Технология металлургических процессов (стр. 1 )

Министерство образования и науки Республики Казахстан

ВОСТОЧНО-КАЗАХСТАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. Д. Серикбаева

ТЕХНОЛОГИЯ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

Методические указания к лабораторным работам

для студентов специальности 5В070900 «Металлургия»

Усть-Каменогорск

2014

УДК 669.018

. Технология металлургических процессов. Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 5В070900 «Металлургия» / / ВКГТУ им. Д. Серикбаева. - Усть-Каменогорск, 2014.- 39 с.

Тематика лабораторных работ соответствует содержанию рабочей программы и отвечает требованиям Государственного общеобязательного стандарта образования для студентов специальности 5В070900 - Металлургия. Методические указания содержат перечень лабораторных работ с конкретно поставленной целью и задачами, направляя студентов на систематизацию самостоятельной работы, которая будет способствовать глубокому усвоению теоретического курса дисциплины.

Утверждено методическим советом горно-металлургического факультета

Протокол № ____ от ___________2014г.

Ó Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева, 2014

СОДЕРЖАНИЕ

		стр.
	Введение	4
	Техника безопасности при выполнении лабораторных работ	5
1	Лабораторная работа «Ознакомление с сырыми материалами металлургической плавки и способами их подготовки»	6
2	Лабораторная работа «Исследование влияния температуры на скорость прямого восстановления железа»	10
3	Лабораторная работа «Определение содержания газов в металлах»	13
4	Лабораторная работа «Продукты пирометаллургического производства меди и никеля»	16
5	Лабораторная работа «Получение металлов высокой степени чистоты»	35
	Список литературы	39

ВВЕДЕНИЕ

Цель данных методических указаний заключается в наглядной иллюстрации сущности важнейших металлургических процессов, изучаемых в теоретической части дисциплины и в закреплении теоретического материала по металлургии черных и цветных металлов по дисциплине «Технология металлургических процессов». Для этого используется соответствующее лабораторное оборудование.

Лабораторные работы являются одной из важнейших составных частей курса «Технология металлургических процессов». В каждой лабораторной работе указаны цель и методика ее выполнения, описан порядок обработки результатов. Все этапы выполнения лабораторных работ проводятся под наблюдением преподавателя. В часы, отведенные для выполнения лабораторных работ, студент должен успеть выполнить все опыты, обработать экспериментальные данные, оформить результаты лабораторной работы в виде отчета и представить к защите.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ

ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

В процессе выполнения лабораторных работ следует строго выполнять правила электро - и экологической безопасности. Категорически запрещается прикасаться к открытым токоведущим частям. При работе с лабораторными электропечами необходимо помнить, что их наружные поверхности нагреваются до высокой температуры. Поэтому прикосновение к ним опасно. Все манипуляции с лабораторными электропечами производить в защитных рукавицах. При расплавлении гипосульфита и стеарина (парафина) обязательно пользоваться защитными очками.

Перед началом работ следует ознакомиться с лабораторным оборудованием и изучить «Инструкцию по технике безопасности», в которой отражены общие вопросы, способы оказания первой помощи пострадавшим и в дальнейшем строго соблюдать ее положения. Получившие инструктаж расписываются в специальном журнале.

Включать установки только с разрешения руководителя и строго предупреждать товарищей словами: «Внимание, подаю напряжение!». После окончания работы отключают установку и приводят ее в исходное состояние. При тех или иных неполадках в работе немедленно сообщают преподавателю.

1 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА

«ОЗНАКОМЛЕНИЕ С СЫРЫМИ МАТЕРИАЛАМИ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ ПЛАВКИ И СПОСОБАМИ ИХ ПОДГОТОВКИ»

1.1 Цель работы

Ознакомление с коллекцией сырых материалов и способами их подготовки к использованию в металлургических процессах.

1.2 Теоретическая часть

Имеются различные виды железных руд, концентратов, а также агломератов и окатышей. Руды, содержащие в основном гематит (Fe2O3), называются красными железняками, или гематитовыми рудами. Цвет красных железняков изменяется от красного до светло-серого и даже черного, но на шероховатой фарфоровой пластине все его разновидности всегда оставляют красную черту. Содержание железа в этих рудах 50-70 %.

Красные железняки, содержащие 40-50 % Fe при большом количестве в пустой породе кремнезема – до 30-40 %, называются кварцитами.

