапя във вода с добавяне на специално вещество (флотационен реагент) и въздух. Под въздействието на реагента желязото се присъединява към въздушните мехурчета и се издига на повърхността на водата, докато отпадъчната скала потъва на дъното. Компонентите, съдържащи желязо, се събират от повърхността под формата на пяна.

Процесът на получаване на желязо започва с етапа на топене на чугун, съдържащ значително количество въглерод (който влиза в чугуна от кокс или дървени въглищаизползвани за топене на руда). Чугунът е много твърд, но е чуплив. Въглеродът може да бъде напълно отстранен от чугуна. Полученото ковано желязо е ковък, но относително мек материал. Определено количество въглерод се въвежда отново в него и резултатът е стомана, която има достатъчна якост и в същото време достатъчна твърдост.

Изчислете количеството електричество, необходимо за топене на 1 тон чугун в електрическа пещ, ако приемем, че а) реакцията на редукция на желязото в пещта протича съгласно следната диаграма:

Всички металургични процеси могат да бъдат разделени на първични и вторични. Първичните процеси означават извличането на метал от различни естествени или изкуствени суровини (процес в доменна пещ, директно извличане на желязо, топене на железни

По време на всички процеси на топене течната стомана съдържа малко количество разтворен кислород (до 0,1%). По време на кристализацията на стоманата кислородът реагира с разтворения въглерод, за да образува въглероден оксид (C). Този газ (както и някои други газове, разтворени в течна стомана) се отделя от стоманата под формата на мехурчета. Освен това по границите на зърната на стоманата се отделят оксиди на желязо и метални примеси. Всичко това води до влошаване на механичните свойства на стоманата.

Манганът се добива под формата на фероманган, съдържащ 85-88% манган, до 7% въглерод, останалото е желязо. Фероманганът се топи от смес от манган и желязна руда, използвайки въглища като редуциращ агент. Уравнение на реакцията за редукция на MnOz

По време на окисляването на въглерод и примеси, част от металното желязо се окислява до FeO оксид (метални отпадъци). За да се намалят загубите на метал, той се регенерира, тоест се редуцира до желязо. В съответствие с това в процеса на топене на стомана се разграничават два последователни периода - окислителен и редукционен, които могат да бъдат представени чрез диаграмата

B. Периодът на възстановяване на топенето по време на топенето на стомана в кислороден конвертор е пространствено отделен от периода на окисляване и настъпва след освобождаването на стоманата от конвертора в кофата. Едновременно с редуцирането на железен оксид FeO при редукцията

Технологичният процес на преработка на желязна руда, въглища, варовик и въглеводородни горива в краен продукт може да бъде разделен на 3-4 основни етапа, които се извършват поотделно за получаване на специфичен продукт, който на следващия етап се преработва в нов вид на продукт. Различни етапи на процеса могат да се осъществят в едно производствено предприятие. Това не само ще спести енергия и транспортни разходи, но и ще опрости технологичен процес. Основните технологични етапи в производството на чугун и стомана са следните: подготовка на суровините (коксуване на въглища, печене на варовик, производство на желязна руда и пелети) производство на чугун (бластно топене, производство на гъбест чугун) чрез директно намаляване на желязо) стомана (в мартенови и електродъгови пещи, бесемерови и основни кислородни конвертори) валцувани продукти (непрекъснато леене на заготовки, валцуване на дълга стомана, производство на тръби, изковки).

Първите използвани метали вероятно са злато и сребро, тъй като те могат да бъдат намерени в природата в свободно състояние. Те са били използвани главно в декоративни продукти. Медта започва да се използва около 8000 г. пр.н.е. за производството на инструменти, оръжия, кухненски прибори и бижута. Около 3800 г. пр. н. е. е изобретен бронзът – сплав от мед и калай. В резултат на това човечеството премина от каменната ера в бронзовата епоха. Тогава беше намерен начин за топене на желязо и започна желязната епоха. Тъй като хората натрупаха своя химически опит, гамата от полезни материали, които човекът се научи да получава чрез обработка на голямо разнообразие от руди, се разшири.

Пирометалургичните методи за топене на мед не са препоръчителни за обработка на нискокачествени руди, които не могат да бъдат обогатени. Тази категория включва окислени руди, както с ниско съдържание, така и с по-високо качество, както и депа на нискокачествени сулфидни руди и хвост от преработка. За тази суровина се използват методи за извличане на мед от рудата и извличането й от разтвори чрез утаяване на желязо или електролиза с неразтворими аноди.

