Что такое шихта? виды шихты, состав и назначение

Сталеплавильное производство

Рассмотренная ранее металлическая шихта – один из четверки компонентов прекурсора для производства стали. Также туда входят:

флюс – шлакообразующие вещества;
окислители;
дополнительные составляющие – раскислители, науглероживатели и легирующие добавки.

Подобный состав шихты литья 40гмфр – высокопрочной конструкционной стали и других марок этого металла. Дополнительно, в состав входят флюсы или плавни. Это шлакообразующие вещества, под которые, выполняя расчет шихты для стали необходимо учитывать тип футеровки печи:

Кислая. Под такую мартеновскую печь шлакообразующими веществами могут быть кварцевый песок, а также битый кирпич – шамотный или динасовый – см. лом огнеупоров.
Основная. Тут в качестве флюса выступает, боксит, известняк или плавиковый шпат.

Так выглядит флюсовый известняк

Под окислители используют кислородсодержащие материалы: железная руда, специальные агломераты, а также окалина. Их задача катализировать окислительные процессы. Альтернативно, интенсифицировать окисление позволяет продувка металла кислородом в газообразном состоянии.

Соответственно, класс науглероживателей образуют углеродсодержащие материалы. Они могут использоваться как на стадии приготовления шихты, так и вводиться непосредственно в жидкий металл. Этот, преимущественно кокс, а также лом электродов

Важное качество науглероживателя – чистота по вредным примесям. Особенно это относится к содержанию серы и золы. Раскислителями в подготовке шихты выступают ферросплавы, а также металлический хром, алюминий, марганец и прочие элементы

Раскислителями в подготовке шихты выступают ферросплавы, а также металлический хром, алюминий, марганец и прочие элементы.

Шихта исследования и технологии

Технологии изготовления шихты отличаются. К примеру, одна из них предполагает собой отдельное параллельное взвешивание каждого компонента на отдельных весах, а затем смешивание и запекание в одной емкости.

Можно также использовать другую технику, в которой все материалы взвешиваются на одних весах по очереди, после чего смесь кладется в несколько небольших контейнеров, и только после этого запекается.

Существуют также автоматизированные технологии изготовления стекольной шихты, в которых применяется линейная система работы весов и смесителя.

Системы загрузки и удаления шихтыЗавалочные машины для загрузки шихтыЗагрузка шихты в печь

Сырье для шихты

Сырье является основой шихты, именно от него зависит качество полученного в дальнейшем стекла

Именно поэтому очень важно следить за точностью всех пропорций, и тщательно следить за процессом подготовки сырья

Если шихта будет неоднородной, то готовое стекло может получиться слишком хрупким, легко поддаваться влиянию различных температур, быть неровным. В качестве сырья в основном используется песок, известняк, мел и доломит.

Для того чтобы стекло соответствовало всем стандартам, необходимо проследить за постоянством состава сырья, за его влажностью и дисперсностью, за точным соблюдением всех пропорций. Сырье должно быть тщательно перемешано, а готовую шихту необходимо правильно хранить и транспортировать. Различные колебания количества компонентов сырья (известняк, доломит, песок) должны соответствовать специальным нормам.

Особенности

Не только металлы являются основой предприятий черной металлургии. Предприятия по добыче и переработке сопутствующих материалов, кокса, огнеупоров также входят в состав отрасли черной металлургии.

Можно выделить такие особенности черной металлургии, которые присущи именно ей, в отличие от производства цветных металлов:

Более одной трети выпускаемой продукции (сталь и сплавы на основе железа, чугун) является основой всего машиностроения;
Более четверти продукции используется в строительстве для создания элементов нагруженных и несущих конструкций.

Спецификой предприятий металлургического комплекса черной металлургии является то, что они, по большей части, составляют основу индустрии государства, являясь, вместе с тем, одними из самых высоких капитало- и материалоемкими.

Организация выработки металла на предприятиях черной металлургии отличается сильной региональной зависимостью. Для переработки руды и производства первичного металла (чугуна) требуются большое количество кокса, рудного сырья и электроэнергии. Подсчитано, что сырье и топливо составляют более 90% общих затрат на производство черного металла. Необходимость в транспортировке огромных масс рудного и топливного сырья диктует необходимость решать задачи рационального размещения предприятия. Наиболее часто предприятия черной металлургии концентрируются таким образом:

Возле рудных месторождений. Требуется доставка топлива;
Вблизи источников топлива (предприятия угледобычи). Остается вопрос поставки рудного сырья;
На оптимальном расстоянии между источниками сырья и топлива.

