Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Розробка технології виробництва феровольфраму 72

Міністерство освіти та науки України

Запорізька державна інженерна академія

Металургійний факультет

Кафедра МЧМ

Курсова робота

На тему: «Розробка технології виробництва феровольфраму 72»

З курсу: «Теорія та технологія феросплавного виробництва»

Виконав: ст.гр. МЧ-07-1д

Сігута Р.М.

Комісія: cт. викл. Мосейко Ю.В.

к.т.н. доц. Козачков О.І.

ас.Кіріченко О.Г.

м. Запоріжжя, 2011р.

Запорізька державна інженерна академія

Кафедра МЧМ

Дисципліна: «Теорія та технологія феросплавного виробництва»

Спеціальність МЧ

Курс 4 Група МЧ-07-1д Семестр 8

Завдання

На курсову роботу студента

Сігута Родіон Миколайович

Тема роботи: «Розробка технології виробництва феровольфраму 72»
Строки здачі студентом закінченої роботи_______________
Вхідні данні до роботи: технологія ФВ72, апаратурно-технологічна схема
Зміст розрахунково-пояснювальної записки зміст додається
Дата видачі завдання__________________________________

Студент Сігута Р.М.

Керівник Мосейко Ю.В.

Реферат

Курсова робота включає: 28 сторінок, 1 таблиць, 6 рисунків, 4 літературних джерел.

Мета даної курсової роботи - ознайомитися з методикою розрахунків шихти з матеріальним балансом, з технологією виробництва ФВ72, з якостями даного сплаву, та техніко-економічними показниками.

ФЕРОВОЛЬФРАМ, ШИХТА, ШЛАК, ПЛАВКА НА БЛОК, ШЕЄЛІТ, РУДА, ЗАЛІЗНА СТРУЖКА, ОСАДЖУВАЧ.

Зміст

Реферат…………………………………………………………………………….3

Введення ……………………………………………………………………..……5

Призначення сплаву, сфери застосування і вимоги, що пред'являються до нього. ……………………………………….. ………………………………….... 6
Вплив легуючого елементу феросплаву на якість сталі ……………………….7
Физико-хімічні властивості елемента і його з'єднань………………………..…8
Огляд відомих способів виплавки, їх особливості, агрегати для проведення, недоліки…………………………………………………………………………..15
Вибір і обгрунтування оптимального способу виробництва………………..21
Физико-хімічні основи виробництва сплаву за оптимальною технологією …………………………………………………………………………………….22
Техніко-экономічні показники ………………………………………….……...24
Раціональне використання відходів ……………………………………………25
Аппаратурно-технологічна схема…………………………................................26
Розрахунок ……………………………………………………………………...27
Висновки………………………………………………………………………....27
Перелік літератури……………………………………………………………...28

Введення

Феросплавами називаються сплави заліза з різними елементами Періодичної системи елементів Д.І Менделєєва.

Одним з них є ферровольфрам його застосовують для легування сталей і кольорових металів. У даній курсовій роботові розглядається технологія виробництва ферровольфраму 72, агрегати, способи і умови проведення плавки, які задовольняють не лише технико–економічні показникі здобуття даного сплаву, але і його якісні характеристики. Вказані вимоги які пред'являються до даного сплаву, і так само його властивості. Розглянуті физико-хімічні особливості вольфраму і його з'єднань. Описані властивості якими володіє сталь при введенні в неї ферровольфраму.

На цій підставі представлена апаратурно-технологічна схема, яка дає найповніше уявлення про технологію всього процесу, і агрегатного оформлення.

По закінченню всієї роботи зроблені висновки.

1.Призначення сплаву, сфера застосування, вимоги до якості продукції

Вимоги за якістю продукції ФВ72 обумовлені у відповідності з ДСТУ і ТУ 17293-93. У відповідність з цим хімічний склад ФВ72 має вигляд приведений в таблиці 1.

Таблиця 1- Хімічний склад ФВ72.