Руды, содержащие в основном Fe3O4, называются магнитными железняками, или магнетитовой рудой. Магнетит можно рассматривать как оксид железа FeO·Fe2O3, содержащий 30% FeO и 70% Fe2O3. Магнитные железняки часто загрязнены серой (до 6%). Вследствие присутствия пустой породы они содержат до (50-60) % железа. Цвет руд - блестящий, черно-синий.

Железные руды, содержащие в основном гидроксид железа (главным образом лимонит – 2Fe2O3·3H2O), называются бурыми железняками. Они чаще всего содержат много фосфора и мышьяка. Цвет бурых железняков обычно бурый и желтый. Содержание железа от 25 до 50%.

В коллекции имеются также марганцевые руды, используемые для производства чугуна, ферромарганца и в небольших количествах при выплавке стали; хромовые руды, являющиеся сырьем для производства феррохрома и металлического хрома; медные и свинцово - цинковые руды; каолин и бокситы, служащие сырьем для производства алюминия.

В коллекции содержатся различные виды каменных углей, включая антрацит, и продукт переработки каменных углей — кокс.

Флюсы представлены различными сортами известняка, бокситом, плавиковым шпатом и кварцевым песком.

Цель металлургических процессов заключается в переработке этих материалов таким образом, чтобы с наименьшими затратами извлечь из них наибольшее количество металла. Первичным металлосодержащим сырьем являются руды, которые представляют собой совокупность минералов, то есть химических соединений, образовавшихся в природных условиях. Минералы, содержащие извлекаемые металлы, называются орудняющими, а все остальные – пустой породой.

К следующей группе сырых материалов относится топливо, при сгорании которого выделяется теплота необходимая для протекания металлургических процессов и достижения заданной температуры продуктов. Топливо не входит в состав обязательных компонентов материалов плавки, если необходимая теплота выделяется в результате экзотермических реакций, протекающих при участии металлосодер жащих материалов. В тех случаях, когда источником теплоты служит электроэнергия, необходимость в топливе отпадает. Если топливо является обязательным компонентом металлургической плавки, то предъявляются определенные требования к его прочности, зольности, газопроницаемости, кусковатости и т. д. При пониженной прочности топлива образуется много мелочи, что ухудшает газопроницае мость шихты. По этой причине в качестве топлива в шахтных печах, например, не могут быть использованы каменные угли. Основным видом топлива в них является кокс, который получается нагревом измельченных каменных углей при температуре 1100-1200 °С без доступа воздуха.

Кокс - дорогое и дефицитное топливо, доля которого, например в себестоимости чугуна составляет около 40%. В последнее время часть кокса заменяют природным газом, мазутом или угольной пылью, вдуваемых в доменную печь. В ряде случаев кокс используется не только как топливо, но и как восстановитель металлов из их оксидов. В дуговых печах для производства ферросилиция, ферромарганца и других ферросплавов кокс применяется исключительно как восстановитель.

Ещё одну группу составляют сырые материалы, служащие для придания шлаку необходимого комплекса физико-химических свойств. Эти материалы называются флюсами.

Наиболее распространенным материалом, применяющимся качестве флюса при производстве стали и чугуна, является известняк – карбонат кальция (CaCO3). Для лучшего удаления серы в шлак доменной плавки известняк вводят в таком количестве, чтобы основность получаемого шлака, характеризуемая отношением, была не менее 1. Иногда для увеличения жидкоподвижности шлака в шихту вводят доломитизированный известняк, содержащий MgO в количестве 5-10 % и более. В доменной печи известняк разлагается на известь CaO и СО2 с поглощением большого количества тепла, что приводит к заметному увеличению расхода кокса. Поэтому известняк чаще дают в агломерационную шихту, а в доменную печь поступает офлюсованный или самоплавкий агломерат.

Большое количество известняка используют в основных мартеновских печах, а также - кислородных конвертерах, основность шлака в которых превышает 1,5. Однако в заключительные периоды мартеновской плавки для уменьшения затрат тепла и ускорения формирования шлака используют известь, которую также применяют в кислородно-конверторных процессах и электродуговых печах. Известь получают обжигом известняка при 900-1300°С, на воздухе она быстро поглощает влагу, - “гасится”, образуя Са(ОН)2. Использование такой – “гашеной“ извести недопустимо, поскольку она обогащает сталь водородом. Поэтому в процессе производства стали применяется только свежеобожженная известь.

Для разжижения шлака в сталеплавильных процессах используют и другие флюсы — боксит и плавиковый шпат. Окраска боксита зависит от содержания в нем оксидов железа. Красные бокситы содер жат до 45% таких оксидов. Плавиковый шпат содержит в основном CaF2 (75-92) %.