Доменное производство чугуна

Доменное производство чугуна

Добыча чугуна базируется на восстановлении железа из оксидов железа и переводе пустой породы в шлак. Главной технологией производства чугуна является выплавка в доменных печах.

Чугун выплавляют в огромных доменных печах высотой в 30 м, а диаметром — до 12 м. Внутренняя часть домны изложена огнеупорным кирпичом, а внешняя облицована стальными листами. Сырьем для производства чугуна в доменных печах являются железные руды, топливо и флюсы. Такую смесь сырьевых материалов называют шихтой. Важнейшие железные руды: магнетит Fе3О4, гематит Fe2О3, пирит FеS2, сидерит FеСО3. В качестве топлива используют кокс, который является продуктом переработки каменного угля. Иногда вместо кокса используют природный газ или мазут. С помощью флюсов тугоплавкие примеси и пустую породу превращают в легкоплавкие соединения, шлак. В качестве флюсов используют известняк СaCO3 и доломит MgCO3.

Восстановления оксидов железа проходит по схеме:

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe.

Сверху в доменную печь загружают руду, кокс и флюсы. Снизу через фурмы вдувают обогащенный кислородом и подогретый до 600-800 º С воздуха. В нижней части печи сгорает кокс.

При высокой температуре карбон (IV) оксид взаимодействует с коксом. Продуктом реакции является карбон (II) оксид (угарный газ), который выполняет роль восстановителя в доменном процессе:

Шихта постепенно опускается вниз, а навстречу движутся нагретые газы. Тем самым осуществляется принцип теплообмена и противотока реагентов.

Образован карбон (II) оксид при температуре 700 º С постепенно восстанавливает железную руду до образования железа:

3Fe2O3 + СО = 2Fe3O4 + СО2 ↑

Fe3O4 + СО = 3FeО + СО2 ↑

FeО + СО = Fe + СО2 ↑.

Восстановленное в доменной печи железо частично реагирует с углеродом и угарным газом. Продуктом реакции является цементит Fe3C:

3Fe + 2CO = Fe3C + СО2 ↑

При высокой температуре известняк разлагается:

CaCO3 = CaO + CO2.

Образован кальций оксид реагирует с тугоплавкими примесями — кислотными оксидами пустой породы. Образуются легкоплавкие вещества — шлаки:

СаО + SiO2 = CaSiO3.

Железо постепенно опускается в более горячую часть печи (распарьте) и растворяет в себе до 4% углерода и другие примеси. Образуется чугун — сплав железа с углеродом, карбидом железа, S, P, Si. Примеси ухудшают качество чугуна.

Чугун плавится и стекает в нижнюю часть горна, а жидкие шлаки собираются на поверхности. Они предотвращают окисление чугуна. Чугун и шлаки выпускают из печи несколько раз в сутки через особые отверстия, забитые глиной. Чугун выливается огненным потоком при температуре 1500 º С.

С доменной печи выходят газы, содержащие до 25% карбон (II) оксида. Их сжигают в особых аппаратах — кауперах. Каупер предназначены для предварительного нагрева воздуха, вдувают в печь.

Доменная печь работает непрерывно. Высокая температура в печи поддерживается благодаря экзотермическим реакциям. Периодически в печь добавляют новые порции шихты. В одной доменной печи за сутки можно сварить более 2000 т чугуна. Работа печи продолжается в течение нескольких лет, вплоть до капитального ремонта.

По применению чугун делится на три группы: литейный, специальный, передельный. С литейного чугуна отливают самые разнообразные изделия: детали сложной конфигурации, скульптуры, предметы декора. Добавление магния и других металлов значительно улучшает механические свойства чугуна, уменьшает его хрупкость. С передельного чугуна выплавляют сталь.

Доменный шлак используют для изготовления шлакобетона, гравия, щебня и т.п.

Производство чугуна

Организация технологического процесса выплавки чугуна из руды должна предусматривать:

  • непрерывность процесса плавки при периодичности операций загрузки материалов шихты, выпуска чугуна и шлака;
  • осуществление противотока реагентов (шихты и газообразных компонентов сырья);
  • использование теплоты продуктов процесса;
  • герметизацию оборудования и возможность непрерывного отбора доменного газа.

В соответствии с этими задачами технологическая схема доменного производства (рис. 9.6.) включает:

  • рудный двор и бункерную эстакаду для хранения, дозировки и загрузки в скипы (тележки) материалов шихты;
  • доменную печь;
  • систему подогрева и подачи воздушного дутья;
  • устройство для уборки и транспортировки жидких продуктов плавки (чугуна и шлака);
  • систему очистки доменного газа.

Агломерат и кокс загружаются на рудном дворе в бункера 1 2, из которых они поступают в скипы подъемника 3. Скипы с материалами шихты в определенной последовательности например, АККАК (где А — скип с агломератом, К — скип с коксом), подаются в загрузочное устройство (засыпной аппарат) 5 доменной печи 4. В нижнюю часть печи через фурмы с помощью воздуходувки из каупера (воздухонагревателя) 9 подается воздух, перегретый до 1200—1300°С. Образующиеся в процессе плавки жидкие чугун и шлак периодически выпускаются из нижней мсти печи через специальные отверстия — лётки.

Выпускаемый чугун собирается в ковши емкостью 90—140 т, или в миксеры, футерованные огнеупорным материалом емкостью до 420 т, установленные на железнодорожных платформах. Шлак отводится по желобу в шлаковозы и направляется на грануляцию. Доменный газ, выходящий из колошника печи, очищается от пыли в пылеуловителе 6, скруббере 7, орошаемом водой, и окончательно в мокром электрофильтре 8. Очищенный и охлажденный до 40°С газ направляется в каупер 10, где сжигается в токе воздуха и разогревает насадку. Кауперы работают, таким образом, попеременно: один на подогрев воздушного дутья, другой — на разогрев насадки, что обеспечивает бесперебойность подачи подогретого воздуха в доменную печь

Дата публикования: 2014-11-26; Прочитано: 424 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

Производство Сырье для производства чугуна и его подготовка

Место металлургии в народном хозяйстве страны

За годы Советской власти в СССР создано крупное металлур­гическое производство. По объему выплавки чугуна и стали, произ­водству проката͵ стальных труб, кокса и ферросплавов, добыче желœезных, марганцевых и хромитовых руд наша страна занимала первое место в мире.

Достижения науки и техники, развитие всœех отраслей промыш­ленности и сельского хозяйства непосредственно связаны с произ­водством и использованием черных металлов. Οʜᴎ по своим свой­ствам, экономичности использования в народном хозяйстве не имеют себе равных в большинстве сфер применения. Основными потребителями черных металлов являются машиностроение, строи­тельство, транспорт. Указанные отрасли потребляют около 90 % производимых в стране черных металлов.

Значительно расширилось производство цветных металлов и особенно алюминия, меди, цинка, никеля, кобальта͵ титана, воль­фрама и др. В промышленности применяется более 50 различных видов цветных металлов, без которых немыслимо развитие ряда отраслей. В этих условиях металлургия (производство металлов) является одной из ведущих отраслей промышленности, способствуя ускорению научно-технического прогресса в других отраслях на­родного хозяйства страны. От обеспеченности металлом, качества металлопродукции зависят темпы роста экономики и эффектив­ность общественного производства.

