< Попер   ЗМІСТ   Наст >

МЕТАЛУРГІЯ

  • 3.1. Загальна характеристика
  • 3.2. Використовувані ресурси
  • 3.3. Вплив на довкілля
  • 3.4. Заходи зі зниження рівня негативного впливу металургії на навколишнє середовище та його попередження
  • 3.5. Нові екологічно безпечні технології

Загальна характеристика

Металургія – галузь науки та промисловості, яка пов'язана з первинним отриманням металів. Тобто металургія займається виробництвом металів із руд та інших видів сировини. Металургійний комплекс займається видобутком руд, виплавкою металів, їх сплавів та виробництвом прокату. Він є базовим для розвитку машинобудування. Комплекс складається з гірничовидобувної промисловості (яка вивчається у окремому розділі цього підручника), чорної та кольорової металургії (рис. 3.1).

Підприємства чорної металургії виплавляють чавун, сталь, а також надають їм відповідну форму (прокат).

Підприємства кольорової металургії займаються виплавкою легких, важких, благородних, рідкоземельних металів та виробництвом сплавів.

Значний розвиток металургії в Україні (введення нових доменних, мартенівських, конвертерних та електросталеплавильних печей та прокатних станів) почався в 1928-1935 рр. У цей період розпочалося будівництво нових металургійних заводів: “Запоріжсталь”, “Азовсталь”, “Криворіжсталь”, “Дніпроспецсталь”, заводу феросплавів та алюмінієвого заводу в Запоріжжі. В 1966 р. було введено в експлуатацію Броварський завод порошкової металургії, а в 1971 р. – завод феросплавів у Нікополі.

Структурна схема металургійного комплексу

Рис 3.1. Структурна схема металургійного комплексу

Більшість металургійних підприємств України мають повний цикл виробництва і щорічно виплавляють від 1 до 10 млн тонн сталі. Україна має 14 металургійних комбінатів і всі вони відносяться до числа найбільших підприємств світу. До найбільших металургійних підприємств України відносяться "Криворіжсталь", “ім. Ілліча”, "Азовсталь", Алчевський МК, "Запоріжсталь" та "Дніпроспецсталь".

Чорна металургія – одна з провідних базових галузей господарського – комплексу . нашої держави. Металомістке машинобудування – основний споживач її продукції. Україна посідає VI місце у світі за виплавкою чавуну та сталі. Вітчизняні труби великого діаметру експортуються у різні країни світу. Для подальшого розвитку та вдосконалення чорної металургії Україна має всі необхідні умови: величезну, компактно розміщену сировинну базу (залізні та, марганцеві руди, коксівне вугілля, вогнетривкі, флюсові вапняки тощо). Перспективи подальшого розвитку вбачаються в першу чергу у вдосконаленні виробництва, впровадженні сучасних енерго- та матеріалозберігаючих технологій, підвищенні якості продукції тощо.

Металургійні підприємства поділяють на 4 види:

  • 1 - підприємства повного металургійного циклу, до складу яких входять три основних ланки виробництва чорної металургії: доменне, сталеплавильне та прокатне;
  • 2 - підприємства неповного металургійного циклу зі сталеплавильним і/або прокатним виробництвами;
  • 3 - металургійні комбінати, до складу яких крім основних виробництв входять гірничорудні цехи, агломераційні фабрики, коксохімічні заводи та заводи переробки основних продуктів;
  • 4 - комбіновані підприємства, до складу яких крім основних виробництв входять металообробні, машинобудівні підприємства, ТЕС, транспортні підприємства і т.д.

Виробництва, в яких представлені всі головні ланки чорної металургії (виробництво чавуну, сталі та прокату), називаються комбінатами повного циклу. Комбінати повного циклу територіально розміщені в трьох металургійних районах: Придніпров'ї, Донбасі та Приазов'ї (табл. 3.1).

У Придніпровському металургійному районі виробляється половина чавуну та сталі країни. З 32 великих металургійних Підприємств України в Придніпров'ї розміщено 14. Цей металургійний район зорієнтований на власні величезні запаси сировини: залізних та марганцевих руд. З Донбасу сюди завозять коксівне вугілля, з Криму – флюсові вапняки. У Придніпров'ї сформувалися такі великі промислові вузли та центри: Дніпропетровський (Дніпропетровськ, Новомосковськ, Дніпродзержинськ), Запорізький (2 комбінати у Запоріжжі) та Криворізький (Кривий Ріг та Нікополь).