Марки ДСТУ і ТУ 17293-93	Масова доля, %
	W	Mo	Mn	Si	C	P	S	Cu	As	Sn	Al	Pb	Bi	Sb
	не менш	не більш
ФВ80(а)	80	6,0	0,2	0,8	0,10	0,03	0,02	0,10	0,04	0,04	3,0	0,01	0,01	0,01
ФВ75(а)	75	7,0	0,2	1,1	0,15	0,04	0,04	0,20	0,05	0,05	5,0	-	-	-
ФВ70(а)	70	7,0	0,3	2,0	0,20	0,06	0,06	0,30	0,06	0,08	6,0	-	-	-
ФВ72	72	1,0	0,4	0,5	0,30	0,04	0,08	0,15	0,04	0,08	-	0,02	0,02	0,02
ФВ70	70	2,0	0,5	0,8	0,50	0,06	0,10	0,20	0,05	0,10	-	-	-	-
ФВ65	65	6,0	0,6	1,2	0,70	0,10	0,15	0,30	0,08	0,20	-	-	-	-

Феровольфрам - є одним з найважливіших легуючих елементів при виробництві спеціальних марок сталі. Присадка вольфраму в сталь, у вигляді феровольфраму, затримує ріст зерна й при нагріванні створює дрібнозернисту структуру, підвищує твердість, опір розриву й межа пружності й сприяє збереженню високої твердості й стійкості мікроструктури при підвищених температурах. Його виготовляють дробленим у шматках квадратних гнізд, що проходять через сітку з розмірами, 100х100 мм. Він поставляється впакованим у сталеві барабани, дерев'яні ящики або спеціальні контейнери.

Феровольфрам підвищує межа міцності й границя текучості стали при незначнім зменшенні подовження, підвищує твердість і зносостійкість. Поліпшує механічні властивості стали при підвищених температурах, теплостійкість і стійкість проти відпустки.

Феровольфрам є головним легуючим елементом сталей для інструментів гарячої обробки й швидкорізальних сталей [1].

2.Вплив легуючого елемента на якість стали

Вольфрам входить до складу сталей різного призначення. З його присутністю в сплаві зв'язане підвищення тимчасового опору й границі текучості металу, збільшення твердості й зносостійкості, підвищення теплостійкості й стійкості проти відпустки. Високолеговані вольфрамом сталі й сплави призначені для виготовлення високопродуктивних різців, що обробляють метал при високих температурах. В інструментальних сталях вольфрам використовують для штампів, висаджаючих пуансонів і інших виробів. Вольфрам підвищує межі міцності й плинності сталі при незначнім зменшенні відносного подовження, підвищує твердість і зносостійкість її. Особливо важливо позитивний вплив вольфраму на механічні властивості сталей при підвищених температурах, підвищення теплостійкості й стійкості проти відпустки, тому вольфрам є головним легуючим елементом сталей для інструментів гарячої обробки й швидкорізальних сталей. Вітчизняний феровольфрам відповідає найвищим вимогам. Таким чином феровольфрам вводять в більшості випадків для виготовлення швидкоріжучих і інструментальних сталей. Але одними з найважливіших факторів являються жаростійкість й стійкість проти відпустки, які надають можливість виплавляння сталей різноманітного хімічного складу. Як вище було сказано, феровольфрам застосовують в основному для виплавляння інструментальних і швидкорізальних сталей, але широке його застосування зафіксовано в основних марках нержавіючої,жаростійкої і корозійностійкої сталі, оскільки він має невід’ємні властивості які впливають на якість сталей [2].

3.Фiзико-хімічні властивості елемента, його з'єднань і сплавів

Вольфрам – метал ясно-сірого кольору. У нього найвища температура плавлення серед усіх відомих елементів, крім вуглецю. Значення даного показника становить приблизно від 3387 до 3422 градусів Цельсія. Вольфрам має відмінні механічні якості при досягненні високих температур, серед усіх металів вольфрам має найменше значення такого показника, як коефіцієнт розширення.

