Железные руды — виды, месторождения. Доменный процесс
Для выплавки чугуна нужны железная руда, флюсы и топливо.
Железные руды
Железные руды представляют собой горные породы, содержащие железо, причем в таком количестве, что руду выгодно перерабатывать. В природе имеется около 20 минералов с высоким содержанием железа (23—72%). Железо в руде находится в виде окислов или солей, соединенных с горной породой. В зависимости от состояния, в котором находится железо, различают четыре вида железных руд.
Бурый железняк содержит Железо в виде водного окисла 2Fe2O3-3H2O. Цвет руды желто-бурый. Эта руда бедна железом (от 35 до 60%), а серы и фосфора, наоборот, содержит больше, чем другие руды. Руда легко восстановима. Крупнейшие ее месторождения находятся на Урале (Бакальские руды с высоким содержанием железа, почти без примесей серы и фосфора). Большие запасы бурого железняка в порошкообразном виде имеются на Керченском полуострове. Известны также Тульское и Липецкое месторождения, руды Кольского полуострова, Тогайского железорудного бассейна.
Красный железняк содержит Железо в виде окисла Fe2O3. Руда красного цвета, содержание железа 55—60%. Это одна из лучших железных руд; она легко восстанавливается, содержит мало серы и фосфора. Богатейшие месторождения красного железняка находятся в Кривом Роге. Крупные запасы красного железняка имеются также в районе Курской магнитной аномалии.
Магнитный железняк содержит Железо в виде окисла Fe304. Руда черного цвета, содержание железа 45—70%. Это наиболее богатая железом руда. Она обладает магнитными свойствами, плотна, восстанавливается с трудом. Залегает главным образом на Урале — в горах Магнитная, Высокая, Благодать. Недавно разведаны месторождения магнитного железняка в Тогайской степи в Казахстане.
Шпатовый железняк содержит Железо в виде соли FeCO3. Эту руду называют сидеритом, или болотной рудой. Она бедна железом (от 30 до 45%). Залежи шпатового железняка встречаются на Урале в районе Бакальского месторождения
Комплексные железные руды содержат, кроме железа, другие металлы (хром, никель, титан, ванадий), восставав-ливаемые в доменной плавке:
хромиты содержат до 37,5% окиси хрома и применяются для выплавки феррохрома, а также в качестве огнеупорного материала; месторождения этих руд находятся на Урале и в Казахстане;
Читать статью Основные физико-химические процессы, происходящие в доменной печи
хромоникелевые бурые железняки Орско-Халиловского месторождения содержат 35—45% железа; 1,3—1,5% хрома и 0,3—0,5% никеля;
титаномагнетиты, содержащие 42—48% железа; 0,3—0,4/о ванадия и 4,5—13,0% двуокиси титана, добываются на Урале в Качканарском, Кусинском и Первоуральском месторождениях.
Марганцевые руды применяют, чтобы увеличить содержание марганца в выплавляемых чугунах. Эти руды мягки, рыхлы и гигроскопичны. Содержание окиси марганца в них 28— 40%. Наиболее важным месторождением богатых руд (содержание окиси марганца 48—52%) являются Чиатурское на Кавказе, Никопольское на Украине, у г. Ачинска в Сибири, Уралоазовское и Полуночное на Урале и в Казахстане.
В процессе доменной плавки, кроме железных и марганцевых руд, используют различные отходы: чугунный лом и стружку, загрязненный стальной лом.
Флюсы
Флюсы применяют в доменной плавке для сплавления пустой породы и золы топлива в шлак. При работе доменных печей на коксе используют главным образом известняк (СаСO3). Если в пустой породе находятся основные окислы, применяют кислые флюсы — кварциты.
