Технологическая система производства черных металлов

Реферат

Студент группы К 1: Кудрявцев А. Н.

Рижский политехнический институт, Механико-машиностроительный факультет

Рига 1987

Введение

В реферате рассматриваются зависимости технико - экономических показателей рассматриваемых технологических процессов, применяемых при производстве металла, от применения конкретных технологических мероприятий. Причем акцент делается на вскрытие системной зависимости рентабельности производства, как от правильности выбора технологического принципа, так и от применения технологических мероприятий. Кроме того, показывается органическая связь между различными производствами, которые образуют единый производственный комплекс.

I. Основные определения

Технология – алгоритм действий рабочей силы заданной квалификации с помощью определенных орудий труда по отношению к определенным предметам труда, в результате выполнения которого с заданной производительностью получается изделие с конкретными свойствами (параметрами). (Следует не путать понятия технология и техническое обеспечение (техника)).

Технологический процесс (ТП) – совокупность всех действий рабочей силы и орудий труда, в результате чего изменяются форма, свойства или состояние предмета труда.

Элементарный технологический процесс - наименьшая часть технологического процесса, обладающая всеми свойствами технологического процесса, совокупность которых может составить любой сложный ТП

Производственный процесс – совокупность технологических и вспомогательных процессов, в результате протекания которых создается конкретный продукт на конкретном этапе.

Производственная система – совокупность технологических подсистем и подсистем вспомогательных служб (обеспечивает функционирование технологической системы), в результате взаимодействия которых образуется товарный продукт. Динамика развития производственной системы зависит от обеих подсистем. При этом, если технологическая подсистема не имеет предела в своем развитии (способы переноса труда на предмет труда, как видно из практики, постоянно совершенствуются), то развитие подсистемы вспомогательных служб имеет предел.

Виды технологических процессов.

Технологические процессы могут классифицироваться по различным принципам. Например:

1.По способу воздействия на предмет труда.

а) механические ТП (штамповка, резание);

б) химические ТП (производство серной кислоты, аммиака)

в) комбинированные

2.По способу организации ТП

а)периодические ТП(штамповка)

б)непрерывные ТП(производство аммиака)

в)комбинированные(производство чугуна)

3.По кратности переработки сырья (в основном используется для химических технологий)

а) ТП с однократной переработкой сырья (производство кокса)

 В

 А В +С С

1 2

 

б) ТП с многократной переработкой сырья (производство аммиака)

2

1

 

А А+В В

в) ТП с комбинированной переработкой сырья

 А А +В + С В + С В

 1 2 3

 

А С

Данные классификации используются (в основном) для описания элементарных ТП, во многом условны и не отображают многообразие видов ТП.

Виды производств.

Различают три вида производств - единичное, серийное и массовое производства.

Единичное производство отличается тем, что при переходе с одного вида продукции на другой не требуется высоких затрат, связанных с закупкой дополнительного оборудования, а переналадка существующего осуществляется за счет внутренних резервов. Характерными чертами является: низкая загруженность оборудования, высокая квалификация рабочей силы, высокие затраты на единицу продукции. Примеры - производство космических кораблей, предметы кустарного промысла, автомобилей “Ролс-Ройс”.

Серийное производство отличается тем, что при переходе с одного вида продукции на другой требуются затраты (до ~ 15-25% стоимости производства) на закупку дополнительного оборудования и переналадку существующих производственных линий. Характерные черты - высокая загруженность оборудования, низкая квалификация рабочей силы, сравнительно низкие затраты на единицу продукции. Примеры - производство автомобилей, бытовой техники.

Массовое производство отличается тем, что при переходе с одного вида продукции на другой требуются затраты, сопоставимые со стоимостью всего производства, на закупку нового оборудования и новых технологических линий. Характерные черты - полная загруженность оборудования. Низкая квалификация рабочей силы, низкие затраты на единицу продукции. Примеры - производство спичек, серной кислоты, чугуна.

Следует отметить, что данные определения носят скорее качественный характер и в некоторой степени условны.

Классификация экономики. Понятие отрасль, отраслевое деление (классификация). Условность данных понятий и классификаций.

Согласно принятым правилам экономика делится на две большие сферы - производственную и непроизводственную. В свою очередь каждая из них делится на три категории.

Производственная сфера.

1).Промышленность, сельское хозяйство, строительство.

2).Транспорт и связь, используемые в производственной сфере.

3).Система материально-технического снабжения, заготовки, общественное питание, торговля.

Непроизводственная сфера.

1).Бытовые услуги.

2).Транспорт и связь для населения.

3).Социальные услуги (здравоохранение, образование, наука, системы управления и защиты государства).

Отрасль - совокупность предприятий единого профиля назначения продукции, имеющая родственную технологическую, сырьевую и кадровую базы.

Предприятия и отрасли объединяет инфраструктура - совокупность транспортных, энергетических, информационных и кредитно-финансовых связей.

Отрасли, в свою очередь классифицируются по разным признакам - например - добывающая и перерабатывающая, отрасль группы А (производство средств производства) и Б (производство предметов потребления) и т.п.

Однако все вышеперечисленные понятия и классификации являются условными, так - как не имеют под собой научно-экономической базы. Но на их основе до сих пор принимаются законы и подзаконные акты в области экономики, что может вызвать неоднозначность в их юридической трактовке.

II. Технологическая система производства черных металлов

Металлы - вещества, имеющие характерную кристаллическую решетку, в узлах которой находятся положительные ионы, а пространство заполнено “электронным газом” и обладающие исключительно восстановительными свойствами.