В свою очередь в условиях научно-технического прогресса по­вышаются требования к качеству металлов, рациональному их ис­пользованию при расширении производства новых конструкцион­ных материалов. Предусматривается дальнейшее улучшение качества конструкционных материалов исходя из задач создания новой прогрессивной техники и реализации ресурсосберегающего направления в экономике.

Чугун — ϶ᴛᴏ сплав желœеза с углеродом (содержание углерода 2 – 4,5%) и другими элементами (марганцем, фосфором, серой и т.д.).

Исходными материалами для производства чугуна являются руды, топливо и флюсы (минœеральные вещества, добавляемые в шихту для снижения температуры плавления пустой породы и удаления в виде шлака ненужных компонентов). Основным видом сырья являются желœез­ные руды, которые представляют горные породы, содержащие глав­ным образом химические соединœения желœеза с кислородом, и пус­тые породы, состоящие из кремнезема (SiО2), глинозема (Аl2Оз), оксидов кальция (СаО), магния (MgO) и др.

Ценность желœезной руды определяется содержанием в ней же­леза, степенью восстановимости, видом и составом пустых пород, содержанием вредных примесей. С повышением содержания желœеза в исходном сырье снижаются затраты на подготовку руды, увеличи­вается производительность доменных печей, уменьшается расход кокса. Это в конечном итоге ведет к снижению стоимости выплавки чугуна.

Экономичность процесса плавки зависит также от степени вос­становимости оксидов желœеза, содержащихся в руде. При исполь­зовании трудновосстановимых руд возрастает удельный расход топлива и увеличивается продолжительность плавки.

Наличие в рудах вредных примесей (серы, фосфора и др.) обус­ловливает ухудшение качества получаемого чугуна, крайне важность дополнительных затрат по их удалению.

Промышленное значение имеют следующие виды желœезных руд:

1) магнитный желœезняк, содержащий 45…70% желœеза в виде оксидов двух- и трехвалентного желœеза Fe2O3, Fe3O4. В руде мало вредных примесей, она обладает магнитными свойствами, трудно восстанавливается. Цвет руды темный: от серого до черного. Место­рождения этих руд находятся на Урале, в Сибири и Казахстане;

2) красный желœезняк с 55…60 % желœеза в виде оксида F2Оз, практически без вредных примесей, легко восстанавливаемый. Цвет руды от вишнево-красного до темно-серого. Основные место­рождения этих руд расположены на Украинœе (Криворожское), в Курской и Белгородской областях;

3) бурый желœезняк, 35…50 % желœеза в виде кристаллогидрата оксида 2Fe2O3•3H2O. Руда бурого цвета͵ характеризуется значи­тельным содержанием вредных примесей, легко восстанавливается. Основные месторождения расположены на Украинœе, в Казахстане и на Урале;

4) шпатовый желœезняк, содержание желœеза в котором в виде его карбоната (FeCO3) составляет 30…45 %. Цвет руды желтовато-бурый, сероватый, иногда с бурым или зелœеноватым оттенком.

Месторождения этих руд расположены на Урале и в Кировской области.

Желœезные руды, кроме основного компонента͵ содержат никель, ванадий, кобальт и другие элементы. При доменной плавке они переходят в чугун, легируют его и улучшают физико-химические свойства (легирование – добавление химических элементов (хром, никель, вольфрам и др.) для получения нужных свойств чугуна или стали). При значительном содержании указанных элементов ста­новится возможным и экономически целœесообразным их попутное извлечение. Указанные руды называют комплексными. К ним отно­сятся хромоникелœевая желœезная руда, ванадистые титаномагнетитовые руды и хромистый желœезняк.

Кроме желœезных руд, для выплавки чугуна используются желœе­зосодержащие отходы мартеновского производства, а также мар­ганцевые руды (при выплавке ферросплавов).

Источником тепла для расплавления руды служит топливо. Оно принимает участие также и в химических реакциях, протекающих в доменной печи. В качестве топлива при производстве чугуна используются кокс и природный газ. Кокс получают из коксующихся углей путем их нагрева в специальных печах до 1000…1100 °С без доступа воз­духа. Удельная теплота сгорания каменноугольного кокса дости­гает 27,2…31,4 МДж/кᴦ.

Эффективным заменителœем кокса является природный газ. Расширение его применения способствует более рациональному использованию кокса, уменьшению его расхода. Последнее суще­ственно сказывается на снижении себестоимости чугуна, так как стоимость газа значительно ниже стоимости кокса.

В число сырых материалов при выплавке чугуна входят флюсы, представляющие минœеральные вещества, добавляемые в шихту для снижения температуры плавления пустой породы и удаления в виде шлака ненужных компонентов (золы, серы, пустой породы). Пустые породы желœезных руд в основном состоят из кислых оксидов. По этой причине в качестве флюсов применяется известняк (СаСОз), доло­мит (CaCO3·MgCO3), основной мартеновский шлак и др. В случае если пустая порода желœезных руд содержит больше базовых оксидов, то в качестве флюсов используются кремнезем, кварц и др.

Руда, топливо и флюсы, взятые в определœенных дозах (по массе), называются шихтой. Для обеспечения более полного использования полезного объема доменных печей, сокращения расхода топлива и флюсов, а следовательно, получения высококачественного чугуна наиболее низкой себестоимости необходима подготовка шихтовых материалов к плавке.

Прежде всœего, подготовке подвергают руду. Она должна иметь требуемый состав и определœенный размер кусков (20…40 мм). С этой целью на желœезорудных предприятиях и металлургических заводах проводится усреднение руд по химическому составу. В свою очередь мелкие и пылевидные фракции подвергаются окускованию, а крупные — дроблению.

Переработка желœезных руд с небольшим содержанием желœеза (40…46 %) характеризуется значительным увеличением расхода топлива, флюсов, снижением производительности доменных печей и в конечном итоге увеличением себестоимости чугуна. По этой причине бедные руды подвергают обогащению, в процессе чего удаляется значительная часть пустой породы, а в получаемом концентрате значительно возрастает содержание основного компонента — желœеза.

Учитывая зависимость отхарактера и свойств руды применяют и соот­ветствующий способ ее обогащения (гравитационный, магнитный, флотационный и др.). К примеру, для руд, содержащих песчано-глинистые породы, применяются промывка, для окисленных желœез­ных руд — обжиг с целью перевода немагнитного оксида Fe2O3 в магнитное соединœение Fe3O4 и последующая магнитная сепара­ция. В основном бедные желœезные руды подвергают магнитной сепарации или в целях наилучшего обогащения руды ее сочетают с обжигом и флотацией.

