Классификация металлургических процессов

В зависимости от вида энергии, используемой при основных процессах различают пирометаллургию, гидрометаллургию и электротермический метод.

В пирометаллургии металлы и сплавы получают и рафинируют при сжигании топлива, экзотермических реакциях электроплавке, электролизе расплавов, дистилляции (восстановление металлов в газообразном состоянии с последующей конденсацией), термической диссоциации из летучих соединений, металлотермии. Наиболее распространенной в пирометаллургии является плавка, основанная на сжигании топлива в печах. Исходный материал для плавки называют шихтой. В состав шихты входят топливо, руды, металлы в виде лома, флюсы, шлаки предыдущей плавки.

В гидрометаллургии металлы получают из руд путем выщелачивания и выделения из растворов без нагрева до высокой температуры.

Электротермический метод - получение металлов путем электролиза расплавов солей (оксидов) и растворов

Топливо: каменный уголь, кокс, мазут, природный газ.

Огнеупорные материалы - материалы, применяемые для футеровки печей.

Требования к огнеупорам - высокая температура размягчения, химическая стойкость. Огнеупорные материалы изготовляют из минерального сырья и применяют в виде кирпичей. Их применяют для кладки стен, пода и свода печей, а также для генераторов, дымовых труб, конвейеров, ковшей и т.п.

По химическим свойствам огнеупоры делятся на: кислые, основные и нейтральные.

Кислые - состоят преимущественно из кремнезема SiO₂; они вступают в химическое взаимодействие с основными огнеупорами и шлаками, но стойки к кислым шлакам.

Основные - состоят преимущественно из основных оксидов (MgO и CaO).

Нейтральные - почти не взаимодействуют ни с основными ни с кислыми огнеупорами и шлаками (хромитовые и углеродистые огнеупоры).

Кислые огнеупоры

Динас (динасовый кирпич) содержит 93-96% SiO₂; 2-3% CaO (t размягчения 1690-1730^оС). Кварцевый песок (93-97% SiO₂) применяют для наварки и ремонта отдельных частей металлургических печей.

Основные огнеупоры

Магнезит (магнезитовый кирпич и металлургический магнезитовый порошок) состоит на 91-94% из MgO, 1-2% CaO, 2-3% Fe₂O₃, около 2% SiO₂, около 1% Al₂O₃. Огнеупорность магнезита выше 2000^оС, но под нагрузкой размягчается при 1500^оС. Магнезит применяют для футеровки подов и стен основных мартеновских, двухванных и электрических сталеплавильных печей, а также печей цветной металлургии.

Хромомагнезит и магнезитохром содержат 30-70 % MgO и 10-30 % Cr₂O₃. Свойства примерно как у магнезита.

Доломит CaCO₃ и MgCO₃. Обжигают при разогреве печи. Кирпичи делают с использованием каменноугольной смолы 7-9 %. Смолодоломит применяют для футеровки конвертеров. Огнеупорность t= 1800-1900^оС.

Глиноземистые огнеупоры: шамотные (менее 65% SiO₂ и 30-45% Al₂O₃);высокоглиноземистые (более 45% Al₂O₃). Шамотные кирпичи - самые распространенные огнеупоры (t размягчения 1770^оС), устойчивы против кислых и основных шлаков при t=1250-1350^oC, они дешевы. Недостаток - низкая t размягчения под нагрузкой (t= 1250-1400^oC).

Шамотными кирпичами выкладывают шахты доменных печей, нагревательные печи, газогенераторы, вагранки, разливочные ковши.

Высокоглиноземистые огнеупоры дороже шамотных, но огнеупорность их выше (до 2000^оС). Их применяют для кладки высокотемпературных частей металлургических печей.

Глиноземистые огнеупоры обладают слабокислыми и слабоосновными свойствами (их не относят к группам).

Нейтральные огнеупоры

К нейтральным огнеупорам относятся хромитовые и углеродистые огнеупоры.

Хромитовые огнеупоры содержат не менее 25% Cr₂O₃ и имеют огнеупорность около 1800^оС. применяют их для разделения слоев кислых и основных огнеупоров с целью предотвращения взаимодействия между ними.

Углеродистые огнеупоры содержат до 90% углерода и делятся на графитовые и угольные. Из графитовых изготавливают тигли для плавки различных металлов, а из угольных - отдельные части металлургических печей (t=2000^оС). В сталеплавильных печах нельзя применять так как науглероживают сталь.

Шлаки - образуются при выплавке металлов и имеют небольшую плотность (2-4 г/см³), всплывают над жидким металлом, изолируя его от непосредственного влияния печных газов. Они образуются из сплавленной пустой породы, флюсов, золы топлива и огнеупорной футеровки по мере ее разрушения, из поглощенных газов и выделяющихся из металла соединений. Состав шлаков, t плавления, текучесть, химическая активность во многом определяют успех плавки и выход металла заданного состава. Шлаки основные с преобладание основных оксидов и кислые с преобладанием кислотных оксидов.

Флюсы. Облегчают шлакование при металлургических плавках, способствуют сплавлению пустой породы руды, образуя с ней, а также с золой (топлива шлаки, плавящиеся при рассчитанной температуре; они связывают и обеспечивают перевод из металла в шлак вредных примесей. Флюсы бывают кислые, содержащие в избытке SiO₂; основные - основные оксиды CaO, MgO, MnO, FeO и др. и нейтральные, содержащие глинозем, а также щелочные и щелочноземельные хлориды и фториды.