Металлургические технологии : металлургия чёрных металлов
Покупка
Тематика:
Металлургия. Литейное производство
Издательство:
Издательский Дом НИТУ «МИСиС»
Год издания: 2017
Кол-во страниц: 45
Дополнительно
Вид издания:
Учебное пособие
Уровень образования:
ВО - Бакалавриат
ISBN: 978-5-906846-57-0
Артикул: 753733.01.99
Доступ онлайн
В корзину
Представлен алгоритм решения широкого круга практических задач, возникающих на различных этапах металлургического производства. Поэтапное выполнение предлагаемых заданий дает возможность студенту проследить превращение сырой железной руды, добытой из недр Земли, в железорудный концентрат, а затем - в агломерат, определить основные технико-экономические и экологические показатели производства чугуна в доменной печи и стали в кислородном конвертере. Целью настоящего практикума является формирование у студентов комплексного подхода к изучению технологических процессов черной металлургии, закрепление знаний и навыков, полученных на занятиях в аудитории, практиках и в ходе самостоятельной подготовки. Практикум предназначен для студентов, обучающихся по программам бакалавриата по направлению 22.03.02 «Металлургия».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов.
Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в
ридер.
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС» ИНСТИТУТ ЭКОТЕХНОЛОГИЙ И ИНЖИНИРИНГА № 3824 Кафедра металлургии стали, новых производственных технологий и защиты металлов С.А. Ивлев М.П. Клюев Металлургические технологии Металлургия чёрных металлов Практикум Рекомендовано редакционно-издательским советом университета Москва 2017
УДК 669.1 И17 Р е ц е н з е н т канд. техн. наук, ст. эксперт А.Е. Пареньков Ивлев С.А. И17 Металлургические технологии : металлургия чёрных металлов : практикум / С.А. Ивлев, М.П. Клюев. – М. : Изд. Дом НИТУ «МИСиС», 2017. – 45 с. ISBN 978-5-906846-57-0 Представлен алгоритм решения широкого круга практических задач, возникающих на различных этапах металлургического производства. Поэтапное выполнение предлагаемых заданий дает возможность студенту проследить превращение сырой железной руды, добытой из недр Земли, в железорудный концентрат, а затем – в агломерат, определить основные техникоэкономические и экологические показатели производства чугуна в доменной печи и стали в кислородном конвертере. Целью настоящего практикума является формирование у студентов комплексного подхода к изучению технологических процессов черной металлургии, закрепление знаний и навыков, полученных на занятиях в аудитории, практиках и в ходе самостоятельной подготовки. Практикум предназначен для студентов, обучающихся по программам бакалавриата по направлению 22.03.02 «Металлургия». УДК 669.1 ISBN 978-5-906846-57-0 С.А. Ивлев, М.П. Клюев, 2017 НИТУ «МИСиС», 2017
СОДЕРЖАНИЕ Введение ................................................................................................ 4 Занятие 1. Оценка качества железных руд ......................................... 5 1.1. Определение содержания железа в железной руде .................... 5 1.2. Определение содержания вредных примесей в железной руде .................................................................................... 6 1.3. Определение основности пустой породы железной руды ......... 7 Занятие 2. Технологическая схема подготовки железной руды к доменной плавке ..................................................... 9 2.1. Оценка кусковатости железной руды и расчет схемы дробления .............................................................................................. 9 2.2. Расчет показателей стадии обогащения .................................... 10 2.3. Определение химического состава концентрата ...................... 12 Занятие 3. Определение показателей процесса агломерации ......... 14 3.1. Определение расходов известняка и концентрата .................... 14 3.2. Определение химического состава агломерата ........................ 16 Занятие 4. Доменное производство ................................................... 18 4.1. Расчет расхода агломерата на выплавку 1 т чугуна ................. 18 4.2. Определение химического состава чугуна ................................ 19 4.3. Определение химического состава и выхода шлака ................ 22 Занятие 5. Сталеплавильное производство ...................................... 25 5.1. Расчет изменения химического состава металла в конвертере .......................................................................... 25 5.2. Материальный баланс конвертерной операции ........................ 27 5.3. Расчет расхода раскислителей и легирующих добавок ........... 33 Заключение .......................................................................................... 36 Литература .............................................................................................. 37 Приложения ............................................................................................ 38