В результате обогащения руд получают тонкодисперсные кон­центраты с содержанием желœеза до 65…67 %, которые с силу своих физических свойств не могут использоваться в доменном про­цессе. По этой причине следующим этапом подготовки руды является агломерация (окускование). На горнообогатительных комбинатах или металлургических заводах мелочь, колошниковую пыль, коксик (кокс с крупностью частиц до 3 мм), известняк увлажняют и пере­мешивают в смесительных устройствах. После этого шихтой загру­жают (толщина слоя 200…300 мм) колосниковые решетки агло­мерационных машин и снаружи поджигают газовой горелкой.

Читать статью  Железные руды — виды, месторождения. Доменный процесс

Доменная печь

Под колосниковой решеткой расположены вакуумные камеры, с по­мощью которых создается крайне важное разрежение, обеспечиваю­щее просачивание воздуха через слой агломерационной шихты. За счет сгорания коксика создается температура 1100…1450°С, обеспечивающая спекание шихты и образование пористого продук­та — офлюсованного агломерата. При использовании офлюсован­ного агломерата снижается расход кокса и известняка, улучшаются условия плавки и технико-экономические показатели работы домен­ных печей.

С развитием способов обогащения руд и увеличением удельного веса концентрата в общем объеме желœезорудного сырья начал при­меняться новый процесс подготовки руды — окомкование. Сущность процесса состоит в скатывании частиц исходной шихты и после­дующем обжиге полученных окатышей (размером 25…30 мм). Обожженные окатыши по сравнению с агломератом обладают более высокой механической прочностью, хорошей восстановимостью, однородны по составу и характеризуются высоким содер­жанием желœеза (70…95%).

Одним из весьма перспективных направлений развития метал­лургического производства является использование частично вос­становленных (металлизированных) материалов, в частности окатышей. Οʜᴎ используются для прямого восстановления желœеза, минуя доменный процесс.

Подвергаются подготовке также и другие шихтовые материалы. К примеру, кокс перед загрузкой в печь подвергается грохочению с целью удаления мелочи и снижения его потерь в процессе плавки за счет выноса мелких фракций. Флюсы подвергаются дроблению, а затем грохочению для отсеивания мелочи. Подготовленные таким образом шихтовые материалы послойно загружаются в доменную печь в определœенных взвешенных дозах, называемых калошами.

Читайте также

Доменный процесс получения чугуна

Чугун выплавляют в вертикальных печах шахтного типа — доменных печах. Сущность процесса получения чугуна заключается в восстановлении окислов железа (связывании кислорода из оксида в какие – либо соединения), входящих в состав руды, окисью углерода, водородом и твердым углеродом.

Устройство и работа доменной печи. Схема работы доменной печи представлена нарис.6.3.Доменные печи, как и все шахтные печи, работают по принципу противотока. Сверху сходят шихтовые материалы, а снизу им навстречу движутся газы, образующиеся в процессе горения топлива. Агломерат, руду, флюс и кокс, поступающие в печь в определенном соотношении, называют шихтой.

Шихта подается на колошник 7 печи скипами 1, реже ленточными конвейерами. Скипы разгружают в печь через приемную воронку 2 и засыпной аппарат, установленный на колошнике. Воздух (дутье) от воздуходувных машин подается в печь через воздухонагреватели (в которых нагревается до 1000-1200˚С) и фурменные приборы, установленные по окружности горна. Через фурмы 13 вводится также дополнительное топливо (природный газ, мазут или угольная пыль).

Рис.6.3. Схема доменной печи: 1 — скип; 2 — приёмная воронка; 3 — малый конус; 4 — большой конус; 5 — воронка большого конуса; 6 — защитные сегменты; 7 — колошник; 8 — шахта; 9 — распар; 10 — заплечики; 11 — горн; 12 — чугунная лётка; 13 — фурма; 14 -шлаковая лётка; 15 — лещадь; 16 — камера горения воздухонагревателя (каупера); 17 — подкупольное пространство; 18 — огнеупорная насадка каупера; 19 — поднасадочное пространство

По мере накопления чугуна и шлака их выпускают из печи. Чугун выпускают через 3- 4 час. через чугунную летку 12, а шлак через 1,0 — 1,5 час. через шлаковую летку 14. Чугун и шлак сливают по желобам, проложенным по литейному двору, в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши, установленные на железнодорожных платформах. Емкость чугуновозных ковшей 90 — 140 т. В них чугун транспортируют в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи для передела в сталь. Чугун, не используемый в жидком виде, поступает на разливочные машины.

Рис.6.4. Доменная печь: 1 – защитные сегменты колошника; 2 – большой конус; 3 – приемная воронка; 4 – малый конус; 5 – распределитель шихты; 6 – воронка большого конуса; 7 – наклонный мост; 8 – скип; 9 – воздушная фурма; 10 – чугунная летка; 11 – шлаковая летка

Современная доменная печь представляет собой шахтную (вертикальную) печь круглого сечения общей высотой до 70 м и диаметром до 14 м (рис.6.4). Внутри доменная печь выкладывается (футеруется) огнеупорным кирпичом. Снаружи печь для прочности имеет стальной кожух.

Доменная печь включает следующие элементы засыпной аппарат, колошник, шахту, распар, заплечики и горн.

Засыпной аппарат служит для накопления и подачи шихты через колошник. Вверху колошника имеется газоотвод для выхода доменного (колошникового) газа. Шахта имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу. Такая форма шахты способствует свободному опусканию шихты при плавке. Заплечики имеют форму усеченного конуса, расширяющегося кверху, поэтому они удерживают всю твердую шихту, находящуюся в распаре и шахте. Нижняя часть горна, в которой собираются жидкий чугун и шлак, называют лещадью. В горне имеется два отверстия — летки — для выпуска чугуна и шлака. Чугунная летка располагается в нижней части горна, а шлаковая — в верхней.

Лещадь выполняют из особо огнеупорных материалов — углеродистых (графитизированных) блоков. Для повышения стойкости огнеупорной кладки печи в ней устанавливают металлические холодильники, по которым циркулирует вода. Для уменьшения расхода воды (для крупных печей расход воды составляет до 70000 м3 в сутки) применяют испарительное охлаждение, основанное на поглощении теплоты в процессе парообразования.

Подогрев воздуха осуществляется для увеличения производительности печи и уменьшения расхода топлива. Нагрев производят в специальных нагревательных аппаратах — воздухонагревателях (кауперах) регенеративного типа.

Воздухонагреватель представляет собой башню диаметром до 10 м, высотой до 50 м. Корпус воздухонагревателя выполнен из листовой стали, внутри футерован огнеупорным кирпичом. В шахте воздухонагревателя сжигают доменный газ. Остальное пространство воздухонагревателя заполнено насадкой (кирпичной кладкой с проходами для газов), аккумулирующей теплоту продуктов горения доменного газа. Горячие газы, проходя через насадку, нагревают ее и удаляются из воздухонагревателя через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается, и через насадку пропускается холодный воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной.

Доменная печь имеет несколько воздухонагревателей: в то время как в одних насадка нагревается горячими газами, в других она отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. После охлаждении нагретой насадки воздухом нагреватели переключаются.

