Milling-master.ru

В помощь хозяину
25 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Технология металлургического производства

ТЕХНОЛОГИИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Теоретические основы и материалы доменного производства

Современное металлургическое производство

Современное металлургическое производство представляет собой сложный комплекс различных производств, базирующийся на месторождениях руд, коксуюшихся углей, энергетических мощностях.

Оно включает в себя следующие комбинаты, заводы, цехи:

  • ? шахты и карьеры по добыче руд и каменных углей;
  • ? горно-обогатительные комбинаты;
  • ? коксохимические заводы или цехи, где осуществляется подготовка углей, их коксование, извлечение из них полезных химических продуктов;
  • ? энергетические цехи для получения сжатого воздуха, кислорода, а также очистки газов металлургических производств;
  • ? доменные цехи для выплавки чугуна и ферросплавов;
  • ? заводы для производства ферросплавов;
  • ? сталеплавильные цехи для производства стали (конвертерные, мартеновские, электросталеплавильные) ;
  • ? прокатные цехи, в которых слитки стали перерабатываются в сортовой прокат, такой как балки, рельсы, прутки, проволока и т.д.

Основой современной металлургии стали является двухступенчатая схема, которая предусматривает доменную выплавку чугуна и передел его в сталь различными способами.

При доменной плавке, осуществляемой в доменных печах, в результате из руды получают чугун — сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, серой, фосфором (С, Si, Mn, S, Р).

Передел чугуна в сталь производят в конвертерах, мартеновских и электрических печах. В этих агрегатах происходит избирательное окисление примесей чугуна таким образом, что в процессе плавки они переходят в шлак и газы, в результате получается сталь заданного химического состава.

Основной продукцией черной металлургии являются:

  • 1) чугуны — передельный, используемый для передела на сталь (80 %), и литейный — для производства фасонных чугунных отливок на машиностроительных заводах (16 %);
  • 2) ферросплавы (сплавы железа с повышенным содержанием марганца, кремния, ванадия, титана) для производства легированных сталей (4 %);
  • 3) стальные слитки — для производства сортового проката (рельсов, балок, прутков, полос, проволоки), а также листа, труб и т.д.;
  • 4) стальные слитки для производства крупных кованых деталей машин (валов, роторов, турбин, дисков и т.д.), называемые кузнечными слитками.

Основной продукцией цветной металлургии являются:

  • 1) слитки цветных металлов для сортового проката (уголков, полос, прутков и т.д.);
  • 2) слитки (чушки) цветных металлов для фасонных отливок на машиностроительных заводах;
  • 3) лигатуры — сплавы цветных металлов с легирующими элементами для производства сложных легированных сплавов для фасонных отливок;
  • 4) слитки чистых и особо чистых металлов для нужд приборостроения, электроники, ракетостроения, медицины.

Что такое металлургия?

Металлургия — широкое понятие, относящееся к технике и науке. Это мощная промышленная отрасль, главная задача которой заключается в производстве и обработке металлов. Металлы выделяют из различных руд, после чего изучают их физикохимические свойства и производят современные высокотехнологичные сплавы.

    В данном материалы мы рассмотрим основные области деятельности металлургии, ее особенности и технологии, а также пути овладения специальность. «Металлургия».

    Области металлургии

    В металлургии различают несколько областей:

    • Чёрную. Она включает в себя производство таких металлов как чугун, сталь и железо. Это чёрные металлы, производство которых требует много материалов, в том числе и каменный уголь;
    • Цветную. Это добыча разных руд и процесс их дальнейшего обогащения. Цветные металлы обрабатывают разными способами, получая из них новые сплавы;
    • Плазменную. Из руд извлекают металлы, а затем подвергают их обработке. Для обработки применяют мощные плазменные реакторы и печи, а также технологию плазменного нагрева, чтобы придать процессу плавления максимальную интенсивность;
    • Порошковую. Задача порошковой металлургии — получение из металлов разных порошков, которые применяют для изготовления изделий. Также в этой отрасли используют композитные технологии, соединяя металлы и неметаллы.

    Технологии металлургии

    В металлургии используют специальные технологии добычи металлов:

    • пирометаллургию. Все процессы плавления, обжига и другие технологии протекают в условиях высоких температур;
    • гидрометаллургию. Металлы извлекают из руды, а потом выделяют из них растворы, применяя электролиз;
    • биотехнологии. Извлечь из руды металл можно, используя живые микроорганизмы для реакций биоокисления или биосорбции.

    Ежегодно развитие экономики требует новых запасов металлов. Известно, что природные ресурсы не безграничны, поэтому одна из основных задач металлургов, кроме развития геологоразведочной отрасли — повторное применение того или иного металла.

    Есть несколько металлов, которые уже давно нашли широкое применение в разных отраслях человеческой деятельности. Это сталь (её ежегодное потребление составляет больше 90%), свинец, а также медь и алюминий. Из редких металлов следует отметить добычу платины, теллура, осмия и золота.

    Сферу строительства невозможно представить без использования железа и стали. Они обладают высокой износостойкостью и замену им найти практически невозможно. Что касается прочного алюминия, именно он, благодаря его низкой плотности, применяется при строительстве самолётов.

    Одно из главных свойств меди — высокая степень теплопроводности, поэтому она широко применяется для изготовления электрических кабелей. Золото активно используют для производства ювелирных украшений. Также из него делают электрические соединения, не подверженные реакции окисления.

    Раньше в металлургической промышленности использовали чистые металлы, но со временем высокотехнологичные сплавы уверенно вытеснили их из производственной сферы. Сплавы обладают особыми качествами, которых нет у чистых металлов. Наиболее популярными из них являются «нержавейка», углеродистая сталь, сплавы из никеля и меди.

    История металлургии

    Металлургия начала развиваться ещё в эпоху каменного века. Есть несколько исторических вех её развития. Согласно археологическим раскопкам, наши древние предки уже в 6 в. до н.э. активно использовали железо, попавшее на Землю в составе метеоритов. Люди постепенно осваивали обработку серебра и олова.

    Читать еще:  Обслуживание металлообрабатывающих станков

    В эпоху бронзового века (5500 лет назад) люди научились получать из горных пород олово и медь, из которых у них случайно вышла бронза. Во времена железного века (1200 лет назад) из руды стали извлекать железо. Его главными добытчиками считают древних римлян, преуспевших в искусстве ковки, а четь изобретений технологий металлообработки и добычи принадлежит китайцам.

    Независимо от того, в каком уголке земного шара развивалась металлургия, все люди пользовались классическим сыродутным методом, с помощью которого осуществлялась выплавка меди и свинца.

    Далее последовала эпоха, называемая этапом цементации. Железо стали закаливать, оно превратилось в металл гораздо прочнее бронзы. Однако процесс освоения людьми этой технологии занял около тысячи лет.

    В период Средневековья высота плавильных печей уже составляла три метра, а работали они с применением энергии, получаемой через воду. Эти печи назывались штукофенами и стали стимулом для того, чтобы чёрная металлургия вышла на очередной виток развития. В эпоху Возрождения появились новые виды печей, которые назвали блауофенами. После них появились доменные печи громадных размеров. Они работали 24 часа в сутки, выпуская до полутора тысяч тонн чугуна отменного качества.

    В конце XIX, начале XX века появились новые технологии производства металлов. Речь идёт о бессемеровском, томасовском и, наконец, мартеновском способах. Они помогли людям в разы увеличить производственные объёмы с выпуском металлов от шести тонн в час. Спустя 50 лет появились безостановочная разливка стали и метод кислородного дутья. На современном этапе учёные активно развивают разные технологии обогащения руд и производства стали в электрических печах.

    Газы в металлургии

    Пирометаллургия — отрасль, подразумевающая постоянное газообразование. Газы должны регулярно удаляться из печей вместе с пылью. Они бывают технологическими и топливными.

    Образование технологических газов происходит во время протекания сложных процессов. Они состоят из углекислоты, водных паров, оксида углерода и сернистого ангидрида. Также при некоторых процессах в металлургии наблюдается выделение газообразного хлора и других хлоридов. Когда топливо сгорает, происходит выделение углекислоты и водного пара. Температура газов, выделяющихся во время реакций, составляет от 800 до 1300С, но иногда она бывает и больше.

    Сейчас на любом металлургическом производстве используются комплексные технологии переработки газов:

    • с применением оксида серы;
    • высокие температуры;
    • процесс обезвоживания и т.д.

    Специальность «Металлургия»

    Профессия металлурга включает несколько специализаций. Есть рабочие-металлурги, а есть инженеры. Среди рабочих направлений выделяют:

    • сталеваров. Они владеют всеми известными технологиями производства стали;
    • плавильщики. Они занимаются плавлением металлов, знают, из чего они состоят и при каких температурах процесс плавления будет наиболее эффективным;
    • специалисты доменных печей. Их задача — убирать из печей отходы производства, чтобы качество металлов всегда оставалось на должном уровне;
    • разливщики. Они принимают жидкие металлы и разливают их в специальные формы;
    • нагревальщики. Они не только нагревают доменные печи, но и готовят их к работе;
    • машинисты кранов. Они перемещают с помощью металлургических кранов необходимые производственные элементы. Такой крановщик занимается организацией всего рабочего процесса в цехе.

    Задача инженеров-металлургов — управление производственным процессом от и до. Они разрабатывают способы, применяемые при плавлении разных металлов и изготовлении разных изделий. Инженеры занимаются вопросами безопасности на производстве — с целью сохранения экологического фона. Также они контролируют качество производимой продукции и проводят ряд мероприятий в области маркетинга.

    Таким образом, профессия металлурга объединяет несколько разных специальностей, а металлургия — это динамично развивающаяся сфера, без которой невозможно себе представить развитое и цивилизованное общество. И поскольку внутри отрасли есть большое число направлений, то каждый может выбрать наиболее интересную и подходящую ему профессию.

    Стоит отметить, что выучиться на одно из направлений металлургической отрасли возможно не только в университетах и средних профессиональных образовательных учреждениях, но и в рамках дополнительного профессионального образования. Так, Современная научно-технологическая академия реализует курсы профессиональной переподготовки и повышения квалификации по профилю «Металлургия».

    Курсы повышения квалификации «Металлургия» направлены на специалистов, которые уже работают в отрасли и хотят повысить уровень своих знаний и компетенций. А вот профессиональная переподготовка ориентирована на тех, кто ставит перед собой цель овладеть новой профессией. Обучение на базе СНТА позволяет овладеть актуальные навыками и компетенциями, которые станут отличным толчком для дальнейшего профессионального роста и развития специалиста.

    Тенденции развития современной металлургии и новые процессы получения железа

    Мартеновский процесс, долгое время державший монополию в области производства стали, уступил в конце 60-х годов XX века место более производительному кислородно-конвертерному. Дальнейшая борьба шла уже между конвертерным и набирающим силу электросталеплавильным процессом.

    Дополнительная информация

    • Авторы: Неделин Сергей Васильевич
    • E-mail: nedelin@gmail.com

    Мартеновский процесс, долгое время державший монополию в области производства стали, уступил в конце 60-х годов XX века место более производительному кислородно-конвертерному. Дальнейшая борьба шла уже между конвертерным и набирающим силу электросталеплавильным процессом.

    Динамика развития процессов производства стали

    Растущий спрос на специальные виды сталей и развитие мини-миллов (небольших прокатных заводов, имеющих в составе электропечи) упрочил позиции этого способа производства стали. Развитие основных процессов производства стали с середины XX века представлено на диаграмме:

    Читать еще:  Технология металлообработки на металлорежущих станках

    Доля мартеновского производства по итогам 2008 года в мире составляла 2,2%. Мартеновское производство сосредоточено в основном в странах СНГ (23,4% от общего производства стали по итогам 2008 года). В связи с закрытием избыточных и малоэффективных производств на фоне мирового финансового кризиса доля мартеновского производства по итогам 2009 года значительно сократилась. Так, на российских предприятиях о закрытии мартеновских цехов объявили Череповецкий МК (Северсталь) и Нижнетагильский МК (Евраз). Таким образом, по итогам 2010 года доля мартеновского производства составляла уже 14,3% в странах СНГ и 1,3% — в мире.

    Соотношение между конвертерным и электросталеплавильным процессами в общем объеме производства стали в ближайшей перспективе сохранится: с одной стороны растет количество предприятий неполного цикла (мини-миллы) с использованием электрометаллургии, с другой стороны – ведущий мировой производитель стали Китай наращивает производство именно конвертерной стали (доля кислородно-конвертерной стали в КНР по итогам 2010 года составляет 90,2%).

    Основные компоненты металлошихты для сталеплавильных процессов

    Компонентами металлошихты для производства стали в общем случае являются чугун, лом черных металлов и металлизованное сырье (Direct Reduction Iron – DRI).

    Металлошихта для основных сталеплавильных процессов может варьироваться в довольно широком диапазоне и зависит в большинстве случаев от доступности ресурсов и ценовых соотношений между ними. Так, в периоды роста стоимости железорудного сырья и снижения цен на лом чёрных металлов комбинаты увеличивают использование лома за счёт снижения чугуна и наоборот.

    Общее представление о технологических диапазонах изменения сталеплавильной шихты можно получить из следующей таблицы:

    Кислородно-конвертерное Электростале-плавильное Мартеновское (скрап-рудный процесс) Мартеновское (скрап процесс)

    Кислородно-конвертерное

    Электростале-плавильное

    Мартеновское (скрап-рудный процесс)

    Мартеновское (скрап процесс)

    Доля процесса в выплавке стали (мир)

    Доля процесса в выплавке стали (СНГ)

    Типовая шихта, %:

    жидкий чугун

    75-80

    0-30

    25-55

    лом черных металлов

    20-25

    30-100

    25-75

    чугун чушковый

    0-5

    5-15

    металлизованное сырье

    0-70

    Максимальная доля лома в металлошихте (технологическое ограничение)

    28%

    100%

    45%

    75%

    Наибольшая вариативность металлошихты наблюдается в электросталеплавильном производстве. Источником тепла в ЭСП является энергия электрической дуги и необходимость в других теплоносителях отсутствует, что снимает потребность в приходе тепла от компонентов шихты.

    Как уже говорилось выше, мартеновский процесс ввиду его незначительной доли в мировом производстве не играет значительной роли в потреблении металлосырья. Таким образом, в общем виде схема классического производства стали выглядит следующим образом:

    Преимущества классической схемы:

    • высокая степень извлечения железа;
    • высокая удельная производительность;
    • высокий тепловой КПД;
    • эффективный расход энергоресурсов.

    Недостатки классической схемы:

    • высокие стартовые капитальные затраты при строительстве нового производства;
    • необходимость предварительного окускования шихты;
    • использование кокса в качестве основного энергоносителя и восстановителя;
    • ограниченные ресурсы качественного лома черных металлов.

    Новые процессы получения железа

    Основные причины возникновения новых процессов получения железа вытекают из недостатков классической схемы: стремление сократить технологическую цепочку и снизить зависимость от использования кокса – основного восстановителя и источника тепла в классической схеме производства стали. Как следствие – в обозначении новых процессов часто используются термины «прямое получение железа» и «бескоксовая металлургия».

    По виду производимого полупродукта новые процессы получения железа разделяют на твердофазные и жидкофазные. Доля последних крайне мала (5-6% от всей бескоксовой металлургии) и их полупродукт не может выступать в составе металлошихты в качестве полновесной альтернативы лому.

    Исходным сырьём для новых процессов являются железная руда или железорудные окатыши. Таким образом, стадия восстановления (перевод железа из окисленной формы в металлическую) также присутствует и в процессах альтернативной металлургии.

    В качестве восстановителя в твердофазных процессах используют продукты конверсии (перевода в CO и H2) природного газа или продукты газификации углей. Вследствие относительно низкой эффективности применение газификации углей ограничено. В последнее время процессы, связанные с газификацией углей, наиболее активно развиваются в Индии.

    В жидкофазных процессах основным восстановителем и источником тепла является уголь.

    Схема производства стали из металлизованного полупродукта приведена ниже:

    Многообразие идей и схем реализации породило множество названий для процессов и продуктов бескоксовой металлургии. Перечислим наиболее употребимые из них:

    • DRI – Direct Reduced Iron
    • SI, SPI – Sponge Iron
    • HBI – Hot Briquetted Iron
    • HDRI – Hot Direct Reduced Iron
    • CDRI – Cold Direct Reduced Iron
    • МП – металлизованный полупродукт
    • ЖПВ – железо прямого восстановления
    • ЖПП – железо прямого получения
    • ПВЖ – прямовосстановленное железо
    • ГЖ – губчатое железо
    • ГБЖ – горячебрикетированное железо
    • Наиболее часто встречающиеся:
    • DRI – процессы и продукты производства «бескоксовой» металлургии
    • SI, SPI (ГЖ) – продукт твердофазных процессов
    • HBI (ГБЖ) – брикетированный продукт твердофазных процессов

    В общем виде схема производства металлизованного продукта приведена ниже:

    Классификация новых процессов производства железа

    По виду используемого восстановителя новые процессы классифицируются по следующим группам:

    I. Природный газ

    • шахтная установка непрерывного действия (Midrex, Armco, Purofer, HYL-III);
    • шахтная установка периодического действия – реторта (HYL-I, HYL-II);
    • агрегат с кипящим слоем.

    II. Природный газ + уголь

    • вращающаяся трубчатая печь, шахтная установка (ITmk3).
    • одностадийные (Romelt);
    • многостадийные (Corex, Finex, Hismelt, DIOS).

    Для процессов I и II групп характерен твёрдый металлизованный продукт, процессы III группы производят жидкий полупродукт. Как уже говорилось выше, распространённость процессов III группы очень ограничена (5. 6%), поэтому дальнейшее изложение будет касаться аспектов производства и использования твёрдых металлизованных продуктов.

    Читать еще:  Технология производства черных металлов

    Развитие технологий производства металлизованного полупродукта

    Развитие процессов прямого восстановления идёт параллельно в двух направлениях: с одной стороны увеличивается количество реализованных проектов по технологии Midrex с использованием природного газа в качестве источника восстановителей, с другой стороны – развиваются процессы, основанные на конверсии углей. Наиболее популярна эта технология в Индии – государстве со значительными запасами железной руды и угля и с одним из самых незначительных удельных объёмов потребления стали (51 кг/человека), что делает её перспективной в отношении развития металлургического сектора.

    Развитие процессов прямого восстановления железа (% от общего объёма производства DRI)

    Особенности производства твёрдого металлизированного продукта

    Технологическая схема производства металлизованного продукта предъявляет определённые требования и накладывает некоторые ограничения на используемое сырье:

    Процесс металлизации проводится в агрегатах с противотоком твёрдых материалов и газов.

    Необходимость окускования исходных материалов для улучшения газопроницаемости шихты.

    Причина

    Следствие

    Восстановление происходит в твёрдом виде без образования жидких продуктов плавки и отделения пустой породы в виде шлака.

    Ограничение по содержанию пустой породы в исходном материале. Для производства DRI требуется высококачественное кусковое железорудное сырьё с минимальным содержанием пустой породы.

    Восстановление происходит в твёрдом виде, т.е. проходит без удаления примесей.

    Ограничение по содержанию нежелательных примесей в исходном материале. Природное сырье должно содержать минимум примесей и нежелательных элементов.

    Отсутствие крупнокусковых разрыхлителей в агрегате металлизации.

    Необходимость обеспечения нормального газодинамического режима ведёт к необходимости снижения диаметра агрегатов. Негативным результатом этого является снижение удельной производительности агрегатов.

    Продуктом является пористое свежевосстановленное железо, находящееся в восстановительной среде внутри агрегата металлизации.

    Возникают условия для сваривания частиц материала внутри агрегата. Для снижения эффекта необходимо снижение температурного уровня процесса, что приводит к снижению удельной производительности.

    Продуктом является пористое свежевосстановленное железо, находящееся в окислительной среде вне агрегата металлизации.

    Высокая площадь контакта с кислородом воздуха в малом объёме приводит к пирофорности – возможности самовоспламенения. Для снижения этого негативного эффекта необходима пассивация: обработка нейтральными веществами, хранение и перевозка в нейтральной среде, брикетирование.

    Таким образом, основными недостатками новых процессов производства железа являются:

    • низкая удельная производительность агрегатов;
    • необходимость использования шихты с высоким содержанием железа и низким содержанием пустой породы и примесных элементов;
    • высокая потребность в энергоносителях и кислороде;
    • высокие требования к условиям хранения и транспортировки.

    Страны-производители DRI

    Условия целесообразности строительства установок по производству DRI:

    • относительно малая потребность внутреннего рынка в стали;
    • малые ресурсы металлического лома и коксующихся углей;
    • значительные ресурсы железной руды и природного газа.

    Установки внедоменного получения железа сооружаются, в основном, в развивающихся странах, которые отвечают перечисленным выше условиям: Индия, Венесуэла, Иран, Мексика, Саудовская Аравия. Динамика производства DRI в разбивке по странам приведена на диаграммах.

    Динамика производства DRI

    Производство DRI в 2010 г.

    Стоимость greenfield-проекта по производству DRI в объёме 2 млн. т в год оценивается в $350. $500 млн. Основные параметры проекта:

    Технология металлургического производства

    Импакт-фактор 2018 г.: 0,362

    Двухлетний импакт-фактор РИНЦ

    Пятилетний импакт-фактор РИНЦ

    О журнале

    Уважаемые авторы!

    Редакция журнала рада сообщить о том, что согласно распоряжению № 512-р Минобрнауки России от 21 ноября 2019 г., издание «Теория и технология металлургического производства» включено в Перечень ВАК по трем научным специальностям и соответствующим им отраслям науки, по которым присуждаются ученые степени:

    • 05.16.02 – Металлургия черных, цветных и редких металлов (технические науки),
    • 05.16.04 – Литейное производство (технические науки),
    • 05.16.05 – Обработка металлов давлением (технические науки).

    Редакция журнала благодарит авторов за качество предоставленного материала, и надеется на дальнейшее сотрудничество!

    Журнал «Теория и технология металлургического производства» основан в 2013 году на базе сборника с аналогичным названием, которое издавалось с 2001 года на базе кафедры металлургии черных металлов.

    В журнале представлены результаты теоретических, экспериментальных, производственных научно-исследовательских работ специалистов в области металлургического производства.

    Журнал публикует научные работы по научной специальности 05.16.00 – Металлургия и материаловедение, и включает следующие рубрики:

    1. Металловедение и термическая обработка металлов и сплавов.
    2. Металлургия черных, цветных и редким металлов.
    3. Литейное производство.
    4. Обработка металлов давлением.

    Статьи, направленные в адрес журнала, проходят обязательное научное рецензирование и редактирование.

    Журнал индексируется в электронной базе Российского индекса научного цитирования.

    Электронная версия журнала доступна:

    • на информационном портале ФГБОУ ВО «МГТУ» www.magtu.ru(раздел«Теория и технология металлургического производства»);
    • на сайте журнала www.ttmp.magtu.ru;
    • на платформе еLIBRARY.

    Публикация статей является бесплатной.

    Рукописи статей, поступившие в редакцию, проходят проверку на наличие заимствований в системе «Антиплагиат.Вуз». Рукописи содержащие более 50% некорректных заимствований, к публикации не допускаются и возвращаются авторам.

    Авторы статьи должны гарантировать, что их работа публикуется впервые. Если элементы рукописи ранее были опубликованы в другой работе (статье, монографии, автореферате и т.п.), в том числе на другом языке, авторы обязаны сослаться на более раннюю работу. При этом они обязаны указать, в чем существенное отличие новой работы от предыдущей и выявить ее связь с результатами исследований и выводами, представленными в предыдущей работе. Дословное копирование собственных работ или ее элементов более чем на 50% и их перефразирование неприемлемы!

    Ссылка на основную публикацию
    Adblock
    detector