Донецький металургійний район дає третину продукції чорної металургії України. Він об'єднує великі вузли та центри, які виникли навколо родовищ коксівного вугілля та флюсових вапняків. Залізні та марганцеві руди сюди завозяться з Придніпров'я. На Донбасі сформувалися такі вузли металургійної промисловості: Донецько- Макіївський, Єнакієвський, Алчевсько-Алмазницький (Алчевськ,

Луганськ). Крім того у Донецькому районі, виділяються і окремі центри чорної металургії: Краматорськ, Стаханов і Харцизьк.

Таблиця 3.1

Металургійні райони чорної металургії України

ПРИДНІПРОВСЬКИ

ДОНЕЦЬКИЙ

ПРИАЗОВСЬКИЙ

Дніпровський вузол:

Дніпропетровськ,

Новомосковськ,

Дніпро Дзержинске.

Запорізький вузол:

Запоріжжя (2 комбінати). Криворізький вузол: Кривий Ріг, Нікополь.

Донецько-Макіївський вузол: Донецьк, Макіївка.

Єнакієвський вузол:

Єнакієве.

Алчевсько-Алмазиицький вузол: Алчевськ, Луганськ, Стаханов. Харцизький центр

Краматорський центр

Маріуполь:

3 комбінати, в т. ч. “Азовсталь” (50 цехів)

Приазовський район об'єднує потужні металургійні підприємства Маріуполя. Він сформувався на перетині транспортних шляхів сполучень, якими сюди завозиться необхідна сировина. Залізні та марганцеві руди надходять з Придніпров'я,' коксівне вугілля та флюсові вапняки – з Донбасу, залізні руди з Керченського родовища.

Загальні запаси Залізних руд України складають 27,4 млрд.т. Майже 80% усіх запасів знаходиться в Криворізькому залізорудному басейні. Вміст заліза в руді – 25 – 70%.

Виробництво агломерату. Вихідною сировиною для металургійних процесів служить продукт збагачення руд – однорідний дрібнодисперсний концентрат. Цей продукт готують до використання шляхом агломерації – ошматування агломерату спіканням чи одержанням окатишів.

Процес відбувається в агломераційній машині. Розмір шихти впливає на процес агломерації, тому розміри часток не повинні перевищувати 3 мм.

Шихту подають на колосникові грати агломераційної машини шаром 250 – 400 мм на шар дрібного агломерату, що носить назву "постіль". Під ґратами створюється зона розрідження 7-10 кПа, у результаті чого з поверхні через шар шихти надходить повітря. Верхній шар нагрівають і за температури 750 – 858°С запалюють Горіння поширюється вниз, температура в палаючому шарі досягає 1300 – 1500°С. Зона горіння в шарі переміщується вниз зі швидкістю 10-40 мм/хв. Досяглій постелі процес горіння припиняється. Його тривалість складає 10 – 15 хв, а особливість полягає в тому, що в кожен момент часу горіння відбувається у вузькому шарі шихти. Хоча процес проводиться в надлишку повітря, але біля палаючих часток палива створюється відновне середовище. Відбувається часткове відновлення оксидів заліза (Fe2О3 → Fe3О4). Крім того відбувається відновлення сульфідів (FeS → Fe+SO2), вигорає 98% сульфідної і до 80% сульфатної сірки, сублімує As.

Таким чином, у процесі агломерації відбуваються ошматування руди і видалення шкідливих домішок – сірки та миш'яку.

У результаті спікання одержують продукт, який після охолодження дроблять і направляють на просіювання: шматки розміром 13 – 50 мм використовуються для виробництва металів, 8 – 13 – постіль, менше 8 – повернення (компонент шихти).

Продуктивність однієї агломераційної машини 1,3 -1,5 т/(м2тод), тобто за площі агломераційних грат 50 м2 продуктивність складає 1600-1800 т/добу.