Внутри воздухонагревателя (рис. 6.3) имеется камера горения 16 и насадка 18, занимающая основной объем воздухонагревателя. Насадка выложена из огнеупорных кирпичей так, что между ними образуются вертикальные каналы. В нижнюю часть камеры горения к горелке подается очищенный от пыли колошниковый газ, который сгорает и образует горячие продукты сгорания. Воздух, проходя через насадку воздухонагревателя, нагревается до 1000 — 1200°С и поступает к фурменному устройству доменной печи, а оттуда в ее рабочее пространство.

Улучшение технико-экономических показателей работы доменных печей является одной из важнейших задач металлургического производства. Эта задача решается повышением производительности доменных печей путем улучшения их конструкций, энергетики, способов подготовки шихты, интенсификации доменного процесса.

Основным направлением в развитии современного доменного процесса является увеличение полезного объема доменных печей. При этом улучшаются технико-экономические показатели их работы. В России эксплуатируют доменные печи объемом 2300, 2700 и 5000 м3. Такие печи выплавляют в сутки более 10000 т чугуна.

Интенсификация процесса плавки приводит к повышению производительности доменных печей за счет следующего:

— повышение давления газов на колошнике до 0,18 МПа снижает скорость их движения в шахте доменной печи, улучшает условия восстановления железа, снижает расход кокса и уменьшает вынос колошниковой пыли;

— обогащение дутья кислородом повышает интенсивность горения кокса, в результате возрастает температура в горне доменной печи, ускоряются процессы восстановления кремния и марганца, что особенно важно при выплавке доменных ферросплавов и литейных чугунов;

— вдувание в горн природного газа и угольной пыли позволяет снизить расход кокса на 10 — 15%, увеличить производительность печей на 2 — 3% за счет повышения восстановительной способности газов.

Дата публикования: 2014-10-20; Прочитано: 1533 | Нарушение авторского права страницы

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2018 год.(0.001 с)…

  1. Производства чугуна: исходные материалы, устройство доменной печи, технология плавки чугуна, продукты доменной плавки.

Чугун – железоуглеродистый сплав, содержащий более 2% углерода. Кроме углерода, в нем всегда присутствуют кремний (до 4%), марганец (до 2%), а также фосфор и сера. Чугун является основным исходным материалом для получения стали, на что расходуется примерно 80-85% всего чугуна.

РУДЫ, ФЛЮСЫ И ТОПЛИВО

Железные руды – основной исходный материал для выплавки чугуна. Пустая порода обычно состоит из кварца и песчаников с примесью глин, т.е. является кислой (избыток SiO2).

Железные руды в отличие от медных и многих других относительно богаты. Наиболее богатые руды содержат 60% железа и больше, наиболее бедные 30-40%.

В железных рудах всегда присутствуют вредные примеси – сера и фосфор. По типу рудного минерала руды бывают следующих основных видов.

Красный железняк. Рудный минерал – гематит, безводная окись железа Fe2O3 (70% Fe). Руда обычно содержит 50-60% Fe. Это наиболее распространенный вид руды во всем мире.

Магнитный железняк. Рудный минерал – магнетит, магнитная окись железа Fe3O4 (72,4% Fe), в руде 55-60% Fe.

Бурый железняк. Рудный минерал – водные окислы железа nFe2O3 · mH2O (52-66% Fe). В руде обычно содержится 30-50% Fe.

Шпатовый железняк. Рудный минерал – сидерит, карбонат железа FeCO3 (48,3% Fe), в руде обычно 30-40% Fe.

Доменные флюсы необходимы для удаления из доменной печи тугоплавкой пустой породы руды и золы топлива. Сплавляясь с флюсом, они образуют легкоплавкий сплав – доменный шлак; в расплавленном состоянии он удаляется из печи через шлаковую летку. Кроме того, флюс должен обеспечить получение шлака с необходимым химическим составом и физическими свойствами, что в значительной мере определяет состав чугуна.

Флюсы выбирают в зависимости от пустой породы руды. В отечественных железных рудах пустая порода, как правило, содержит избыток SiO2. Поэтому в качестве флюса используют сильноосновные материалы, главным образом известнякCaCO3. Типичный металлургический известняк после обжига содержит 50-55% CaO. Избыток извести в доменном шлаке способствует также удалению из чугуна серы. На отечественных заводах флюсы вводят в доменную печь главным образом в виде офлюсованного агломерата и офлюсованных окатышей.

Топливо в доменных печах служит не только источником тепла, но реагентом, обеспечивающим восстановление железа из руды и образования чугуна (путем науглероживания железа).

Основные требования к доменному топливу – высокая теплотворность, малое содержание золы, чистота по содержанию вредных примесей. Топливо должно иметь высокую механическую прочность, так как его дробление и образование мелочи препятствует нормальному движению печных газов, а также высокую пористость для обеспечения интенсивного горения. Топливо должно быть недефицитным и иметь невысокую стоимость.

Кокс является главным видом топлива в доменных печах и в среднем содержит 10-13% золы, 0,5-2% серы. Он достаточно прочен, что позволяет строить крупные доменные печи объемом до 5000 м3. На выплавку 1т чугуна расходуется около 550 кг кокса. При этом стоимость кокса составляет 45-55% себестоимости чугуна.

Вдувание 60-100 м3 природного газа на 1т выплавляемого чугуна снижает расход кокса на 10-15%, повышает восстановительную способность доменных газов, обеспечивает более высокую производительность доменной печи. Наиболее эффективным оказалось применение природного газа в сочетании с высокотемпературным дутьем, обогащенным кислородом.

ПОДГОТОВКА РУДЫ К ПЛАВКЕ

В настоящее время для выплавки чугуна используют лишь около 5% сырой железной руды; 95% всей руды до плавки подвергают предварительной подготовке. Подготовка железной руды является одним из эффективных направлений в совершенствовании доменного производства и дает возможность использовать более бедные руды. Подготовка руд включает дробление, сортировку и другие операции.

Дробление обеспечивает нужную степень измельчения руды. Для плавки в доменной печи размер кусков руды должен составлять 10-18 мм, для агломерации – менее 5-10 мм, для магнитного обогащения – 0,1 мм.

Сортировку руды по классам крупности при размерах кусочков более 1-3 мм проводят на механических грохотах. Для более тонко измельченных материалов используют гидравлическую классификацию. Разделяемый материал подают вместе с водой в специальные устройства, где крупные зерна быстрее оседают, отделяясь от более мелких. В устройствах типа гидроциклон разделение частиц по крупности происходит под действием центробежной силы.

Усреднение материалов по химическому составу и свойствам необходимо для обеспечения ровного хода доменной печи. Одним из основных методов усреднения руды является ее послойная укладка в штабеля большой емкости.

