Шойын және болаттың химиялық құрамдары

Ү шінші айырмашылығ ы ө ндірістің периодтылығ ы, металлургиялық агрегатқ а (пеш, конвертор) шойыннның жә не басқ а материалдардың белгілі мө лшерін бергеннен кейін шойынды болатқ а ө ң дей бастайды. Қ ажетті кө лемдегі тотығ у процестерінің жү руіне қ ажетті уақ ыт ө ткен соң дайын болатты пештен шығ арады. Содан кейін ғ ана кезекті балқ ытуды бастайды.

Конверторда болат қ орытудың ө зіндік ерекшелігіне қ арамастан, мартендік жә не электрлік пештерде жү ретін негізгі химиялық процестердің сипаты жә не технологиясының элементі осы ү ш агрегатта бірдей болып келеді.

Болаттардың жіктелуі:

Ара металлургияда механикалық, электрлік, магниттік қ асиеттері ә ртү рлі химиялық ә серлерге жә не температурағ а тө зімді болаттың тү рлерін ө ндіреді.

Болатты келесі қ асиеттері бойынша жіктейді:

1. Ө ндіру тә сілі бойынша: конвертерлі, мартендік, электродоғ алық, вакуумды-индукциондық.

2 .Тотығ у дә режесі бойынша: тыныш, жартылай тыныш, қ айнағ ыш (кө міртегі болатты қ ұ ймаларғ а қ ұ йып жатқ ан кезде де жана беретін).

3. Сапасы бойынша (фосфор мен кү кірт концентрациясы бойынша): қ алыпты (S жә не Р қ ұ рамы 0, 06%-ке дейін), сапалы жә не жоғ арғ ы сапалы (S жә не Р 0, 03%-тен аз).

4 .Химиялық қ ұ рамы бойынша: кө міртекті жә не легерленген.

5. Қ олданылу бағ ыты бойынша: конструкциондық (C 0, 06%-тен аз), қ ұ ралдық (0, 7 – 1, 5% С) жә не арнайы белгіленген болаттар: рессорлы – пружиналы, подшипникті, штампты, ыстық қ а тө зімді жә не ыстық қ а шыдамды т. б.

Тиімді болу ү шін болат маркасын ГОСТ бойынша қ олдану қ ойылғ ан. Мысалы: Ст3 деген – болат қ алыпты, конструкционды, кө міртегі қ ұ рамы 0, 3%; У12А – болат кө міртекті, 1, 2% С, сапалы.

Болатты легерлеуші элементтер орыс алфабитінің ә ріптерімен анық талады, мысалы: Ni – H, Cr – X, Co – K, Mn - Г, Si – C, W – B, Ti – T, V - Ф, Al - Ю, Cu – D. Ә ріптердің алдындағ ы сан кө міртегінің жү здік ү лес пайыздағ ы мө лшерін кө рсетеді; ә ріп соң ындағ ы сан – элементтің пайыздық қ ұ рамын кө рсетеді. Мысалы 8Х22Н6Т маркалы болатта С- 0, 08%; Cr – 22%; Ni- 6%; Ti- 1% дегенді кө рсетеді.

Ванюков пешінің жұ мыс істеу принципі (СББ), Қ азақ станда қ олданылуы. Балқ ытудың автогендігін қ амтамасыз ету ү шін газү рлеудегі оттегінің мө лшері шикіқ ұ рамның 1-2 % ылғ алдығ ы кезінде – 40-45 %, ал 6-8 % – 55-65 %. ВБ пештерінде майда шикіқ ұ рамдыда (флотация концентраты), кесек материалдыда (кенді) балқ ытуғ а болады. Жоғ арғ ы фурма ү стіндегі аймақ та шикіқ ұ рамның қ ыздырылуы мен балқ уы, сульфидтердің тотығ уы жә не майда сульфидтік жү згіндердің қ ож балқ ымасында іріленуі жү реді. Сульфидтердің ірі тамшылары балқ ыма қ абатында шө геді Жә не фурма астындағ ы аймақ қ а ығ ысады, ол жерде жоғ арыдан тө мен қ озғ ала отырып, кө п рет қ ож балқ ымасын жуады (кедейлендіреді).