Вольфрам – це один з найважчих металів, його щільність становить 19250 кг/м3. Метал має кубічну об'ємно центровану решітку параметр а = 0,31589 нм. При температурі 0 градусів Цельсія електропровідність вольфраму становить усього 28% від значення того ж показника в срібла (срібло – проводить струм краще будь-якого іншого металу). Чистий вольфрам дуже легко піддається обробці, але в чистому виді він зустрічається рідко, частіше він має домішки вуглецю й кисню, за рахунок чого й одержує свою всім відому твердість. Електричний опір металу при температурі 20 градусів Цельсія залишає 5,5*10-4, при температурі 2700 градусів по Цельсія - 90,4*10-4.Від усіх інших металів вольфрам відрізняється особливою тугоплавкістю, вагою й твердістю. Щільність даного металу майже у два рази більше чому в того ж свинцю, а точніше в 1, 7 рази. Але от атомна маса елемента навпаки нижче й становить 184 проти 207.Значення модулів розтягання й стиску у вольфраму незвичайно високий, величезний опір температурної повзучості, метал має високу електро- і теплопровідністю. У вольфраму досить високий коефіцієнт електронної емісії, який можна суттєво поліпшити шляхом сплавки елемента з оксидами деяких інших металів.

Колір одержуваного вольфраму більшою мірою залежить від методу його одержання. Сплавлений вольфрам – це блискучий метал сірого кольору, який зовні багато в чому нагадує собою платину. Вольфрамовий порошок може бути сірим, темно-сірим і навіть чорним: чим менше зерна порошку, тем він буде темніше.

Вольфрам має високу стійкість: при кімнатній температурі він не змінюється на повітрі; при досягненні температури червоного розжарювання, метал починає повільно окиснитися, виділяючи ангідрид вольфрамової кислоти. Вольфрам майже не розчинний у сарною, плавикової й соляний кислотах. У царській горілці й азотній кислоті метал окисниться з поверхні. Перебуваючи в суміші плавикової й азотної кислоти, вольфрам розчиняється, утворюючи при цьому вольфрамову кислоту. Із усіх сполук вольфраму найбільшу практичну користь несуть: вольфрамовий ангідрид або триоксид вольфраму, перекиси із загальною формулою ME2WOX, вольфромати, сполуки з вуглецем, сіркою й галогенами.

Вольфрам, що зустрічається в природі, складається з 5-ти стабільних ізотопів масові числа яких 186,184, 183, 182, 181. Найпоширенішим, є ізотоп з масовим числом 184, його частка становить 30,64%. Із усього відносної безлічі штучних радіоактивних ізотопів елемента під номером 74 практичну важливість мають лише три: вольфрам-181 (період його напіврозпаду становить 145 днів), вольфрам-185 (період його напіврозпаду становить 74,5 днів), вольфрам-187 (період його напіврозпаду становить 23,85 години). Усі дані ізотопи утворюються усередині ядерних реакторів у процесі обстрілу ізотопів вольфраму нейтронами природної суміші.

Валентність вольфраму має мінливий характер – від 2 до 6, найбільш стійкий шестивалентний вольфрам трьох- і двовалентні сполуки хімічного елемента нестійкі й не мають практичного значення. Радіус атома вольфраму становить 0,141 нм.

Кларк вольфраму земної кори по Виноградову рівний 0,00013 г/т. Середній його зміст у складі гірських порід, грам/тонну: ультраосновних - 0,00001, основних - 0,00007, середніх - 0,00012, кислих - 0,00019.