Обогащение руды приобретает все большее значение. В настоящее время до плавки обогащают около 80% всей руды. Это связано с использованием все более бедных руд, а также руд с тонковкрапленными в пустой породе рудными зернами. Так, например, в результате обогащения бедных криворожских железистых кварцитов с 20-45% Fe получают концентраты с 60-65% Fe. Основным способом обогащения железной руды в нашей стране является магнитный. Сущность сухой магнитной сепарации состоит в том, что тонкоизмельченную руду помещают в магнитное поле, где магнитные частицы руды отделяются от пустой породы. При мокрой сепарации руда при воздействии на нее магнитного поля одновременно промывается водой. Этот способ более гигиеничен, чем предыдущий, при котором выделяется много пыли. Магнитное обогащение можно непосредственно использовать только для так называемых сильномагнитных магнетитовых и титаномагнетитовых руд. Для других руд – средне- и слабомагнитных – перед обогащением производят магнетизирующий обжиг.

Читать статью  2.4 Процессы восстановления в доменной печи

Среди других методов обогащения наиболее распространен гравитационный: отсадка и разделение в тяжелых суспензиях (взвесях), в которых рудный минерал тонет, а частицы пустой породы всплывают.

Для удаления рыхлой песчаной и глинистой пустой породы применяют также наиболее простой и дешевый способ – промывку водой.

УСТРОЙСТВО ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

Доменная печь (рис.6) – вертикальная печь шахтного типа. Ее высота (до 35 м) примерно в 2,5-3 раза больше диаметра.

Стенки печи выкладывают из огнеупорных материалов – в основном из шамота. Нижнюю часть горна и его основание (лещадь) выполняют из особо огнеупорных материалов – углеродистых (графитизированных) блоков. Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливают (примерно на ¾ высоты печи) металлические холодильники, по которым циркулирует вода. Для уменьшения расхода воды (для крупных печей до 70000 м3 в сутки) применяют испарительное охлаждение, основанное на том, что поглощаемое тепло используется для парообразования.

Кладка печи снаружи заключена в стальной кожух толщиной до 40 мм. Для уменьшения нагрузки на нижнюю часть печи ее верхнюю часть (шахту) сооружают на стальном кольце, опирающемся на колонны.

С увеличением полезного объема (рабочего пространства) доменных печей повышается их экономичность.

Современные крупные доменные печи имеют объем 2000-3000 м3.

На Криворожском заводе с 1974 г. работает печь объемом 5000 м3.

Воздух для горения топлива вдувается через 14-36 фурм в верхнюю часть горна печи.

В современную доменную печь для выплавки 1т чугуна вдувается около 3000 м3 воздуха; его расход на крупных печах достигает 6000-7000 м3/мин, что обеспечивается быстроходными турбовоздуходувными машинами (3500-4500 об/мин). Воздух нагревается в специальных воздухонагревателях. Каждую доменную печь обслуживают три-четыре автоматически переключающихся воздухонагревателя.

Применение высокотемпературного дутья привело к значительной интенсификации плавки. За последние годы температура воздушного дутья была повышена до 1200-1300º С.

Значительный эффект дало повышение давления под колошником примерно до 2,5 атм., приводящее к уменьшению скорости газа, улучшению теплообмена и интенсификации физико-химических процессов. Крупнейшим усовершенствованием явилось обогащение дутья кислородом (до 30%). Наибольший эффект дало комплексное использование этих мер при применении природного газа. Производительность печей повысилась примерно на 50%, а расход кокса снизился на 25-30%.

Доменная печь работает непрерывно в течение 5-10 лет. Для этого по мере необходимости в нее загружают отдельными порциями (колошами) шихтовые материалы, периодически выпускают чугун и шлак, непрерывно удаляют доменные газы.

Для выплавки 1т передельного (мартеновского) чугуна в среднем расходуется около 1,8т офлюсованного агломерата, 550 кг кокса. Таким образом, печь объемом 3000 м3 в сутки потребляет примерно 8500т шихтовых материалов и выплавляет около 5000-5500т чугуна.

В современных доменных печах все процессы по подготовке и загрузке шихтовых материалов полностью механизированы.

К вспомогательным устройствам, обеспечивающим работу печи, относятся: шихтовые дворы, оборудованные погрузочно-разгрузочными устройствами; бункерные эстакады с вагон-весами для автоматического взвешивания шихтовых материалов, подъемные механизмы, доставляющие самоопрокидываааающиеся тележки-скипы с шихтой к загрузочному аппарату доменной печи. Для нормальной работы печи необходимы также воздухонагреватели и другие устройства для осуществления горячего дутья, литейный двор, ковши – чугуновозы и шлаковозы, разливочные машины и т.д.

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

Доменное производство чугуна

Никто не может присваивать власть в Российской Федерации. Суверенитет Российской Федерации распространяется на всю ее территорию.

Технологии производства чугуна постоянно совершенствуются

Основным сырьем, используемым при производстве чугуна, является железная руда. Добывают ее в карьерах в разных местах нашей страны. Как известно, добытая руда содержит большое количество разного рода примесей. Использовать ее для плавки чугуна в таком «сыром» виде, конечно же, нельзя. Поэтому на первом этапе она поступает на специальные предприятия — горно-обогатительные комбинаты. Здесь из нее удаляют пустые породы и дробят. Затем уже чистую руду грузят в вагоны составов и отправляют на металлургические комбинаты.

как получают чугун



Минералы в железных рудах

Основными рудообразующими минералами железа являются гематит, лимонит и магнентит.

Гематит – красный железняк. Содержит железо в виде безводной окиси железа Fe2O3. Содержание железа в красных железняках составляет 45-65 % при небольшом количестве вредных примесей.

Лимонит – бурый железняк. Содержит железо в форме водных окислов типа nFe2O3×mH2O. В буром железняке – 25-50 % железа.

Читайте также: Расчет параметров трубы: как правильно рассчитать вес, массу и объем трубы

Магнетит – магнитный железняк. Содержит железо в основном в виде закись-окиси железа Fe3O4, обладающего магнитными свойствами. Магнетиты – самые богатые железные руды – содержат 40-70 % железа.

Процесс агломерации

Собственно, как получают чугун, рассмотрим чуть ниже. Сейчас же поговорим о том, как подготавливается руда для его выплавки непосредственно на металлургических производствах.

Если для переплавки будет использован обычный дробленый материал, производительность доменной печи резко упадет. Дело в том, что такая шихта имеет низкую степень газопроницаемости. Поэтому перед загрузкой в домну руда в обязательном порядке проходит процесс агломерации.

Выполняется эта процедура в специализированных цехах металлургических комбинатов и представляет собой процесс спекания породы в куски определенного, наиболее подходящего для выплавки чугуна размера. Происходит слипание при высокой температуре, достаточной для легкого расплавления поверхности частиц шихты. В результате последние просто-напросто склеиваются друг с другом, образуя куски. При этом предварительно руда смешивается с углем. В результате горения последнего и достигается необходимая для получения кусков температура. Стимулируется процесс агломерации путем пропускания через слой руды с углем потоков воздуха (сверху вниз).

Для получения агломерата может использоваться не только руда. Иногда его делают также из небольших кусков железа. Его сплав с каким веществом позволяет получить чугун, будет рассмотрено ниже. Конечно же, для производства этого металла используется не железо в чушках. Переплавляют на чугун обычный металлолом.

Основные материалы для доменной печи

1) Железняки – источник железа. 2) Кокс – топливо и восстановитель. 3) Известняк – при высокой температуре разлагается в образованием СаО, который действует как флюс и переводит кремнистые пустые породы в шлак CaSiO3. 4) Воздух – поддерживает горение кокса с выделением тепла. Удаляет некоторые неметаллические примеси (кремний, мышьяк) в виде летучих оксидов. Окисляет окись железа FeO в руде до Fe2O3, что способствует сохранению железа в руде. Окись железа FeO, основная по природе, реагирует с SiO2 c образованием шлака FeSiO3. Воздух делает руду пористой, что способствует однородному восстановлению железа.

Что происходит в печи

Итак, давайте посмотрим, как получают чугун в домне. Изнутри печь такой конструкции облицована кирпичом. Принцип ее работы относительно прост. При производстве чугуна, помимо агломерата, используются кокс, известь и флюс. Смесь из этих материалов готовится в определенной пропорции. Она то и называется доменной шихтой. Ее насыпают в специальные подъемники и поднимают на самый верх печи.

Для того чтобы кокс загорелся, необходимо большое количество воздуха, обогащенного кислородом. Он подается в доменную печь снизу, через специальные отверстия, называемые фурменными. Вдувается он в печь под очень большим давлением. Это необходимо для того, чтобы воздух проник через пласт подаваемой сверху шихты. При этом предварительно поток подогревается до 600-800 градусов, иначе температура внутри печи снизится.

Полученный при расправлении шихты чугун стекает вниз и с периодичностью примерно один раз в 40 мин выпускается наружу через специальное отверстие, называемое леткой. Далее он переливается в чаши большой емкости и перевозится в сталеплавильные цеха.

Доменная плавка

Доменная плавка заключается в раздельной загрузке в верхнюю часть печи (колошник) офлюсованного агломерата и кокса. Их располагают в печи слоями. Шихта нагревается за счет тепла горения кокса в горячем воздухе, который вдувается в нижней части домны. Шихта постепенно опускается вниз. В результате физико-химического взаимодействия компонентов шихты и поднимающихся газов в нижней части печи – горне – образуются два несмешивающихся жидких слоя – чугун на лещади горна и шлак – над чугуном.

Жидкий чугун выпускают каждые 2-3 часа, в больших печах – каждый час. Шлак из печи выпускают вместе с чугуном. Их разделяют с помощью специальных затворов.

Доменная печь обычно работает непрерывно в течение нескольких лет – до 10 лет.

Восстановление и науглероживание железа в печи

Все домны работают по принципу противотока. При этом в них поочередно происходят следующие химические процессы:

  1. Восстановление железа. Происходит этот процесс последовательно и выглядит так: Fe2O3 — Fe3O4 — FeO — Fe. В качестве восстановителя в данном случае выступает оксид углерода (CO), образующийся при взаимодействии CO2 с раскаленным коксом, а также твердый углерод последнего.
  2. Науглероживание железа. Реакция в данном случае выглядит так: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 + Q. Карбид Fe3C легко смешивается с твердым железом, в результате чего и образуется сплав последнего с углеродом. Стекая вниз, он омывает куски кокса и науглероживается еще больше. Помимо этого, в нем растворяются такие вещества, как марганец, сера, кремний и т. д.

Таким образом, становится понятно, доменный металл — это сплав железа с каким веществом. Получить чугун можно просто путем науглероживания расплава шихты.

Горение топлива и образование восстановителей

Горение углерода топлива происходит в нижней части печи при взаимодействии воздуха при температуре 1000-1300 ºС с коксом:

Читайте также: Сортамент размеров нержавеющих труб ГОСТ 9941 в наличии

Образующийся углекислый газ поднимается к раскаленному коксу и взаимодействует с ним по реакции с образованием восстановителя СО

Восстановитель СО в присутствии железа разлагается по реакции с образованием атомарного сажистого восстановителя С

Восстановление других элементов

Mn, кремний, сера и фосфор попадают в доменную печь вместе с шихтой в виде различных химических соединений. Высшие оксиды марганца восстанавливаются до MnO примерно по тому же принципу, что и железо: MnO2 — Mn2O3 — Mn3O4 — MnO. Чистый марганец выделяется так: MnO + C = Mn + CO — Q. Кремний попадает в печь в виде кремнезема SiO2. Восстановление его происходит по реакции SiO2 + 2C = Si + 2CO — Q.

Фосфор восстанавливается водородом, твердым углеродом и CO и, к сожалению, переходит в чугун практически полностью. Этот элемент ухудшает доменный сплав железа. Позволяет получить чугун хорошего качества присутствующий в шихте кремнезем, а также высшие оксиды марганца. Mn в некоторых случаях добавляется в домну специально. При этом получается особый вид чугуна — марганцевый.

Краткое описание технологии выплавки чугуна в доменном производстве

Историческая справка. Чугун был известен за 4-6 вв. до н. э. Доменное производство возникло в результате развития сыродутного процесса — «прямого» получения железа в твёрдом состоянии непосредственно из железной руды путём восстановления её в низких горнах или шахтных печах (домницах) с помощью древесного угля. Первые доменные печи в Европе появились в середине 14 в., а в России — около 1630, вблизи Тулы и Каширы. На Урале первый чугун получен в 1701, а в середине 18 в. благодаря развитию уральской металлургии Россия вышла на 1-е место в мире, которое удерживала до начала 19 в. До середины 18 в. единственное топливо для доменного производства — древесный уголь. В 1735 А. Дерби применил в доменной плавке каменно-угольный кокс.

Основные этапы развития доменного производства: применение паровой воздуходувной машины (И. И. Ползунов, 1766), нагрев дутья (Дж. Нилсон, 1829), изобретение кирпичного воздухонагревателя регенеративного типа (Э. Каупер, 1857). В 1913 в России было выплавлено 4,2 млн. т чугуна и она занимала 5-е место в мире. В 1940 в СССР было выплавлено 15 млн. т чугуна (3-е место в мире), а с 1947 Советский Союз уступал только США. В 1970 СССР вышел на 1-е место в мире. Выплавка чугуна в СССР в 1971 составила 89,3 млн. т. Большую роль в развитии доменного производства в СССР сыграли М. А. Павлов, М. К. Курако, И. П. Бардин. Доменное производство в СССР характеризуется применением высокомеханизированных и автоматизированных агрегатов и передовой технологии.

Выплавка чугуна производится в доменных печах, представляющих собой сложный технологический агрегат.

Доменная печь, домна — большая металлургическая, вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до ее «капитального» ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.

Основным материалом для доменного производства является железная руда, содержащая железо в виде оксидов. Оксиды железа купить в виде руды возможно у сырьевых компаний крупнейших стран-экспортёров: Австралия, Бразилия, Индия, Канада, ЮАР, Украина, Россия, Швеция, Казахстан. Для загрузки в печь наиболее удобны куски руды диаметром от 10 до 50 мм. Более мелкая и пылевидная руда должна быть окускована путем спекания. Такое спекание называется агломерацией и производится на агломерационных фабриках, которые строятся иногда на рудниках, но чаще непосредственно на металлургических заводах.

