70923

Металлургиялық процестер теориясы

Лекция

Производство и промышленные технологии

«Металлургиялық процестер теориясы» курсының мақсаты қара және түсті металдар өндірісін технологиясында қолданылатын үрдістер механизмін, кинетика, және химиялық термодинамика негіздерін оқу болып табылады.

Казахский

2014-10-30

34.74 KB

26 чел.

 Дәрістің конспектісі

1-бөлім. «Металлургиялық процестер теориясы» (1сағат.)

    Дәрістің жоспары:

  1.  Пәнді оқу мақсаты, мәселесі

    2. Металдардың, кендердің өнеркәсіптік  классификациясы

    3. Металлургиялық процестердің классификациясы.

«Металлургиялық процестер теориясы»  курсының мақсаты қара және түсті металдар өндірісін технологиясында қолданылатын үрдістер механизмін, кинетика, және химиялық термодинамика негіздерін оқу болып табылады.

     Пәннің оқу мәселесі студенттерге минералды шикізаттардан және техногенді өнімдерден металдарды комплекстік айырудың металлургиялық әдістерінің теориялық негіздері туралы жүйелі түсінікті қалыптастыру.

     Металлургиялық процестер теориясының әдістері:

  1.  Металлургиялық реакциялардың сипатына термодинамикалық есептер
  2.  Фазалық тепе-теңдіктің диаграммасын талдау
  3.  Металлургиялық өндіріс үрдісінің тепе-теңдігін, кинетикасын және механизмін тәжірибелі оқу

слаид

1. Қара металдар. Оларға темір (және оның  қортпалары) жатады, сонымен қатар марганец, ванадий, хром, себебі олардың өндірісі темірдің  және оның қортпаларының балқытып құюымен байланысты.

      2. Түсті металдар. Түсті металдар келесі топтарға бөлінеді:

Слаид:

Металдарды  алатын негізгі шикізат- кен. Химиялық құрамы бойынша кендер  бөлінеді:

Слаид:

     Кенді қайта өндеу кезінде оның бағалы құраушыларының толық кешенді қолданылуына жету керек.

Барлық металлургиялық процестер екі топқа бөлінеді: пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық үрдістер.

Слаид:

Гидрометаллургиялық процестер

1. Сілтілеу. Метал кеннен ертіндіге көшеді және содан соң бос жыныстан айыруды жүргізеді. Еріткіштер ретінде қышқылдардың, сілтілердің және тұздардың  ертінділерін қолданады.

2. Ерітінділерді қоспалардан тазарту.

3. Металдарды ертіндіден тұндыру үшін келесі әдістерді қолданады:

1. Сулы ерітінділерден электролиттік тұндыру.

2. Цементацияны –  ертіндідегі металды басқа металмен ығыстыру.

3. Қысым астында газтәрізді немесе қатты тотықтырғыштармен тотықсыздандыру.

Металлургиялық процестердің физика-химиялық негіздері

Жоспар.

  1.   Металдардың, рудалардың, металлургиялық процестердің жіктелуі.
  2.  Өңделетін шикізаттың және алынатын металл өнімнің сипаттамасы
  3.  Темір рудалық және кешенді шикізатты тотықсыздандырып өңдеудің физика-химиялық негіздері.
  4.  Болат балқыту процестерінің физика-химиялық негіздері
  5.  Электрлі болат балқытудың және ферроқорытпалық процестердің физика-химиялық негіздері.

Металдар мен қорытпаларды алу металлургиялық агрегаттарда өтетін күрделоі процестердің жиынтығына негізделген. Оларға металл ерітінділер мен тотық ерітінділері жататын күрделі фазалардың  өзара әрекеттесуі кезінде заттардың жоғары температуралық  түрленуі тән келеді. Металлургиялық процестер физиканың және физикалық химияның жалпы заңдарына  бағынады:

Барлық металдар екі топқа бөлінеді: қара және түсті.

