Виплавка сталі в електропечах

Для виплавки сталі використовуються електропечі періодичної дії двох типів – дугові та індукційні.

Дугова піч (рис. 13.8) складається із металічного зварного корпусу, закріпленого в люльці, що дозволяє нахиляти піч, і поворотного склепіння, через яке у плавильний простір печі вводяться електроди. Корпус печі із середини футерований вогнетривким матеріалом і має жолоб для виливання розплавленого металу та робоче вікно через яке завантажуються вихідні матеріали. Піч оснащена механізмом для нахилу печі.

 

Рис. 13.8. Дугова піч:

1 – склепіння, 2 – електроди, 3 – жолоб, 4 – под, 5 – робоче вікно, 6 – шлак, 7 – метал.

Індукційна піч (рис.13.9) складається із вогнетривкого тигля із зливним носком, що поміщений в індуктор у вигляді соленоїда із мідної трубки, що охолоджується водою. Піч поміщена в металічний кожух, що закритий зверху склепінням. Піч може нахилятися в сторону зливного носика.

Рис. 13.9. Індукційна піч:

1 – кожух, 2 – тигель, 3 – плита, 4 – соленоїд,

5 – зливний носок, 6 – струмовідводи.

Переваги методу: швидкий нагрів металу, точне і плавне регулювання температури, низький вміст сірки та фосфору.

Недоліки методу: потребує дорогої електроенергії.

Особливість методу: кисневе дуття відсутнє, окиснення йде за рахунок оксидів заліза із лому і окатишів.

Виплавка сталі в мартенівських печах

Діючі сучасні мартеновські печі – це крупні сталеплавильні апарати складної конструкції з великою кількістю різноманітних додаткових пристроїв.

Особливої актуальності набули створені останнім часом двохванні печі (рис. 13.10.). В основу їх дії покладено принцип роботи кисневого конвертора – окиснення карбону і домішок продувкою шихти диоксигеном.

При цьому у двох ванних печах для нагріву шихти використовують частину тепла, що виділяється відходящими газами.

Двохванні печі складаються із двох ван, робочий простір яких спарено між собою загальними склепіннями. Кожна ванна має головку, в якій розміщенні фурми для подачі диоксигену і фурми для вдування твердих матеріалів. Ванни сполучені вертикальним каналом із шлаковиком. Коли в одній ванні протікають ендотермічні процеси, в другій ванні іде продувка металу, процес що супроводжується виділенням тепла.

Рис. 13.10. Двохванна піч:

1 – паливно-кисневі фурми, 2 – фурми для твердих матеріалів,

3 – шлаковики, 4 – поди ван

Переваги методу: висока потужність, неенергозатратні.

Недоліки методу: дорогі, високі капітальні затрати, низька продуктивність роботи печі.

РОЗДІЛ 14. КОЛЬОРОВА МЕТАЛУРГІЯ

Виробництво алюмінію

Використання алюмінію в народному господарстві обумовлене його фізичними та хімічними властивостями(табл.. 14.1).

Таблиця 14.1

Галузі використання алюмінію

Властивості металу	Галузь використання
Висока електропровідність	Виготовлення дротів для електропередачі
Легкість, міцність	Літако-, машинобудування
Висока хімічна активність	Алюмотермія: МехОу+ Al → Al2O3 + Me
Схильність до утворення вибухових сумішей	Виготовлення амоналів
Висока теплопровідність та естетичні якості	Виготовлення фарби для металевих поверхонь

 

Сировиною для виготовлення алюмінію слугують природні мінерали (табл.14.2)

Таблиця 14.2

Сировина виробництва алюмінію

Назва мінералу	Масова частка (%) Al2O3
Боксити	30-60
Каоліни
Нефеліти
Алуніти

 

Збагачення природних мінералів здійснюється гідрометалургійним

(лужний метод Байєра) та пірометалургійним методами. Вихідним матеріалом для електролітичного одержання алюмінію є чистий глинозем (Al₂O₃), що має високу температуру плавлення – 2053°С. Тому до складу вихідної сировини, окрім глинозему Al₂O₃ (10%), вводиться кріоліт Na₃AlF₆ (90%). Введення кріоліту знижує температуру плавлення до 1100°С, а також оптимізує електропровідність розплаву, покращує змочування аноду.

Розплав має досить багатокомпонентний склад: Al³⁺, Na⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Zn²⁺, AlO₃^3-, AlO₂^1-, AlF₆^3-, F^-. Проте найнижчою є напруга розкладу на катоді Al³⁺ - йонів, а на аноді орто- і метаалюмінат йонів (AlO₃^3-, AlO₂^1-)

Хімізм процесу

Первинні процеси

І стадія: дисоціація електроліту:

Al₂O₃ Al³⁺ + AlO₃^3-

2Al₂O₃ Al³⁺ + 3AlO₂^1-

ІІ стадія: міграція йонів до електродів:

K(-) A(+)

Al³⁺ AlO₃^3-, AlO₂^1-

ІІІ стадія: процеси окиснення і відновлення:

Al³⁺+ 3ē = Al⁰ 2AlO₃^3- - 6ē = Al₂O₃ + 1,5О₂

2AlO₂^1- - 2ē = Al₂O₃ + 0,5О₂

Теоретична напруга розкладу становить Е_розкл = 1,66 – (-0,47) = 2,13 (В). Решта компонентів суміші розкладається за напруги понад 4,0 В.

Вторинні процеси

Вторинні процеси при електролізі кріоліто-глиноземного розплаву протікають як в анодному так і в катодному просторах.

В анодному просторі за температури електролізу відбувається неперервне окиснення вугільних анодів з утворенням суміші карбон (ІІ) та карбон (ІV) оксидів:

С + О₂ = СО₂

2С + О₂ = 2СО

Адсорбуючись на поверхні анодів, пухирці газу змінюють його природу і підвищують потенціал розряду йонів. Тому практична напруга розкладу на цих електродах значно вище теоретичного значення і складає 4,3 - 4,5 В.