Читать статью  Железо. Свойства железа и его соединений

В доменной печи происходит отделение железа от кислорода (процесс восстановления). Этот процесс возможен при высоких температурах, для создания которых в доменной печи сжигается кокс. Кокс содержит углерод, который при высоких температурах соединяется с кислородом оксидов железа или, как принято говорить, восстанавливает железо из оксидов. Раньше вместо кокса в доменных печах сжигали обыкновенный древесный уголь.

Читайте также: Технологии производства стального листа холодным и горячим прокатом

Пустая порода, содержащаяся в большом количестве в железной руде, и зола, имеющаяся в коксе, при плавлении шихты не переходят в металл, а образуют шлак, который нужно своевременно удалить из печи. Чтобы облегчить удаление шлака, в руду добавляют флюсы — материал, придающий шлаку более жидкий вид. Обычно флюсом служит известняк.

Материалы подают в засыпное устройство, находящееся в верхней части домны, по наклонному мосту в специальных тележках-скипах, емкость которых на больших печах достигает 10 м3; подача материалов идёт непрерывно.

Рис. 1. Схема доменного производства

Таким образом, основными материалами для производства чугуна в доменной печи является железная руда, кокс и известняк. Кроме того, в доменном процессе для поддержания горения необходим воздух. Печь может работать только при непрерывной подаче воздуха.

Для того чтобы не охлаждать печь во время работы и ускорить плавку, воздух в печь подается подогретым до 600-800° и под давлением 1,5-2 атм. Воздух подогревают в специальных аппаратах — воздухонагревателях.

Воздухонагреватели представляют собой сварные цилиндрические сосуды диаметром от 7 до 9 м и высотой до 46 м с днищем и куполом. Воздухонагреватели изготовляют из листовой стали толщиной 10-14 мм. Внутреннее пространство воздухонагревателей разделено стенкой из огнеупорного кирпича на две вертикальные камеры — камеру горения и камеру насадки.

Камера, или шахта горения, и разделительная стенка начинаются от днища и идут до основания купола, так что под куполом остается свободное пространство для сообщения между камерами. В нижней части воздухонагревателя со стороны камеры: горения врезана горелка для сжигания газа.

Насадка — кирпичная кладка — выкладывается из огнеупорного (шамотного) кирпича так, чтобы образовались вертикальные сквозные от низа до верха каналы для прохода газа и воздуха. Благодаря каналам насадка обладает большой поверхностью нагрева (от 10 до 20 тыс. м2 и более). Насадка кладется на чугунную поднасадочную решетку, которая опирается на специальные колонны и расположена на уровне 2-2,5 м от днища воздухонагревателя.

Каналы насадки соответствуют отверстиям в решетке и имеют выход в пространство под решеткой, называемое поднасадочным пространством. В поднасадочное пространство по воздухопроводу холодного дутья подводится от воздуходувных машин холодный воздух.

Нагрев воздуха в воздухонагревателях происходит за счет сжигания очищенного газа, который, сгорая в камере горения, поднимается вверх под купол, а затем по каналам насадки опускается вниз и, отдав тепло насадке, уходит в дымовую трубу. После нагрева насадки газ и дымовую трубу отключают и через насадку пропускают воздух, который движется в направлении, обратном движению горячего газа. Горячий кирпич насадки отдает свое тепло воздуху.

Подогретый воздух по воздухопроводу горячего дутья подается от воздухонагревателей в кольцевую трубу и затем через специальные приборы, называемые фурмами, — в доменную печь.

Для одной доменной печи строят три или четыре воздухонагревателя, которые работают поочередно, т. е. если в одном нагревается насадка, то в другом — воздух, а третий запасной. Доменный процесс сопровождается также выделением побочных продуктов — доменного газа и шлака.

Жидкий шлак выпускается через шлаковые лётки в специальные ковши, в которых отвозится в шлаковые отвалы. В дальнейшем из него изготовляют строительные материалы — шлакоблоки. Доменный газ используется как топливо для сжигания в коксовых и мартеновских печах, в нагревательных печах прокатных цехов, а также в обыкновенных котельных топках.

Образующийся в печи газ через подсвечники, свечи и наклонные газопроводы отводится, в пылеуловители. Обычно на каждую доменную печь ставилось два пылеуловителя — первичный и вторичный. В настоящее время доменные печи сооружаются преимущественно с одним первичным пылеуловителем.

Свечи своей нижней частью, так называемыми подсвечниками, примыкают к куполу шахты. На доменную печь ставятся четыре подсвечника, а далее каждая пара подсвечников объединяется в одну свечу; свечи соединяются с первичным пылеуловителем двумя наклонными газопроводами грязного газа.

Пылеуловители представляют собой сварные цилиндрические сосуды диаметром от 9 до 11 м с коническим днищем и куполом, пылеуловители изготовляются из листовой стали толщиной 10-14 мм.

Доменный газ уносит с собой большое количество мелких частиц руды и кокса (колошниковой пыли) и по наклонным газоотводам попадает в пылеуловители. Здесь вследствие большего объема сосуда давление и скорость газа резко падают и значительная часть пыли (до 3/4) осаждается в конусах пылеуловителей, откуда ее периодически выпускают в вагоны и отвозят в отвал или на агломерационную фабрику, где она спекается в куски и вновь используется как шихтовый материал для доменной печи.

Пыль сильно истирает стенки свечей, газоотводов и пылеуловителей, поэтому их футеруют (выкладывают) шамотным кирпичом, а тройники и подсвечники — специальными чугунными плитами.

В пылеуловителях доменный газ проходит грубую очистку. Для дальнейшего использования газа необходима его полная очистка, которая происходит в специальных газовых цехах — газоочистках, входящих в комплекс сооружений доменного цеха. От пылеуловителей к газоочистке газ подается по газопроводу грязного газа. Очищенный газ по газопроводу чистого газа поступает к потребителям.

Доменный газ совершенно бесцветный и не имеет запаха, ядовит, а при соединении с воздухом образует взрывчатую смесь, которая при вспышке взрывается с огромной разрушительной силой. Поэтому при обращении с доменным газом требуется большая осторожность.

Таким образом, основным продуктом доменного производства является чугун, побочными продуктами — шлак, доменный газ и колошниковая пыль.

Основной примесью чугуна является углерод (2-4% и более), который может содержаться в чугуне в виде механической примеси (свободного графита) и в виде химического соединения с железом, называемого карбидом железа или цементитом. Получаемые в доменной печи чугуны разделяются на сорта: литейный, передельный и специальный.

Литейный чугун

содержит свободный графит и имеет в изломе серый цвет и крупнозернистое строение. Этот чугун хорошо заполняет формы и легко поддается обработке режущим инструментом. Литейный чугун применяют для отливки радиаторов, труб, печных приборов и других строительных и бытовых изделий.

Передельный чугун

Читайте также: Технология и температура плавления бронзы в домашних условиях

содержит углерод в виде химического соединения с железом и имеет блестящий белый излом, поэтому иногда называется белым чугуном (белый цвет излома следует считать условным). Этот сорт чугуна плохо отливается и обрабатывается и идет главным образом в переплавку на сталь.