Най-често срещаната руда, от която се получава хром, е хромовата желязна руда PeCgaO. Изчислете съдържанието (в проценти) на примеси в рудата, ако е известно, че от 1 тон от нея по време на топене са получени 240 kg ферохром (сплав от желязо и хром), съдържащ 65% хром.

Какво е относителното тегловно съдържание на желязо в тази руда (в проценти) Колко въглерод ще е необходимо за топене на желязо от

Комплексното използване на полиметални сулфидни руди произвежда разнообразие от цветни метали, сярна киселина и железен оксид за топене на чугун. Примери за интегрирано използване на естествени материали, които са смеси от органични вещества, включват коксуване на въглища със съпътстващо химическо производство, преработка на нефт, шисти, торф и дървесина. От всеки вид гориво се получават стотици продукти. Преди това при коксуване на въглища единственият продукт от процеса беше коксът, газът се изгаряше в пещи, а катранът се изхвърляше. Понастоящем от коксовия газ се изолират бензенови въглеводороди, амоняк, сероводород и други ценни вещества.

Топене на стъкло. Стъклото може да бъде прозрачно или полупрозрачно, безцветно или цветно. Това е продукт от високотемпературно претопяване на смес от силиций (кварц или пясък), сода и варовик. За получаване на специфични или необичайни оптични и други физични свойствадруги материали (алуминий, поташ, натриев борат, оловен силикат или бариев карбонат) се използват като добавка към стопилката или заместител на част от содата и варовика в заряда. Цветните стопилки се образуват в резултат на добавянето на железни или хромови оксиди (жълти или зелени), кадмиев сулфид (оранжеви), кобалтови оксиди (сини), манган (лилави) и никел (лилави). Температурите, до които тези съставки трябва да се нагреят, надвишават 1500 °C. Стъклото няма определена точка на топене и се размеква до течно състояние при температура 1350-1600 ° C. Консумацията на енергия дори в добре проектирани пещи е приблизително 4187 kJ/kg произведено стъкло. Необходимата температура на пламъка (1800-1950 °C) се постига чрез изгаряне на газ, смесен с въздух, нагрят до 1000 °C в регенеративен топлообменник, който е изграден от огнеупорни тухли и се нагрява от отпадъчни продукти от горенето. Газът се издухва в поток от горещ въздух през страничните стени на горната глава на регенератора, който е основната горивна камера, а продуктите от горенето, отделили топлина на стъклената стопилка, напускат пещта и отиват в регенератора разположен отсреща. Когато температурата на подавания към горенето въздух за нагряване се понижи значително, потоците от въздух и продукти от горенето се обръщат и газът започва да тече във въздушния поток, нагрят в регенератора, разположен отсреща.

Коронните електроди във вертикалните електрофилтри са тънка кръгла тел, тел с малки шипове или тел напречно сечениекойто има формата на квадрат или звезда. Тъй като корониращите електроди често са с дължина над 6 метра, кръглата тел, макар и достатъчно тънка, за да осигури стабилна корона, може да не е достатъчно здрава, особено тъй като е подложена на вибрации по време на разклащане. В тази връзка се използва тел с по-голям габарит с квадратно или звездообразно напречно сечение, с остри ръбове, които осигуряват формирането на стабилна корона. В някои електростатични филтри се предпочитат електродите от бодлива тел, а напоследък те се използват за отлагане на мъгла от железен оксид при топене на кислородна стомана.

Принципът на използване на промишлени отпадъци (интегрирано използване на суровини, безотпадна технология). Превръщането на отпадъците в производствени странични продукти позволява по-добро оползотворяване на суровините, което от своя страна намалява разходите за продукта и предотвратява замърсяването. заобикаляща среда. Например комплексната обработка на полиметални сулфидни руди произвежда цветни метали, сяра, сярна киселина и железен (III) оксид за топене на чугун. Интегрираното използване на суровини служи като основа за комбиниране на предприятия. В същото време възникват нови индустрии, които преработват отпадъците от основното предприятие, което дава висок икономически ефект и е важен елемент от химизацията на националната икономика.

Металите могат да бъдат извлечени от техните руди директно чрез електролитна или химическа редукция. Електролитна редукция, която вече беше обсъдена в разд. 19.6, се използва в индустриален мащаб за получаване на най-активните метали натрий, магнезий и алуминий. По-слабо реактивните метали - мед, желязо и цинк - се произвеждат в индустриален мащаб чрез химическа редукция, като повечето от по-слабо реактивните метали се получават чрез високотемпературна редукция в стопилка. Следователно такива процеси се наричат ​​топене.