Введение Черная металлургия является одной из базовых отраслей народного хозяйства, без которой невозможно развитие таких отраслей, как машиностроение, строительство, транспорт, оборонный комплекс и др. Современное крупное металлургическое предприятие (комбинат) следует рассматривать как комплекс производств, деятельность которых направлена на получение конечной металлопродукции: товарного чугуна, стальных слитков и заготовки, проката разнообразного сортамента и др. В состав таких металлургических комбинатов, как правило, входят следующие основные производства: рудники и горно-обогатительная фабрика, коксохимическое, агломерационное, доменное, сталеплавильное, прокатное производство, а также необходимые вспомогательные производства. Тесная кооперация между ними, непрерывный обмен продукцией, материалами и энергоносителями определяют высокую эффективность работы металлургического комбината в целом. Производство черных металлов начинается с добычи железных руд и их подготовки. Конечные продукты коксохимического и агломерационного производства (кокс и агломерат) входят в состав шихты доменных печей, выплавляющих чугун, который, в свою очередь, является основным компонентом металлошихты сталеплавильных агрегатов. Коксовая мелочь (коксик) используется при производстве агломерата, а также для науглероживания жидкой стали. Выделяющиеся в ходе технологических процессов газы (коксовый, доменный, конвертерный), обладающие высокой теплотой сгорания, после необходимой подготовки используются в качестве источников энергии в коксохимическом и агломерационном производстве, а также для нагрева слитков и заготовок в прокатных цехах. Образующиеся на всех этапах производства отходы (точнее – попутные продукты): окалина, шлаки, пыли, шламы, содержащие железо в значительном количестве, возвращаются в металлургический передел в виде компонентов шихты при производстве агломерата, чугуна и стали.
Занятие 1 ОЦЕНКА КАЧЕСТВА ЖЕЛЕЗНЫХ РУД Основой черной металлургии и источником железа является железная руда. В настоящее время в практике доменного производства железная руда, добытая из недр Земли, так называемая сырая руда, практически не используется, так как не отвечает требованиям, предъявляемым металлургами к качеству железорудных материалов по следующим критериям: – по содержанию железа; – по содержанию вредных примесей; – по химическому составу и уровню основности пустой породы; – по гранулометрическому составу (кусковатости). Оценка качества сырой железной руды по перечисленным критериям позволяет разработать наиболее рациональную схему подготовки ее к металлургическому переделу. 1.1. Определение содержания железа в железной руде Наиболее важным критерием качества железной руды является содержание в ней железа. Железные руды состоят из минералов, которые делятся на две группы: рудные минералы, содержащие основную массу железа, и пустую породу – минералы, в составе которых железо отсутствует, либо содержится в незначительном количестве. Железо в рудных минералах присутствует в виде оксидов (FeO, Fe2O3) и карбоната (FeCO3). В руде также могут содержаться попутные примеси Cr, Ni, Ti, Mo, W, V и др., а также вредные примеси, снижающие качество стали, – S, P, As, Cu, Zn и Pb. Промышленное значение имеют следующие рудные минералы и образованные ими железные руды: – магнетит (МГ) – магнитный оксид железа Fe3O4, магнитный железняк; – гематит (ГМ) – безводный высший оксид железа Fe2O3, бурый железняк; – гидрогематит (ГГМ) – водный оксид железа mFe2O3 nН2О, красный железняк, к нему также могут быть отнесены лимонит, гётит и другие рудные минералы, содержащие гидратную воду; – сидерит (С) – карбонат железа FeCO3, шпатовый железняк.