Виробництво коксу. Паливо доменної печі є не лише джерелом енергії, але й реагентом, який забезпечує відновлення заліза з руди. Тому паливо повинне відповідати вимогам: висока теплотворна здатність, малий вміст золи та вологи, чистота за вмістом шкідливих домішок, висока механічна міцність, пористість для забезпечення інтенсивності горіння, а до того воно ж має бути недефіцитним та недорогим. Таким вимогам відповідає кам'яновугільний кокс. Його отримують із спеціального коксівного вугілля з вмістом летких речовин

18 – 26%, які вилучаються в процесі коксування, а тверда маса спікається і утворює пористе паливо – кокс, який має теплоту згорання 23-31 МДж/кг і містить у собі 0,5 – 1,8% сірки, та 6-16% золи.

Одержання коксу складається з трьох стадій:

  • – підготовка вугільної шихти перемішуванням вугілля різних марок (розмір часток не повинен перевищувати 3 мм);
  • – нагрівання шихти без доступу повітря в спеціальних печах до 1100 – 1200°С. Печі складаються з камер прямокутного перетину 14x0,4x5м, об'єднаних у коксові батареї по 40 – 80 печей. У печі зверху завантажують вугілля. У кожну піч завантажують 22 т шихти. Продуктивність коксової батареї досягає 1500 т/добу. Між печами розташовані опалювальні простінки, у яких спалюють газ. На торцях камер розташовані розсувні двері для виштовхування коксу. Тривалість коксування 14-16 годин. Передача тепла здійснюється від стінок камери до центру, тому в кожен момент часу на різних відстанях від стінок відбуваються різні стадії коксування:
  • – до 250°С – випаровування вологи, виділення О2;
  • – за 300°С – починається виділення парів смоли;
  • – вище 350°С – спечене вугілля переходять у пластичний тістоподібний стан;
  • – від 500°С починається бурхливе розкладання пластичної маси з виділенням газів, смоли й утворення твердого напівкоксу;
  • – від 700°С – подальше розкладання напівкоксу, виділення, головним чином, Нг, напівкокс дає усадку;
  • – вище 700°С відбувається зміцнення коксу. Летючі продукти, стикаючись з поверхнею стінок камери і розпечених часток коксу піддаються піролізу і виділяють суміш газів (Н2, СН4) та парів поліциклічних ароматичних вуглеводнів;
  • – коксовиштовхувачем кокс подається в гасильний вагон.

У результаті коксування з 1т шихти одержують 650 – 750 кг коксу, 140 кг коксового газу (після уловлювання бензолу, фенолу, смоли, аміаку одержують суміш 55 – 60% Н2 і 20 – 25% СН4 – паливо, що має теплоту згоряння 17,5 – 18,5 МДж/м3), 30 кг кам'яновугільної смоли, 10 кг сирого бензолу, 3 кг аміаку, сірководень.

Виробництво чавуну – складний технологічний процес, який окрім, доменного процесу включає підготовку вихідних матеріалів для доменної плавки та первинного перероблення отриманих продуктів плавки – чавуну, шлаку та доменного газу. Вихідними матеріалами для отримання чавуну є залізорудні матеріали (руда, агломерат, окатиші), флюси і кокс. їхню суміш, складену у відповідних пропорціях, називають доменною шихтою. На металургійний завод залізорудні матеріали надходять у вигляді агломерату. Разом із коксом та флюсами їх завантажують у доменну піч зверху (рис. 3.2).

Переріз доменної печі місткістю 3 000 м3

Рис. 3.2. Переріз доменної печі місткістю 3 000 м3:

1- під печі; 2 – чавунний ливник; 3 – горно; 4 – заплечики; 5 – розпар; 6 – шахта; 7 – газоходи; 8 – апарат для завантаження шихти у піч; 9 – конвеєр; 10 – колошник; 11 – кільчастий повітропровід; 12 – фурмовий пристрій; 13 – шлаковий ливник.

Умовно доменний процес, що протікає в доменній печі можна поділити на етапи: горіння палива – вуглецю (коксу); розкладання компонентів шихти; навуглецювання заліза; шлакоутворення. Ці етапи процесу відбуваються в печі одночасно на різних рівнях. У печі безперервно рухається згори донизу потік шихти, а знизу догори – потік газів, які утворюються в процесі горіння палива. Суть доменної плавки полягає у відновленні заліза з оксидів у руді, навуглецюванні заліза та зв'язуванні пустої породи.

Кисень за рахунок дуття вступає в реакцію з вуглецем коксу

С + O2 → СO2+ΔН,

де – Δ Н означає, що реакція іде з виділенням тепла.

