Учебное пособие: Металлургия железа

Магнитный железняк. Рудный минерал — маг­нетит (FeO * Fe₂ O₃ ), магнитная окись железа, в руде 55 – 60 % Fe.,в т.ч.,%: FeO * Fe₂ O₃ -78-85; S- 0,02- 2,5; 0,02 -0,7 P; SiO₂ , Al₂ O ₃ , CaO – 5-10.

Бурый железняк. Рудный минерал - водные окислы железа, в руде обычно содержится 30-50 % Fe.

Шпатовый железняк. Рудный минерал -сиде­рит, карбонат железа (FeCO₃ ), в руде обычно 30 – 40 % Fe.

Железистые кварциты. Рудный минерал - магнетит или гематит. Эти руды содержат 35 – 40 % Fe с кремнистой пустой породой.

Титаномагнетиты. Комплексная руда, содержа­щая 15 – 20 % Fe, рудными минералами которой являют­ся магнетит и ильменит FeO*TiO₂ , титансодержащий минеоал.

Марганцевая руда входит в состав шихты доменных печей при выплавке некоторых марок чугуна, а также ферромарганца (до 82 % Мn). В ней марганец находит­ся в виде пиролюзита МnО₂ и других соединений. Со­держание марганца в руде обычно составляет 25 – 50 %.

Доменные флюсы необходимы для удаления из до­менной печи тугоплавкой пустой породы руды и золы топлива. Сплавляясь с флюсом, они образуют легкоплавкий сплав – доменный шлак. В качестве флюса используют известняк ( CaCO₃ ).

Топливо в доменной печи служит не только источником тепла, но реагентом, обеспечивающим восстановление железа из руды и образование чугуна. Кокс является главным видом топлива в доменных печах.

Кокс представляет собой твердую пористую спекшуюся массу, получающихся из коксующихся каменных углей после удаления из них летучих веществ в специальных печах путем пиролиза, т.е. разложения при прокаливании измельченного угля без доступа воздуха при 950- 1100⁰ С в течение 15- 18 ч.

Металлургический кокс в среднем содержит 85- 90 % углерода, 0,5 – 2 % серы, до 0,2 % фосфора, около 1 % летучих, 10 -13 золы, до 5 % влаги.

Современное производство стали основано на двухступенчатой схеме, которая состоит из до­менной выплавки чугуна и различных способов последующего его передела в сталь. В процессе доменной плавки, осуществляемом в доменных печах, происходит избирательное восстановление железа из его окислов, содержащихся в руде. Таким образом из руды полу­чают чугун - сплав железа с углеродом более 2,14 %, кремнием, марганцем, серой и фосфором.

Передел чугуна в сталь осуществляют в металлургических агрегатах: в конвертерах, мартеновских и электрических печах. В них из-за ряда происходящих химических реакций осу­ществляется избирательное окисление примесей чугуна и перевод их в процессе плавки в шлак и газы. В результате получают сталь заданного химического состава.

Продукция черной металлургии. Основной про­дукцией черной металлургии являются передель­ный чугун, литейный чугун, доменные ферросплавы, стальные слитки и прокат.

Передельный чугун , используемый для передела на сталь, содержит,%: С -4,0 - 4,4; Si до 0,6 -0,8; Mn до 0,25 - 1,0; P 0,15 - 0,3 и S 0,03- 0,07. Некоторые марки чугуна, предна­значенные для передела в сталь в конвертерах, имеют пониженное до 0,07 % содержание фосфо­ра. До 90 % всего выплавляемого чугуна прихо­дится на чугун передельный.

Литейный чугун , предназначенный для производства фасонных отливок способами ли­тья на машиностроительных заводах, имеет по­вышенное содержание кремния (до 2,75 - 3,25).

Ферросплавы - сплавы железа с повы­шенным содержанием марганца, кремния, вана­дия, титана и других металлов. Их применяют для раскисления и производства легированных сталей. К ферросплавам относят доменный ферросилиций, содержащий 9 –13 % Si и до 3 % Mn; доменный ферромарганец, содержащий 70 –75 % Mn и до 2 % Si; зеркальный чугун с 10 – 25 % Mn и до 2% Si.

Стальные слитки , полученные в изложни­цах или кристаллизаторах, подвергают обработ­ке давлением (прокатке, ковке). Прокат ис­пользуют непосредственно, в конструкциях (мос­тах, зданиях, железобетонных конструкциях, же­лезнодорожных путях, станинах машин и т. д.), в качестве заготовок для изготовления деталей резанием и заготовок для последующей ковки и штамповки.

Форму поперечного сечения прокатанного ме­талла называют профилем . Совокупность раз­личных профилей разных размеров называют сортаментом . Сортамент прокатываемых профилей разделяют на следующие группы: за­готовки, сортовой прокат, листовой прокат, тру­бы и специальные виды проката.

Заготовки прокатывают в горячем состоя­нии непосредственно из слитков. Заготовки ква­дратного сечения с размерами от 150*150 до 450*450мм называют блюмами . Они предназначены для последующей прокатки на сорто­вых станах и в качестве заготовок для изготов­ления поковок ковкой. Заготовки прямоугольно­го сечения толщиной 65 - 300мм и шириной 600 - 1600мм называют слябами . Их исполь­зуют для прокатки толстых листов.

Сортовой прокат по профилю подразде­ляют на две группы: простой геометрической формы (квадрат, круг, шестигранник, прямо­угольник) и сложной - фасонной формы (швел­леры/двутавровые балки, рельсы, уголки и т. д.).

Листовой прокат подразделяют по на­значению (судостроительный, электротехниче­ский, автолист и т. д.) и по толщине. Листовую сталь с толщиной 4 -160 мм называют толстоли­стовой, а с толщиной 0,2 - 4мм - тонколисто­вой. Листы с толщиной менее 0,2мм называют фольгой.

Трубы также подразделяют по назначению и способу изготовления. Они бывают бесшовные и сварные (с прямым и спиральными швами).

Специальные виды проката - коле­са и оси железнодорожных вагонов, кольца, зуб­чатые колеса, периодические профили и т. п. Пе­риодическим профилем называют прокатанную заготовку, форма и площадь сечения которой периодически изменяются вдоль оси.

Побочными продуктами металлурги­ческого производства являются коксовальный газ , а также доменный шлак и колошнико­вый газ .

Коксовый газ содержит 46-63 % водорода, 21- 27 % метана, 2-7 % оксила углерода, 4- 18 % азота. Он используется как топливо в коксовых и других печах, а также как сырье в химической промышленности.

Доменный (колошниковый) газ – побочный продукт при выплавке чугуна в доменных печах. Его используют на металлургических заводах в качестве топлива в чистом виде или в смеси с коксовым газом.

Доменным шлаком называют легко­плавкое соединение флюса (СаСО₃ - известняк) с пустой породой руды и золой топлива. Шлак используют для строительства дорог, из него из­готовляют шлаковату, шлакоблоки, цемент, а ко­лошниковый (доменный) газ после очистки от пыли используют как топливо для нагрева воз­духа. вдуваемого в доменную печь, а также в це­хах металлургических заводов.

Производство чугуна.

В настоящее время для выплавки чугуна используют лишь около 5 % сырой железной руды; 95 % всей руды до плавки подвергают предварительной подготовке.