Существуют различные классификации металлов, например:

черные (Fe, Mn), - цветные (Al, Cu, Sn), - благородные (Ag, Au, платиновые и палладиевые группы), редкоземельные, рассеянные, радиактивные.

2.1.Технолого - экономические основы производства чугуна.

Чугун - сплав железа с углеродом(2-6)%, содержащий вредные примеси серы, фосфора, кремния.

Различают чугуны белые (передельные) - сырье для передела в сталь, серые (литейные) и специальные (ферромарганец - Mn - до 70%, ферросилициум - Sn - до 12%) - используются для раскисления стали. Чугун получают в результате доменного процесса. Исходным сырьем служат железная руда (магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк), кокс, флюсы. Подготовленные специальным образом к доменному процессу, эти компоненты называются шихтой. Подготовка сырья к доменному процессу обусловлена во многом экономической, а не технологической необходимостью.

2.1.1 Технологические мероприятия подготовки шихты. Железную руду после добычи измельчают и подвергают богащению, т.е. отделяют пустую породу от основной. Различают следующие способы обогащения:

- магнитный, основанный на ферромагнитных свойствах основной породы магнитного железняка.

-флотационный, основанный на различной смачиваемости основной и пустой породы водой, в которую добавлено поверхностно-активное вещество(например пенообразователи).

- гравитационный, основанный на различной скорости осаждения основной породы и пустой в воде из-за различия в плотностях.

После обогащения руду подвергают агломерации, т.е. обжигу в присутствии коксовой пыли (коксик). В ходе агломерации из руды удаляется большая часть вредных примесей (в виде газообразных и летучих оксидов) и частичное восстановление железа. Спекшийся агломерат дробят на куски около 60 - 80 мм в поперечнике. В случае проведения агломерации в присутствии флюсов получается офлюсованный агломерат. Технологически, для проведения доменного процесса удобен агломерат в виде окатышей.

Кокс - продукт пиролиза (нагрев без доступа воздуха) коксующихся углей, в ходе которого из толщи угля удаляются органические и неорганические соединения, причем в угле образуются поры, что обеспечивает развитую поверхность, необходимую для интенсивного протекания доменного процесса. Образующиеся в ходе коксования коксовые газы являются смесью ценных химических соединений и в дальнейшем используются после разделения. Кокс для использования в доменном процессе дробят на куски 40 - 60 мм в поперечнике. Кокс необходим в доменном процессе как топливо, опосредованный и непосредственный восстановитель, а также науглераживающий компонент.

Флюсы необходимы для удаления вредных примесей. Последние, реагируя с флюсами в ходе доменного процесса, превращаются в нерастворимый в расплавленном чугуне шлак. Флюсы представляют собой минералы - известняк(CaCO3) и доломит(CaCO3*MgCO3) - которые после добычи дробятся на соответствующие куски.

Доменный процесс.

Суть доменного процесса заключается в ступенчатом восстановлении железа из его оксидов (основа железной руды), удалении вредных примесей с помощью флюсов и насыщении железа углеродом. Доменный процесс проводят в доменной печи, относящейся к печам шахтного типа высотой до 30м и диаметром ~ 3м. Печь состоит из 5-ти частей, выложена изнутри огнеупорным кирпичем и обшита в нижней части стальным листом; имеется система водяного охлаждения. Каждая из частей печи, имеет свое специальное назначение и связана с друг с другом. Примерное соотношение размеров частей и их технологическое назначение рассматривается на нижерасположенной схеме.

1-колошник – служит для порционной загрузки шихты и очистки от пыли доменных газов.

2-шахта - в ней происходят основные процессы восстановления железа из его оксидов.

 3-распар – самая широкая часть печи, в которой самая высокая температура и происходят процессы окончательного восстановления железа и насыщения его углеродом

 4 -заплечики – в них находятся расположенные по окружности фурмы, через которые вдуваются раскаленные воздух, природный газ и водяные пары.

 5-горн - в нем скапливаются расплавленные чугун (внизу) и шлак (вверху), которые  периодически выпускаются через летки (нижнюю и верхнюю). Кокс в кислороде воздуха сгорает с выделением большого количества тепла; образующийся углекислый газ (СО2) реагирует при высоких температурах с коксом (С), давая угарный газ (СО). Последний является хорошим восстановителем и ступенчато превращает оксид железа (руду) в губчатое железо, которое, насыщаясь углеродом, плавится и стекает в горн в виде чугуна. В нижней части шахты и распаре температура настолько высокая, что происходит и прямое восстановление железа углеродом кокса.

С + О2 СО2 + Q СО2 + С СО

CO CO CO

Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe

 CO2 -CO2 -CO2

+С, -СО

Кокс является источником тепла, опосредованным восстановителем, непосредственным восстановителем и науглераживающим компонентом. Так - как кокс является самой дорогой частью шихты и затраты на него составляют ~ 50% затрат по сырью, то экономия его - основная часть технологических мероприятий, связанных с подготовкой шихты и проведением доменного процесса.

2.1.2 Мероприятия, связанные с экономией кокса, как топлива.

1.Обогащение железной руды. Кокс не тратится на нагрев пустой породы; уменьшаются транспортные затраты.

2.Вдувание природного газа. Газ, будучи дешевле, сгорает с выделением тепла.

3.Утилизация тепла. Вдуваемые в доменную печь газовые потоки нагреваются в специальных печах – кауперах, за счет тепла и теплотворной способности доменных газов, которые сжигаются в печах - кауперах.