Топливо
В качестве топлива для доменной плавки используют кокс. Металлургическое топливо должно иметь следующие качества: высокую теплотворную способность, прочность, пористость, невысокую зольность и минимальное содержание серы. Кокс отвечает почти всем этим требованиям. Теплота сгорания кокса 5600 ккал/кг [23 520 кдж/кг], поэтому на нем выплавляют 98% мирового чугуна. Кокс получают из каменного угля при нагревании его до 950—1000° без доступа воздуха в специальных печах. При этом из угля удаляются летучие вещества, а остающаяся часть спекается в твердый и пористый кокс.
Современная коксовая печь (батарея) состоит из 50—70 узких длинных камер емкостью 18—20 мв каждой из них выжигается 12—16 т кокса. Длительность процесса коксования около 12—15 часов. Из одной тонны угля можно получить 750—800 кг кокса и 300—350 м 3 высококалорийного газа.
Лучшим коксом считается кузнецкий, содержащий 0,5—0,6% серы и 12—13,5% золы.
Одним из наиболее эффективных частичных заменителей кокса в доменной плавке является природный газ. Стоимость его не превышает 2 руб. за 1000 л 3 , т. е. в десятки раз ниже стоимости кокса.
Применение природного газа способствует снижению себестоимости чугуна, так как экономится от 10 до 15% кокса.
Огнеупорные материалы
Эти материалы в металлургии используют при постройке плавильных и нагревательных печей, для футеровки ковшей, желобов и других приспособлений, необходимых при разливке металла, а также для всех устройств, подверженных действию высокой температуры. Огнеупорные материалы должны выдерживать высокие температуры; иметь механическую прочность и сопротивление истираемости; устойчивость при резких изменениях температуры без образования трещин и разрушения; химическую стойкость, т. е. сопротивляемость действию жидкого расплавленного металла, шлака и дымовых газов. По химическому составу огнеупорные материалы разделяются на кислые, полукислые, основные и нейтральные, что определяет их свойства и области применения.
Читать статью Что такое финансовые маркетплейсы
К кислым огнеупорам относятся динас и кварц. динас (светло-желтого цвета) содержит 90—95% кремнезема (Si02). Огнеупорность его 1690-1730° С.
Полукислые огнеупоры изготовляют из кварцевых пород (кварца, песка, кварцита и др.). Содержание кремнезема обычно 70—80%. Применяют полукйслые изделия вместо динаса в менее ответственных частях кладки, для футеровки вагранок и других печей.
К основным огнеупорам относятся магнезит, доломит и хромомагнезит. Магнезит — очень тугоплавкий огнеупор (коричневого цвета), его Огнеупорность 2000—2400° С. доломит обладает огнеупорностью 1900—2000° С. Магнезит и доломит широко применяют для футеровки плавильных и нагревательных печей. Хромомагнезитовый кирпич изготовляют из хромистого железняка и магнезита. Огнеупорность хромомагнезита 2000° С.
К нейтральным огнеупорным материалам относятся шамот и хромистый железняк. шамот получают из огнеупорных глин путем обжига. Огнеупорность его 1600—1700° С.
Подготовка руд к плавке. Добытые из земных недр руды предварительно подготовляют к плавке: дробят механическими методами на более или менее равномерные куски, сортируют, а также обжигают и обогащают. Это особенно необходимо при современном уровне развития доменной техники, когда газопроницаемость, устойчивый ход и, следовательно, показатели работы печей большого объема зависят от крупности, прочности, равномерности состава и от содержания железа в шихтовых материалах.
Железные руды — виды, месторождения. Доменный процесс
Доменный процесс заключается в выплавке чугуна из железных руд в доменных печах.
Для осуществления доменного процесса нужно иметь в необходимых количествах:
подготовленные к плавке железные руды,
Руда — это горная порода, содержащая металл; обычно в руде содержатся металлы в таком количестве, которое позволяет экономически выгодно извлекать металл из руды.
Железные руды представляют собой главным образом окислы железа, соединенные с пустой породой.
Пустой породойназывается естественное минеральное соединение, не содержащее железа, например кремнезем (SiO2), глинозем (Аl2O3) и др.
Для доменного процесса используются руды, в которых содержание железа превышает 25—30%.