Въглеродният диоксид се получава чрез редукция на железен оксид [Уравнение (22.20)], а също и чрез разлагане на варовик. Но варовикът играе не само ролята на доставчик на въглероден диоксид при топенето на желязо. Обикновено извлечената руда съдържа

При топене на желязо шлаката плува върху повърхността на разтопения метал, предпазвайки го от окисляване от входящия въздух. Полученото желязо и шлака периодично се отстраняват от пещта. Желязото, произведено в доменна пещ, се нарича чугун и съдържа до 5% въглерод и до 2% други примеси - силиций, фосфор и сяра.

Когато чугунът се топи в доменна пещ, възникват различни химични процеси, по-специално редукция на железен (III) оксид с въглероден (II) оксид, което може да се изрази с уравнението Fe203 + 3C0 = Fe-(-3C02).

Химичните реакции по време на топенето на желязо и стомана протичат предимно в разтвори. Течното желязо и стоманата са разтвори на различни елементи в желязото. В доменните пещи и пещите за топене на стомана те взаимодействат с течна шлака - разтвор на оксиди.

Селенът и телурът се намират в такива редки минерали като Cl33e, Pb5e, A25e, Cu2Te, PbTe, A2Te и AuTe, а също и като примеси в сулфидни руди от мед, желязо, никел и олово. От промишлена гледна точка медните руди са важни източници за добив на тези елементи. По време на процеса на изпичане на топене на мед, по-голямата част от селен и телур остават в медта. По време на електролитното пречистване на мед, описано в разд. 19.6, примеси като селен и телур, заедно с благородните метали злато и сребро, се натрупват в така наречената анодна утайка. Когато анодната утайка се третира с концентрирана сярна киселина при приблизително 400°C, селенът се окислява до селенов диоксид, който сублимира от реакционната смес

В някои случаи (например при топене на трансформаторна стомана) е необходимо да се постигне много ниска концентрация на въглерод от 0,002-0,003%. От горното уравнение става ясно, че за тази цел е необходимо да се намали pco , Използването на вакуумни пещи в съвременната металургия позволява да се топи желязо и стомана с минимално съдържание на въглерод.

При топене на желязо от магнитна желязна руда, една от реакциите, протичащи в доменна пещ, се изразява с уравнението Res04 + CO = 3ReO + Oj Използвайки данните в табл. 5 приложения, определят топлинния ефект на реакцията. В каква посока ще се измести равновесието на тази реакция, ако температурата се повиши?

Магнитна желязна руда Оксид желязна руда Съдържание на желязо 50-70%, състои се главно от железен оксид (11, ill) RbzO, Суровина за производство на чугун, добавка при производството на стомана (топене)

U-88. От 1 тон хромова желязна руда Fe(CrO2)a се образува при топенето на 240 kg сплав от желязо и хром - ферохром, съдържаща 65% хром. Изчислете процента на примесите в рудата.

При топене на стомани с високо съдържание на хром от типа X18N10T върху работната част се образува особена скалпа с повишено съдържание на AlA TiO (до 33%), железни оксиди (до 57%) и хромни оксиди (до 33%). повърхност на огнеупорната облицовка, което води до увеличаване на експлоатационния живот на облицовката.

В резултат на това в пещта се образуват два течни слоя - по-лека шлака отгоре и стопилка, състояща се от FeS и U2S (мат) отдолу. Шлаката се отцежда, а течният мат се излива в конвертор, в който се добавя флюс и се вдухва въздух. Конверторът за топене на мед е подобен на този, използван за производство на стомана, само въздухът се подава в него отстрани (когато въздухът се подава отдолу, медта се охлажда силно и се втвърдява). В конвертора се образува разтопена мед, железният сулфид се превръща в оксид, който се превръща в шлака

Крайното съдържание на сяра в калцинирания кокс от арлански нефтен катран е същото като в кокса от крекирания остатък от масло Ромашкин, т.е. по-малко от 1%. Останалите показатели са основно същите, с изключение на съдържанието на ванадий (1,5 пъти по-високо за кокс Arlan), желязо и други метали. Повишеното съдържание на ванадий в десулфурирания кокс се обяснява с високото му съдържание в маслото Arlan. Поради това такъв кокс не може да се използва в алуминиевата промишленост. При топене на алуминий ванадий, както и други метали, се произвежда от кокс

