Что добавляют в руду чтобы выплавить металл


Как выплавляют металл | 5sklad.ru Строительные и отделочные материалы

Если кому-то удавалось побывать на сталелитейном предприятии, то, несомненно, произведенное впечатление останется в памяти навсегда. Огромные, цеха, постоянное движение неимоверного размера ковшей с жидким металлом, реки чугуна и стали, шум, жара, дым и ощущение прикосновения к чему-то необычному. Действительно, есть чему удивляться на таком производстве. Ведь процессы плавки металла, а тем более, придания ему специальных свойств требуют основательных знаний множества процессов, протекающих в определенной последовательности. Данная статья посвящена краткому обзору технологии получения стали – самого распространенного сплава, применяемого в промышленности, на транспорте, в строительстве и быту.

Руда, кокс и домна = чугун

Всем нам хорошо известно со школьной скамьи, что любой металл добывают из руды. Руда есть не что иное, как горная порода с высоким содержанием необходимого нам металла. Впрочем, в природе в чистом виде встречаются только золото и редкоземельные металлы, которые не окисляются и могут сохраняться в виде чистых металлов неограниченные промежутки времени. Все остальные металлы находятся в руде в виде различных соединений. Чаще всего это оксиды.

Железная руда – не исключение. Она состоит практически целиком из оксида железа Fe2O3 с добавлением посторонних примесей и пустой породы. По сути – это есть грязная ржавчина. И в чистом виде руду в доменную печь отправлять нельзя. Полученный металл будет очень низкого качества, а основным продуктом печи станет шлак.

Для того чтобы руда стала пригодной для загрузки в плавильную печь, её обогащают на горно-обогатительном комбинате. В старые времена руда была с высоким содержанием железа. На сегодняшний день мы практически вынуждены перерабатывать старые отвалы и перерабатывать руду с малым содержанием железа, что, безусловно, сказывается на стоимости стали.

При обогащении руда проходит множество стадий очистки от посторонних примесей. На выходе из цехов ГОК получаются окатыши с высоким содержанием оксида железа, готовые к загрузке в печь. Как правило, ГОК и сталелитейный комбинат находятся в одном месте, чтобы снизить затраты на транспортировку окатышей.

Второй компонент, необходимый для плавки металла – кокс, который является твердым топливом и источником моноксида углерода, посредством которого и восстанавливается железо из оксида в два этапа. Кокс – это каменный уголь, прошедший пиролиз. Изначально в качестве топлива и источника угарного газа применяли древесный уголь. Он получается путем пиролиза древесины, но древесный уголь слишком дорог и непригоден для промышленного производства металла. Хотя древесный уголь лишен посторонних примесей, которыми насыщен обычный каменный уголь. Чтобы очистить каменный уголь от газов и примесей его тоже стали подвергать пиролизу – то есть, нагреву без доступа воздуха с отводом образующихся газов. В результате получается кокс – чистое топливо, пригодное для плавки металлов. Для получения кокса подходят не все марки угля, а только так называемые коксующиеся угли. Кокс на сталелитейный завод может поступать за тысячи километров, так как практически никогда не бывает того, чтобы уголь и руда залегали в одном месте.

Третий элемент, необходимый для получения металла – доменная печь. Это грандиозное сооружение было придумано еще в 14 веке, но тогда она не имела таких размеров как сейчас. Однако принцип действия древней печи и современной одинаков – восстановление железа из оксида под действием монооксида углерода при высокой температуре.

Доменная печь может работать непрерывно сколь угодно долго. Во всяком случае, пока в неё загружают шихту и кокс, а её футеровка не нарушена настолько, что требует ремонта. Это сооружение представляет собой шахтовую печь с минимальной высотой около 35 метров, в которой имеется несколько зон. Самая нижняя зона – это горн, в котором собирается жидкий чугун, над ним расположены заплечики. Это высокотемпературная часть печи. Выше расположен распар – зона восстановления FeO, где из окиси железа под действием высокой температуры и угарного газа выделяется в виде капель жидкого металла железо и стекает в горн, где окончательно расплавляется. Ещё выше расположена зона восстановления Fe2O3– это так называемая шахта, в которой температура ниже, но под действием угарного газа происходит первый этап восстановления железа из оксида в окись. В самой верхней части доменной печи расположен колошник – устройство, в котором разделяются доменные газы и через которое загружают шихту. Загрузка шихты – смеси в определенных пропорциях руды, кокса и различных вспомогательных добавок в современных печах происходит автоматически, а раньше для этого использовался ручной труд. Важно понимать, что даже самая маленькая доменная печь вмещает не менее 300 тонн шихты. И загрузить их вручную достаточно проблематично, а ведь эту массу нужно постоянно поддерживать, чтобы печь не остывала. Современные доменные печи имеют объемы загрузки более 12 тысяч тонн. Естественно, что вручную такую массу загрузить невозможно.

