Решение задачи: Определение стали, области применения и шихта

Хорошо, я отвечу на все вопросы, представленные на изображении, в удобном для переписывания формате. Дайте определение понятию сталь. В какой промышленности используется сталь? Сталь — это сплав железа с углеродом (от 0,02 до 2,14%) и другими элементами, обладающий высокой прочностью и пластичностью. Сталь широко используется в машиностроении, строительстве, производстве инструментов, транспортных средств, бытовой техники и многих других отраслях промышленности. Охарактеризуйте шихту, применяемую в сталеплавильном производстве. Шихта в сталеплавильном производстве — это смесь исходных материалов, загружаемых в плавильный агрегат для получения стали. Основные компоненты шихты: 1. Чугун (передельный) — основной источник железа и углерода. 2. Лом черных металлов (стальной лом) — используется для снижения себестоимости и утилизации отходов. 3. Железорудные материалы (окатыши, агломерат) — для окисления примесей и регулирования состава. 4. Флюсы (известь, плавиковый шпат) — для образования шлака, который удаляет примеси и защищает металл. 5. Легирующие добавки (ферросплавы) — для придания стали необходимых свойств. Проанализируйте и опишите принцип производства чугуна в доменной печи. Принцип производства чугуна в доменной печи основан на восстановлении железа из руды оксидом углерода (II) и углеродом при высоких температурах. 1. Подготовка шихты: Железная руда, кокс (топливо и восстановитель) и флюсы (известняк) загружаются сверху в доменную печь. 2. Подача горячего дутья: Снизу подается горячий воздух, обогащенный кислородом, который сгорает с коксом, образуя оксид углерода (II) и выделяя тепло. 3. Восстановление железа: Оксид углерода (II) поднимается вверх, восстанавливая оксиды железа в руде до металлического железа. 4. Науглероживание: Восстановленное железо, опускаясь вниз, насыщается углеродом из кокса, превращаясь в чугун. 5. Образование шлака: Флюсы взаимодействуют с пустой породой руды, образуя шлак, который собирает примеси. 6. Выпуск продуктов: Расплавленный чугун и шлак периодически выпускаются из печи через чугунные и шлаковые летки. Дайте определение понятию чугун. В какой промышленности используется чугун? Чугун — это сплав железа с углеродом (более 2,14%) и другими примесями (кремний, марганец, сера, фосфор). Чугун отличается высокой твердостью, хрупкостью и хорошими литейными свойствами. Чугун используется в машиностроении (для изготовления станин станков, блоков цилиндров двигателей), в строительстве (для канализационных труб, радиаторов отопления), для производства художественного литья и как исходный материал для производства стали. Охарактеризуйте шихту, применяемую для производства чугуна. Шихта для производства чугуна в доменной печи состоит из: 1. Железная руда (агломерат, окатыши, кусковая руда) — основной источник железа. 2. Кокс — топливо, источник тепла и восстановитель оксидов железа. 3. Флюсы (известняк, доломит) — для образования легкоплавкого шлака, который удаляет пустую породу и примеси. Составьте технологическую схему производства кокса на ПАО «НЛМК». Технологическая схема производства кокса на ПАО «НЛМК» (Новолипецкий металлургический комбинат) включает следующие основные этапы: 1. Подготовка угольной шихты: * Прием и складирование углей различных марок. * Дробление углей до необходимой крупности. * Смешивание углей в определенных пропорциях для получения оптимальной шихты. * Увлажнение шихты. 2. Коксование: * Загрузка угольной шихты в коксовые печи (камеры коксовых батарей). * Нагрев печей без доступа воздуха до температуры 1000-1100 °C. * Выдержка шихты в течение 14-18 часов, в результате чего происходит термическое разложение угля с образованием кокса, коксового газа и химических продуктов. 3. Выдача кокса: * Выталкивание готового кокса из печи коксовыталкивателем. * Тушение кокса (мокрое или сухое) для снижения температуры. 4. Сортировка и отгрузка: * Дробление и рассев кокса на фракции. * Отгрузка кокса потребителям (в основном в доменные печи). 5. Улавливание и переработка химических продуктов коксования: * Охлаждение коксового газа. * Улавливание смолы, бензола, аммиака, сероводорода и других ценных химических продуктов. * Очистка коксового газа. Дайте определение понятию ферросплав. Укажите, с какой целью используют ферросплавы в промышленности. Ферросплавы — это сплавы железа с одним или несколькими элементами (например, кремнием, марганцем, хромом, ванадием, титаном), которые вводятся в сталь или чугун для придания им определенных свойств. Цель использования ферросплавов в промышленности: 1. Легирование: Введение легирующих элементов для улучшения механических, физических и химических свойств стали (повышение прочности, твердости, коррозионной стойкости, жаропрочности). 