Діоксид вуглецю за температури 1000°С та середовища вуглецю розжареного коксу відновлюється в монооксид вуглецю СO2 + С → 2СО – ΔН, (де – Δ Н означає, що реакція іде з поглинанням тепла). Він відновлює оксиди заліза, а сам знову перетворюється у діоксид вуглецю. Таким чином, окиснення вуглецю у доменному процесі забезпечує необхідне для плавки тепло, окрім цього вуглецем та його оксидом відновлюються оксиди та навуглецьовується залізо.

Одразу після відновлення заліза починається процес його навуглецювання з утворенням карбіду заліза (Fe3С). Окрім вуглецю в залізі одночасно розчиняються відновлені Мn; Si; Р, а також S з коксу. У міру розчинення домішок знижується температура плавлення сплаву. Якщо для чистого заліза вона становить 1539°С, то для чавуну 1100 – 1350°С в залежності від кількості домішок. З флюсів, порожньої породи та золи коксу утворюється шлак, до складу якого входять: кремнезем, оксид кальцію, глинозем.

Для виробництва чавуну у піч об'ємом 2700 м3 необхідно вдувати щодобово 8 млн. м3 повітря та додатково 500 000 м3 кисню. Потім така кількість газів випускається через димар в атмосферу. Для охолодження домен використовується вода в кількості 20 – 25 м3 на одну тонну чавуну, температура якої підвищується у середньому на 5 – 8°С. Відпрацьована вода після охолодження у градирнях знов подається в охолоджувальну систему печі.

Для виробництва 1 т чавуну необхідно 1,7 – 2 т руди, 500 – 700 кг коксу, 300 – 700 кг флюсів, 3,3 т повітря.

Продукти плавки (%):

  • – чавун -16,5
  • – шлак – 9
  • – доменний газ – 69,5
  • – колошниковий пил – 5.

Виробництво стали Значення сталі, як матеріалу, в народному господарстві дуже велике. Майже неможливо назвати ні однієї галузі господарства, де б не використовували сталь. Рівень економічного розвитку країни насамперед залежить від кількості та якості сталі, що виплавляється. Світове виробництво сталі за останні сто років зросло в 365 разів.

У 2004 році у світі вироблено 1035,5 млн. тонн сталі. У світовому виробництві сталі частка конвертерної становить приблизно 59,5%, електросталі – 34,8, мартенівської – 2,5, інших видів плавок – 3,2%. Річне виробництво сталі, що припадає на душу населення, у країнах з розвиненою промисловістю становить 400 – 600 кг.

В Україні загальна потужність сталеплавильного виробництва становлять приблизно 40 млн. тонн сталі за рік. Приблизно 49,2% усієї сталі виробляється в конвертерах, 47,9 – у мартенівських печах і 2,8% – в електропечах. У 2004 р. в Україні було виплавлено 38,73 млн. тонн сталі (близько 600 кг на душу населення).

Сталь – це сплав заліза з вуглецем та іншими хімічними елементами (домішками), розчиненими в залізі. Домішки впливають на властивості сталі як позитивно, так і негативно, тому їх поділяють на корисні та шкідливі. Основною домішкою в сталі є вуглець, вміст якого становить від 0,05 до 2,14%. Корисні домішки – це Мл (0,3-0,6), Si (0,15-0,3%), Cr, Ni, Co, W. Шкідливі домішки – S; Р; N; О, вміст яких обмежується сотими і тисячними частками відсотка. Змінюючи вміст вуглецю можна отримати сталі з різними механічними властивостями. Але фізичні властивості сталі поліпшують додаванням легуючих елементів отримуючи особливі фізико-хімічні властивості, яких вуглецеві сталі не мають. Такі сталі називають легованими.

За хімічним складом сталь поділяють на низьковуглецеву (С менше ніж 0,25%), середньовуглецеву (С – 0,25 – 0,6%), високовуглецеву (понад 0,6% С) і леговану, в тому числі хромисту, марганцевисту (манганову), хромонікелеву. Леговану сталь, у свою чергу, поділяють на низьколеговану (містить до 2% одного легуючого елемента або до 3,5% кількох), середньолеговану (вміст одного легуючого елемента не перевищує 8% або вміст кількох не перевищує 12%) і високолеговану (містить щонайменше 8% одного легуючого елемента або 10% кількох). Залежно від вмісту шкідливих домішок (сірки та фосфору) сталь поділяють на сталь звичайної якості (вміст не перевищує 0,07% S і 0,09% Р), якісну (вміст сірки і фосфору не перевищує 0,045%) і високоякісну (вміст сірки та фосфору не перевищує 0,025% кожного).