В зависимости от химического состава железные руды подразделяются на следующие группы:
Магнитный железняк
Магнитный железняк (магнетит), представляющий собой магнитную окись железа Fe3O1. В чистом виде магнетит содержит 72,4% железа и 27,6% кислорода и обладает магнитными свойствами.
Читать статью Восстановление кремния, марганца, фосфора и прочих элементов » Все о металлургии
Наиболее мощным месторождением магнитного железняка является Магнитогорское месторождение, в котором содержание железа доходит до 62%.
В 1940 г. добыча магнитогорской руды составляла 22,5% от общей добычи руды в СССР.
Красный железняк
Красный железняк (гематит) — безводная окись железа (Fe2O3). В химически чистом виде гематит содержит 70% железа и 30% кислорода.
Наиболее крупным в СССР месторождением красных железняков (гематитов) является Криворожское месторождение. В переплавку направляются руды, содержащие 40—60% железа.
Бурый железняк
Бурый железняк (лимонит) — водная окись железа (2Fe2O3 * Н2O). В чистом виде лимонит содержит 59,88% железа и 14,43% гидратной воды.
Наиболее крупным месторождением бурых железняков является Керченское месторождение, содержание железа в котором составляет 32,36%.
Руды этого месторождения отличаются также высоким содержанием фосфора (от 0,4 до 1,3%) и присутствием мышьяка от 0,05 до 0,2%.
Содержание марганца в этих рудах доходит до 11% (в среднем 1,5%).
Шпатовые железняки
Шпатовые железняки (сидериты) FeCO3. В чистом виде сидерит содержит 48,3% железа и 37,9% СO2.
Крупное месторождение шпатовых железняков находится на Южном Урале вблизи Бакальского месторождения бурых железняков.
ДО́МЕННЫЙ ПРОЦЕ́СС
ДО́МЕННЫЙ ПРОЦЕ́СС, получение чугуна из железорудных материалов в доменной печи. В основе Д. п. лежит принцип противотока: загружаемая в верхнюю часть печи (колошник) исходная шихта (железорудный материал, твёрдое топливо, флюс) движется вниз, а газообразные продукты, образовавшиеся в нижней части печи (горне) при сжигании топлива в потоке дутья (нагретый воздух или воздух, обогащённый кислородом либо водяным паром), – вверх. Противоток способствует эффективному протеканию массо- и теплообменных процессов, что обусловливает высокие показатели использования ресурсов в доменных печах: полезное использование теплоты составляет 80–90%, степень извлечения железа – 99,5–99,8%. Для обеспечения тепловых потребностей процесса используется значит. избыток кокса, который обусловливает повышенное содержание углерода в чугуне (3,4–5,2% С по массе).
Похожие записи:
- Диссертация на тему «Математическое моделирование сложных технологических процессов доменного производства методами нелинейной динамики», скачать бесплатно автореферат по специальности ВАК РФ 05.13.18 — Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ
- Доменный процесс — Знаешь как
- Какую роль играет флюс в доменном процессе — Все о сварке
- Восстановление кремния, марганца, фосфора и прочих элементов » Все о металлургии
Доменная и бездоменная металлургия
ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО — производство чугуна восстановительной плавкой железной руды или окускованных железорудных материалов в доменных печах. Первое основное звено в общем производственном цикле черной металлургии … Большой Энциклопедический словарь
Доменное производство — ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО, получение чугуна восстановительной плавкой железных руд или концентратов в смеси с коксом в шахтных печах (домнах). Первые доменные печи появились в середине 14 в. До 18 в. в качестве топлива использовали древесный уголь, а … Иллюстрированный энциклопедический словарь
доменное производство — [blast furnace ironmaking]) производство чугуна восстановительной плавкой железных руд или окускованием железорудных концентратов в доменных печах. Доменное производство подотрасль ЧМ. Доменное производство возникло в результате развития… … Энциклопедический словарь по металлургии
доменное производство — производство чугуна восстановительной плавкой железных руд или окускованных железорудных материалов в доменных печах. Первое основное звено в общем производственном цикле чёрной металлургии. * * * ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО,… … Энциклопедический словарь
