WWW.REFERATCENTRAL.ORG.UA - Я ТУТ НАВЧАЮСЬ

... відкритий, безкоштовний архів рефератів, курсових, дипломних робіт

ГоловнаТехнічні науки → Системи технологій металургії і перспективи поліпшення її екологічних характеристик - Реферат

Системи технологій металургії і перспективи поліпшення її екологічних характеристик - Реферат

Реферат на тему:

Системи технологій металургії і перспективи поліпшення її екологічних характеристик

Системи технологій чорної металургії

Історичні періоди розвитку суспільства, як відомо, позначені назвами основного матеріалу, який воно застосувало для вироблення засобів праці і предметів ужитку: кам'яний, бронзовий і залізний віки. Останній охоплює і наш час, оскільки залізо і сьогодні є найпоширенішим штучно вилученим з природи конструкційним матеріалом — фундаментом сучасної цивілізації. За вмістом хімічних елементів у земній корі залізо (у хімічних сполуках) займає четверте місце (близько 5 %), поступаючись лише кисню, кремнію й алюмінію. За своїми властивостями воно задовольняє широкий спектр технічних вимог: може бути пластичним і піддатливим для обробки тиском, пружним або таким твердим, що може різати інші метали. Додаючи в залізо-вуглецеві сплави легуючі елементи, такі як Cr, Wo, Co, W та ін., одержують нержавіючі й жаростійкі сталі.

Незважаючи на широке застосування в сучасній техніці алюмінію і нових сплавів на основі титану, цирконію, магнію та ін., значення заліза в народному господарстві не зменшується.

Щорічне виробництво сталі у світі становить понад 700 млн t. В Україні у 80-ті роки воно досягало 55 млн t, тобто було більше, ніж у будь-якій іншій європейській країні. Металургія і сьогодні є провідною галуззю індустрії розвинених країн світу. Система технології чорної металургії відпрацьовувалась віками. І все ж вона завдає чи не найбільше екологічних турбот суспільству. Про це наочно свідчить екологічний стан областей України з розвиненою металургійною промисловістю (див. рис. 34).

Традиційна система технології виробництва сталі складається з послідовних технологічних процесів:

  • видобуток залізної руди і її збагачення;

  • видобуток флюсів у кар'єрах;

  • видобуток і збагачення вугілля;

  • коксування вугілля;

  • доменний процес відновлення заліза з одержанням чавуну;

  • виплавлення сталей із чавуну в мартенах чи конверторах.

Стехіометрія, матеріальний баланс та екологія процесу. Розглянемо матеріальний потік системи технологій цього виробництва за вже відомою нам схемою (див. розділ 1.2.3). Нині промислові руди вміщують заліза від 20 % і вище, а в домну надходить попередньо збагачена (звільнена від пустої породи) руда зі вмістом заліза до 60 %.

Матеріальні потоки основних процесів доменного відновлення заліза базуються на стехіометрії процесу і можуть бути схематично викладені у розрахунку на 1 tчавуну — залізо-вуглецевого сплаву (940 kg Fe, 40 kg C, 20 kg — Si, Mg і домішки) у такій послідовності.

Реальний вміст заліза у збагаченій руді, яка завантажується в домну, може досягати 60 %. Отже, на одну тонну чавуну (940 kg Fe) потрібно збагаченої руди (за пропорцією):

Fe

Руда

60 % — 100 %

хруди = (940  100)/60 = 1570 kg

Fe 940 kgх kg

У середньому вихідна (сира) руда до збагачення містить близько 30 % заліза на тонну чавуну, отже, її витрати за аналогічним розрахунком становитимуть 3140 kg, а відходи на кожну тонну чавуну відповідно становитимуть 3140 – 940 = 2200 kg.

Якщо навіть збагачувати руду до 100 % залізовміщуючого мінералу, наприклад Fe2O3 (гематиту), то вміст заліза в такій руді становив би (відповідно до молярних мас .