Работата описва ефекта на мангана върху сулфидното напукване на стоманите. Манганът в количество от 1 до 167o се въвежда по време на топенето на армирано желязо, съдържащо 0,04% С, в стомана 20 и в стомана U8. Резултатите от изследването са дадени в табл. 1.2, от което се вижда, че легирането на стомани с манган повишава тяхната чувствителност към напукване в среда, съдържаща сероводород, а отрицателният ефект на мангана зависи от съдържанието на въглерод в стоманата. По този начин отрицателният ефект на мангана за армирано желязо, стомана 20 и стомана U8 започва да се проявява при съдържанието му съответно 3 2 n 1%. Авторите свързват негативния ефект на мангана върху напукването на стоманите с появата на

В металургията голямо значениеима сплав от желязо и силиций - феросилиций. Използва се за дезоксидиране на много видове стомана и за производството на силициево-въглеродни феросплави. Феросилиций със съдържание 9-17% 51 се топи в доменни пещи от кварц, железни стърготини и кокс. Феросилиций с високо съдържание на силиций е обещаващ материал за производството на части за химическо оборудване поради изключителната си киселинна устойчивост. Той се използва широко като редуциращ агент при топенето на силикоманган, фероволфрам и феромолибден. Добавянето на силиций към стоманата под формата на феросилиций по време на нейното топене й придава еластичност и повишава устойчивостта на корозия.

Някои характеристики на типичен процес на топене могат да бъдат илюстрирани с примера за редукция на желязото. Непрекъснатото топене на желязо се извършва в специален реактор, наречен доменна пещ, схематичното му представяне е показано на фиг. 22.16. Смес от кокс, варовик и натрошена руда, обикновено съдържаща FejOs, се зарежда в горната част на доменната пещ. (Коксът е твърд остатък, получен чрез коксуване на природни горива, главно въглища, за отстраняване на летливи компоненти от тях.) Нагрятият въздух, понякога обогатен с кислород, се изпомпва в пещта отдолу. За получаването на 1 тон желязо са необходими приблизително 2 тона руда, 1 тон кокс и 0,3 тона варовик. Една доменна пещ може да произвежда до 2000 тона желязо на ден. Въздухът, изпомпван в пещта, реагира с въглерод, за да образува CO. В този случай се отделя такова количество топлина, че в долната част на пещта се развива температура от около 1500°C. Редукцията на металното желязо може да се опише чрез реакциите

Колко тона магнитна желязна руда, състояща се от 90% FegOi, могат да бъдат произведени при топене на 2 тона чугун с 93% съдържание на желязо, ако добивът на продукта е 92%

Въвеждането на силиций в стомана и чугун се придружава от образуването на железни силициди (феросилиций FeSi). Чугунът, съдържащ 15-17% силиций, е устойчив на киселини. Феросилиций се добавя към стоманата, когато се топи, за да се отстрани съдържащият се в нея кислород.

MATE е междинен продукт при топенето на някои цветни метали (Cu, N1, Pv и др.) от техните течни руди. Ш. - сплав от железен сулфид със сулфиди на получените метали (например Cu, 8).

Феноменът на понижаване на точката на топене на разтворите е важен както в природата, така и в технологиите. Например, топенето на чугун от желязна руда е значително улеснено от факта, че точката на топене на желязото се понижава с приблизително 400 ° C поради факта, че въглеродът и други елементи на разтворителя са разтворени в него. Същото важи и за огнеупорните оксиди, които изграждат отпадъчните скали, които заедно с флюсовете (CaO) образуват разтвор (шлака), който се топи при относително ниска температура. Това дава възможност за извършване на непрекъснат периодичен процес в доменни пещи, освобождавайки течно желязо и шлака от тях. ]

Желязната руда се добива по обичайния начин: открит или подземен добив и последващо транспортиране до първоначална подготовка, където материалът се раздробява, измива и обработва.

Рудата се излива в доменна пещ и се продухва с горещ въздух и топлина, което я превръща в разтопено желязо. След това се изважда от дъното на пещта във форми, известни като свине, където се охлажда, за да се получи чугун. То се превръща в ковано желязо или се преработва в стомана по няколко начина.

Какво е стомана?

