1.7 Вимоги до металургійного процесу і його структури

 

                Технологічні процеси, які існують на підприємствах, у більшості випадків не цілком задовольняють сучасні вимоги. Ряд процесів та їх апаратурне оформлення застаріли і повинні бути замі­нені на нові, більш досконалі.

                Сучасні металургійні процеси одержання кольорових металів і тим більше процеси найближчого майбутнього повинні задовольняти щонайменше ці основні вимоги:

                1) висока питома продуктивність застосовуваних апаратів;

                2) висока продуктивність праці (випуск продукції на одного робіт­ника);

                3) високий ступінь вилучення всіх цінних складових;

                4) високий ступінь комплексності використання сировини;

                5) мінімальні енергетичні витрати за рахунок використання зовнішніх джерел теплової енергії або електрики;

                6) максимальне використання повторних енергоресурсів;

                7) забезпечення можливості комплексної механізації й автоматизації всіх операцій;

                8) використання простої, дешевої, довговічної і зручної в роботі, пус­к, налагодження і ремонт апаратури;

                9) забезпечення можливості створення безупинних, потокових, цілком автоматизованих технологічних ліній, одержання металів із частковим або повним програмним керуванням;

                10) забезпечення безпечних і нешкідливих умов праці й охорони на­вколишнього середовища.

                Удосконалення існуючих і створення нових технологій і апа­ратів, що максимально задовольняють вимоги сучасності, можли­во, лише за умови глибокого розуміння структури металургійних процесів і можливостей керування швидкостями їх перебігу.

                Будь-який металургійний процес становить складний комп­лекс послідовних фізико-хімічних перетворень, що проходять од­ночасно, і взаємодій - елементарних стадій.

                За своїм характером фізико-хімічні перетворення і взаємодії в пірометалургії визначають три групи явищ:

                1) перетворення, пов'язані тільки з дією високих температур. До них відносять нагрів, сушіння, термічну дисоціацію, плавлення і т.п.

                2)  перетворення, пов'язані з дією газової фази на тверді і рідкі речо­вини. Характер таких перетворень залежить від властивостей га­зового середовища. В окисній атмосфері, що містить кисень або інші окиснювачі, відбуваються реакції окиснювання сульфідів, ме­талів, горіння вуглецю і т.п. Якщо середовище буде відновним, тобто коли у газовій фазі багато оксиду вуглецю або водню, то будуть проходити реакції  відновлення оксидів металів, сульфатів, оксиду сірки і т.д. Нейтральна атмосфера, що не містить окисню­вачів або відновлювачів у помітних кількостях,  істотно не впливатиме на перероблювані матеріали.

                3) хімічні взаємодії між наявними в перероблюваних матеріалах компонентами.

                У гідрометалургії фізико-хімічні взаємодії проходять на межі поділу твердої і рідкої фаз, часто за участі газоподібного реаген­ту. В основному вони спрямовані на розчинення твердої речовини або, навпаки, на виділення твердої фази з розчину.

                Кожний металургійний процес характеризується власною, що відрізняється від інших процесів, структурою. Знання структури про­цесу дуже важливо для металургів, тому що це дозволяє грамотно керувати процесом, намічати шляхи його подальшого удоскона­лення або інтенсифікації.

                Різноманіття застосовуваних у кольоровій металургії процесів не дозволяє розглянути в даному розділі структуру кожного з них.

                Найважливіші металургійні процеси будуть проаналізовані з цих позицій при розгляді технології одержання конкретних металів. Зупинимося лише на загальній характеристиці елементарних стадій найбільш складного за своєю структурою процесу металургійної плавки рудної сировини. Рудні плавки включають такі елементарні стадії:

                1) нагрів і сушіння перероблюваних матеріалів;

                2) термічну дисоціацію хитких хімічних сполук;

                3) окиснювання сульфідів або відновлення оксидів (залежно від виду плавки);

                4) розплавлення легкоплавких компонентів з утворенням первин­них розплавів;

                5) розчинення більш тугоплавких складових у первинних розпла­вах з утворенням штейну або чорнового металу і шлаку;

                6) розподіл цінних компонентів між продуктами плавки;

                7) поділ рідких продуктів плавки.

                Усі перелічені стадії рудної плавки проходять послідовно або одночасно з різними швидкостями і повнотою завершення. Найповільніша з елементарних стадій в кінцевому підсумку визначатиме сумарну швидкість плавки, а отже, і кінцеву продуктивність засто­совуваного агрегату.

                Слід відзначити, що з елементарних стадій плавки руд­ної сировини найбільш повільною буде остання - поділ рідких про­дуктів плавки. Цю стадію, здійснювану звичайно відстоюванням, можна прискорити шляхом інтенсивного перемішування розплавів, що приведе до збільшення питомої продуктивності плавильної печі.