Содержание железа в железной руде определяют по формуле 2 3 p p p Fe Fe 2 3 FeO Fe O 2 Fe FeO Fe O A A M M , (1.1) где p Fe – содержание железа в руде, % масс.; Fe A – атомная масса железа; 2 3 FeO Fe O , M M – молекулярные массы компонентов железной ру ды соответственно; p p 2 3 FeO , Fe O – содержание компонентов в железной руде соответственно, % масс. При необходимости, в связи с присутствием в руде других соединений железа, уравнение (1.1) можно дополнить другими соответствующими слагаемыми. Аналогичное уравнение следует применять при расчете общего содержания железа в других материалах: железорудном концентрате, агломерате и др. По содержанию железа руды делятся на богатые и бедные. К богатым рудам относятся магнетитовые и гематитовые руды, содержащие более 45…48 % масс. железа, гидрогематиты и сидериты, содержащие соответственно более 37…40 и более 27…30 % масс. железа соответственно. Руды с меньшим содержанием железа относятся к бедным рудам. Горные породы с содержанием железа меньше 14 % масс. к железным рудам не относятся. Задание. Выполнить расчет содержания железа в железной руде заданного состава (прил. 1), оценить, используя информацию о браковочных пределах, к какой категории – богатых или бедных руд – относится руда данного состава, сделать вывод о целесообразности ее обогащения, исходя из того, что повышение содержания железа в шихте на 1 % масс. позволяет увеличить производительность доменной печи на 2,0…2,5 % отн. 1.2. Определение содержания вредных примесей в железной руде К вредным примесям, снижающим качество железной руды, а следовательно, чугуна и стали, относятся сера и фосфор. В дальнейших расчетах условно принято, что сера в железной руде находится в сульфатной форме (SO3), а фосфор – в виде P2O5. Содержание серы и
фосфора в железных рудах, используемых в доменном производстве, не должно превышать 0,3 % масс. для каждого элемента. Содержание серы и фосфора в железной руде определяется по формулам 3 p p S 3 SO S SO A M , (1.2) 2 5 p р P 2 5 P O 2 P P O A M , (1.3) где p p P , S - содержание серы и фосфора в железной руде, % масс.; S P , A A – атомные массы серы и фосфора соответственно; 3 2 5 SO P O , M M – молекулярные массы SO3 и P2O5 соответственно; p 5 2 p 3 O P , SO – содержание SO3 и P2O5 в железной руде соответственно, % масс. Задание. Выполнить расчет содержания серы и фосфора в железной руде заданного состава и сделать вывод о целесообразности и способах дальнейшей ее обработки в целях снижения их содержания. 1.3. Определение основности пустой породы железной руды В процессе доменной плавки компоненты пустой породы в значительной мере участвуют в образовании доменных шлаков, состав которых оказывает существенное влияние на технико-экономические показатели доменной плавки и состав чугуна. Главным показателем, характеризующим пустую породу железной руды, является ее основность, величина которой определяется по формуле p 3 2 p 2 p p O Al SiO MgO CaO B , (1.4) где В – основность пустой породы; p p p p 2 2 3 CaO , MgO , SiO , Al O - содержание соответствующих компонентов в руде, % масс.
Наибольшую ценность представляет железная руда, имеющая пустую породу, близкую к 1, так называемая самоплавкая руда. Если основность пустой породы существенно меньше 1, то при подготовке руды или при составлении шихты доменной плавки необходимо использовать флюсы, повышающие содержание СаО в шлаке. Задание. Определить основность пустой породы железной руды заданного состава и сделать вывод о целесообразности использования флюсов при дальнейшей ее обработке.