В началото имаше желязо. Той е един от. Може да се намери почти навсякъде, комбиниран с много други елементи, под формата на руда. В Европа началото на работата с желязо датира от 1700 г. пр.н.е.

През 1786 г. френските учени Berthollet, Monge и Vandermonde точно определят, че разликата между желязо, чугун и стомана се дължи на различно съдържание на въглерод. Въпреки това стоманата, направена от желязо, бързо се превърна в най-важния метал индустриална революция. В началото на 20 век световното производство на стомана е 28 милиона тона, шест пъти повече от 1880 г. До началото на Първата световна война производството му е 85 милиона тона. В рамките на няколко десетилетия той практически замени желязото.

В момента има повече от 3000 каталогизирани марки (химически съединения), без да се броят тези, създадени, за да отговорят на индивидуалните нужди. Всички те допринасят за превръщането на стоманата в най-подходящия материал за решаване на предизвикателствата на бъдещето.

Суровини за производство на стомана: първични и вторични

Топенето на този метал с помощта на много компоненти е най-често срещаният метод за добив. Зарядните материали могат да бъдат първични или вторични. Основният състав на шихтата обикновено е 55% чугун и 45% остатъчен метален скрап. Феросплави, обработен чугун и технически чисти металисе използват като основен елемент на сплавта; вторичните елементи, като правило, включват всички видове черни метали.

Желязната руда е най-важната и основна суровина в черната и стоманодобивната промишленост. За производството на един тон чугун са необходими около 1,5 тона от този материал. За производството на един тон чугун се използват около 450 тона кокс. много металургични заводите дори използват

Водата е важна суровина за производството на желязо и стомана. Използва се главно за гасене на кокс, охлаждане на доменни пещи, генериране на пара за работа на хидравлично оборудване и изхвърляне на отпадъчни води. За производството на един тон стомана са необходими около 4 тона въздух. Флюсът се използва в доменна пещ за отстраняване на примеси от топене на руда. Варовикът и доломитът се комбинират с извлечените примеси, за да образуват шлака.

Както доменните, така и стоманодобивните пещи са облицовани с огнеупорни материали. Използват се за линейни пещи, предназначени за топене на желязна руда. За формоване се използва силициев диоксид или пясък. За производство на стомана различни маркиИзползват се алуминий, хром, кобалт, мед, олово, манган, молибден, никел, калай, волфрам, цинк, ванадий и др.. Сред всички тези феросплави манганът се използва широко при топенето на стомана.

Железни отпадъци, получени от демонтирани конструкции на заводи, механизми, стари Превозно средствои т.н. се обработват и широко се използват в тази индустрия.

Чугун за стомана

Топенето на стомана с помощта на чугун се извършва много по-често, отколкото с други материали. Чугунът е термин, който обикновено се отнася за сив чугун, но също така се идентифицира с голяма група феросплави. Въглеродът съставлява около 2,1 до 4 тегл.%, докато силицият обикновено съставлява 1 до 3 тегл.% в сплавта.

Желязото и стоманата се топят при точка на топене между 1150 и 1200 градуса, което е около 300 градуса по-ниско от точката на топене на чистото желязо. Чугунът също показва добра течливост, отлична обработваемост и устойчивост на деформация, окисляване и леене.

Стоманата също е сплав от желязо с променливо съдържание на въглерод. Съдържанието на въглерод в стоманата варира от 0,2 до 2,1 масови процента и това е най-икономичният легиращ материал за желязо. Топенето на стомана от чугун е полезно за различни инженерни и структурни цели.

Желязна руда за стомана

Процесът на топене на стомана започва с преработката на желязна руда. Скалата, съдържаща желязната руда, се раздробява. Рудата се добива с помощта на магнитни валяци. Дребнозърнестата желязна руда се преработва в едрозърнести бучки за използване в доменната пещ. Въглищата се пречистват от примеси, което води до почти чиста форма на въглерод. След това сместа от желязна руда и въглища се нагрява, за да се получи разтопено желязо или чугун, който се използва за производството на стомана.

В главната кислородна пещ разтопената желязна руда е основната суровина и се смесва с различни количества стоманен скрап и сплави за производството на различни степени на стомана. Електродъгова пещ топи рециклиран стоманен скрап директно в нова стомана. Около 12% от стоманата е направена от рециклиран материал.

Технология на топене

Топенето е процесът, чрез който метал се получава или като елемент, или като просто съединение от неговата руда чрез нагряване над неговата точка на топене, обикновено в присъствието на окислители като въздух или редуциращи агенти като кокс.