Большинство комбинатов по производству черного металла сосредоточены вблизи залежей железных руд. Можно объяснить это тем, что изначально, в годы массового строительства металлургических предприятий, восстановление железа из обогащенного сырья производилось посредством древесного угля, добываемого непосредственно вблизи месторождений. При переходе на использование кокса стало выгоднее организовать его доставку, чем переносить металлургическое производство.

Можно заметить, что здесь не указана зависимость производства от электроэнергии, хотя потребность в ней чрезвычайно велика. Это объясняется тем, что передача электрической энергии даже на большие расстояния не сопоставима по сложности организации и стоимости с доставкой тяжелых и объемных материалов производства.

Предприятия вторичной переработки металлического лома черных металлов (передельная металлургия) сосредоточены вблизи крупных центров машиностроения. Сырье Сырьевая база является основой металлургического производства. В зависимости от типа металлургического предприятия, источники сырья могут быть разные. В частности, черная металлургия может делиться на такие отрасли:

Предприятия полного цикла. Большинство стадий производственного цикла, обогащение руд, производство кокса, выплавка и прокат металла сосредоточены на одном объекте.
Передельныеметаллургические предприятия. Одна из стадий, а это, в основном, производство сталей и сплавов, выделена в отдельную отрасль.
Малая черная металлургия. Характеризуется тем, что цеха по производству металла входят в состав машиностроительных предприятий.

Сырьем черной металлургии для передельных и малых предприятий служит полуфабрикат для выработки стали – чугун, металлолом и прочие отходы основного металлургического производства. В данную группу производств входит изготовление ферросплавов, в состав которых входят различные легирующие добавки.

Добыча руды черных металлов

Добыча руды, ее обогащение, выплавка характеризуют предприятия полного цикла. Для черной металлургии характерно использование сырья с высоким процентным содержанием металла при больших объемах переработки. Добыча и обогащение руды требуют серьезных затрат электрической энергии и требовательны к наличию доступных водных ресурсов.

https://youtube.com/watch?v=gkgFOipxxew

Технологии сварки разнородных типов стали одного структурного класса

Сварка разных типов перлитной стали, разница в которых заключается в степени легирования, выполняется с помощью электродов, используемых для металлов с меньшей степенью легирования, при отсутствии дополнительных требований к прочности соединений, жаропрочности, коррозионной устойчивости, которые свойственны более легированным сталям. При этом технология предполагает выбор режимов и температуры сварки, применяемых при работе с более легированными металлами.

Если подогрев невозможен, то выполняется наплавка кромок с использованием более легированного материала, подогреваемого электродами типа Э42А. При этом наплавленный слой должен иметь такую толщину, которая не позволит более легированному металлу нагреться до температур Ac1, т. е. не допустить создания условий для закалки.

Работая с различными сочетаниями высокохромистых мартенситных (12 % Cr), ферритных (28 % Cr) и ферритно-аустенитных металлов типа Х21Н5, необходимо выбирать такую технологию сварки сталей, при которой не будут образовываться холодные трещины и хрупкие участков в сварном шве. Режим подогрева выбирают для самого закаливающегося металла с недопущением полного охлаждения заготовок. Это возможно при использовании сварочных материалов ферритно-аустенитного класса, сварки с минимальной погонной энергией, поскольку металлы с высоким содержанием хрома подвержены росту зерна, являющегося причиной образования хрупкости места шва.

После того как термообработка завершена, заготовку необходимо быстро охладить, чтобы избежать хрупкости, возникающей при +475 °С. Можно также использовать для работы аустенитные электроды. Но в таком случае при термообработке нельзя полностью исключить сварочные напряжения, вызванные разницей в коэффициентах линейного расширения шва и основного металла.

Индукционная печь

Оборудование предназначено для плавления любых видов металлов. Индукционные плавильные печи (цена будет минимальной у производителя) работают по законам Джоуля-Ленца и Максвелла.

Установки состоят из таких элементов:

индуктора;
каркаса;
футеровки;
механизма наклона;
крышкой с устройством подъема и поворота;
магнитопровода и магнитного экрана.

Промышленные индукционные печи бывают двух видов: тигельные (с сердечником) и без сердечника.

Примечание. Первый вид оборудования более популярен, поскольку имеет ряд неоспоримых преимуществ.

Индуктор представляет собой нагревательную катушку. Он отвечает за стабильную работу установки

Второй немаловажной деталью является генератор. Он подает электрическую энергию на индуктор

Тигель – емкость, в которой непосредственно осуществляется плавка металла. Для его изготовления используют огнеупорные и жаростойкие материалы. Как правило, это может быть металл, керамика или неметаллическое сырье.

Корпус, которым оснащают индукционные печи для плавки меди или другого металла, представляет собой каркас, служащий основанием оборудования. Другое название – кожух. К нему выдвигаются особые требования. Он должен быть прочным, устойчивым к воздействию высокого температурного режима. Форма каркаса: прямоугольный параллелепипед или цилиндр. Первый тип кожуха изготавливают из немагнитного металла. Например, дюраля. С его помощью собирают установки небольших габаритов.

Цилиндрические индукционные тигельные печи от производителя более востребованы. Их каркас выполнен из цельного металлического листа методом обмотки. Они характеризуются высоким показателем прочности.

Индукционные тигельные плавильные наделены такими преимуществами:

в агрегатах выделение энергии осуществляется в загрузке без использования вспомогательных приборов;
в тигле происходит постоянная циркуляция расплавленного металла, что позволяет более качественно плавит мелкую шихту;
индукционные печи литейные оснащены специальными устройствами, с помощью которых возможно создать любую атмосферу;
оборудование обладает высоким показателем удельной мощности, что позитивно сказывается на его производительности;
сливать металл после плавки можно полностью, поскольку в конструкции предусмотрены механизмы для поворота и наклона.

Плавка латуни в индукционных печах с тиглем осуществляется гораздо быстрее, чем в оборудовании без сердечника. Это конструктивная особенность установок.

Индукционные печи стали без сердечника представляют собой менее сложные конструкции. Их основным элементом является индуктор. Внутри него размещается шихта. Индуктор, нагреваясь, создает вихревые потоки, которые выделяют тепло. Благодаря этому происходит плавка чугуна в индукционной печи или другого материала.

Производство тигельных печей постоянно совершенствуется. Существует еще одна классификация оборудования. Индукционные печи бывают таких типов:

ИСТ (печи средней частоты);
ИЧТ (печи промышленной частоты);
ИАТ (агрегаты промышленного назначения).

Плавка бронзы в индукционной печи выполняется с помощью первого вида агрегата. Оборудование широко используется в технологии точного литья. С его помощью получают чистые сплавы. Также выполняется плавка серебра в индукционной печи такого типа.

Второй вид агрегатов предназначен для перегрева чугуна. Также могут использовать такие индукционные плавильные печи для плавки чугуна. Максимальный рабочий температурный режим составляет +1550 градусов.

Последний тип оборудования предназначен для плавки алюминия и его сплавов. Максимальная рабочая температура достигает +800 градусов. Технические характеристики индукционных печей данного вида разнообразны. Выбор агрегатов основывают на размере рабочей камеры.

Применение индукционной печи

Оборудование широко используется в металлургической промышленности. В нем выполняют плавление, переплавку, перегрев металлической массы любого вида. Также установки применяют в лабораторных исследованиях, деревообрабатывающей отрасли и в других сферах жизнедеятельности человека.

История металлургии

Металлургия начала развиваться ещё в эпоху каменного века. Есть несколько исторических вех её развития. Согласно археологическим раскопкам, наши древние предки уже в 6 в. до н.э. активно использовали железо, попавшее на Землю в составе метеоритов. Люди постепенно осваивали обработку серебра и олова.

В эпоху бронзового века (5500 лет назад) люди научились получать из горных пород олово и медь, из которых у них случайно вышла бронза. Во времена железного века (1200 лет назад) из руды стали извлекать железо. Его главными добытчиками считают древних римлян, преуспевших в искусстве ковки, а четь изобретений технологий металлообработки и добычи принадлежит китайцам.

Независимо от того, в каком уголке земного шара развивалась металлургия, все люди пользовались классическим сыродутным методом, с помощью которого осуществлялась выплавка меди и свинца.

Далее последовала эпоха, называемая этапом цементации. Железо стали закаливать, оно превратилось в металл гораздо прочнее бронзы. Однако процесс освоения людьми этой технологии занял около тысячи лет.

В период Средневековья высота плавильных печей уже составляла три метра, а работали они с применением энергии, получаемой через воду. Эти печи назывались штукофенами и стали стимулом для того, чтобы чёрная металлургия вышла на очередной виток развития. В эпоху Возрождения появились новые виды печей, которые назвали блауофенами. После них появились доменные печи громадных размеров. Они работали 24 часа в сутки, выпуская до полутора тысяч тонн чугуна отменного качества.