В нижней части печи имеются летки для выпуска расплавленного металла и слива шлаков, а так же фурмы для подачи подогретого воздуха. Для обеспечения нормального режима работы печи воздух должен быть подогрет до температуры 1100 – 1200 градусов. При такой температуре важно, чтобы сопла фурм не повело. Для этого внутри них циркулирует охлаждающая жидкость.

Горновая часть доменной печи имеет многослойную футеровку, которая тоже охлаждается проложенным внутри контуром. А сама печь опирается на фундамент из железобетона толщиной 4 метра. Поддерживают печь в вертикальном положении стальные колонны.

По мере того как в горновой части скапливается достаточное количество жидкого металла, его сливают, выбивая пробку в летке горна. Металл отводится от печи по каналам и поступает в термостатированные емкости для дальнейшей транспортировки по технологической цепочке. Доменные шлаки могут спускать как через летку для металла, так и через специальные шлаковые летки. Шлаки в расплавленном виде вывозят на специально оборудованную площадку и там сливают. В дальнейшем шлаки перерабатывают в минеральную вату, так как они по большей части представляют собой минеральную основу.

Из доменной печи выходит чугун. Его свойства далеки от требуемых, так как он содержит слишком много углерода, вкрапления фосфора и серы. Чтобы получить из него сталь, требуется выжечь лишнее и ввести легирующие присадки. Тогда получится сталь с требуемыми характеристиками. Все это происходит в мартеновском или кислородно-конвертерном цехах.

Мартеновская печь и кислородный конвертер – места, где чугун превращается в сталь

До 19 века сталь получать не могли в принципе. Так как после выплавки чугуна его сразу разливали в изложницы. А далее кузнецы доводили его до требуемого состояния при многократном нагревании и охлаждении, уплотнении структуры ковкой. Естественно, что любое изделие из переделанного чугуна стоило слишком дорого. Проблема чугуна состоит в том, что он содержит кроме чистого железа ряд примесей, которые попадают в него, когда металл находится в жидком состоянии. В первую очередь – это углерод, который имеет свойство образовывать сплав с железом, растворяясь в нем. Углерод попадает в расплав в тот момент, когда капли железа протекают через раскаленный кокс. Чтобы снизить содержание углерода в чугуне, в шихту добавляют известняк, который нагреваясь, переходит в негашеную известь и ошлаковывает часть примесей, очищая чугун. Однако получить чистое железо в доменной печи нельзя. На выходе чугун все равно будет иметь до 8% углерода в своем составе.

Чтобы избавиться от углерода и вредных примесей в виде фосфора и серы, требуется окислить их и вывести из расплава. Для этого существует два способа – мартеновский и бессемеровский. Мартеновский способ состоит в том, что жидкий чугун загружают в специальную плоскую печь, куда добавляют стальной лом, известь, железную руду и начинают интенсивный нагрев. При этом в печь подают смесь топлива с обогащенным кислородом воздухом. Железо начинает окисляться. При этом, нагреваясь, окись железа реагирует с углеродом, фосфором и серой, связывая их в оксиды, которые тут же ошлаковываются введенным в состав шихты известняком. Чтобы увеличить скорость восстановления железа из окиси, в расплав добавляют марганец, который реагирует с окисью железа, переходя в состояние оксида марганца и тоже ошлаковывается известью.

Как только вся шихта расплавится, начинается процесс доводки стали. В этот период в расплав добавляют железную руду в виде окиси железа. При этом за счет окисления углерода происходит бурное восстановление железа из окиси. В течение некоторого времени ванна кипит, а затем успокаивается. В этот момент можно вводить легирующие присадки в зависимости от состава стали и сливать её для проката, для разливки в изложницы и т.п.

Мартеновский процесс не слишком производительный. За сутки в мартеновской печи можно провести 1,5-2,5 плавки. Что снижает объемы перерабатываемого металла. Чтобы ускорить процесс отжига примесей из чугуна, в 1856 году Бессемером было предложено продувать чугун кислородом с добавлением руды и известняка. Для продувки Бессемер предложил устройство, которое назвал конвертером. Это сосуд, в который наливается небольшая порция жидкого чугуна, вводится фурма, в которую подается кислород под большим давлением. Кислород выжигает примеси, известь их ошлаковывает. Готовую сталь сливают в ковш, переворачивая конвертер.

