Из чего выплавляют металлы


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.

 

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 приводят к образованию слоев, позволяющих оператору снимать желаемую руду.После завершения плавки люди могут вывозить побочные продукты и утилизировать их, хотя иногда их можно использовать, например, объединяя их в бетонные смеси. Выход из данного плавильного цикла варьируется в зависимости от качества основного продукта и того, какую руду люди пытаются добыть.

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, поскольку они могут выделять токсичные пары и вызывать у людей заболевания.

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.

.

Металлургическая промышленность: глобальное значение и риски

Джеймс Каруга, 25 апреля 2017, Экономика

Плавка чугуна на сталелитейном заводе на Украине.

Плавка - это метод, широко используемый для извлечения металлов из руд после добычи. Есть много вариантов плавки, и столько же для извлечения многих металлов, используемых в современном обществе.Однако. Известно также, что многие из этих процессов наносят ущерб окружающей среде и загрязняют окружающую среду.

5.Металлы, добытые методом плавки

Плавка - это процесс извлечения металлов из руд при высоких температурах. Руды в основном представляют собой химические соединения металла с другими элементами, такими как кислородная сера. Согласно данным Всемирного наследия горнодобывающей промышленности Корнуолла, при плавке используется тепло и восстановитель, например уголь, для извлечения других элементов из металла. В результате получается более изысканный металлический продукт. К металлам, извлекаемым при плавке, относятся медь, свинец, никель, цинк, серебро, кобальт, кадмий, золото, алюминий и другие.При первичной плавке добываются рудная руда и концентраты, а при вторичной плавке отходы извлекаются.

4. История выплавки

В 14 веке плавка впервые начала практиковаться в Европе.В то время была внедрена доменная печь, которая использовала большие объемы воздуха и наслаивала железную руду древесным углем, согласно Jays Roman History. До этого древние кузнецы никогда не могли нагреть железо до такой степени, чтобы оно текло как жидкость. Это означало, что они не могли придать чугуну нужные формы с помощью форм, но доменная печь устранила эти проблемы. Тем не менее, другие исторические свидетельства предполагают, что плавка сначала производилась на олове и свинце, до появления письменных источников, согласно BacTech Green Resource Center.Считается, что племя инков и другие жители Анд занимались плавкой в ​​бронзовом веке и в начале железного века около 1200 г. до н.э. Считается, что свинец впервые выплавили 9000 лет назад в 3500 году до нашей эры. Олово также было впервые выплавлено в сочетании с медью в 3500 году до нашей эры, чтобы сделать бронзу согласно Makin Metals Powders.

3.Методы и процессы

Различные металлы имеют процессы плавки. Что касается железа, то, как только руда добывается открытым или подземным способом, она поднимается на поверхность для дробления, промывки и затем отправляется на плавильный завод. На плавильном заводе измельченная руда вместе с известняком и коксом помещается в доменную печь, подвергается дутью и нагреву горячим воздухом, и она превращается в расплавленное железо. Затем его выпускают из нижней части печи в форму, называемую чушками, и дают затвердеть до передельного чугуна в соответствии с Bright Hub Engineering.Затем его превращают в кованое железо или перерабатывают в сталь. Наиболее часто используемые процессы плавки меди - это реверберационная плавка и кислородная плавка. В обоих процессах полученная расплавленная медь снова обрабатывается для получения самой чистой меди.

2.Риски для здоровья человека

Известно, что продолжающееся воздействие переносимых по воздуху загрязнителей, образующихся при обработке и плавке металлов, вызывает хронические заболевания. Непосредственное воздействие вызывает раздражение глаз, носа и горла. В долгосрочной перспективе это вызывает проблемы с сердцем и легкими, а в конечном итоге приводит к преждевременной смерти, согласно Worst Polluted (WP) Института Блэксмита. Было документально подтверждено, что токсичные элементы с плавильных заводов вызывают врожденные дефекты, проблемы с почками, печенью и желудочно-кишечным трактом, а также вызывают повреждение дыхательной, нервной и репродуктивной систем.По данным Worst Polluted, в Ла-Оройе, Перу, свинцовый завод, работающий с 1922 года, привел к обнаружению высоких уровней свинца среди детей. По данным Health Line Media, отравление свинцом у детей вызывает умственные и физические нарушения.