В конце XIX, начале XX века появились новые технологии производства металлов. Речь идёт о бессемеровском, томасовском и, наконец, мартеновском способах. Они помогли людям в разы увеличить производственные объёмы с выпуском металлов от шести тонн в час. Спустя 50 лет появились безостановочная разливка стали и метод кислородного дутья. На современном этапе учёные активно развивают разные технологии обогащения руд и производства стали в электрических печах.

Цена отходов металлургического производства

На практике применяют два метода определения стоимости отходов металлургического производства. Первый метод основан на использовании так называемых ТСЦ территориальных сборников цен. Но, к сожалению, эти сборники обновляются довольно редко, и поэтому цена там указанная не всегда может соответствовать действительности. Поэтому, чаще всего, те кого интересует этот вопрос обращаются к возможностям интернета.

Стоимость металлургического шлака напрямую зависит от размера зерен. Среди компаний, которые занимаются переработкой шлака в ходу следующие цифры:

шлак фракции 20-40 стоит порядка 1300 рублей за тонну.
шлак фракции 40-70 стоит порядка 1000 рублей за тонну.

Что такое шихта? Виды шихты, состав и назначение

Определение, что такое шихта из чего она состоит заключается в следующей формулировке. Шихта – это комплекс минералов, загружаемых внутрь доменной печи или другого высокотемпературного оборудования, для получения конечных продуктов заданного химического состава и свойств.

Можно также сказать, что шихта – это подготовленный к переплавке лом (если речь идет о металлургии). А вот понятие состав шихты носит обобщенный характер и зависит от специфики продукта, выплавляемого из прекурсора. В частности, состав шихты в металлургии это:

Дополнительно, шихта, используемая в черной металлургии, содержит в своем составе топливо: кокс или уголь. Производство цветных металлов, наоборот, обходится без топливных компонентов.

На фото угольная шихта – специальная смесь определенных марок угля, подготовленная для производства кокса

Что такое шихта? Виды шихты, состав и назначение

обогащенная руда;
концентрат;
флюс;
оборотные материалы – шлаки, съемы, а также пыль.

На фото угольная шихта – специальная смесь определенных марок угля, подготовленная для производства кокса

Роль черной металлургии в промышленности

Как уже говорилось, продукция черной металлургии является основой для тяжелой промышленности.

Предприятия черной металлургии основную массу готовой продукции выпускают в виде литого и передельного чугуна, мартеновской и конвертерной стали, а также готового проката, стальных и чугунных труб.

Передельный чугун в дальнейшем подвергается плавке и обезуглероживанию для получения сталей с различным содержанием углерода.

Большая часть стали производится в виде слитков, которые, в дальнейшем, подвергают ковке и прокатке для получения профиля различного сечения:

заготовки;
листовой прокат;
сортовой прокат;
бесшовные трубы;
специальные виды.

Стальной профиль сортового проката используют непосредственно в конструкциях (мосты, перекрытия зданий, железнодорожные рельсы). Наиболее распространен сортовой прокат для непосредственного использования:

Все перечисленные наименования сортового проката выпускаются в широком диапазоне стандартизированных размеров.

Классические стальные трубы сварной конструкции получают из листового проката.

К специальным видам проката относят такие сложные элементы, как:

оси и колеса железнодорожной техники;
зубчатые колеса различного назначения.

Фасонное литье чугуна применяется для станин машин самого различного назначения (метало- и деревообрабатывающие станки).

Передельные предприятия занимаются переработкой передельного чугуна, металлического лома, отходов металлургического производства. В настоящее время более половины продукции металлургического процесса составляет передельный металл, полученный переплавкой и очисткой металлического лома.

Металлургические базы: характеристики и размещение

Металлургические предприятия, пользующиеся общими ресурсами – топливом и рудой, обеспечивающие страну нужным объемом металла называются металлургическими базами. Старейшая из них расположена на Урале. Она еще с XVIII века выплавляет наибольший объем чугуна, стали в России и по сей день остается лидером.

Следующие позиции занимают Центральный и Северный район, а также Сибирь и Дальний Восток. Кроме того, за пределами основных, расположены другие центры черной металлургии – «Северсталь» (Череповец) комбинат полного цикла, а также передельного типа – в Поволжье, на Северном Кавказе.