Этот способ получения стали при кажущейся простоте был реализовано впервые только в 1949 году на австрийском заводе в городе Линц. В Советском Союзе первый кислородно-конвертерный цех был введен в строй в 1957 году на заводе «Криворожсталь». Применение этого способа получения стали существенно увеличило объемы её производства. В настоящее время кислородно-конвертерную технологию массово применяют всего 8 стран в мире. Россия входит в их число.

 

Железной руды | HowStuffWorks

До того, как многие древние цивилизации начали переходить от своего бронзового века к железному веку, некоторые изготовители инструментов уже создавали железные орудия из космического источника: метеоритов. Называемое египтянами «черной медью», метеоритное железо не из тех веществ, которые можно найти в огромных консолидированных местах. Скорее, мастера находили его кусочки и куски, разбросанные на огромных расстояниях. Таким образом, этот небесный металл в основном использовался в украшения и украшения.В то время как кузнецы иногда использовали метеоритное железо для изготовления мечей, это ценное оружие обычно относилось к людям великой власти, таким как халифы седьмого века, чьи клинки были выкованы из того же материала, что и Святой Черный Камень Мекки [источник : Рикард].

Большая часть земного железа, однако, содержится в железной руде . Необработанная руда, добываемая прямо из земли, представляет собой смесь собственно руды и рыхлой земли, называемой пустой породой .Собственно руду обычно можно отделить путем измельчения сырой руды и простого смывания более легкой почвы. Однако собственно руду разложить сложнее, поскольку она представляет собой химическое соединение карбонатов, гидратов, оксидов, силикатов, сульфидов и различных примесей.

Объявление

Чтобы добраться до кусков железа в руде, вам нужно выплавить руды. При плавке руда нагревается до тех пор, пока металл не станет губчатым, а химические соединения в руде не начнут разрушаться.Наиболее важно то, что он выделяет кислород из железной руды, которая составляет высокий процент обычных железных руд.

Самая примитивная установка, используемая для плавки железа, - это кривая . Там кузнец сжигает древесный уголь с железной рудой и с хорошим запасом кислорода (с помощью сильфона или воздуходувки). Древесный уголь - это чистый углерод. Углерод соединяется с кислородом, образуя углекислый газ и окись углерода (выделяя при этом много тепла). Углерод и окись углерода соединяются с кислородом железной руды и уносят его, оставляя железо металлическое.

В цветочном горшке огонь недостаточно горячий, чтобы полностью расплавить железо. Вместо этого железо нагревается до образования губчатой ​​массы, содержащей железо и силикаты из руды. Нагревание и удары молотком по этой массе (называемой блюмом) вытесняют примеси и смешивают стекловидные силикаты с металлическим железом с образованием кованого железа . Кованое железо выносливо и с ним легко работать, что делает его идеальным для создания инструментов.

Изготовители инструментов и оружия научились плавить медь задолго до того, как железо стало доминирующим металлом.Археологические данные свидетельствуют о том, что кузнецы на Ближнем Востоке выплавляли железо еще в 2500 году до нашей эры, хотя прошло более тысячи лет, прежде чем железо стало доминирующим металлом в регионе.

Для создания железа более высокого качества кузнецам требуются печи лучшего качества. Технология постепенно развивалась на протяжении веков. К середине 1300-х годов более высокие печи и сильфоны с ручным управлением позволяли европейским печам гореть достаточно сильно, чтобы не только размягчать железо, но и фактически плавить его.

.

Что такое выплавка? (с иллюстрациями)

Плавка - это процесс добычи полезной руды из смешанных месторождений, где люди находят руду, связанную с другими металлами, породами и посторонними материалами. Находить месторождения чистой руды очень необычно, и этот метод позволяет людям выделять полезные металлы. Изобретение этого процесса стало важным шагом в развитии человеческого общества, позволив людям изготавливать более сложные металлические изделия и сплавы.

При плавке руды используются высокие температуры.

В процессе плавки люди нагревают материал с помощью агента, чтобы вызвать химическую реакцию. Хотя люди часто называют плавку еще одной формой плавления, простого плавления материала недостаточно. Химическая реакция необходима, чтобы заставить желаемую руду выпасть в осадок, и может быть полезно добавить флюс для связывания с твердыми частицами, образуя шлак, массу нежелательного материала, который оседает на дно печи, где люди делают свои плавка.