За призначенням сталь поділяють на:

  • • конструкційну – використовують для виготовлення металевих конструкцій (для спорудження будинків та мостів, виробництва різних машин). Конструкційна сталь може бути як проста вуглецева, так і легована. Легована сталь дорожча, але має кращі механічні властивості;
  • • інструментальну – використовують для виготовлення інструментів, валків прокатних станів, деталей ковальського та штампувального устаткування. Інструментальна сталь зазвичай містить велику кількість вуглецю (іноді до 2%), а в деяких марках – легуючі елементи: хром, вольфрам, молібден та ін.;
  • • топкову та котельну – низьковуглецеву сталь, яку використовують для виготовлення парових котлів і топок. Вона повинна мати певні пластичні властивості в холодному стані, добре зварюватися, не старіти;
  • • для залізничного транспорту – для виготовлення рейок, осей, бандажів залізничних коліс. Це середньовуглецева сталь, до якої ставлять високі вимоги, наприклад на втому та на суцільність структури металу;
  • • підшипникову – для виготовлення кулькових та роликових підшипників. До цієї сталі, що містить близько 1% С і 1,5% Сr, ставлять дуже високі вимоги за вмістом неметалевих вкраплень.

Крім цих є сталі, призначення яких випливає із їх назви: ресорно- пружинні, електротехнічні, трансформаторні, динамні, нержавіючі, гарматні, трубні та ін.

Основними технологічними процесами отримання сталі, є: Мартенівський спосіб – випалювання надлишку вуглецю в чавуні відбувається за рахунок не лише кисню повітря, а й кисню оксидів заліза, які є у складі залізної руди та залізного брухту. Мартенівська піч (рис. 3.3) складається з плавильної ванни, перекритої склепінням з вогнетривкої цегли, і особливих камер- регенераторів для попереднього підігріву повітря та горючого газу.

Мартенівська піч

Рис: 3.3. Мартенівська піч:

1 – повітря; 2 – газ; 3 – регенератори; 4 – сталь; 5 – продукти горіння.

Регенератори заповнені насадкою з вогнетривкої цегли. Коли перші два регенератори нагріваються пічними газами, горючий газ і повітря вдуваються в піч через розжарені третій та четвертий регенератор. Через деякий час, коли перші два регенератори нагрівались, потік газів спрямовують у протилежному Напрямку і т. д. Плавильні ванни потужних мартенівських печей мають довжину до 16 м, ширину до 6 м і висоту понад 1 м. Ємність таких ванн досягає 500 тонн сталі. У плавильну ванну завантажують чавун, залізний брухт та залізну руду,

Мартенівський процес полягає в розплавленні шихти, зниженні вмісту в ній С, Si, Μn, видаленні небажаних елементів (S, Р) і введенні відсутніх елементів (легуванні). Температура в печі повинна забезпечувати перебування металу в рідкому стані (наприкінці плавки – близько 1600°С). Як паливо використовують газ (коксовий, доменний, природний); рідке (мазут); пилоподібне (вугілля). Здійснюється роздільна подача палива і повітря; горіння проходить в довгому смолоскипі. Для інтенсифікації горіння в дуття додають кисень. До шихти додають також вапняк як флюс. Вигоряння вуглецю та домішок чавуну у перший період плавки відбувається головним чином за рахунок надлишку кисню в горючій суміші за тими ж реакціями, що і в конверторі, а шар шлаку утворюється за рахунок оксидів заліза.

Внаслідок взаємодії основних та кислотних оксидів утворюються силікати і фосфати, які переходять у шлак. Сірка теж переходить у шлак у вигляді сульфіду кальцію:

МnО + SiO2 = MnSiO3; 3СаО + Р2O5 = Са3(РO4)2;

FeS + CaO = FeO + CaS

Мартенівські печі, як і конвертори, працюють періодично. Після розливки сталі піч знову завантажують шихтою і т. д. Процес переробки чавуну в сталь у мартенах відбувається відносно повільно протягом 6-7 годин. У мартенах можна легко регулювати хімічний склад сталі, додаючи до чавуну залізний брухт та руду в тій чи іншій пропорції. Перед закінченням плавки нагрівання печі припиняють, зливають шлак, а потім додають розкисники.