На вольфрам не діють: царська горілка, сірчана, соляна, фторогідрогенна й азотна кислоти, водяний розчин гідроксиду натрію, ртуть, пари ртуті, аміак ( до 700° С), повітря й кисень ( до 400° С), водень, вода, хлороводень ( до 600° С), чадний газ ( до 800° С), азот. Уже після невеликого нагрівання сухий фтор починає з'єднуватися з тонкоподрібненим вольфрамом. У результаті утворюється гексафторид (формула WF₆) – це дуже цікава речовина, яка має температуру плавлення 2,5 ° C, а температуру кипіння 19,5 ° C. Після реакції із хлором утворюється аналогічна сполука, але реакція можлива лише при температурі 600 ° C. WC16, кристали синьо-сталевого кольору, починають плавитися при температурі 275° C, а закипати при досягненні 347°C. Вольфрам утворює слабкостійкі сполуки з йодом і бромом: тетра- і дііодід, пента- і дібромід.На високій температурі вольфрам може з'єднуватися із селеном, сіркою, азотом, бором, телуром, кремнієм і вуглецем. Деякі такі сполуки відрізняються дивною твердістю, а також іншими відмінними якостями.

Особливий інтерес викликає карбоніл (формула W(CO)₆). Вольфрам тут з'єднується з окисом вуглецю, а, отже, має нульову валентність. Карбоніл вольфраму роблять у спеціальних умовах, тому що він украй нестійкий. При температурі 0° він виділяється зі спеціального розчину у формі безбарвних кристалів, після досягнення 50°C карбоніл возгоняється, при 100°C він повністю розкладає. Але саме завдяки цій сполуці можна одержувати щільні й тверді вольфрамові покриття ( із чистого вольфраму). Багато сполук вольфраму так само, як і сам вольфрам, досить активні. Наприклад, окис вольфраму WO₃ має здатність полімеризації. При цьому утворюються, так звані, гетерополіз’єднання (їх молекули можуть мати в складі більш 50 атомів) і ізополіз’єднання.

Оксид вольфраму (VI)WO₃ – це кристалічна речовина, що має ясно-жовте фарбування, при нагріванні стає жовтогарячим. Оксид має температуру плавлення 1473 °С и температуру кипіння – 1800 °С. Вольфрамова кислота, що відповідає йому, не стійка, у розчині води дигідрат випадає в осад, при цьому він втрачає одну молекулу води при температурі від 70 до 100 °С, а другу молекулу при температурі від 180 до 350°С.

До утвору поліпоєднань схильні аніони вольфрамових кислот. У результаті реакції з концентр-мі кислотами утворюються змішані ангідриди:

12WO₃ + H₃PO₄ = H₃[PW₁₂O₄₀].

У результаті реакції оксиду вольфраму й металевого натрію виходить нестехіометричний вольфрамат натрію, який називають « вольфрамовою бронзою»:

WO₃ + xna = Naxwo_3.

У процесі відновлення оксиду вольфраму воднем, під час виділення виходять гідротированні оксиди, що мають змішаний ступінь окиснення, їх називають «вольфрамові сині»:

WO_3–n(OH)_n, n = 0,5–0,1.

WO₃ + Zn + Hcl = [W₁₀O₂₅(OH) + W₃O₈(OH)] («синь»), W₂O₅(OH) (коричн.)

Оксид вольфраму (VI) є напівпродуктом у виробничому процесі вольфраму, а також його сполук. Він є компонентом окремих пігментів для кераміки й промислово важливих каталізаторів для гідрування[3].

Wcl₆ – Вищий хлорид вольфраму, утворюється в результаті взаємодії металевого вольфраму або оксиду вольфраму із хлором, із фтором, або з тетрахлоридом вуглецю. Після відновлення хлориду вольфраму за допомогою алюмінію, разом з монооксидом вуглецю утворюється карбоніл вольфраму:

Wcl₆ + 2Al + 6CO = [W(CO)₆] + 2Alcl₃ (в ефірі)

Нижче приведені деякі діаграми стану:

Рисунок № 1 Діаграма стану W-Si

Рисунок № 2 Діаграма стану W-Al

Рисунок № 3 Діаграма стану W-Fe

Рисунок № 4 Діаграма стану W-O

4. Огляд відомих способів виплавки, їх особливості, агрегати для їх проведення, недоліки

При детальному огляді способів плавки, я ознайомився з 2 способами виплавки ФВ72:

1.Алюмінотермічний спосіб «плавка на блок»

2.Вуглецевосилікотермічний спосіб

Феровольфрам методом вичерпування виплавляють у відкритих дугових печах потужністю 2,5-3,5 МВ-А при напрузі 149-187 В с обертовим кожухом (один оборот за 20 хв) і магнезитовою кладкою ванни, покритої гарнісажем високопроцентного феровольфраму.