Доменное производство — Начиная с XIII в., в Европе появились для выделки чугуна и железа печи, которые у нас назывались домницами (у немцев Stuck ofen ами, Wolf ofen ами, y французов fourneau à loupe, у англичан high bloomery furnace, у шведов крестьянскими или… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Производство — [production, production operations]: Смотри также: электросталеплавильное производство трубопрокатное производство сталеплавильно … Энциклопедический словарь по металлургии
Сталеплавильное производство — производство стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах металлургических заводов. С. п. второе звено в общем производственном цикле чёрной металлургии (См. Чёрная металлургия); другие главные звенья получение чугуна в… … Большая советская энциклопедия
сталеплавильное производство — [steelmaking] получение стали из чугуна и стального лома в сталеплавильных агрегатах. Сталеплавильное производство 2 й передел в общем производственном цикле ЧМ после получения чугуна в доменных печах (1 й передел) (Смотри Доменное производство) … Энциклопедический словарь по металлургии
мартеновское производство — [open hearth steelmaking] производство стали в мартеновских печах окислительной плавкой железосодержащих материалов: чугуна, стального лома, железной руды и флюсов (Смотри Мартеновский процесс). Наибольший вклад в создание мартеновского… … Энциклопедический словарь по металлургии
литейное производство — [(steel) casting; (iron) foundry (founding)] производство отливок с использованием литейных форм заливкой и затвердеванием в них металла. Получение литых металлических изделий известно с глубокой древности (2 1 е тысячелетие до н.э.); в Китае,… … Энциклопедический словарь по металлургии
Урок — лекция «Металлургический комплекс» для 9 класса
Цель урока: выявить особенности и значение металлургического комплекса; определить особенности черной и цветной металлургии; сформулировать проблемы металлургического комплекса, в том числе экологические проблемы; развивать навык составления конспекта; развитие интереса к предмету.
Оборудование: карта « Металлургия России», рефераты учащихся, схема « Производство стали», электронный медиаучебник по географии для 9 класса.
Тип урока: урок – лекция.
Объяснение нового материала.
План лекции:
Металлургический комплекс, состав, значение.
История металлургии.
Производство стали: доменное и бездоменное.
Цветная металлургия.
Проблемы металлургии. Экологические проблемы.
Работа по пунктам плана:
Металлургический комплекс – совокупность отраслей, производящих разнообразные металлы и изделия из них. Подразделяется на черную и цветную металлургию.
Черная металлургия Цветная металлургия
(железо и его сплавы)
История человечества неразрывно связана с черными металлами: чугуном и сталью. Среди употребляемых ныне многих десятков металлов и сплавов, черные металлы благодаря сочетанию их высоких технических свойств со сравнительной дешевизной получили наибольшее распространение (90% всех металлов, применяемых в современном производстве).
Как использует человек металлы?
Что значит выражение — металл — «хлеб» экономики?
Количество стали, выплавляемой за год на 1 жителя, считают одним из показателей уровня экономического развития стран. Во всем мире – 170 кг на человека, в развитых странах – 600 кг на человека.
Изготавливать железо начали еще в первобытную эпоху. Считают, что железо, применяемое на заре развития, было космического происхождения (метеоритное). Однако уже на заре развития люди научились добывать железо из железной руды, где оно находится в соединении с кислородом. Добытую руду клали в ямы и вдували в них воздух. Руду нагревали древесным углем. При сильном огне кислород железной руды соединялся с углеродом угля и железо восстанавливалось. Позже для раздувания огня сшивали шкуры животных – мехи.
Реферат учащегося на тему «История металлургии»
Уже несколько сот лет в доменных печах выделяют железо из железной руды. Оно насыщается углеродом топлива и превращается в чугун . Долгое время в качестве топлива выступал древесный уголь, в настоящее время — кокс. Научились снижать в чугуне содержание углерода – сталь.