Для одержання 1 т сталі необхідно 1050-1250 кг шихти, 100 – 200 кг умовного палива.

Продукти мартенівської плавки (%):

  • – сталь – 83
  • – шлак – 10
  • – гази, що відходять – 7.

Конверторний спосіб. Суть конверторного способу (рис. 3.4) полягає у тому, що крізь суміш рідкого чавуну та металобрухту (20 – 30% маси чавуну), яка міститься у конверторі, продувається повітря, кисень якого окиснює вуглець та домішки. Киснево-конверторний спосіб виплавки сталі дозволяє переплавляти металобрухт, дає можливість контролювати якість сталі, не потребує додаткового палива у вигляді природного газу. Процес виплавки триває всього 50 хв.

В процесі хімічних реакцій утворюється така кількість тепла якої цілком досить для перетворення чавуну на сталь протягом 10-13 хвилин.

Конверторний спосіб виплавлення сталі з подальшим її прокатом

Рис. 3.4. Конверторний спосіб виплавлення сталі з подальшим її прокатом.

Під впливом дуття домішки чавуну (кремній, марганець, вуглець та ін.) окиснюються, виділяючи значну кількість тепла, внаслідок чого одночасно знижується вміст домішок в металі і підвищується температура, підтримуючи його в рідкому стані. Коли вміст вуглецю досягає необхідного значення (кількість вуглецю визначається за часом від початку продування і за кількістю витраченого кисню), продування припиняють. Застосування кисневого дуття Замість повітря дозволяє отримувати сталь з низьким вмістом азоту (0,002 – 0,006%).

За однакової якості отримуваної сталі конверторній процес в порівнянні з мартенівським дає економію за капіталовкладеннями на 20 – 25%, зниження собівартості стали на 2 – 4% і збільшення продуктивності праці на 25 – 30%.

Кисневий конвертор, маса якого разом з футеруванням може перевищувати 1000 тонн, знаходиться у зварному корпусі (рис. 3.5), який спирається на підшипники, встановлені на станинах. Конвертор може повертатися на 360°.

Інтенсивність продувки киснем становить 2-6 м3/(т-хв), питома витрата кисню – 50 – 55 м3/т, тривалість продувки – 10-25 хв. Ємність сучасних конверторів за масою рідкої сталі становить від 10 до 400 тонн. Ємність робочого простору конвертора вибирають згідно з проектною ємністю та особливостями технології – типом чавуну, охолоджуючих та шлакоутворюючих матеріалів, кількістю шлаку, що утворюється. Питома ємність сучасних конверторів, тобто об'єм робочого простору, що належить до 1 т садки (рідкий чавун + брухт), зазвичай становить від 0,6 до 1,0 м3/т.

Кисневий конвертор

Рис. 3.5. Кисневий конвертор:

1 – корпус; 2 – футерівка; 3 – внутрішня порожнина; 4 – опорні вузли на станинах; 5 – корпус веденого зубчастого колеса; 6 – цапфа; 7 – опорне кільце з цапфами і системами кріплення в ньому корпусу; 8 – захисний кожух; 9 – електродвигуни навісного типу з редукторами; 10 – киснева фурма.

У верхній частині розміщена льотка для випускання сталі. Льотка має металеве облицювання і закривається вогнетривкою глиною. Кут нахилу каналу отвору льотки може змінюватися від нуля до 45° й визначається зручністю гарячих ремонтів отвору та траєкторією струменя під час зливання сталі, що потребує точного центрування відносно сталерозливного ковша. Механізм повороту конвертора знаходиться під робочою площадкою і має два або кілька електродвигунів. Конверторні плавки намагаються проводити з мінімальними простоями між продувками для зменшення остигання обладнання, що сприяє зменшенню температури наступної плавки. Нарис. 3.6. зображені технологічні операції конверторної плавки.