2. Раскисление: Удаление кислорода из расплавленного металла, предотвращая образование газовых пузырей и улучшая качество слитка. 3. Модифицирование: Изменение структуры чугуна для улучшения его свойств. Каким образом раскисляют сталь? Перечислите сталь по способу раскисления. Раскисление стали — это процесс удаления кислорода из расплавленного металла, который может привести к образованию газовых пузырей и снижению качества стали. Способы раскисления: 1. Химическое раскисление: Введение в расплавленный металл элементов, обладающих большим сродством к кислороду, чем железо (например, марганец, кремний, алюминий). Эти элементы образуют твердые оксиды, которые всплывают в шлак. 2. Вакуумное раскисление: Удаление кислорода путем снижения давления над расплавом, что способствует дегазации. 3. Раскисление синтетическими шлаками: Использование специальных шлаков, способных поглощать кислород. Сталь по способу раскисления: 1. Кипящая сталь (КП): Не полностью раскисленная сталь, содержащая значительное количество кислорода. При затвердевании происходит реакция углерода с кислородом, выделяются газы, которые создают эффект «кипения» металла. 2. Полуспокойная сталь (ПС): Частично раскисленная сталь, занимающая промежуточное положение между кипящей и спокойной. 3. Спокойная сталь (СП): Полностью раскисленная сталь, в которой кислород связан с раскислителями. Затвердевает без выделения газов, имеет однородную структуру. Проанализируйте и опишите конструкцию и работу доменной печи. Конструкция доменной печи: Доменная печь представляет собой высокую шахтную печь цилиндрической формы, футерованную огнеупорным кирпичом. Основные части: 1. Колошник: Верхняя часть для загрузки шихты (руда, кокс, флюсы). Оснащен загрузочным устройством (засыпным аппаратом). 2. Шахта: Основная часть печи, где происходит восстановление железа. Имеет коническую форму, расширяющуюся к низу. 3. Расширение (распар): Переходная часть между шахтой и заплечиками. 4. Заплечики: Коническая часть, сужающаяся к низу, где происходит нагрев шихты. 5. Горн: Нижняя часть печи, где скапливаются расплавленные чугун и шлак. Оснащен фурмами для подачи горячего дутья, чугунной и шлаковой летками для выпуска продуктов. Работа доменной печи: 1. Загрузка шихты: Сверху в печь загружается слоями шихта. 2. Подача дутья: Через фурмы в горн подается горячий воздух (дутье), обогащенный кислородом. 3. Горение кокса: Кокс сгорает в горне, выделяя тепло и образуя оксид углерода (II). 4. Восстановление: Оксид углерода (II) поднимается вверх, восстанавливая оксиды железа. 5. Плавление: Восстановленное железо, опускаясь, плавится, насыщается углеродом и превращается в чугун. 6. Шлакообразование: Флюсы взаимодействуют с пустой породой, образуя шлак. 7. Выпуск: Расплавленные чугун и шлак периодически выпускаются из печи. Предложите способы подготовки руд к плавке. Способы подготовки руд к плавке: 1. Дробление и грохочение: Измельчение руды до необходимой крупности и разделение на фракции. 2. Обогащение: Удаление пустой породы для повышения содержания полезного компонента (магнитная сепарация, флотация, гравитационное обогащение). 3. Агломерация: Спекание мелких фракций руды с флюсами и топливом в кусковой материал (агломерат) для улучшения газопроницаемости шихты. 4. Окомкование: Формирование из тонкоизмельченной руды шарообразных гранул (окатышей) с последующим обжигом для придания прочности. 5. Сушка: Удаление влаги из руды. Какие продукты доменной плавки Вы можете получить в доменной печи? В доменной печи получают следующие продукты: 1. Чугун: Основной продукт, используемый для передела в сталь или для литья. 2. Доменный шлак: Побочный продукт, используемый в строительстве (производство цемента, щебня, минеральной ваты). 3. Доменный газ: Горючий газ, используемый как топливо на металлургических предприятиях. 4. Колошниковая пыль: Мелкие частицы шихты, уносимые газом, которые улавливаются и могут быть возвращены в производство. Проанализируйте и опишите агломерационное производство. Агломерационное производство — это процесс получения агломерата путем спекания мелких фракций железной руды, концентратов, флюсов и топлива. 1. Подготовка шихты: Смешивание рудного концентрата, флюсов (известняк), возвратного агломерата и мелкого кокса в определенных пропорциях. 2. Окомкование: Увлажнение и перемешивание шихты для образования мелких комков. 3. Загрузка на агломашину: Шихта равномерно распределяется по движущейся ленте агломерационной машины. 