ВБ пешінде шикіқ ұ рамның балқ уы мен сульфидтердің тотығ уы дайын аса қ ызғ ан балқ ыманың қ абатында жү зеге асады. Фурмалардың осі бойынша ө тетін кө лденең беттікпен, балқ ыту пеші (пештегі балқ ыма) шартты тү рде екі аймақ қ а бө лінеді: қ арқ ынды барботаж кү йінде болатын жоғ арғ ы (фурма ү стіндегі) жә не балқ ыма салыстырмалы тыныштық кү йде болатын тө менгі (фурма астындағ ы).

ВБ пешінен штейн мен қ ождың шығ уы, қ арама-қ арсы бү йірлерде орналасқ ан екі дербес сифондардың кө мегімен, ү здіксіз жә не бө лек шығ арыла алады. Штейннен бө лінген қ ож, пештен шығ ар алдында терең дете кедейлендіру, мырышты жә не басқ а ұ шқ ыш компоненттерді айдау ү шін, тотық сыздандырудан ө ткізіле алады. Штейнді сол аппараттың ө зінде қ ара мысқ а дейін ү здіксіз конвертирлеуге болады.

Ванюков процесінің ерекшелігі, Мицубиси процесмен салыстыру. Ванюков процесі (сұ йық былауда балқ ыту) – ауыр тү сті металдардың кендері мен концентраттарын автогендік балқ ытудың бірегей ә дісі, 1951 жылы ә зірленген. Қ азіргі уақ ытта бұ л процесс Норильскі мен Балқ аштың кен-металлургиялық комбинаттарында шарпыма балқ ыту орынына енгізілген. Осы процестің келешекте Ресей мен басқ ада шетелдік тү сті металлургия кә сіпорындарында игерілуі болжанады. Ванюковтың балқ ыту процесі бірқ атар шет елдерде патенттелген.

Ванюков балқ ытуын (ВБ) ө неркә сіптік игеру ү шін шахталық типті пеш қ олданылады (1 сурет). ВБ пешінің оптималды ұ зындығ ы агрегаттың ө німділігімен анық талады жә не 10-нан 30 м дейін ө згереді. Пештің ені, ү рлеуші машиналар мү мкіндігін жә не балқ ыту кезінде алынатын балқ ымалардың физика-химиялық қ асиеттерін ескергенде, 2, 5-3 м қ ұ райды, шахтаның жалпы биіктігі – 6-6, 5 м. ВБ пешінің айрық ша ерекшелігі – табан ү стіндегі ү рлеуші фурмалардың биік орналасуы (1, 5-тен 2 м дейін).

1 - штейн; 2 - штейн сифоны; 3 – пеш қ алауы; 4 - шикіқ ұ рам; 5 – тиеуші қ ұ йғ ыш; 6 — аптейк; 7— газдар; 8 – мыс қ ұ йылғ ан кессондар; 9 - газү рлеу; 10 - қ ож; 11 - фурмалар; 12 — қ ож сифоны 1 сурет – Ванюков пеші

ВБ процесі ү шін, оны барлық тотық тырып балқ ыту балқ ымаларынан ерекшелендіретін, сипаты шикіқ ұ рамның балқ уы мен сульфидтердің тотығ уы штейнде емес қ ож балқ ымасының кө лемінде ө туінде, балқ ыту ө німдері, балқ ытудың барлық белгілі ә дістеріндегі сияқ ты, пеште кө лденең бағ ытта емес, ал тік – жоғ арыдан тө мен қ озғ алады. Бұ л қ осымша кедейлендірусіз технологиялық циклден оны шығ аруғ а мү мкіндік беретін, мыс қ ұ рамды қ ожды пештің ө зінде алуды қ амтамасыз етеді.