Технологічні операції конверторної плавки

Рис 3.6. Технологічні операції конверторної плавки:

а – завантаження брухту і вапна; б–заливка рідкого чавуну; в – подача кисню; г – випуск сталі з конвертора у сталерозливний ківш; д – злив шлаку у шлакову чашу.

Електрична плавканайбільш сучасний спосіб отримання сталі, який має ряд переваг у порівнянні з виробництвом сталі у конверторах та мартенівських печах. Порівняно з іншими металургійними виробництвами електросталеплавильне екологічно найбільш чисте викид шкідливих речовин на 1 т виплавленої сталі від мартенів в середньому складає (у кг) 9,5, у випадку використання електричних печей – 0,8, твердих часток відповідно 3,3 та 0,5, а газоподібних – 6,2 та 0,3. За даними експертів заміна мартенівських печей сучасними електропечами знизить викиди шкідливих речовин майже в 3,5 разів. В електричних печах виплавляють високоякісні конструкційні, інструментальні, корозійностійкі, жаростійкі та інші спеціальні сталі та сплави. Для виплавки сталі використовують дугові та індукційні електричні печі. Ємність найбільш широко застосовуваних дугових печей становить 0,5 – 360 тонн. Печі середньої та великої ємності використовують на металургійних заводах для отримання злитків, а печі малої ємкості – для отримання стальних злитків на машинобудівних підприємствах. Джерелом тепла в дугових печах є електрична дуга, яка збуджується між графітовими електродами і металевою шихтою. Схема дугової електропечі зображена на рис. 3.7. Первинна обмотка трансформатора живиться змінним струмом напругою 6 – 30 кВ, який на вторинній обмотці перетворюється у струм низької напруги від 90 до 280 В. Потужність трансформатора становить до 40 MBA і більше. Шихта складається з стального лому, чавуну, флюсів, залізної руди, легуючих домішок та розкиснювачів. Вдування кисню у ванну скорочує час розплавлення шихти та нагріву металу – тривалість плавки зменшується на 30 – 35%, а витрати електроенергії на 20 – 25% за одночасного покращенні якості сталі.

Схема дугової електропечі

Рис. 3.7. Схема дугової електропечі:

1 – трансформатор; 2 – електричні кабелі; 3 – гідравлічний привід для нахилу печі; 4,5 – опора сектора і сектор для нахилу печі; б – под печі; 7 – випуск металу; 8 – верхня частина печі; 9 – електроди; 10 – механізм для підняття та опускання електродів.

Питомий викид пилу, NOx, SO2, СО2 і ціанідів з дугової сталеплавильної печі складає відповідно 10; 0,27; 0,002; 1,35 та 0,028 кг/т стали, що суттєво нижче рівня шкідливих викидів з інших металургійних агрегатів.

Індукційна піч – це вогнестійкий тигель, встановлений в індуктор (мідна трубка у вигляді спіралі) (рис.3.8). Плавка йде за рахунок вихрових струмів, що виникають в індукторі. Ємність печей – від 5 кг до 25 т, продуктивність – близько 40 т на 1000 кВт встановленої потужності, витрата енергії на 10% вище, ніж у дугових печах. Тривалість плавки в індукційних печах мінімальна, доведення плавки після розплавлення шихти не перевищує 30 хв.

Схема індукційної електропечі

Рис. 3.8. Схема індукційної електропечі:

1 – каркас, 2 – подова плита, 3 – індуктор, 4 – ізоляційний шар, 5 – тигель, 6 – абсоцемеітная плита, 7 – зливний носок, 8 – комір, 9 – гнучкий струмопро від, 10 – дерев'яні бруси.

У таблиці 3.2 наведені основні техніко-економічні показники різних способів виробництва сталі:.

Таблиця 3.2

Основні техніко-економічні показники способів виробництва сталі:

Показники

Спосіб виробництва

конверторний

мартенівський

електричний

Ємність агрегату, т

250-400

400-600

200-300

Вихід сталі, %

90-92

91-95

92-98

Термін плавки, год

0,4-1

6-10

6-10

Річна продуктивність, тис.т

>1500

370-490

400-600

Витрати на виробництво 1т сталі

технологічного палива, кг

-

100-200

-

кисню, м3

50-55

40-50

8-17

електроенергії, кВт'год

-

-

500-600

електродів, кг

-

-

6,5

Частка металобрухту у шихті, %

20-25

30-60

до 100

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >