Для чего в металлургии используются флюсы
Флюс в металлургии
Полезное
Смотреть что такое «Флюс в металлургии» в других словарях:
флюс — 1. ФЛЮС, а; мн. флюсы; м. [нем. Fluss ] Гнойное воспаление десны или надкостницы, сопровождающееся опухолью щеки. Надулся ф. У него на щеке образовался ф. 2. ФЛЮС, а; флюсы; м. [нем. Fluss ] Техн. 1. Вещество, вводимое в шихту для образования… … Энциклопедический словарь
ФЛЮС — (нем. Fluss, от fliessen течь). 1) опухоль десен и щеки, вместе с зубною болью. 2) в металлургии: состав или вещество, облегчающее плавку руд и металлов плавень; в минералогии то же, что плавик. Словарь иностранных слов, вошедших в состав… … Словарь иностранных слов русского языка
ФЛЮС — ФЛЮС, в керамике вещество, способствующее стеклообразованию при смешении с глиной. При обжиге изделия флюс плавится, заполняя поры глиняной матрицы. Когда изделие остывает, он отвердевает, становясь гладким и блестящим. К числу таких веществ… … Научно-технический энциклопедический словарь
ФЛЮС — (нем. Flu? букв. поток, течение). 1) в металлургии материалы, вводимые в шихту для образования шлаков с заданными физическими и химическими свойствами2)] При газовой и кузнечной сварке металлов химикаты, растворяющие оксиды, образующиеся на… … Большой Энциклопедический словарь
флюс металлургический — материал, вводимый в шихту для понижения температуры плавления пустой породы, ошлакования золы твёрдого топлива, придания металлургическому шлаку необходимого химического состава и физических свойств. Флюсы подразделяют на основные (известняк и… … Энциклопедия техники
Флюс (металлургия) — У этого термина существуют и другие значения, см. Флюс. У этого термина существуют и другие значения, см. Плавни (значения). Флюсы (плавни) в металлургии неорганические вещества, которые добавляют к руде при выплавке металлов, чтобы… … Википедия
Флюс (сварка) — Флюсы (плавни) в металлургии неорганические вещества, которые добавляют к руде при выплавке металлов, чтобы снизить температуру плавления и легче отделить металл от пустой породы. Сварочный флюс материал, используемый при сварке для защиты зоны… … Википедия
ФЛЮС — (нем. Flufl, букв. поток, течение) 1) Ф. в металлургии материалы, преим. минер. происхождения, вводимые в шихту для обеспечения жидкотекучести, рафинировочной способности и др. спец. св в шлака. По хим. составу Ф. делятся на основные (известняк,… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Агломерация (в металлургии) — Агломерация в металлургии, термический процесс окускования мелких материалов (руды, рудных концентратов, содержащих металлы отходов и др.), являющихся составными частями металлургической шихты, путем их спекания с целью придания формы и свойств… … Большая советская энциклопедия
доломит — а; м. [франц. dolomite]. Минерал серовато белого цвета, содержащий кальций и магнезию (применяется в стекольном, керамическом и т.п. производствах). ◁ Доломитовый, ая, ое. Д ые месторождения. Д ые огнеупорные изделия (сделанные из доломита).… … Энциклопедический словарь
Ключевые особенности применения промышленного флюса в металлургии
Металлургическая промышленность, одна из наиболее весомых отраслей современности. Для чего знать ее основы?
Ответ прост – чтобы уметь из любых металлов сделать необходимые детали и наделить их такими свойствами, что бы можно было применять во многих сферах деятельности.
Для того, чтобы из определенного металла получить готовую деталь, кроме техники применяют металлургический промышленный флюс.
В этой стать и поговорим обо всех его характеристиках и сферах применения, разберем детально где и как его можно использовать.
Общие сведения
Чугун – это сплав железа с углеродом, который изготавливается в доменных печах. Это результат расплавления железной руды, в сооружениях больших размеров, которые и называются доменными печами.
Это один из основных и распространенных методов в черной металлургии.
Вспомогательный компонент, который используют в таком процессе это шихта. Шихта – это сочетание материалов (руда или ее концентрат) и топлива (в основном кокс), смешанных в определенных частях.
Также, в качестве топлива могут использовать газ или топливо в жидком виде. Металлический промышленный флюс в данном процессе выполняет защитную функцию. Рассмотрим более подробно.
Виды промышленного флюса
В зависимости от породы, которая не содержит нужного количества полезных веществ, и будет загружена в доменную печь, флюс делят на основной, кислый и глиноземистый.
По причине того, что в состав основного металлургического промышленного флюса входит оксид кальция, он и есть наиболее распространенным. Если в состав пустой породы входит кремнезем, наиболее эффективным будет применении именно основного флюса.
Также, он позволяет достичь необходимой пропорции основных и кислотных оксидов.
Известняковый камень, один из наиболее применимых в доменном процессе, как флюс. Места его залегания распространены по всему миру. Это один из немногих минералов, который образуется в природных условиях.
В естественных природных условиях не встречается безупречный металлургический промышленный флюс, так в его состав должны входить, в определенных пропорциях, оксид кальция и кремний.
Чтобы в лабораторных условиях произвести флюс, необходимы очень большие трудозатраты, это не совсем эффективно. Вот поэтому, известняк и является наиболее подходящим средством в качестве промышленного флюса.
Главным критерием в применении должно быть отсутствие в составе фосфора. В ограниченном количестве в составе разрешено только содержание серы.
В редких случаях, используют так называемый доломит. В его состав дополнительно входит магний. Содержание магния влияет на процесс доломитизации.
Использую его только тогда, когда в результате плавки необходимо достичь высоких физико-химических свойств. В таких случаях, просто изменяется процент магния в содержимом.
Повышение около 10% позволяет, при изменении температуры, не потерять основные свойства.
Общие свойства и характеристики
Добытый известняк на территории стран бывшего СНГ светлого цвета, в основном белый. Но и существую залежи с разными оттенками серого или коричневого. Это зависит от процента содержания в нем химических элементов.
Наиболее крепкий и кучный это известняковый камень. Перед использованием в доменной печи, его группируют. Мелкая фракция раньше не использовалась, но в данное время ее начинают все больше применять в промышленности.
Хотя она и не имеет высоких показателей прочности. Как промышленный флюс ее можно применять только, если она попадает в печь совместно с агломератом.
Размеры промышленного флюса четко утверждены и колеблются в пределах 25-130 миллиметров. Так как при добыче известняка, он получается различных размеров, после доставки его на производство он проходит процесс дробление.
В результате этого и достигаются конкретные габариты. Оксиды, как основной компонент известняка имеют весомое значение. Наилучший вариант, это когда процент их содержания невысок.
Так как при большом проценте содержания они в процессе плавления просто будут превращаться в твердое не распадающееся вещество. Этот осадок ни имеет никаких показаний к применению и является нецелесообразными отходами.
Подведем итог
В общих понятиях промышленный флюс — это дополнительный компонент. Который применяют в сварочном деле, а также в крупной металлургической промышленности.
Как защитный компонент он проявляет себя при использовании сварки для соединения металлических частей. Он также влияет та ровность сварного шва.
В доменном производстве он выполняет немного другую функцию. К ней относят регулирование температуры плавления, что непосредственно влияет на химические характеристики руды и ее сплавов.
Промышленный флюс является неким стабилизаторов в доменном процессе и выводит серу.
Таким образом, нам стало более понятно, что представляет собой флюс и зачем его применяют в промышленности. Может показаться, что разобраться в этом технологическом процессе не так уж и легко.
Но, если знать тонкости этого процесса, можно легко разобраться и с всеми остальными нюансами создания чугуна.
Роль флюсов в металлургии
Содержание:
Различные виды
Металлургический флюс бывает разных видов. Флюс, используемый в металлургии, может быть основным, кислым и глиноземистым. Наиболее распространенным является основной вид. Это объясняется тем, что в его состав входит оксид кальция, играющий положительную роль.
В качестве основного флюса применяется известняковый флюс. Его залежи по всему миру достаточно велики. Природой синтезируется минерал кальцит, который и является известняком. Производить искусственный флюс было бы чересчур сложным и дорогостоящим процессом. Помимо кальцита известняк в своем составе содержит кремнезем, что придает дополнительные положительные качества. Также допускается небольшое количество серы, не превышающее норму.
Кислые виды флюсов используются исключительно редко. Это объясняется тем, что железные руды и кокс в большинстве имеют кремнистую структуру. Кислые флюсы могут подаваться в шахту доменной печи в качестве дополнения к основному виду для того, чтобы увеличить общее количество шлака.
В доломитизированном известняке содержится дополнительно такой минерал, как магний. Его применение будет оправдано в том случае, если требуется получение чугуна с усиленной стабильностью его химических и физических свойств. Кремнистые флюсы, состоящие из кварцевого песка и измельченного кварцита, могут применяться для того, чтобы делать загущенные шлаки более жидкими.
Роль флюса
Доменный процесс в металлургии
Чугун получается в результате доменного процесса, который основан на восстановлении минерала железа из его природных оксидов, которое происходит при высокой температуре. Чугун образуется при соприкосновении расплавленного железа с коксом.
В структуре металлургических предприятий доменная печь занимает главенствующее место. Коэффициент извлечения железа доходит до 99,8 процентов. Преимущество доменного производства заключается в отсутствии отходов, поскольку получаемый помимо чугуна шлак, также находит свое применение.
Внутренность доменной печи включает в себя:
В воздухонагревателе происходит предварительный нагрев воздуха. Наверху колошника расположено загрузочное устройство, предназначенное для загрузки в доменную печь шихты. Шихтой называется смесь кокса, железорудного агломерата, сырья с флюсом. Ее размеры находятся в диапазоне от 25 до 80 миллиметров. Размер 130 миллиметров является скорее исключением.
Если на место приходит частицы известняка более крупного размера, то необходимо осуществлять его дробление. Затем шихту подают в вагонетки подъемника, которые имеют возможность передвигаться к месту загрузочного устройства. После опрокидывания вагонеток, шихта высыпается в приемную воронку распределителя.
Применение флюсов
В производстве чугуна с помощью домны отсутствует процесс сварки или пайки, поэтому флюсы в доменном производстве выполняют несколько иную роль. При их применении происходит понижение температуры, при которой начинает плавиться руда, а расплавленная масса приобретает необходимые свойства. Флюсы способствуют очищению чугуна от излишнего содержания серы. Происходит стабилизация работы доменной печи.
Главным критерием возможности использовать флюс в доменном производстве является отсутствие фосфора в его составе. Сера может содержаться только в ограниченном количестве.
Интересное видео
Металлургические флюсы
Формирование шлаков — это процесс, требующий особых материалов. Их называют флюсами.
Среди них популярны: боксит, шамотный бой, известь, плавиковый шпат, известняк. Каждый вид флюса имеет уникальные особенности. Так как они входят в состав шихты, помещенной в агрегаты для плавления стали, то они должны иметь подходящие технологические характеристики.
При перевозке и хранении боксита важно обеспечить уровень влажности сырья, не превышающий двадцати процентов, чтобы защитить груз от непредвиденных потерь. Перед началом использования, его нужно хорошо просушить. Необходимо тщательно провести эту процедуру, так как излишки влаги снизят полезные свойства боксита. Затем его помещают в сталеплавильную установку для увеличения скорости образования шлака.
Выделяют различные марки боксита, отличающиеся своими свойствами. К примеру, Б-6 содержит от 37 % Al2O3. При этом содержание серы и P2O3 не превышает 0,2 % и 0,6 % соответственно. SiO2 и Al2O3 больше 2,1 процента.
Еще один вид флюса — это шамотный бой. Электрические сталеплавильные агрегаты — его основное место применения. В дуговых печах шамотный бой влияет на уровень вязкости шлака. Такой эффект достигается за счет отсутствия оксидов железа и воды. Однако. Содержащийся в шамотном бое кремнезём из-за своего количества может увеличить количество шлака. Кроме него, в состав флюса входит от тридцати до сорока процентов Al2O3 и SiO2, менее 1 % Fe2BO3.
Следующий вид — известняк используется в больших объёмах. Это природный вид кальцита. Такое количество флюса при производстве продукта скрап-рудным процессом снижает температуру в режиме конвертерной плавки. При повышении температуры кальцит диссоциирует следующим образом:
Здесь приставлена химическая реакция, происходящая в мартеновской печи при завалке плавки. Как показано на рисунке, известняком поглощается тепло. Но наилучший эффект достигается за счет извести, так как тепловой баланс улучшается. Но известь обладает особыми свойствами, требующих больших затрат на её хранение и производство. Поэтому для мартеновских отделений, работающих в скрап-рудном режиме используют известняк. Он не требует особых условий хранения и доступен в больших количествах. Начальный период плавки отличается высоким уровнем тепла, так как факел нагревает ванну.
