Технология металлургических процессов (стр. 2 )

Для формирования шлаков кислых сталеплавильных печей пользуются шамотным боем и кварцевым песком с содержанием SiO2 не менее 96%.

1.3 Методика выполнения работы

При знакомстве с коллекцией следует описать форму, цвет, плотность, размер кусков, характер кристаллов в кусках руды и отметить способность оставлять красную черту на фарфоровой пластине или способность к намагничиванию у различных типов железных руд.

В коллекции отсутствует один из наиболее важных флюсов для металлургического производства - известь, её следует изготовить в процессе выполнения настоящей лабораторной работы. Схема установки для этой цели приведена на рисунке 1. Для получения извести берут мелко измельчённый мел (CaCO3), насыпают его в тигель 2, а внутрь его вставляют хромель-алюмелевую термопару в кварцевом наконечнике 3. Тигель помещают в нагретую печь 1 и через каждые 1-2 мин записывают температуру нагрева материала в тигле по показаниям милливольтметра 4.

Рисунок 1 - Установка для изготовления извести

1 - печь; 2 - тигель; 3 - хромель-алюмелевая термопара; 4 - милливольтметр

После того, как температура достигнет значений 930-950°С, печь отключают.

Небольшое количество извести, остывшей до комнатной температуры, насыпают в стакан с водой. Описывают наблюдающиеся при этом явления и сравнивают их с теми, которые происходят при опускании известняка (мела) в воду.

1.4 Содержание отчета

1. Привести краткую характеристику трёх групп сырых материалов металлургической плавки. Результаты осмотра и изучения отличительных свойств сырых материалов заносят в отчет (таблица 1).

Таблица 1

Группа материалов	Наименование материалов	Назначение	Цвет	Блеск	Форма и размер кусков	Плотность	Отличительные свойства

Металлосодержащая группа сырых материалов, в свою очередь, должна быть разбита на подгруппы: железо -, марганец -, хром -, медь -,алюминий содержащие материалы. В подгруппу железосодержащих материалов включаются различные типы железных руд, концентратов, агломерат и окатыши. Боксит входит как в подгруппу алюминийсодержащих руд, так и в группу флюсов. Назначение металлсодержащих материалов описывается кратко, например “производство чугуна и стали", “производство алюминия” и т. д. Если в руде различаются виды минералов, то характеризуются отдельно цвет, блеск, размер кристаллов орудняющих минералов и минералов пустой породы. Плотность материалов характеризуется словами “рыхлый” или «плотный». Среди отличительных свойств отмечается способность материала оставлять на фарфоровой пластине красную черту, магнитность, характер взаимодействия с водой.

2. Привести данные о нагревании карбоната кальция, на основании которых в масштабе на миллиметровой бумаге построить кривую изменения температуры во времени. Дать объяснение замедлению скорости нагрева и температурной остановке на этой кривой (термограмме).

3. Сформулировать выводы о различии между типами железных руд, концентратов, агломерата и окатышей, а также между каменным углем и коксом, между известняком и известью. Отметить характер теплового эффекта превращения известняка в известь. На примере медной руды указать целесообразность её измельчения и обогащения.

2 Лабораторная работа

«ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА СКОРОСТЬ ПРЯМОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ ЖЕЛЕЗА»

2.1 Цель работы

Экспериментально определить скорости прямого восстановления железа из железной руды при различных температурах.

2.2 Теоретическая часть

Восстановление железа из его оксидов является основной целью доменного процесса и протекает как за счет газов (СО, Н2), так и за счет углерода С кокса. Восстановление идет ступенчато от высших оксидов к низшим по общей схеме

(1)

При температурах ниже 570°С оксид типа FeO неустойчив и железо восстанавливается непосредственно из Fe3O4.

Восстановление металлов с участием углерода принято называть прямым, например.

(2)

(3)

Восстановление только газами - косвенным

(4)

В результате реакции (4) в газовой фазе увеличивается содержание СО2, являющегося окислителем по отношению к FeO и Fe. Лишь при температурах 700- 900 °С и выше содержание СО2 в равновесной газовой смеси снижается настолько, что становится возможным восстановление железа. Следовательно, прямое восстановление железа в заметной степени протекает лишь при высоких температурах.

2.3 Методика выполнения работы

Схема лабораторной установки представлена на рисунке 2. В нагревательной печи 1 помещается фарфоровая трубка 2, внутренний объём которой образует реакционное пространство. Трубка плотно закрыта с одного конца резиновой пробкой 3, к другому присоединен шланг 5 для отвода газа, выделяющегося в процессе восстановления. В трубку помещают фарфоровую лодочку 4 со смесью порошков железной руды и древесного, угля. Газ, отводимый из трубки, накапливается в мензурках 6, предварительно заполненных, водой. Для измерения температуры в трубке установлена термопара 8, подключенная к милливольтметру 7.

Для выполнения работы нужно включить печь и убедится в герметичности фарфоровой трубки (через свободный конец резиновой трубки, опущенной в сосуд с водой, должны выделяться пузырьки воздуха).

Рисунок 2 - Схема лабораторной установки для исследование влияния температуры на скорость прямого восстановления железа

1 - печь; 2 - фарфоровая трубка; 3 - резиновая пробка; 4 - фарфоровая лодочка; 5 - шланг для отвода газа; 6 - мензурки; 7 - милливольтметр; 8 - термопара

В процессе нагрева печи подготовить две лодочки со смесью руды и древесного угля. Навеска руды, содержащая 67,5% Fе в виде Fe2O3, должна составлять 1 г. Навеска древесного угля должна содержать количество углерода, превышающее в два раза необходимое для полного восстановления всего железа (0,675 г). Эту навеску угля можно найти, исходя из стехиометрического соотношения между реагентами

(5)

и зная, что содержание углерода в древесном угле равно 90%. Отсюда требуемое количество древесного угля составляет

(6)

Взвешенные руда и уголь тщательно смешиваются, и смесь без потерь насыпается в лодочку.

После достижения заданной температуры и выдержки печи в течение 5 мин при этой температуре вставить в трубку посередине печи одну из лодочек, после чего трубку следует плотно закрыть пробкой 3, а конец резинового шланга подвести под одну из мензурок 6. Через одну - две минуты фиксировать количество выделившегося газа. Через 10-12 мин опыт заканчивается. Печь нагревается до следующей заданной температуры и в трубку помещается вторая лодочка.

Степенью восстановления руды называется отношение отнятого от железа кислорода к начальному его содержанию в оксидах железа руды.

Начальное содержание кислорода, исходя из содержания железа в руде, составляет, г

(7)

Количество кислорода, отнятое от железа, определяется по количеству выделившегося оксида углерода, г

(8)

где V — объем газа, выделившегося в течение всего опыта, см3.

Степень восстановления железа выражается обычно в процентах:

(9)

Среднее изменение степени восстановления за время опыта τ, мин определяется из формулы (% /мин)

(10)

2.4 Содержание отчета

1. Привести краткое теоретическое обоснование и цель работы, а также схему установки. Опытные данные и результаты расчетов представить в таблице 2.

2. Построить в масштабе графики изменения скорости выделения газа во времени при различных температурах.

3. Представить выводы о характере влияния температуры на скорость прямого восстановления

Таблица 2

3 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ ГАЗОВ В МЕТАЛЛАХ»

3.1. Цель работы

Определение содержания водорода, азота и кислорода в различных образцах стали.

3.2 Теоретическая часть

В жидких металлах всегда растворено некоторое количество газов, из которых наиболее отрицательное влияние на качество готовых изделий оказывают кислород, азот и водород. При затвердевании и последующем охлаждении форма существования газов в металле в связи с уменьшением их растворимости изменяется. Кислород, соединяясь с другими элементами, образует неметаллические включения, нарушающие непрерывность металлической матрицы. Азот, переходя сначала в твердый раствор, при дальнейшем понижении температуры также соединяется с другими элементами и образует самостоятельную нитридную фазу. Этот процесс продолжается и при комнатных температурах, вызывая процесс старения металлов.

Водород менее других элементов склонен к образованию химических соединений с металлами и при охлаждении стремится выделиться из металла в окружающую атмосферу или в несплошности — пустоты, находящиеся внутри металла. В этих несплошностях иногда достигается такое давление водорода, которое приводит к местным разрывам, образующимся при быстром охлаждении деформированного металла и в поперечном сечении имеющих вид паукообразных трещин, а в продольном - серебристых пятен, вследствие чего они называются флокенами. Изделие, пораженное флокенами, имеет низкие механические свойства и не пригодно для использования.