Производство металла связано с физико-химическими процессами, протекающими при высоких температурах. Поэтому наряду с конструкционными материалами широко применяют огнеупорные материалы, способные длительное время противостоять без разрушения высоким температурам, и выдерживать агрессивное воздействие жидких металлов, штейна, шлака, пыли и т.д. Защитная кладка из огнеупоров называется футеровкой, и ее применяют для сооружения рабочих камер печей, миксеров, ковшей и т.д. По огнеупорности эти материалы подразделяют на огнеупорные (1580 – 1770 С), высокой огнеупорности (1770 – 2000 С) и высшей огнеупорности (более 2000 С). По химической активности огнеупорные материалы подразделяют на три класса: кислые (SiO2), основные (MgO, CaO) и нейтральные (Al2O3). Огнеупоры выбирают такого вида, который соответствует свойствам среды в металлургическом аппарате, т.е. если среда в металлургическом аппарате кислая, то следует применять кислые огнеупоры и т.д. По химико-минералогическому составу огнеупоры подразделяют на: кремнеземистые, алюмосиликатные, магнезиальные хромистые и углеродистые. Кислые огнеупоры. Основным видом этой группы огнеупоров является динас, изготавливаемый из высококачественных кварцитов с
содержанием 95-98 % SiO2. Он содержит не менее 90 % SiO2, его огнеупорность не менее 1690 - 1710 С, и обладает хорошими механическими свойствами, но недостаточно термостоек и чувствителен к воздействию основных сред. Основные огнеупоры содержат тугоплавкие композиции из оксидов магния, кальция, хрома и др. Основными разновидностями этого класса огнеупоров являются магнезитовые, доломитовые, хромомагнезитовые и др. Магнезитовые огнеупоры в качестве главного компонента содержат оксид магния (MgO), они высокоогнеупорны (до 2000 С). Из группы хромистых огнеупоров, наибольшее применение в металлургии нашли хромомагнезитовые (около 30 % Cr2O3 и 24 % MgO) и магнезитохромитовые (8-15 % Cr2O3 и 65-70 % MgO). Материалами высшей огнеупорности являются чистые оксиды и бориды некоторых металлов (BeO, ThO2, ZrB2 и др.). Их используют при получении тугоплавких редких металлов. Например, изделия из ThO2 (огнеупорность 3000 ºС) применяют как высокотемпературные нагреватели электрических печей сопротивления. Из ZrB2 (температура плавления 3040 ºС) изготавливают тигли и т.д. Нейтральные огнеупоры, применяемые в металлургии, это в основном шамотные и высокоглиноземистые огнеупоры. Шамот содержит 30-45 % глинозема, обладает огнеупорностью выше 1700 С, плохой химической стойкостью к расплавленным шлакам и выдерживает не более 50 теплосмен. Шамотные изделия применяют для футеровки, если ее температура не превышает 1400 С и отсутствует контакт со шлаками. Высокоглиноземистые огнеупоры содержат более 45 % Al2O3, их изготавливают обожженными и плавлеными. К плавленым огнеупорам относятся муллитовые (3Al2O3 2SiO2) и корундовые (Al2O3) изделия, которые получают плавкой в электрических печах. Их используют для изготовления наиболее ответственных узлов металлургических печей. Углеродистые огнеупоры относятся к нейтральным огнеупорам условно, так как они в определенных условиях оказывают восстановительное воздействие на контактирующую с ними среду. Основной их недостаток – горючесть; при температуре выше 800 С они интенсивно окисляются даже при низкой концентрации кислорода. Различают графитовые, коксовые и карборундовые (на основе карбида кремния SiC) огнеупоры, содержание углерода в которых составляет 30-90 %. Карборундовые материалы обладают высокой огнеупорностью (до 2000 С и более), хорошей тепло- и электропроводностью и
термостойкостью ( до 150 водных теплосмен). При выборе огнеупоров следует учитывать не только их свойства, но и их стоимость. Если принять стоимость шамота за 1, то динасовые огнеупоры будут стоить 1,1-1,2; магнезитовые – 1,4-1,6; хромомагнезитовые – 1,2-1,4; высокоглиноземистые – 2,5-9; карборундовые 15-30. Теплоизоляционные материалы используются в металлургии для уменьшения тепловых потерь через кожухи и стенки печей с целью снижения затрат на производство. Для этой цели используют асбест, картон, минеральную вату, войлок и пр. Технологические вспомогательные материалы непосредственно участвуют в процессах получения металлов и влияют на их конечные результаты. К ним относятся флюсы, сжатый воздух, кислород, различные химические реактивы. Флюсами называют минеральные добавки, используемые в пирометаллургических процессах для корректировки получающихся шлаков. В черной металлургии в качестве флюсов чаще всего используют кварц и известняк. Кварц является кислым флюсом и состоит в основном из диоксида кремния (SiO2). Его применяют только при плавках металлсодержащего сырья с повышенным содержанием основных оксидов (CaO, MgO, FeO и др.). Известняк состоит в основном из карбоната кальция (CaCO3) и относится к основным флюсам. При нагревании до температуры 900-1000 С он разлагается по реакции
CaCO3 CaO + CO2.
Образующийся при этом оксид кальция (CaO) и является флюсующим реагентом. Флюсы в пирометаллургических процессах расходуют экономно, так как их применение увеличивает выход шлака и расход тепла, снижает производительность и увеличивает себестоимость процесса. Сжатый воздух. Многие процессы основаны на окислительном воздействии на перерабатываемое сырье или требуют окислителя для сжигания топлива. Наиболее распространенным окислителем является кислород, который вводится в процесс в виде сжатого воздуха, содержащего 21 % кислорода и 68 % азота. Для получения сжатого воздуха используют воздуходувки и компрессоры.
Кислород в последние десятилетия стал широко использоваться в металлургии, и его применение интенсифицировало многие процессы. Кислород вырабатывают на кислородных станциях из жидкого воздуха, и содержит до 98,5 % О2.