После того, как происходит подача известняка, температура снижается, поэтому следует принять дополнительные меры. Содержимое ванны перемешивается с углекислым газом. Он выделяется при диссоциации кальцита. Это позволяет улучшить теплопередачу между факелом и ванной. Почти половина от общего количества кислорода используется для того, чтобы окисление произошло быстрее. Однако, известь более качественный продукт, прошедший дополнительную обработку, позволит существенно снизить затраченное время на процесс плавления. Поэтому в процессе доводки используют ее.
Продукт термической обработки известняка называют известью. Процесс обжига проходит в трубчатых, шахтных, а также в печах с кипящим слоем. Содержание топлива оказывает влияние на получившийся продукт. Например, при использовании сернистого кокса в извести можно обнаружить до 0,3 % серы. Такая сера слабо справляется с ролью десульфуратора. Оптимальным топливом для получения извести, с низким содержанием серы, является природный газ.
Обжиг определяет металлургические параметры извести. Если обжиг был произведен «мягким способом», при котором её быстро нагревают до максимальной температуры и быстро понижают температуру, то в ней буде больше пор и трещин. Такой флюс быстро растворяется в шлаке. Важно не допускать процесса перекристаллизации, он происходит, если известь слишком долго находится под воздействием высоких температур. Металлургические свойства такой извести оставляют желать лучшего, так как ее скорость растворения низкая.
Оптимальный размер блока извести не должен превышать 150 мм в мартеновских печах. Конвертерный метод плавки стали требует куски размером от 10 до 50 мм. Эти размеры позволяют флюсу полностью раствориться в шлаке.
Флюорит — это природная форма существования плавикового шпата (CaF2). Он повышает скорость растворения извести, формируя подвижный высокоосновной шлак. Такой результат достигается за счет химического состава флюса. Плавиковый шпат содержит от 90 до 95 % CaF2 и менее 5 % SiO2.
Однако, слабое распространение и высокая стоимость снижает круг его применения. Основной ареал применения плавикового шпата дуговые электросталеплавильные печи, при выплавке стали. В минимальных количествах его используют в производстве стали. При этом оно должно проходить кислородных конвертерах на основе двух-шлаковой технологии. Содержание флюса не должно превышать 2 % от массы металла.
Для чего в металлургии используются флюсы
Флюсами называют материалы, которые вводят в состав шихты для формирования в сталеплавильных агрегатах шлаков, обладающих необходимым комплексом физических и технологических свойств. В качестве флюсов в основных сталеплавильных агрегатах чаще других применяются: известняк, известь, боксит, плавиковый шпат, шамотный бой и др.
Известняк в больших количествах дается в завалку плавки при производстве стали в мартеновских печах скрап-рудным процессом, может также применяться в качестве охладителя конвертерной плавки.
Известняк является природной формой существования кальцита (CaCO3). При высоких температурах кальцит подвергается термической диссоциации по реакции
Реакция (7.1) протекает с поглощением большого количества тепла. Поэтому для улучшения теплового баланса плавки значительно выгоднее применение извести. Однако, производство извести в количествах, которые требуются для работающих скрап-рудным процессом мартеновских цехов, а также хранение ее в сухом виде весьма затруднительно. Поэтому, когда в завалку мартеновских печей необходим большой расход оксида кальция, обычно используют известняк.
При выплавке стали в мартеновских печах известняк обычно дают в завалку. В начальном периоде плавки интенсивность передачи тепла от факела к ванне достаточно высока, что позволяет за приемлемое время компенсировать потери тепла, связанные с термической диссоциацией известняка. Перемешивание ванны выделяющимся при диссоциации CaCO3 углекислым газом улучшает теплопередачу от факела к ванне. Кислород CO2, используемый примерно на 50%, ускоряет окисление примесей ванны, что позволяет уменьшить расход железной руды. Но все это не позволяет в полной мере компенсировать затраты тепла на разложение известняка, поэтому использование в завалку качественной извести обеспечило бы существенное сокращение длительности плавки.
При доводке плавки интенсивность передачи тепла от факела к ванне уменьшается, поэтому для наведения шлака в этом периоде плавки обычно используют известь.