У шихті використовують суміш вольфрамітового й шеєлітового концентратів, пековий або нафтовий коксик, 75%-ного феросиліцію й залізної стружки. У шихтовому концентраті для феровольфраму марки ФВ72 не допускається зміст домішок більш, %:S 0,4, Р 0,025,Sn 0,25, Сu 0,10, Аs 0,25. Недолік коксу в шихті приводить до змісту в робочому шлаках 8—10% WO₃. На витрату коксу впливають температура процесу й сполука шлаків. Тому що реакції відновлення оксидів вуглецем ендотермічні (ідуть із поглинанням тепла), витрата коксу збільшують при гарячому спокійному шлаку і зменшують при холодному спіненому шлаку.

Присадка надлишку 75%-ного феросиліцію (8-9 кг на 100 кг концентрату) прискорює реакції відновлення.

Виплавку феровольфраму з вичерпуванням здійснюють послідовними циклами, кожний з яких складається із чотирьох технологічних періодів: 1) заправлення укосів; 2) проплавлення залізної стружки й основної маси концентрату з відновленням вольфраму вуглецем коксу; 3) механізоване вичерпування феровольфраму сталевою ложкою по всій поверхні ванни й охолодження сплаву в проточній воді; 4) доведення й випуск шлаків.

У період заправлення ремонтують ушкоджені ділянки гарнісажу ванни, для чого запліскують на них напіврідкий сплав; аналогічним способом зашпаровують випускний отвір для шлаків і перепускають при необхідності електроди.

Період проплавлення ведуть при повній потужності й напрузі 149 В, розплавляючи протягом 30 хв завантажену залізну стружку, відходи сплаву попередньої плавки й пил з фільтрів газоочищення. Після достатнього розігріву пекти перемикають на напругу 178 В и приступають до рівномірного завантаження й проплавлення концентрату (по 400-500 кг), протягом перших 2,5 год без відновлювача.

У печі наводять шлаки, що містить до 30% WО₃, і за рахунок цього на границі розподілу метал-шлаки окисняться кремній, марганець, вуглець сплаву й відновлюється вольфрам, який осідає на подині печі. При цьому кокс присажують у невеликих кількостях для барботажу шлаків і підвищення його електричного опору, а також для кращої передачі тепла від електричних дуг, глибоко занурених у шлаки. Приблизно за 1 год до закінчення періоду завантажують 30% концентрату в суміші з коксиком і сполуку робочого шлаку доводять по змісту WО₃ до норми (11-12%).

До кінця другого періоду при досить високій температурі ванна кипить і процеси рафінування сплаву від марганцю, кремнію й вуглецю суттєво прискорюються. При відповідності хімічного аналізу феровольфраму заданому сплав протягом ~2 год вичерпують із печі сталевими ложками за допомогою машини й прохолоджують у воді (третій період).

При погіршенні можливості зачерпування й охолодження сплаву знижують швидкість завантаження концентрату в піч. При надмірно гарячому металі підвищують швидкість завалки концентрату й коксика. Присадка концентрату й коксика регулюються також і по кольору шлаків. При світлому шлаку (малий зміст WO3) кількість коксика зменшують, при чорному - витрату коксика збільшують.

У процесі довідновленням шлаки розкислюють протягом 30-40 хв присадками суміші гранульованого 75%-ного феросиліцію й коксика для зниження в ньому оксиду вольфраму до 0,3% і нижче.

Досить розкислений шлак, що має в зламі ясно-зелене фарбування, витримують 10-15 хв у печі й при температурі 1550-1700 °С випускають через, що пропалюється дугою або киснем льотку в копильник і чавунну шлаківню.

Відвальний шлаки не повинен містити >0,25% WO₃. Шар шлаків, що залишився, на подині становить звичайно 100-150 мм. На одержання 1 т феровольфраму (72% W) витрачається, кг: вольфрамовий концентрат (60% WО₃) 1520, феросиліцій (75%-ний) 110, пековий кокс 125, сталева стружка 75. Питома витрата електроенергії 3 550 квт-ч/т.

Рисунок 6. Машина для вичерпування феровольфраму конструкції ЧЕМК:

1 - робочий майданчик; 2 — механізм повороту; 3 — вісь повороту; 4 — пульт керування; 5 — ложка; 6 — захоплення; 7 — обладнання для вибивання злитка; 8 — стенд.; 9 — електропіч

Алюмінотермічним способом феровольфрам виплавляють у плавильному горні внутрішнім діаметром 1200 мм і висотою 1030 мм, футерованим магнезитовою цеглою. У зв'язку з тим, що шеєлітовий концентрат являє собою досить тонкий порошок (розмір зерна менш 0,05 мм), при виплавці без ущільнення шихти у вигляді пили виноситься до 10% шеєліта, частина з якого губиться безповоротно, внаслідок чого витяг вольфраму не перевищує 97% .

Тому шихтові матеріали перед плавкою брикетують ( без залізної стружки). Сполучним є суміш декстрину (60%) і спиртової барди (40%) у кількості 1,0-1,5% від маси шеєлітового концентрату або рідке скло (в останньому випадку метал містить менше вуглецю).

Змішана шихта подається в бункер брикетировочного преса, звідки самопливом надходить у валки, на кожному з яких нарізані гнізда. Для скорочення кількості дріб'язки зазор між валками не повинен перевищувати 1,5 мм, а гнізда на валках повинні збігатися. Сушать брикети протягом 4-5 год при 200 - 250°; більш високі температури сушіння неприпустимі, тому що вигорає декстрин.

Брикети завантажують в піч у суміші зі стружкою й відходами попередніх плавок після проплавлення запала (50—70 кг шихти). Час проплавлення шихти становить 35—40 хв при силі струму 5500—6000 а.

Після закінчення проплавлення на поверхню розплаву дають алюміній у суміші з вапном ( для відновлення окислів вольфраму), після чого розплав прогрівають протягом 40 хв і зливають основну масу шлаків.

Рисунок 6. Установка для брикетування шихти:

1 — бункер, 2 — валки; 3 — редуктор; 4 — двигун; 5 — шестірні;

6 — лоток.

Таким чином, піч продовжує працювати протягом тривалого часу після закінчення проплавлення основної шихти, внаслідок чого витрата електроенергії виявляється приблизно в 2,5- 3 рази більшим, ніж необхідно для протікання відбудовних реакцій на відповідному температурному рівні.

Після витримки розплаву протягом 3 годин горн розбирають і метал разом зі шлаками прохолоджують у воді потім відокремлюють злиток металу від шлаків і дроблять до шматків масою 15 кг.

Верхній шар металу, що містить підвищену кількість домішок, вертається на переплав.

Відвальними є шлаки, що містять не більш 0,5% WO₃; при більшому змісті трьохокисі вольфраму шлаки переплавляють. При використанні міцних брикетів зміст WO₃ у шлаках знижується до 0,1%.

Видаткові коефіцієнти на 1 т сплаву з розрахунковим змістом вольфраму 72% наступні: шеєлітовий концентрат (60% WO₃) 1525 кг, алюмінієвий порошок 300 кг, залізна стружка 50 кг, феросиліцій 50 кг, вапно 40 кг, декстрин 4 кг, електроенергія 3600 мДж. Витяг вольфраму з урахуванням використання відходів 99% [1].