Плавка алюминия - это промышленный процесс, используемый для извлечения металлического алюминия из оксида алюминия или глинозема.

По мере того, как руда осаждается и собирается вместе, изменения плотности в составе материала заставляют ее образовывать слои, позволяя оператору снимать желаемую руду.После завершения плавки люди могут вывозить побочные продукты и утилизировать их, хотя иногда их можно использовать, например, объединить в бетонные смеси. Выход из данного плавильного цикла варьируется в зависимости от качества основного продукта и от того, какую руду пытаются добыть люди.

Люди должны тщательно контролировать условия плавки.Тепло должно соответствовать руде, а печь требует хорошей циркуляции воздуха для полного нагрева всего материала, избегая ситуаций, когда он образует массы и не имеет возможности вступить в химическую реакцию в печи. Людям также нужна инертная футеровка печи, и они должны быть осторожны с некоторыми веществами, потому что они могут выделять токсичные пары и вызывать болезни.

Производство промышленных металлов основано на ряде процессов извлечения полезной руды из месторождений.Это может быть кропотливая процедура. Компании сравнивают стоимость добываемой руды с затратами на добычу, чтобы определить, является ли плавка эффективным и подходящим методом обработки. В некоторых случаях руду можно оставить в покое, потому что ее добыча будет стоить слишком много денег, даже если она ценна. Люди в районе металлической шахты могут заметить выброшенные отходы со следами металла, которые было бы слишком дорого восстановить внутри.

.

Что используется при плавке руды? (с иллюстрациями)

Плавка руды - это процесс, при котором горная порода, содержащая металлы в минеральной форме, нагревается, часто с добавлением других химикатов или газов, для выделения самородного металла для дальнейшего использования и обработки. Считается, что медь и серебро были самыми ранними металлами, которые когда-либо выплавляло человечество, и истоки этого процесса можно проследить за многие тысячи лет до зарождения цивилизации. Ранняя выплавка руд на основе оксидов, таких как железо, включала введение углерода в плавильную печь в виде древесного угля, где углерод связывался с кислородом в руде при высоких температурах и высвобождал основной металл.Многие ранние эпохи развития цивилизации названы в честь общепринятой технологии плавки того периода или ее отсутствия, например, каменного века, бронзового века и железного века.

Плавка руды может привести к значительному загрязнению воздуха.

Современная плавильная печь обычно представляет собой большую камеру реактора из термообработанной стали, облицованную углеродом и часто известную как восстановительная ячейка.Камера нагревается до температуры плавления металла и вступает в реакцию с химическими веществами, которые связываются с ее окислителями. Металл сливается, а твердые отходы, известные как шлак, хранятся для безопасной утилизации. Известно, что методы плавки являются серьезным загрязнителем окружающей среды, поскольку они могут создавать сточные воды и загрязнения тяжелыми металлами, такими как мышьяк, кадмий и ртуть, которые загрязняют местные водные пути.

Плавка меди - это процесс отделения металлической меди от породы, в которую она встроена естественным образом, путем ее плавления.

Распространенная жалоба на выплавку руды заключается в том, что оборудование также создает опасное загрязнение воздуха, которое приводит к кислотным дождям. Потенциально причиняя вред атмосфере в виде тумана серной кислоты, результатом плавления сульфидов металлов является выброс газообразного диоксида серы, который вступает в реакцию с атмосферой. Примером этого является сульфид меди CuFeS 2 , который плавится почти так же, как и столетия назад.Кислотные дожди не только вредны для людей и животных, но также могут повышать уровень кислотности почвы, поскольку большинство растений не могут процветать в очень кислой среде. Современные плавильные инструменты теперь включают использование электрофильтров, которые служат в качестве скрубберов воздуха для сокращения выбросов, и повторное использование расплавленных сточных вод обратно в процесс вместо их выброса в окружающую среду.

Более новый метод плавки руды включает так называемую плавильную печь, которая используется для плавки чего угодно, от меди до олова или алюминия.Это в большей степени замкнутая экологическая система, чем традиционные плавильные печи, и в значительной степени экзотермическая, где плавильная печь вырабатывает тепло в результате химических реакций, а не в основном из внешних источников. Таким образом, руда плавления глинозема перерабатывается в алюминий в реакционной ячейке, которая работает при температурах от 1778 ° до 2102 ° по Фаренгейту (от 970 ° до 1150 ° Цельсия). Реакционная ячейка также электрически заряжена, что помогает удалять примеси и реагирует на оксид алюминия с углеродом с образованием алюминия и диоксида углерода.