1.Экологическая безопасность

Плавка вызывает сильное загрязнение и ущерб окружающей среде. Сообщается, что выброс в атмосферу газов, таких как диоксид серы, из сульфидных руд, вызывает кислотные дожди. В долгосрочной перспективе кислотные дожди вызывают повышение кислотности озер и почв, тем самым негативно влияя на растительность и диких животных. В Садбери, провинция Онтарио, Канада, загрязнение от плавильных заводов привело к повреждению озер кислотой, уничтожению растительности и широкомасштабному экологическому ущербу.Эксперты приписывают значительный экологический ущерб старым металлургическим предприятиям с плохим контролем выбросов. Они выступают за то, чтобы горнодобывающие компании открыли новые плавильные и перерабатывающие заводы, спроектированные для снижения выбросов на низком уровне. По данным Worst Polluted, для этих компаний новые плавильные и перерабатывающие заводы обходятся дорого и игнорируются в странах, где соблюдение норм выбросов неэффективно.

.

Что такое плавильный завод? (с фотографиями)

Медеплавильный завод - это промышленный объект, где добывается металл для получения сырой руды. Распространенные примеры плавки металлов включают олово, свинец, медь, бронзу и железо. Извлечение чистого алюминия также называется плавкой, хотя этот процесс значительно отличается от других руд.

На плавильном заводе сырая руда уступает место железу.

Металлы начинают свою переработку в виде руды. Руда обычно определяется как порода или группа минералов, которые имеют потенциальную экономическую ценность. Руда не содержит только интересующий металл. Например, железная руда - это порода, содержащая железо, связанное с другими химическими соединениями и минералами. Плавка руды - это процесс удаления интересующего металла из исходной породы.

Для выплавки чугуна используются огромные доменные печи.

Плавка, судя по звуку, предполагает частичную плавку руды. Руда должна нагреваться в окислительной среде до тех пор, пока химические вещества не начнут мобилизоваться или не станут доступными. Некоторые примеси могут быть удалены с помощью тепла, и если интересующий металл находится в форме сульфида, тепла и присутствия кислорода может быть достаточно, чтобы преобразовать его в оксид.Однако невозможно просто выплавить металл из руды.

Чтобы удалить примеси из медной руды, она проходит два процесса: плавку и электрорафинирование.

Помимо тепла для плавки требуется также восстановитель.Интересующий металл, вероятно, существует в виде оксида или будет преобразован в оксид во время первоначального нагрева. Достаточно сильный восстановитель сможет превратить оксид в чистый металл и некоторые отходы.

Одним из первых примеров плавильного завода был блюмери, использовавшийся кузнецом для плавки железной руды.Внутри блумера железная руда нагревается в присутствии древесного угля или чистого углеродного топлива и движущегося воздуха. Когда руда нагревается, оксид углерода из древесного угля восстанавливает оксид железа.

В результате реакции плавления внутри блумера образуется относительно чистое металлическое железо и двуокись углерода в качестве побочного продукта.По мере того, как сильфоны продувают блумеры, углекислый газ удаляется, позволяя реакции продолжаться. Металл и примеси, называемые шлаком, падают на дно печи по мере восстановления железной руды. Обычно железо нагревают второй раз, чтобы выбить шлак из кованого железа.

Другой ранней формой выплавки чугуна является доменная печь, имеющая особенно древнюю историю в Китае.Однако к середине 1800-х годов из железной руды выплавляли сталь, которая представляет собой гораздо более чистую форму металлического железа. Этот промышленный переход к производству стали стал возможным благодаря развитию бессемеровского процесса, при котором воздух, продуваемый расплавленным чугуном, может удалить большинство примесей. Начиная с 1950 года, доминирующим методом извлечения, применяемым на данном заводе по выплавке чугуна, стало кислородное производство стали (BOS). BOS улучшает базовый бессемеровский процесс за счет продувки чистого кислорода через расплавленный чугун, что значительно повышает эффективность плавильного завода.

Многие другие металлы подвергаются плавке в качестве метода извлечения, и многие методы, применяемые на различных плавильных заводах и плавильном оборудовании, основываются на тех же основных принципах. Кроме того, добыча алюминия также называется плавкой. Алюминиевые заводы отличаются тем, что они проводят электролитический процесс.Электрический ток пропускается через жидкий расплавленный криолит, в котором растворен оксид алюминия. Соответствующее окисление и восстановление, происходящие на электрическом аноде и катоде, превращают оксид алюминия в чистый алюминий.

Плавка первичного алюминия включает процесс, который начинается с извлечения металла из бокситовой руды..

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 относили к людям великой власти, таким как халифы седьмого века, чьи клинки, как говорили, 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 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 плавить его.

.

Смотрите также