Специальные чугуны

, или ферросплавы, имеют повышенное (более 10%) содержание одного или нескольких элементов, например кремния, марганца и др. Применяют их в основном в качестве специальных добавок при выплавке сталей.

Чугун и шлак периодически выпускают из печи: чугун через 4-6 час., а шлак через 2-3 часа. Производительность доменной печи характеризуется коэффициентом использования полезного объема, который представляет собой отношение полезного объема печи в кубических метрах к суточной выплавке чугуна в тоннах. Полезным объемом называется объем печи от уровня чугунной лётки до отметки низа большого конуса в опущенном состоянии.

Чем меньше коэффициент по абсолютному значению, тем лучше работает доменная печь. Более экономичными в эксплуатации являются доменные печи большого объема, поэтому впредь предполагается строительство печей большого объема.

Рис. 2. Разрез по оси доменной печи:

1 – пылеуловители; 2 – фундамент; 3 — рабочая площадка; 4 — кольцевой воздухопровод; 5 – лещадь; 6 – кладка горна; 7 – фурменные отверстия; 8 – кладка заплечиков; 9 – кладка шахты; 10 – колошник; 11 — наклонный газопровод; 12 – колошниковая площадка; 13 — засыпной аппарат; 14 – свечи; 15 – крыша здания поддоменника; 16 – колонны для удержания шахты; 17 — здание скипового подъемника; 18 – наклонный мост; 19 – железнодорожные вагоны с исходными шихтовыми материалами; 20 – бункер с шихтовыми материалами; 21 – скип; 22 — рудно-грейферный кран; I – горн; II – заплечики; III – распар; IV – шахта; V – колошник.

Удаление серы

Вопрос о том, как получить чугун хорошего качества, сводится в том числе и к очистке его от этого нежелательного элемента. Сера является основной вредной примесью, значительно ухудшающей свойства конечного продукта выплавки. Основное ее количество содержится в коксе. Удаляют серу путем повышения содержания в шихте извести (CaO) и увеличения температуры в горне. Реакция в данном случае выглядит так: FeS + CaO = FeO + CaO + Q. Для снижения процента содержания серы в чугуне могут использоваться и другие способы. К примеру, иногда уже выплавленный материал обрабатывается в выпускном желобе или чаше с содой. При этом удаление серы происходит в результате реакции FeS + NaCO3 = FeO + Na2S + CO2.

Образование шлака

Таким образом, мы с вами выяснили, как получают чугун. Однако при выплавке этого материала получается и еще один, широко используемый в народном хозяйстве продукт. При плавке 1 т чугуна выходит 0,6 т шлака. Дело в том, что даже в очищенной железной руде содержится довольно-таки большое количество глины. В состав кокса же входит зола. Для удаления этих ненужных элементов к шихте, помимо всего прочего, примешивают флюсы (карбонаты кальция и магния). В процессе плавки они вступают в химическую реакцию с разного рода примесями, в результате чего и образуется шлак. Представляет он собой алюмосиликатный или силикатный расплав.

Плотность шлака меньше, чем жидкого чугуна. Поэтому в процессе плавки он располагается под ним. Удаляют его периодически через отдельную летку, называемую шлаковой. Используется этот побочный продукт чугунолитейного производства в основном для изготовления цемента и строительных блоков в качестве наполнителя.

Виды чугуна

Как видите, вопрос о том, как получить чугун в домне, относительно несложен. В конечном итоге, однако, из печи может выходить материал, немного отличающийся по химическому составу и физическим свойствам. Все чугуны в основном подразделяются на две разновидности: передельные (белые) и литейные (серые). Первый тип используется как сырье при производстве сталей. Литейный применяют для получения разного рода чугунных изделий, пользующихся на рынке неплохим спросом.

Белый чугун

Доля этой разновидности выплавляемого в доменных печах металла составляет 75-80%. Основными свойствами такого чугуна являются: большая твердость, хрупкость и износоустойчивость. Марганца и серы в нем содержится обычно больше, чем в литейном. Обработке белый чугун поддается с большим трудом. Использовать для изготовления из него каких-либо изделий обычные режущие инструменты современных станков нельзя. Зато сталь получают из чугуна этой разновидности довольно-таки просто. Подразделяется передельный доменный металл в зависимости от способа дальнейшей переплавки на три класса: мартеновский (М), бессемеровский (Б) и томасовский (Т).

Особенности процесса производства чугуна

В процессе плавления в горн с общей смесью стекает расплавленный шлак. Благодаря его плотности, меньшей, чем у чугуна, он всплывает поверх него. Это явление наблюдается в районе распара печи. Первоначальный шлак получается от сплавления находившихся в пустых породах руд, а также флюсах окислов. При стекании вниз, в процессе накапливания шлак значительно меняется по составу. Благодаря реакциям с компонентами не полностью прогоревшего кокса, расплавляющегося чугуна в нем получают восстановление из своих окислов марганец с железом, а кроме того растворяются соединения серы, зола и кокс.

Равномерность работы доменных печей, качественное производство отливок из чугуна с его видом зависят от таких свойств шлака, как плавкость, вязкость, текучесть, температура плавления, серопоглотительная способность. Данные качества шлака продиктованы его химическим наполнением, минералогическими свойствами исходных шихтовых компонентов. Химическое содержание шлака предопределяет итоговый состав чугуна, этим объясняется тот факт, что для производства различных чугунов (литейного, передельного и др.) обычно выбирают шлак с определенными свойствами. Расплавленные шлаки и получаемый чугун поочередно выпускаются в особые отверстия – шлаковую и чугунную летки, сначала шлак, потом чугун.

Литейный чугун

Углерод в этом материале в основном содержится в виде свободного графита, имеющего в своем составе кремний. Поставляется он для изготовления чугунных изделий в виде чушек. Маркируется этот материал буквой «Л» и цифрами от «1» до «6», в зависимости от назначения. Существует также рафинированный магнием литейный чугун, помечаемый буквами «ЛР».

Ну что ж, надеемся, мы в достаточно полной мере ответили на вопрос о том, сплав железа с каким веществом позволяет получить чугун. Это обычный углерод, замещающий в доменной печи входящий в состав руды кислород. Основные же свойства чугуна зависят от количества входящих в его состав примесей: марганца, фосфора, кремния и серы.

Испарение влаги шихты

Шихта, загружаемая в доменную печь, содержит гигроскопическую, а иногда и гидратную влагу. Гигроскопическая влага легко испаряется и удаляется на колошнике, так как температура колошниковых газов выше температуры испарения влаги.

Гидратная влага удаляется при температурах выше 400 °С, и выделяющийся водяной пар, взаимодействует с оксидом углерода или углеродом, обогащая поток газа водородом.

Н2Опар + СО = СО2 + Н2,

Источник https://magictemple.ru/domennoe-proizvodstvo-chuguna/

Источник https://instrumentbaza.ru/materialy/dlya-proizvodstva-chuguna.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *