Реферат: Черная металлургия и производство стали

Для выплавки стали используют электрические печи двух типов: дуговые и индукционные (высокочастотные). Первые из них получили более широкое применение в металлургической промышленности.

Дуговые печи имеют емкость 3 - 80 т и более. На металлургических заводах устанавливают печи емкостью 30 –80 тонн. В электрических печах можно получать очень высокие температуры (до 2000° С), расплавлять металл с высокой концентрацией тугоплавких компонентов иметь, иметь основной шлак, хорошо очищать металл от вредных примесей, создавать восстановительную атмосферу или вакуум (индукционные печи) и достигать высокого раскисления и дегазации металла.

Нагревание и расплавление шихты осуществляется за счет тепла, излучаемого тремя электрическими дугами. Электрические дуги образуются в плавильном пространстве печи между вертикально подвешенными электродами и металлической шихтой.

В сталеплавильных печах применяют угольный и графитированные электроды. Диаметр электродов определяется мощностью потребляемого тока и составляет 350 – 550 мм. В процессе плавки нижние концы электродов сгорают. Поэтому электроды постепенно опускают и в необходимых случаях наращивают сверху.

Технология выплавки стали в дуговых печах .

В электрических дуговых печах высококачественную углеродистую или легированную сталь. Обычно для выплавки стали, применяют шихту в твердом состоянии. Твердую шихту в дуговых печах с основной футеровкой используют при плавке стали с окислением шихты и при переплавке металла без окисления шихты.

При выплавке стали методом переплава, в печь не загружают железную руду; условия для кипения ванны отсутствуют. Шихта состоит из легированных отходов с низким содержанием фосфора, поскольку его нельзя будет удалить в шлак. Для понижения содержания углерода в шихту добавляют 10 – 15% мягкого железа. Образующийся при расплавлении шихты первичный шлак из печи не удаляют. Это сохраняет легирующие элементы (Cr, Ti, V), которые переходят из шлака в металл.

Новые методы производства и обработки стали.

Электроннолучевая плавка металлов.

Для получения особо чистых металлов и сплавов используют электроннолучевую плавку. Плавка основана на использовании кинетической энергии свободных электронов, получивших ускорение в электрическом поле высокого напряжения. На металл направляется поток электронов, в результате чего он нагревается и плавится.

Электроннолучевая плавка имеет ряд преимуществ: электронные лучи позволяют получить высокую плотность энергии нагрева, регулировать скорость плавки в больших пределах, исключить загрязнение расплава материалом тигля и применять шихту в любом виде. Перегрев расплавленного металла в сочетании с малыми скоростями плавки и глубоким вакуумом создают эффективные условия для очистки металла от различных примесей.

Электрошлаковый переплав .

Очень перспективным способом получения высококачественного металла является электрошлаковый переплав. Капли металла, образующиеся при переплаве заготовки, проходят через слой жидкого металла и рафинируются. При обработке металла шлаком и направленной кристаллизации слитка снизу вверх содержание серы в заготовке снижается на 30 – 50%, а содержание неметаллических включений – в два-три раза.

Вакуумирование стали.

Для получения высококачественной стали, широко применяется вакуумная плавка. В слитке содержатся газы и некоторое количество неметаллических включений. Их можно значительно уменьшить, если воспользоваться вакуумированием стали при ее выплавке и разливке. При этом способе жидкий металл подвергается выдержке в закрытой камере, из которой удаляют воздух и другие газы. Вакуумирование стали производится в ковше перед заливкой по изложницам. Лучшие результаты получаются тогда, когда сталь после вакуумирования в ковше разливают по изложницам так же в вакууме. Выплавка металла в вакууме осуществляется в закрытых индукционных печах.

Рафирование стали в ковше жидкими синтетическими шлаками. Сущность этого метода состоит в том, что очистка стали от серы, кислорода и неметаллических включений производится при интенсивном перемешивании стали в ковше с предварительно слитым в него шлаком, приготовленном в специальной шлакоплавильной печи. Сталь после обработки жидкими шлаками обладает высокими механическими свойствами. За счет сокращения периода рафинирования в дуговых печах, производительность которых может быть увеличена на 10 – 15%. Мартеновская печь, обработанная синтетическими шлаками, по качеству близка к качеству стали, выплавляемой в электрических печах.

Географическая привязка

География месторождений железной руды:

В европейской части богата железной рудой КМА. Курская магнитная аномалия (КМА) — самый мощный в мире железорудный бассейн. Крупнейший по запасам железа район в мире, по разведанным запасам богатых руд (около 30 млрд т.) уступает лишь перспективному боливийскомуЭль Мутун (около 40 млрд т.). Расположен в пределах Курской, Белгородской и Орловской областей.

На Урале – Качканарская группа месторождений. Велики запасы железной руды, но она бедна железом (17%), правда, легко обогащающаяся.

Восточная Сибирь – Ангаро-Илимский бассейн (у Иркутска), Абаканский район.

Западная Сибирь – Горная Шория (юг Кемеровской области).

Северный район – Кольский полуостров – месторождения Ковдорское и Оленегорское; Карелия – Костомукша.

Имеются руды на Дальнем Востоке.

География месторождений марганца:

Западная Сибирь – Усинское (Кемеровская область).

Исторически черная металлургия возникла в центральной части страны. Начиная с XVIII века, производство черной металлургии появляется на Урале. Развитие капитализма в России и удачное сочетание железной руды с углем и марганцем, а также выгодное территориально-географическое положение по отношению к основным районам потребления металла выдвинуло на первый план юг (Донбасс и Преднепровье Украины).

Базы черной металлургии:

1. Урал – производит 46% металла. Используется привозной кокс из Кузбасса и Караганды. Железная руда – Качканарская группа месторождений (север Свердловской страницы) + Соколовско-Сарбайское месторождение (Кустанайская область) + КМА. Марганец – из Полуночного месторождения (север Свердловской области). Западные склоны Урала – передельная металлургия. Восточные склоны – комбинаты, созданные в советское время. Комбинаты – Нижний Тагил (Свердловская область), Челябинск, Магнитогорск (Челябинская область), город Новотроицк (Орско-Хамиловский комбинат). Используют собственные лигирующие металлы. Передельная металлургия – Екатеринбург (Верхне-Исетский завод), Златоуст (Челябинская область), Чусовой (Пермская область), Ижевск. Используется металлолом.Трубные заводы – Челябинск, Первоуральск (Свердловская область). Ферросплавы – Челябинск, Чусовой (Пермская область).

2. Центр – производит 20% металла. Центральный район + Центрально-Черноземный район + Северный район. В перспективе станет одной из основных металлургических баз. Кокс – завозится из восточного крыла Донбасса, Печорского бассейна, Кузбасса. Железная руда – из КМА, марганец – из Никополя (Украина). Используется металлолом. Полный цикл – Новотульский, Новолипецкий комбинаты. В пределах КМА возникло производство металлизированных окатышей совместно с ФРГ. На их основе создана бездоменная электрометаллургия. Старый Оскол – Оскольский электрометаллургический комбинат. Передельные заводы – Москва ("Серп и молот", "Электросталь"). В последние годы создано производство холоднокатанной ленты (сталепрокатные заводы). Северный экономический район – Череповецкий комбинат, размещенный между железной рудой Карелии (Костомукша) и Кольского полуострова (Оленегорского, Ковдорского) и коксо-Печорского бассейна. Поставляет продукцию главным образом в Санкт-Петербург.