В технологията за производство на стомана метал, който се свързва с кислород, като железен оксид, се нагрява до висока температура и оксидът се образува в комбинация с въглерода в горивото, който излиза като въглероден оксид или въглероден диоксид.
Други примеси, наричани общо вени, се отстраняват чрез добавяне на поток, с който те се комбинират, за да образуват шлака.

Съвременното топене на стомана използва реверберационна пещ. Концентрирана руда и поток (обикновено варовик) се зареждат в горната част, а разтопеният щейн (съединение от мед, желязо, сяра и шлака) се изтегля от дъното. Необходима е втора термична обработка в конверторна пещ, за да се отстрани желязото от матовата повърхност.

Кислородно-конвекционен метод

BOF процесът е водещият процес за производство на стомана в света. Световното производство на конверторна стомана през 2003 г. възлиза на 964,8 милиона тона или 63,3% от общото производство. Конверторното производство е източник на замърсяване на околната среда. Основните предизвикателства за това са намаляването на емисиите, заустванията и намаляването на отпадъците. Тяхната същност се състои в използването на вторични енергийни и материални ресурси.

Екзотермичната топлина се генерира от окислителни реакции по време на продухване.

Основният процес на производство на стомана, използвайки собствени резерви:

• Разтопеният чугун (понякога наричан горещ метал) от доменна пещ се излива в голям огнеупорен контейнер, наречен черпак.
• Металът в кофата се изпраща директно към основния етап на производство на стомана или предварителна обработка.
• Кислород с висока чистота при налягане от 700-1000 килопаскала се инжектира със свръхзвукова скорост върху повърхността на желязната баня чрез водно охлаждано копие, което е окачено в съд и се държи на няколко фута над ваната.

Решението за предварителна обработка зависи от качеството на горещия метал и желаното крайно качество на стоманата. Първите конвертори с подвижни дъна, които могат да се отделят и ремонтират, все още се използват. Копията, използвани за издухване, са променени. За да се предотврати задръстване на фурмата по време на продухване, бяха използвани прорезни маншети с дълъг заострен меден връх. Върховете на върховете, след изгаряне, изгарят CO, произведен от вдухването в CO 2, и осигуряват допълнителна топлина. За премахване на шлака се използват дартс, огнеупорни топки и детектори за шлака.

Кислородно-конвекционен метод: предимства и недостатъци

Не изисква разходи за оборудване за пречистване на газ, тъй като образуването на прах, т.е. изпаряването на желязото, се намалява 3 пъти. Поради намаляване на добива на желязо се наблюдава увеличение на добива на течна стомана с 1,5 - 2,5%. Друго предимство е, че интензивността на продухване при този метод се увеличава, което позволява да се увеличи производителността на конвертора с 18%. Качеството на стоманата е по-високо, тъй като температурата в зоната на продухване е намалена, което води до намаляване на образуването на азот.

недостатъци този методтопенето на стомана доведе до намаляване на търсенето на потребление, тъй като нивото на потребление на кислород се увеличава със 7% поради високата консумация на изгаряне на гориво. В обработвания метал има повишено съдържание на водород, поради което е необходимо известно време след приключване на процеса да се извърши продухване с кислород. Сред всички методи кислородно-конверторният метод има най-голямо образуване на шлака, причината е невъзможността да се следи окислителният процес вътре в оборудването.

Метод на открито огнище

Процесът с отворена пещ включва по-голямата част от обработката на цялата стомана, произведена в света през по-голямата част от 20-ти век. Уилям Сименс през 60-те години на 19 век търси начин за повишаване на температурата в металургична пещ, възкресявайки старо предложение за използване на отпадъчната топлина, генерирана от пещта. Той нагрява тухлата до висока температура, след което използва същия път, за да вкара въздух в пещта. Предварително загрятият въздух значително повишава температурата на пламъка.

Като гориво се използва природен газ или атомизирани тежки масла; въздухът и горивото се нагряват преди изгаряне. Пещта се зарежда с течен скрап от чугун и стомана заедно с желязна руда, варовик, доломит и флюсове.

Самата печка е изработена от силно огнеупорни материали, като магнезитни тухли за огнищата. Пещите с отворен огнище тежат до 600 тона и обикновено се инсталират на групи, така че масивното спомагателно оборудване, необходимо за зареждане на пещите и обработка на течната стомана, да може да се използва ефективно.