  1.  Қара металдарға темір және оның қорытпалары, марганец, ванадий, хром жатады, өйткені оларды өндіру темір мен оның қорытпаларын қорытып алумен тығыз байланысты.
  2.  Түсті металдар. Түсті металдар  келесі топтарға бөлінеді:

слаид

Металдарды алудың негізгі шикізаты – руда. Рудалар химиялық құрамы бойынша бөлінеді:

Слаид:

Металлургичялық балқыту  рудалы және рафинатауға бөлінеді.

Рудалы балқыту шартында руданы және оның концентраттарын өңдеуге ұшыратады. Химиялық процестердің өту сипатаны қарай рудалық балқытуды тотықсыздандырушы, концентрациялық тотықтыруға, еріген тұздардың электролизіне, метал-термиялық және реакциялыққа бөледі.

Тотықсыздандырушы  балқытудың мысалы  домналық процесс – шойын өндіру,  мұнда темір және шойынның басқада компоненттері  табиғи рудадан және агломераттан тотықсызданады.

Балқыту процесінде  темір тотықтарының тотықсыздануы, металдан бос жыныстың бөлінуі  жүреді және темір құрамындағы зиянды қоспа – күкірт мөлшері азаяды. Тотықсыздандырушы  балқыту  көбінесе шахталы түрдегі пештерде жүзеге асады.

Отын ретінде тас көмір коксын пайдаланады. Реакция бойынша жану нәтижесінде:

слаид 

Қатты материалдардың төмен түсу шамасына қарай  қатты материалдар жоғары көтерілген газ ағысымен қыздырылады  және тотықсыздану процестері жүреді  

Слаид 

Темір орташа температурада  СО есебінен, ал бұдан жоғары температурада  қатты көміртегі есебінен . Темірмен қатар фосфор, марганец, кремний, шикі материалдар құрамында болатын тотықтар тотықсызданады . Аталған элементтер мен көміртегі  темірде ериді  және сұйық шойын түзеді (металл фазаны), сұйық шойын үздіксіз ағады және көріктің (горн) төменгі бөлінде жиналады. Тотықтардан темірдің тотықсыздануы нәтижесі  99% құрайды. Марганецтің тотықсыздану дәрежесі 50-70% аспайды, ал кремнийдікі 5-20%.  сияқты тотықтар  тотықсызданбайды деседе болады  және басқада тотықтармен бірге  қожға көшеді.

Домналық процесте  газдар және кесек материалдар арасында өзара әрекеттесудің маңызы үлкен: отынның жануы, тотықтардың тотықсыздануы, карбонаттар мен гидраттардың ыдырауы, ылғалдың булануы. Материалдардың қызуымен ілесетін осындай физика-химиялық дайындықтан өтіп, шихтаның минералды бөлігі пештің төменгі бөлігінде сұйық шойынға және қожға айналады.  

Болат шойынмен салыстырғанда қоспалардың аз мөлшерімен ерекшеленеді: көміртегі, кремний, марганец, күкірт пен фосфордың. Өндірістің негізгі шикізатыақ шойын. Шойынды болатқа айналдыру шойын құрамындағы көміртегінің үрлеу кезіндегі оттегімен  әрекеттескенде жоғары температурада жүреді.

Болат өндірудің ең көп тараған тәсілдері:

  1.  Конверторлық өндіріс;
  2.  Мартендік өндіріс (негізді, қышқылды процесс)
  3.  Электр-болат балқыту өндірісіоғалық, индукциялық, электқождық, плазмалы-химиялық процестер).

       Болат балқытудың ең көп тараған процесі оттекті – конверторлық процесс, мұнда С, Si, Mn, P және т.б. тотығуының  экзотермиялық реакциясынан бөлінетін жылу есебінен.

Тотығу-тотықсыздану процестері өтуінің термодинамикалық талдауы, термодинамикалық сипаттамаларды –энтальпияны  тепе-теңдік константасын  фазалар арасындағы элементтердің бөліну коэффициенттерін есептеу әртүрлі реакциялардың (температура, қысым, концентрация және т.б.. факторлар) өту, реакциялардың толық аяқталу шартын белгілеуге мүмкіндік береді.