Розділ VІІ. ОСНОВИ ЧОРНОЇ ТА КОЛЬОРОВОЇ МЕТАЛУРГІЇ

7.1. Загальні відомості про металургію

Галузь, яка займається виробництвом металів і сплавів і наука про способи виробництва та очистки металів називається металургією.

Існує декілька способів виробництва металів: піромета- лургійний (вогневий), гідрометалургійний, електрометалур- гійний, хіміко-металургійний та порошкової металургії.

Пірометалургійний спосіб заснований на тому, що теп- ло, яке необхідно для виплавки металу або сплаву, забезпе- чується спалюванням палива. Пірометалургійним способом виплавляють чавун, переробляють чавун у сталь, виплавля- ють мідь.

Гідрометалургійний спосіб заснований на вилужуванні металів з руд. Цей спосіб використовується при виробництві міді з бідних руд, цинку, алюмінію та вольфраму.

Електрометалургійний спосіб полягає у виплавці ме- талів і сплавів у дугових, індукційних та інших електричних печах, а також електролізі металів (алюміній, мідь, магній та ін.) з розчинів солей.

Хіміко-металургійний спосіб поєднує хімічні та мета- лургійні процеси. Наприклад, виробництво титану здійс- нюється в декілька етапів: отримання хлориду титану, віднов- лення його в губчату масу, розплавлення цієї маси електронаг- рівом у мідному тиглі.

Порошкова металургія — метод отримання металопро-

дукції з порошків.

Метали внаслідок високої хімічної активності в надрах землі знаходяться в сполуках, які входять до складу склад- них мінералів — руд. Частина руди, яка містить метал, нази- вається рудним мінералом, а яка не містить — пустою поро- дою. Пуста порода переважно вміщує кремнезем, глинозем, вапнякові з’єднання тощо.

У залежності від вмісту металу руди діляться на багаті, середні та бідні. Збагачену руду називають концентратами, а відходи — хвостами. Збагачення руд може бути магнітною

136

сепарацією, флотацією, гравітацією, електростатичним та іншими способами.

Для видалення з розплаву пустої породи, а також шкідли- вих домішок до складу шихти вводять флюси — матеріали, які утворюють з пустою породою легкоплавкі з’єднання. Роз- плав пустої породи з флюсами та золою коксу при виробництві чавуну, флюсу з окислами, сульфідами та іншими з’єднання- ми при виробництві сталі називають шлаком.

Шлаки та флюси діляться на кислі, нейтральні та основні. При високих температурах кислі флюси взаємодіють з футе- ровкою, тому частіше використовуються основні флюси — вапняк і доломіт.

Для плавки шихти використовують металургійне пали- во. Воно повинне задовольняти таким вимогам: мати високу теплотворну здатність, малу зольність та якомога меншу со- бівартість. У металургії переважно використовують кокс, мазут, природний та попутний газ.

Кокс — пористий продукт переробки коксуючого вугіл- ля. При переробці коксуюче вугілля нагрівають у спеціаль- них печах (батареях) без доступу повітря до 950 — 1000 °С і витримують 15 — 18 годин. Кокс вміщує 85 — 90 % вуглецю,

0,5 — 2 % сірки, до 0,2 % фосфору, до 1,25 % летких речовин, до 13 % золи, до 6 % вологи. Проте, кокс дефіцитне і дороге паливо.

Природний газ — висококалорійне і відносно дешеве паливо. Він майже не має сірки та сажі. Природний газ зна- ходить все більше застосування в металургії, хоча його теп- лотворна здатність нижча, ніж у коксу.

Поряд з природним газом використовується попутний — доменний та коксовий. Їх теплотворна здатність значно ниж- ча, ніж природного.

Доменний газ має малу теплотворну здатність. Його ви-

користовують у суміші з іншими газами.

Вогнетривкі матеріали застосовуються для облицюван- ня (футеровки) внутрішньої частини плавильних та нагрівних печей, різних ковшів, лотків для випуску чавуну та сталі, ви- ливниць тощо. До них пред’являються складні вимоги. По- перше, вони повинні витримувати високу температуру, тобто повинні бути вогнетривкими. По-друге, вони повинні в на-

137

грітому стані витримувати значні механічні навантаження. По- третє, вогнетривкі матеріали повинні бути хімічно стійкими, тобто повинні протистояти дії нагрітих металів, шлаків, пічних газів тощо.

По хімічній стійкості вогнетривкі матеріали розділяють на кислі, основні та нейтральні. Кислі виготовляються на ос- нові піску. Використовуються у вигляді цегли (динасова цег- ла), кварцевого порошку, футеровочних плит тощо. Динас витримує температуру до 1700 °С, добре витримує механічні навантаження, але має низьку термостійкість, тобто руйнуєть- ся при різких коливаннях температури. Динас застосовуєть- ся для футеровки кислих мартенівських та електричних пе- чей, конвертерів, відбивних печей які використовуються у кольоровій металургії.

До основних вогнетривких матеріалів відносять магне- зит, доломіт, хромомагнезит. Магнезитові матеріали витри- мують температуру 2000 — 2400 °С. Доломіт (гірська поро- да) витримує температуру нагріву до 1800 — 1980 °С. Хро- момагнезитова цегла витримує температуру не менше 2000 °С. На відміну від магнезиту він має високу термостійкість. Ос- новні вогнетривкі матеріали використовують у мартенівсь- кому виробництві, а також для футеровки печей у кольоровій металургії.

Найбільш поширеними в металургії є нейтральні вогнет- ривкі матеріали. До них належать шамот, хромисті та висо- ковуглецеві (графітні) матеріали.

Шамот — найдешевший вогнетривкий матеріал. Його

^{отримують з вогнетривких глин. Він вміщує 30 — 40 % Аl}₂^O₃^,

^{50 — 60 % SiO}₂ ^{і 1,5 — 3,0 % Fe}₂^O₃^{. Шамот витримує вели-}

^{кий тиск, хоча має відносно невелику температуру — 1750 °С.}

Ним футерують доменні печі, конвентери, сталерозливні ковші.

Хромисту цеглу виготовляють з хромітів, обпаленого магнезиту та глини. Вона якісніша за шамот. Вуглецеві вог- нетривкі матеріали, основою яких є подрібнений графіт, кокс, антрацит, володіють дуже високою вогнестійкістю — більше

2000 °С. Їх використовують для футеровки гірничо-домен- них печей, електролізних ванн при виробництві алюмінію тощо.

138