Въпреки че процесът на открито е почти напълно заменен в повечето индустриални развити страниОсновният процес на кислород и електродъгова пещ произвежда около 1/6 от цялата стомана, произведена в световен мащаб.

Предимства и недостатъци на този метод

Предимствата включват лекота на използване и лекота на производство на легирана стомана с различни добавки, които придават на материала различни специализирани свойства. Необходимите добавки и сплави се добавят непосредствено преди края на топенето.

Недостатъците включват намалена ефективност в сравнение с кислородно-конверторния метод. Освен това качеството на стоманата е по-ниско в сравнение с други методи за топене на метал.

Електрически метод за производство на стомана

Съвременният метод за топене на стомана с използване на собствени резерви е пещ, която нагрява заредения материал с помощта на електрическа дъга. Промишлените дъгови пещи варират по размер от малки единици с капацитет на натоварване от около един тон (използвани в леярни за производство на продукти от чугун) до единици от 400 тона, използвани във вторичната металургия.

Дъговите пещи, използвани в изследователски лаборатории, могат да имат капацитет от само няколко десетки грама. Температурите на промишлените електродъгови пещи могат да достигнат до 1800 °C (3,272 °F), докато лабораторните инсталации могат да надхвърлят 3000 °C (5432 °F).

Дъговите пещи се различават от индукционните по това, че зареждащият материал е директно изложен на електрическата дъга и токът в клемите преминава през заредения материал. Електродъговата пещ се използва за производство на стомана, състои се от огнеупорна облицовка, обикновено с водно охлаждане, има големи размери и е покрита с прибиращ се покрив.

Фурната е разделена основно на три секции:

• Черупка, състояща се от странични стени и долна стоманена купа.
• Огнището се състои от огнеупор, който продължава долната купа.
• Облицованият с огън или водно охлаждане покрив може да бъде проектиран като сферична секция или като пресечен конус (конична секция).

Предимства и недостатъци на метода

Този метод заема водеща позиция в областта на производството на стомана. Методът на топене на стомана се използва за създаване на висококачествен метал, който или е напълно лишен, или съдържа малки количества нежелани примеси като сяра, фосфор и кислород.

Основното предимство на метода е нагряването, благодарение на което можете лесно да контролирате температурата на топене и да постигнете невероятни скорости на нагряване на метала. Автоматизираната работа ще бъде приятно допълнение към отличната възможност за висококачествена обработка на различни метални отпадъци.

Недостатъците включват висока консумация на енергия.

Как се добива желязо?

Желязото е най-важно химичен елементв периодичната таблица; метал, който се използва в голямо разнообразие от индустрии. Добива се от желязна руда, която се намира в недрата на земята.

Как се добива желязо: методи

Има няколко начина за добив на желязна руда. Изборът на един или друг метод ще зависи от местоположението на находищата, дълбочината на рудата и някои други фактори.

Желязото се добива както по отворен, така и по затворен начин:

1. При избора на първия метод е необходимо да се осигури доставката на всички необходимо оборудванедиректно към самия депозит. Тук с негова помощ ще бъде изградена кариерата. В зависимост от ширината на рудата, кариерата може да бъде с различен диаметър и дълбочина до 500 метра. Този метод за извличане на желязна руда е подходящ, ако минералът е разположен плитко.
2. Затвореният метод за добив на желязна руда все още е по-разпространен. При него се изкопават дълбоки кладенци-шахти с дълбочина до 1000 m, а встрани от тях се изкопават разклонения (коридори) - преспи. В тях се спуска специално оборудване, чрез което рудата се изважда от земята и се издига на повърхността. В сравнение с отворения метод, затвореният метод за добив на желязна руда е много по-опасен и скъп.

След като рудата бъде извадена от недрата на земята, тя се натоварва на специални подемни машини, които доставят рудата до преработвателните предприятия.

Обработка на желязна руда

Желязната руда е рок, който съдържа желязо. За да се използва по-нататък желязото за промишлеността, то трябва да бъде извлечено от скалата. За да направите това, самото желязо се топи от каменни парчета скала и това се прави при много високи температури (до 1400-1500 градуса).

Обикновено добитата скала се състои от желязо, въглища и примеси. Зарежда се в доменни пещи и се нагрява, а самите въглища поддържат висока температура, докато желязото придобива течна консистенция, след което се излива в различни форми. В този случай шлаката се отделя, но самото желязо остава чисто.