Занятие 2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА ПОДГОТОВКИ ЖЕЛЕЗНОЙ РУДЫ К ДОМЕННОЙ ПЛАВКЕ В зависимости от качественных характеристик железной руды ее подготовка к металлургическому переделу может включать в себя следующие стадии: – дробление; – измельчение; – обогащение; – окускование (агломерация, окомкование). 2.1. Оценка кусковатости железной руды и расчет схемы дробления Железные руды из недр Земли добывают либо открытым способом – в карьерах, либо подземным способом – в шахтах. При добыче руды открытым способом размер глыб может достигать 1000…1200 мм, при добыче руды шахтным способом – 300…800 мм. Эти размеры существенно превышают размеры железной руды, обеспечивающие оптимальные условия ее дальнейшей обработки и использования. Для доменной плавки верхний предел крупности кусков руды составляет 40…100 мм; для агломерации – 6…10 мм; для обогащения в некоторых случаях требуется достижения размеров частиц до 0,1 мм. Дробление является самой затратной стадией подготовки железных руд. Дробление руды производят в несколько этапов, среди которых различают: – крупное дробление от 1500 до 350 мм; – среднее дробление от 350 до 60 мм; – мелкое дробление от 60 до 6 мм; – измельчение от 6 до 1 мм. Для дробления в зависимости от типа рудного минерала и принятых размеров исходной и конечной фракций используют дробилки различных типов: щековые, конусные, валковые. Для измельчения применяют шаровые мельницы и мельницы бесшарового помола. Для обеспечения гарантированного размера конечной фракции на каждом этапе обязательно применяют проверочное грохочение с возвратом надрешетного продукта на повторное дробление (так назы
ваемая замкнутая схема). Показателем процесса дробления на каждой стадии является степень дробления i, определяемая по формуле d D i , (2.1) где D, d – исходный и конечный максимальный размер кусков на данной стадии дробления. Задание. Задаться способом добычи железной руды и исходными размерами кусков. Обосновать и отобразить графически схему дробления с указанием степени дробления на каждой стадии, максимальных размеров кусков входящей и выходящей на каждой стадии фракций, типов применяемых дробилок. Величину степени дробления (i) рекомендуется принять в диапазоне: для щековых дробилок (крупное и среднее дробление) 4…6; для конусных дробилок при крупном и среднем дроблении 5…6, при мелком – 10. Предусмотреть обязательно на каждой стадии предварительное и проверочное грохочение. 2.2. Расчет показателей стадии обогащения Обогащение железной руды – технологическая операция, целью которой является повышение содержания железа в железорудном материале, используемом в доменной плавке или в сталеплавильном производстве. Все способы обогащения железных руд основаны на существенных различиях химических и физических свойств рудных минералов и пустой породы. Именно этим определяется многообразие методов обогащения, а именно – промывка, магнетизирующий обжиг, флотация, магнитная сепарация и др. Продуктами обогащения являются концентрат, содержащий большее количество железа, чем исходная руда, и хвосты – отходы обогащения. Показателями процесса обогащения являются: – α – содержание железа в исходной руде, % масс.; – β – содержание железа в концентрате, % масс.; – ν – содержание железа в хвостах, % масс.; – к γ – выход концентрата, доли ед., определяется по формуле к α ν γ β ν ; (2.2)
– хв γ – выход хвостов, доли ед., определяется по формуле хв к γ 1 γ ; (2.3) – к ε – степень извлечения железа в концентрат, доли ед., определяется по формуле к к γ β ε α ; (2.4) – хв ε – степень извлечения железа в хвосты, доли ед., определяется по формуле хв хв γ ν ε α ; (2.5) – Kоб – коэффициент обогащения, показывающий во сколько раз содержание железа в концентрате больше, чем его содержание в исходной руде, доли ед., определяется по формуле об β α K ; (2.6) – Kс – коэффициент сокращения, показывающий во сколько раз масса концентрата меньше массы исходной руды, доли ед., определяется по формуле с к 1 γ K ; (2.7) – Kгл – коэффициент глубины обогащения, показывающий во сколько раз содержание железа в концентрате меньше содержания железа в рудном минерале, доли ед., определяется по формуле гл м β Fe K , (2.8) где м Fe – содержание железа в рудном минерале, % масс. Задание. Обосновать способ обогащения, графически изобразить схему процесса и определить технологические показатели процесса обогащения железной руды заданного состава (прил. 1). Сделать вы
Доступ онлайн
В корзину