Салыстырмалы мә ліметтер Ванюков балқ ытуының сульфидтік шикізатты штейнге балқ ытудың кә дімгі ә дістерімен салыстырғ анда ғ ана емес, сонымен қ атар бірқ атар автогендік процестермен салыстырғ андада сө зсіз артық шылық ты екенін кө рсетеді. ВБ процесінің пештерінің меншікті ө німділіктері шарпыма пештерде балқ ытудан 15 ретке жә не басқ а автогендік балқ ыту пештерінен 4-8 ретке артады. Бұ л параметр бойынша ВБ процесі тек қ ана автогендік шахталық балқ ытумен ғ ана салыстырмалы жә не басқ а процестерден кө птеген кө рсеткіштер бойынша басым тү седі. Жылудың шикіқ ұ рам қ абатының жә не балқ ыманың ішіне берілуі тек жылуө ткізгіштік арқ ылы жү реді, жә неде шикіқ ұ рам мен қ ож балқ ымасының жылуө ткізгіштігі тө мен. Шикі концентраттарды балқ ыту кезінде жоғ ары сульфидтердің ыдырауы жә не темір сульфидтерінің қ айтарма конвертерлік қ ожбен пешке тү сетін магнетитпен ө зара ә рекеттесуі ө теді. Бұ л кездегі қ осынды десульфуризация 40-50 % қ ұ райды. Балқ ымаларда балқ ытудың ә ртү рлі нұ сқ асы ә зірленген, кейде қ ара мысты тікелей алумен. Бұ л Норанда (Канада), Мицубиси (Жапония), А.В.Ванюков (Ресей) процестері, олар қ азіргі кезде ө неркә сіптік масштабта қ олданылады.

Ванюков ерекшеліктері -----2

Ванюков процесінің ерекшеліктерінің бірі, мыс бойынша кедей шикізаттан бай штейнді (Си 45-55 % дейін) алымен балқ ыту мү мкіндігі болады. ВБ-мен ақ «матты», тіпті қ ара мыстыда алуғ а болады.

ВБ екінші ерекшелігі – бұ л шаң бө лінудің тө мендігі (3-3, 5 %): оттегілі-алаулы балқ ыту кезінде 15 %, қ алқ ымалы балқ ытуда – 12 %.

Ү шінші технологиялық ерекшелігі – ВБ-да жоғ ары тотық тырғ ыш атмосфераның тү зілуі, бұ л мырыш, қ орғ асын, мышьяк сияқ ты қ оспаларды айдауғ а ық пал етеді.

Тө ртіншіден ВБ – штейнді тұ рақ ты шығ аратын ү здіксіз ә рекеттегі агрегат, бұ л шығ атын газдардың жылуын жең іл кә деге асыруғ а мү мкіндік береді. Осы ВБ технологиясының экономикалық жә не технологиялық ерекшеліктері «Қ азақ мыс» корпорациясының БКМК-де тө менгі сапалы мыс шикізатын жә не ә ртү рлі жартылай ө німдерді тиімді ө ң деуге мү мкіндік берді.

Гиббс энергиясының физикалық мә ні. Химиялық жү йелердегі энтальпиялық жә не энтропиялық факторлардың арасындағ ы айырма ∆ G = ∆ Н Т∆ S химиялық процестердің белгілі бір бағ ытта жү ру қ абылетін анық тауғ а мү мкіндік береді. Егер ∆ G < О болса, процесс ө з бетінше жү реді, ал ∆ G > О болса, реакцияның жү руі мү мкін емес.

G = Н – ТS шамасы Гиббс энергиясы деп аталады, бұ рын изобарлы изотермиялық потенциал деп аталғ ан, ал медицинада еркін энергия деп аталады, негізінде тұ рақ ты қ ысымдағ ы еркін энергия деп атау керек. Себебі химиялық термодинамикада еркін энергия болып Гельмгольц энергиясы Ғ немесе изохорлы изотермиялық потенциал есептеледі:

Ғ = U ТS

Бұ л энергия тұ рақ ты кө лемде жү ретін процестерді сипаттайды, оның Гиббс энергиясынан рV мө лшеріне айырмашылығ ы бар:

G = Ғ + рV