Металлургические предприятия Юга Украины используют известняк Еленовского и Новотроицкого месторождений, который содержит: 51 – 54 % CaO, 2 – 4% (SiO2+Al2O3), не более 0,04% серы и 0,01% фосфора. Доломитизированный известняк содержит до 14% MgO.
Известь получают в результате обжига известняка, который проводят в шахтных печах, вращающихся трубчатых печах, печах кипящего слоя и др. При использовании в качестве топлива для обжига известняка сернистого кокса содержание серы в извести может увеличиваться до 0,2 – 0,3%, что снижает ее ценность как десульфуратора. Высокое качество извести достигается при обжиге известняка с использованием природного газа.
Металлургические свойства извести в значительной мере определяются режимом обжига. Высокими свойствами обладает известь «мягкого обжига», которую быстро нагревают до высокой температуры и быстро охлаждают. В кусках такой извести присутствует большое количестве трещин и пор, что способствует высокой скорости растворения ее в шлаке. Если при обжиге известь длительное время выдерживают при высоких температурах, протекают процессы перекристаллизации, в результате чего металлургические свойства извести ухудшаются.
На воздухе известь активно взаимодействует с атмосферной влагой, превращаясь в гидрооксид кальция. Подача гидратированной извести в металлургические агрегаты нежелательна в связи дополнительными затратами тепла на термическую диссоциацию Ca(OH)2. Кроме того, такая известь вносит в ванну сталеплавильного агрегата большое количество водорода, а мелкий порошок гидрооксида кальция в больших количествах выносится из рабочего пространства агрегата. Поэтому хранить известь рекомендуется в закрытых бункерах. Желательно также, чтобы от окончания обжига извести до подачи ее в сталеплавильный агрегат проходило не более суток.
Когда выполнение этих требований затруднительно, применяется «недопал» – продукт неполного обжига известняка, который содержит 80 – 85% CaO, до 4,0% SiO2 и 10 – 14% CO2. Такой материал медленнее поглощает влагу, чем полностью обожженная известь.
При доводке плавки в мартеновских печах известь может применяться в кусках размером до 150 мм. При выплавке стали в конвертерах рекомендуется использовать известь в кусках размером 10 – 50 мм, что обеспечивает достаточно полное растворение ее в шлаке и уменьшает вынос при продувке.
Боксит используется для ускорения шлакообразования и получения необходимой вязкости шлака при выплавке стали в мартеновских печах. Основными составляющими боксита являются Al2O3, Fe2O3 и SiO2. Так, например, боксит марки Б-6 для мартеновского производства должен содержать не менее 37% Al2O3, не более 0,2% S, не более 0,6% P2O5, Al2O3/SiO2 >2,1.
Благоприятное влияние боксита на свойства шлака связано с наличием в нем глинозема. Отрицательной особенностью боксита является высокое содержание кремнезема, которое способствует увеличению количества шлака и по-нижению стойкости футеровки агрегата. Поэтому желательно использование боксита с содержанием кремнезема не более 10 – 12%.
Обычно, чтобы избежать значительных потерь при транспортировке, боксит увлажняют, содержание влаги в нем может составлять 10 – 20%. Поэтому перед подачей в сталеплавильные агрегаты боксит должен подвергаться сушке.
Плавиковый шпат является природной формой существования флюорита (CaF2). Обычно плавиковый шпат содержит 90 – 95% CaF2 и не более 5% SiO2.
Присадки плавикового шпата увеличивают скорость растворения извести, способствуя формированию подвижного высокоосновного шлака. Однако, дефицитность и высокая стоимость плавикового шпата ограничивает возможности широкого его применения. По этой причине плавиковый шпат применяется, главным образом, при выплавке стали в дуговых электросталеплавильных печах. Значительно реже в количествах до 1 – 2% от массы металла его применяют при производстве стали в кислородных конвертерах по двухшлаковой технологии.
Шамотный бой, содержащий 30 – 40% Al2O3, SiO2 и не более 1% Fe2O3, может быть использован для понижения вязкости шлака при выплавке металла в дуговых электросталеплавильных печах. Преимуществом шамотного боя в сравнении с бокситом является отсутствие в нем влаги и оксидов железа, что позволяет применять его в восстановительном периоде плавки. Главным недостатком этого материала является высокое содержание в нем кремнезема.