Уральская черная металлургия использует привозное топливо – кузнецкий, карагандинский уголь, а ископаемые, добываемые в Кизеловском бассейне, могут применяться лишь в смеси.

Поставки сырья осуществляются из Казахстана, а также с Курской магнитной аномалии. Собственная сырьевая база представлена, перспективно развивающимися, Качканарским и Бакальским месторождением.

На Урале много железной руды, которая содержит легирующие компоненты, а также в месторождении «Полуночное» имеются залежи марганцевых руд.

Ведущая роль в этом районе у предприятий полного цикла, при этом сохранились и развиваются мелкие заводы.

Предприятия неполного цикла преимущественно расположены на западных склонах. Особенность региона в том, что только там производят выплавку природно-легированных металлов и чугуна на древесном угле.

Центральная металлургическая база пользуется привозным топливом. Добыча руды преимущественно осуществляется в Курской, Белгородской области. Большая часть стали, чугуна выплавляется Новолипецким комбинатом – в одном из самых крупных и технологически развитых в России.

Чем опасна для организма шихта

Основным источником негативного воздействия на здоровье человека выступает SiO₂. Двуокись кремния – это кварцевый песок, выступающий базовым компонентом стекольной шихты. Наибольшую опасность в производстве стекла представляют операции с высокой запыленностью: сушка, дробление и просев. Уровень пыли в них достигает 50, а при ручном просеве 100 мг/м3. Сама пыль не так страшна, как опасна свободная двуокись кремния. Она составляет 75% пылевой завесы и способна вызывать силикоз у рабочих.

Также работа с шихтой связана с риском – нужно строго соблюдать технологию подготовки шихты, а также требуется надзор техники безопасности. Что бывает, когда такой контроль ослабевает смотрите на видео.

Видео – взрыв печки при неправильной загрузке шихты:

Сталеплавильное производство

флюс – шлакообразующие вещества;
окислители;
дополнительные составляющие – раскислители, науглероживатели и легирующие добавки.

Кислая. Под такую мартеновскую печь шлакообразующими веществами могут быть кварцевый песок, а также битый кирпич – шамотный или динасовый – см. лом огнеупоров.
Основная. Тут в качестве флюса выступает, боксит, известняк или плавиковый шпат.

Так выглядит флюсовый известняк

Важное качество науглероживателя – чистота по вредным примесям. Особенно это относится к содержанию серы и золы

Процесс выплавки

Плавка в ДСП, после осмотра печи и ремонта пострадавших участков футеровки (заправка), начинается с завалки шихты. В современные печи шихту загружают сверху при помощи загрузочной бадьи (корзины). Для предохранения подины от ударов крупными кусками шихты на дно бадьи загружают мелкий лом. Для раннего шлакообразования в завалку вводят известь 2-3 % от массы металлической шихты. После окончания завалки в печь опускают электроды, включают высоковольтный выключатель и начинают период плавления. На данном этапе возможна поломка электродов (при плохой проводимости между электродом и шихтой исчезает электрическая дуга и электрод упирается в непроводящий кусок шихты). Регулирование отдаваемой мощности осуществляется изменением положения электродов (длины электрической дуги) либо напряжения на электродах. После периода расплавления в печи образуется слой металла и шлака. Шлак скачивают через шлаковую летку (рабочее окно), постоянно присаживая шлакообразующие, в течение всего периода плавления, с целью удаления фосфора из расплава. Шлак вспенивают углеродсодержащими материалами для закрытия дуг, для лучшей его скачиваемости и уменьшения угара металла.

Выпуск готовой стали и шлака в стальковш осуществляется через сталевыпускное отверстие и жёлоб путём наклона рабочего пространства (или, если печь оборудована вместо жёлоба донным выпуском, то через него). Рабочее окно, закрываемое заслонкой, предназначено для контроля за ходом плавки (замер температуры металла и отбор пробы химического состава металла). Также рабочее окно может использоваться для подачи шлакообразующих и легирующих материалов (на малых печах). На современных сверхмощных печах подача шлакообразующих во время плавки осуществляется через специальное отверстие в своде конвейерной подачей. Углеродистые материалы для вспенивания шлака подаются в печь либо порционно через свод, либо вводятся инжекционными горелками струёй сжатого воздуха. Перед выпуском и во время выпуска в стальковш добавляются легирующие и раскислители, а при отсекании печного шлака ещё и шлакообразующие материалы.