В нашей стране основную часть черных металлов выплавляют на гигантских металлургических предприятиях – комбинатах – объединение на одном предприятии технологически и экономически связанных производств различных отраслей (использование презентации)
Т ипы предприятий в металлургии
Комбинаты Электрометаллургические Передельные Прокатные
полного цикла заводы заводы заводы
Металлургические комбинаты строят поблизости с месторождением железных руд – металлургическая база. Здесь сосредоточен весь процесс производства металлов.
В последнее время добыча богатых железных руд снижается, быстро возрастает доля железистых кварцитов . Их необходимо подготовить к плавке. На ГОК добытую руду освобождают от пустой породы и изготовляют из нее окатыши – твердые шарики, содержащие до 70% железа. Окатыши идут на производство чугуна.
Доменное производство (работа со схемой).
В нижнюю часть домны (горн) вдувают горячий воздух или кислород. При высокой температуре идут химические реакции. В результате образуется жидкий чугун. На нем, как пенка на молоке, собирается шлак. Через летки в печи выпускают чугун и отдельно – шлак. Шлак идет на производство строительных материалов и удобрений.
(на производство стали)
Сталь выплавляют из чугуна или металлического лома.
Реферат учащегося о легирующих добавках – ферросплавах.
Сталь плавят в мартеновских печах. Из печи сталь попадает в разливочный ковш, а из него – в изложницы, где металл застывает. Застывший слиток подвергают дальнейшей обработке – проволока, рельсы и т.д.
Бездоменный процесс
В электроплавильных печах создается очень высокая температура (выше 5000*), что позволяет создавать более высококачественную сталь. Однако расходуется большое количество электороэнергии.
Какой способ получения стали эффективнее?
Недостатки доменного процесса: прерывность во многих звеньях, приводящая к большим затратам на сырье и транспортировку (чтобы превратиться в прокат 1 т железной руды до 70 раз попадает на различные средства перемещения), а также загрязнение окружающей среды.
Достоинства бездоменного процесса: снижение затрат, сталь высокого качества.
С каждым годом все большее значение приобретает порошковая металлургия – из руды изготавливают порошок, плавят и разбивают на мельчайшие брызги стали. В соответствующей форме частицы порошка приваривают друг к другу, получается деталь. Преимущества: отходов нет, благодаря быстрому остыванию металла, изделия особо прочные, выгодно изготавливать детали небольшого размера и сложной формы. Часто используется в автомобилестроении.
Цветная металлургия имеет большое значение, т.к. эти металлы обладают рядом ценных свойств (работа с презентацией)
Реферат учащегося о производстве и применении алюминия .
В условиях современного кризиса сократилась добыча руды, заготовка металлолома, снизился экспорт цветных металлов, снижение спроса на металлургическую продукцию в связи с использованием синтетических материалов, устаревшая база производства ( 50% стали в России производится доменным способом, 518 кг на человека, в то время как в Японии — 900 кг на человека и новым способом). Поэтому необходима перестройка металлургического комплекса.
Э кологические проблемы
Загрязнение атмосферы Загрязнение вод Загрязнение почв
Мероприятия по охране окружающей среды:
Использование новых ресурсосберегающих технологий;
Полное использование ресурсов (металлолом);
Проверка конспектов, составленных учащимися.
Домашнее задание – нанести на контурную карту предприятия черной и цветной металлургии, составить схему производства стали доменного и бездоменного процесса.
Энциклопедия для детей. Геология. М.: Аванта+,1995
Максаковский В.П. Географическая картина мира: 230 « каналов углубления» к курсу «Экономическая и социальная география мира». Ярославль: Верхнее – Волжское издательство, 1993
Доменное производство
Кокс играет в доменной печи тройственную роль, а именно физическую, тепловую и химическую, причем его физическая и химическая роль являются наиболее важной.