Печь мгновенного испарения получила свое название от процесса плавки руды, при котором оксиды серы в руде мгновенно превращаются в газообразный диоксид серы. Этот газ откачивается новыми типами плавильных инструментов в печи, хранится и продается для других промышленных целей.Несмотря на то, что это повышает безопасность плавки, переход на плавильные печи от старых конструкций агломерационных и доменных печей для плавки руды начался только в середине 1990-х годов. Загрязнение по-прежнему является серьезной проблемой в металлургической промышленности, а земля вокруг плавильных заводов традиционно была пустошью, где не могло произойти ничего естественного.

.

The Science of Minecraft (Part 1): Smelting Ore

Несколько недель назад моя семья познакомилась с игрой под названием Minecraft. Ты слышал об этом? Это виртуальная игра, в которой игроки создают фантастические конструкции из трехмерных блоков. Хотя это звучит упрощенно, игра может вызвать привыкание. Более того, это позволяет провести плодотворную дискуссию о науке и технологиях, лежащих в основе создания реальных материалов.

На этой неделе я рассмотрю только один пример: добыча металла.

Чтобы найти что-то хорошее в Minecraft, вы должны создавать кирки и копать глубоко в земле, где можно найти металлическую руду. Самая распространенная металлическая руда в игре - это железо. Интересно, что наиболее распространенным элементом, образующим нашу реальную Землю, также является железо.

.

Что такое выплавка?

Однако железо в металлической форме на нашей планете встречается крайне редко. Помимо большого месторождения в Гренландии, большая часть металлического железа, обнаруженного на Земле, поступает из метеоритов.Поэтому, если вам нужно большое количество железа, единственный способ получить его - это выплавить его из железной руды.

Плавка - это процесс удаления примесей из руды с целью извлечения желаемого металла. В Minecraft, чтобы выплавить железную руду, вам нужно сначала поместить руду в кузницу (которая построена из камня), добавить источник тепла и подождать.

Через несколько секунд выскакивает железный слиток. «Слиток» - это металлический брусок, который используется как удобный способ хранения очищенного металла, прежде чем он будет отлит в его окончательную форму, такую ​​как сковорода, вилка или чехол для iPhone.Хотя слитки обычно имеют форму золотых слитков, им также можно отливать другие формы. Как вы понимаете, реальный процесс плавки железной руды в слитки немного сложнее.

Канал + флюс = шлак

Существует множество различных способов плавления железа, в зависимости от того, что вы планируете с ним делать (и какая технология вам доступна). Однако все процессы включают нагрев железной руды до чрезвычайно высоких температур и запуск различных химических реакций, помогающих удалить из руды нежелательные материалы, называемые пустой породой.

Так что за все эти забавные слова? Металлурги просто любят смешные звуки? Мозаика, флюс, шлак?

Часто в утюг добавляют другой материал, чтобы облегчить удаление загрязнений. Этот материал называется «флюс». После того, как флюс приклеился к пустой породе, его обычно называют «шлаком». Шлак отделяется от расплавленного металла почти так же, как оливковое масло, налитое в стакан с водой, всплывает на поверхность смеси. Это позволяет легко удалить шлак из расплавленного металла.Флюс, наиболее часто используемый при выплавке чугуна, - это известняк.

Так что за все эти забавные слова? Металлурги просто любят смешные звуки? Мозаика, флюс, шлак? На самом деле слово «порода» происходит от немецкого языка и связано с современным словом «банда», как в: совокупность вещей, которые работают вместе.

Flux получил свое название от того факта, что после связывания с пустой породой он делает ее более вязкой, позволяя ей вытекать из руды.

Большинство людей считают, что «шлак» происходит от старого немецкого слова «slagen», что означает «бить молотком».«Это связано с тем, что одним из первых способов плавки железной руды было использование блюмера, который представлял собой тип печи, в которой железо и шлак слипались в большой кусок, называемый« блюм ». Для отделения шлака от чугуна необходимо нагреть блюм и нанести по нему удар молотком.

Таким образом, флюс превращает пустую породу (или примеси) в шлак. Шлак удаляется, а металл остается. Что теперь?

Страницы

.

Смотрите также