Fe

Fe2O3

2  56 — 160

х %Fe = (112  100)/160 = 70 % Fe

х % — 100 %

При цьому на тонну чавуну треба було витратити гематиту (без пустої породи):

Fe

Fe2O3

70 % — 100 %

= (940  100)/70 = 1350 kg гематиту

940 kg —

Отже, за використання руди з 60 % вмісту заліза ми разом з гематитом Fe2O3 вносимо в домну 1570 — 1350 = 220 kg пустої породи, яка в основному є оксидом кремнію SiO2. Цей оксид досить туго-плавкий (1800С), і щоб його розплавити й перевести в шлак за нижчої температури, до руди (в шихту) додають плавні (флюси), наприклад вапно — СаО. Флюс взаємодіє з пустою породою за реакцією СаО + SiO2 = CaSiO3. Одержаний силікат кальцію має нижчу, ніж чавун, температуру плавлення і питому масу, а тому накопичується в горні доменної печі над чавуном, звідки крізь летку (отвір у горні) виводиться в шлаковози.

З наведеного стехіометричного рівняння видно, що на один моль SiO2 витрачається один моль СаО. Оскільки їхні молярні маси близькі МСаО = 56 і = 60, то витрати СаО наближаються до маси пустої породи (SiO2 ) 220 kg

СаО

SiO2

56 — 60

хСаО = (56  220)/60 = 205 kg вапна

хСаО — 220 kg

З огляду на економічну доцільність в шихту вводять не СаО, а СаСО3 (вапняк), який розпадається за 900С безпосередньо в домні за стехіометричним рівнянням . Розрахуємо масу вихідного вапняку й діоксиду вуглецю, який виділився в домні:

СаСО3

СаО

100 — 56

= (100  205)/56 = 366 kg вапняку

— 205 kg

СаСО3

СО2

100 — 44

= (365  44)/100 = 160 kg діоксиду вуглецю

365kg —

Витрати коксу на 1 t чавуну визначимо, виходячи з таких міркувань. Відновлення заліза в домні відбувається завдяки взаємодії триоксиду дизаліза (гематиту) з монооксидом вуглецю, який утворився в нижній зоні домни за взаємодії коксу з киснем, що надходить з повітрям крізь фурми (2С + О2 = 2СО).

Контактуючи з триоксидом дизаліза, монооксид вуглецю відбирає кисень від заліза, вивільняючи його і перетворюючись на діоксид. Виконаємо розрахунок витрат СО на 1 t чавуну (940 kg Fe) за рівнянням Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3 CO2.

СО

SiO2

3  28 — 2  56

хСО = (3  28  940)/(2  56) = 705 kg оксиду вуглецю

хСО — 940 kg

Відповідно до 705 kg витраченого на відновлення заліза монооксиду вуглецю на його утворення потрібно витратити коксу:

С

СO

2  12 — 2  28

хС = (2  12  705)/(2  28) = 302 kg коксу

хС — 705 kg

Ще 40 kg коксу разом з домішками (S, P) розчиняється в 1 тонні чавуну.

Витрата кисню повітря для отримання 70 kg СО становитиме:

О2

СO

32 — 2  28

хО = (32  705)/(2  28) = 403 kg кисню

хО — 705 kg

Оскільки вміст кисню в повітрі становить 23 % (мас), то масу повітря визначимо , а об'єм 1752 : 1,29 = 1358 m3 (де 1,29 — густина повітря kg/m3). Увесь азот повітря 1752 – 403 = 1349 kg пройде через домну незмінним.

Для одержання 1 t коксу теоретично необхідно в коксохімічному виробництві завантажити в коксові батареї близько 1,5 t вугілля, отже, на 302 kg коксу, що витрачається на 1 t чавуну, потрібно 1,5  302 == 453 kg вугілля. Токсичні продукти його коксування становлять на1 t коксу ~ 150 kg.

Зведемо отримані розрахункові дані для доменного процесу у форму матеріального балансу на 1 t чавуну, водночас перевіримо точність розрахунків.

Витрачено, kg

Одержано, kg

1. Руда

— 1570

  1. Чавун (1 t)

(Fe2O3 + домішки SiO2 та ін.)

2. Кокс (С + домішки S, P)

2. СО2 + NnOm + SO2

3. Флюс (СаСО3)

— 366

3. N2 1340

4. Повітря (О2 + N2)

— 1752

4. Шлак 430

Усього

4030

Усього4038

Незбалансованість у 8 kg(0,2 %)несуттєва і є наслідком того, що ми не рахували, що частина домішок руди (відновлені до елементів Si i Mn, а також S i P) увійде до складу чавуну (близько 20 kg), а це дещо зменшить кількість шлаку.

Loading...

 
 

Цікаве