4. Зажигание: Верхний слой шихты зажигается с помощью газовых горелок. 5. Спекание: Под действием тяги (отсоса газов снизу) зона горения распространяется вниз по слою шихты. При этом происходит спекание частиц, образование агломерата. 6. Охлаждение и дробление: Готовый агломерат охлаждается, дробится и сортируется. Цель: Получение кускового, прочного и пористого материала, пригодного для доменной плавки. Охарактеризуйте футеровку конвертера. Предложите футеровку конвертера при использовании кислого шлака. Футеровка конвертера — это внутренняя огнеупорная облицовка сталеплавильного конвертера, предназначенная для защиты корпуса от высоких температур и агрессивного воздействия расплавленного металла и шлака. При использовании кислого шлака (например, в бессемеровском процессе, который сейчас практически не применяется для производства стали) футеровка должна быть кислой. Предложение: Для кислого шлака используется кислая футеровка, например, из динасового кирпича (содержащего высокий процент \(\text{SiO}_2\)). Однако современные конвертеры работают с основным шлаком, поэтому их футеровка обычно основная (магнезитовая, доломитовая). С какой целью производят обработку металлов давлением? Перечислите классификацию процессов ОМД. Обработка металлов давлением (ОМД) — это изменение формы и размеров металлических заготовок путем пластической деформации под действием внешних сил. Цель ОМД: 1. Придание заготовке требуемой формы и размеров. 2. Улучшение механических свойств металла (прочности, пластичности, ударной вязкости) за счет измельчения зерна и устранения дефектов литой структуры. 3. Повышение плотности металла. Классификация процессов ОМД: 1. Прокатка: Деформация металла между вращающимися валками (горячая и холодная прокатка). 2. Ковка: Деформация металла с помощью ударных нагрузок или статического давления (ручная ковка, машинная ковка). 3. Штамповка: Деформация металла в специальных формах (штампах) (объемная и листовая штамповка). 4. Прессование: Выдавливание металла через отверстие матрицы. 5. Волочение: Протягивание заготовки через сужающееся отверстие (фильеру). Проанализируйте и опишите принципиальную схему кислородного конвертера. Принципиальная схема кислородного конвертера: Кислородный конвертер представляет собой грушевидный сосуд, футерованный огнеупорным материалом, способный поворачиваться вокруг горизонтальной оси. 1. Корпус: Стальной кожух, внутри которого находится огнеупорная футеровка. 2. Футеровка: Основная (магнезитовая, доломитовая) для работы с основным шлаком. 3. Цапфы: Опоры, на которых конвертер вращается. 4. Механизм поворота: Для наклона конвертера при загрузке, сливе и продувке. 5. Футерованная крышка: Закрывает горловину конвертера. 6. Водоохлаждаемая фурма: Погружается сверху в расплав для подачи кислорода. 7. Газоотводящий тракт: Для отвода и очистки отходящих газов. Принцип работы: 1. Загрузка: Конвертер наклоняется, загружается лом, затем жидкий чугун. 2. Продувка: Конвертер устанавливается вертикально, опускается фурма, через которую подается чистый кислород под высоким давлением. 3. Окисление: Кислород окисляет примеси чугуна (углерод, кремний, марганец, фосфор, сера), выделяя большое количество тепла. Образуются оксиды, которые переходят в шлак или удаляются с газами. 4. Шлакообразование: В процессе продувки добавляются флюсы (известь) для образования шлака, который поглощает оксиды примесей. 5. Слив: После окончания продувки конвертер наклоняется, сначала сливается сталь, затем шлак. Какие существуют способы разливки стали? Способы разливки стали: 1. Разливка в изложницы: Расплавленная сталь разливается в чугунные формы (изложницы), где она затвердевает, образуя слитки. 2. Непрерывная разливка (МНЛЗ - машина непрерывного литья заготовок): Сталь непрерывно подается из сталеразливочного ковша в водоохлаждаемый кристаллизатор, где формируется твердая оболочка заготовки. Затем заготовка вытягивается, охлаждается и разрезается на мерные длины. Какие виды миксеров используются на производстве? Миксеры используются для хранения и усреднения чугуна перед его переработкой в сталь. Виды миксеров: 1. Стационарные миксеры: Большие емкости, футерованные огнеупорами, устанавливаются на фундаменте. Могут быть цилиндрическими или грушевидными. 2. Поворотные миксеры: Могут наклоняться для слива чугуна. 3. Ковшовые миксеры: Специальные ковши большой емкости, используемые для транспортировки и временного хранения чугуна. Проанализируйте и опишите устройство и принцип работы электродуговой печи. Устройство электродуговой печи (ЭДП): 1. Кожух: Стальной цилиндрический корпус, футерованный огнеупорами. 2. Подина: Нижняя часть печи, также футе