- Физическая роль. В то время когда железосодержащие материалы изменяют свои химические и физические свойства при опускании от уровня засыпи в горн печи вследствие восстановления, размягчения и расплавления, кокс остается единственным твёрдым материалом ниже зоны расплавления железосодержащих компонентов шихты (рис. ). Кокс должен гарантировать проницаемость печи во всём её объёме для газа и расплавленных продуктов. Кроме того, кокс, оставаясь единственным материалом в твёрдом состоянии во всём объёме доменной печи, несёт на себе нагрузку столба шихтовых материалов. В этом и заключается причина невозможности работы доменной печи без кокса.
- Химическая роль. Кокс предоставляет углерод для получения восстановительных газов, а также обеспечивает прямое восстановление оксидов железа, кремния и марганца и, кроме того, обеспечивает науглероживание жидкого чугуна, что необходимо для снижения температуры его плавления.
- Тепловая роль. Углерод кокса и вдуваемых компонентов предоставляет основную часть (около 80 %) тепла, необходимого для доменного процесса, остальные 20 % поступают с горячим дутьём.
Стены доменной печи не отвесны, что связано с тепловым расширением материалов, которые увеличиваются в объёме при нагревании – такой профиль сформировался «сам собой» в ходе эволюции агрегата из примитивного сыродутного горна.
Важной зоной доменной печи является зона когезии (или зона размягчения-плавления): выше неё материалы находятся в твёрдом состоянии, а ниже твёрдым остаётся только кокс, железорудные же материалы плавятся и стекают по кускам кокса, постепенно восстанавливаясь и разделяясь на чугун и шлак (рис.). При этом кокс в нижней части печи делится на «активный» кокс, который движется, заполняя собой место сгоревшего кокса и «тотерман» – неподвижный слой кокса, по которому стекает чугун и шлак.
Чугун и шлак скапливаются в нижней части печи (из-за разности плотности они не смешиваются) и периодически выпускаются через специальные отверстия – лётки, в чугуновозные и шлаковозные ковши. Чугун при этом направляется в сталеплавильный цех, а шлак – либо на установку грануляции для переработки с строительные материалы, либо в шлаковый отвал.
Помимо собственно доменной печи в состав комплекса по производству чугуна (рис. ) входят бункера для хранения шихтовых материалов, оборудование для их подачи в доменную печь, загрузочное устройство доменной печи, а также воздухонагреватели, в которых подаваемое в печь воздушное дутьё (обогащённое кислородом) нагревается до температуры 700-1200 °С.
Нагретое дутьё поступает по трубопроводу к печи и подаётся в опоясывающий её кольцевой воздухопровод, к которому подключены расположенные равномерно по окружности водоохлаждаемые фурмы, через которые дутьё поступает непосредственно в печь. Их число на крупных печах может составлять несколько десятков.
Поскольку кокс достаточно дорог, для его экономии зачастую вместе с воздушным дутьём в печь вдувают природный газ, мазут или угольную пыль (пылеугольное топливо – ПУТ). Углерод, поступающий с этими материалами позволяет экономить углерод кокса, а следовательно – снижать расход самого кокса.
Выходящий из доменной печи колошниковый газ очищается от пыли и направляется в газовую сеть комбината для использования в качестве топлива, поскольку он содержит значительные количества горючих водорода и оксида углерода (СО).
Поскольку чугун содержит, получаемый в доменной печи в условиях избытка углерода, всегда содержит его столько, сколько может раствориться в жидком металле при имеющихся условиях, для получения стали необходимо удалить из чугуна часть углерода, для чего используются сталеплавильные агрегаты, упомянутые выше – кислородные конвертеры и электропечи. Вторым компонентом сталеплавильной шихты является стальной лом, закупаемый комбинатами у ломозаготавливающих компаний.
Источник https://stromet.ru/domennyj-process/zheleznye-rudy-vidy-mestorozhdeniya-domennyj-process/
Источник https://tribolgarki.ru/domennaya-i-bezdomennaya-metallurgiya/