книги / Металлургия, технология угля и неметаллических полезных ископаемых
..pdfХимический состав передельных и литейных коксовых чугунов (чушковых)
|
|
|
|
|
|
Содержание элементов, |
% |
|
|
|
||||
|
|
|
Марганец |
|
|
|
Фосфор |
|
|
Сера |
|
|||
Марка |
|
|
Группа чугуна |
|
|
|
Класс чугуна |
|
|
Категория чугуна |
|
|||
|
Кремний |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
А |
|
Б |
|
в |
I |
II |
i l l |
|
|
|
|
1 1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т Т |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Не более |
|
|
|
М-1 |
0,76—1,25 |
До |
1,0 |
1,01—1,75 |
0,15 |
0 |
, 2 |
0 |
0,30 |
0,03 |
0,05 |
0,07 |
||
М-2 |
До 0,75 |
До |
1,0 |
1,01—1,75 |
0,15 |
0 |
, 2 |
0 |
0,30 |
0,03 |
0,05 |
0,07 |
||
Б-1 |
0,90—1,60 |
0,60—1,20 |
|
|
|
|
0,07 |
|
— |
|
— |
|||
Б-2 |
1,60 -2,00 |
0,60—1,50 |
|
|
|
|
|
|
0,04 |
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Т-1 |
0,20—0,60 |
0,80—1,30 |
— |
1,60—2,0 |
|
— |
|
— |
— |
— |
0,08 |
|||
ЛК-1* |
2,76—3,25 |
0 ,5 0 -0 ,9 0 |
0,91 —1,30 |
0 |
, 1 |
0 |
0 ,1 1 -0 ,3 0 |
0,31—0,70 |
0 , 0 2 |
0,03 |
— |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЛК-2 |
2,26—2,75 |
0,50—0,90 |
0,91 —1,30 |
0 |
, 1 |
0 |
0,11—0,30 |
0,31—0,70 |
0,03 |
0,04 |
— |
Содержание фосфора в чугунах ЛК-1 и ЛК-2 класса Г 0.71 — 1,20%
По назначению стали разделяют на три группы: конструкци онную (для изготовления деталей машин и элементов строитель ных конструкций), инструментальную и сталь с особыми физиче скими свойствами (электротехническую, нержавеющую, жаро прочную и др.).
Современная металлургия железа состоит из двух основных стадий или переделов — восстановления железной руды углеро дом кокса в доменной печи с получением чугуна и рафинирова ния чугуна в сталеплавильных агрегатах различного типа с по лучением стали. Двухстадийная схема извлечения железа из руд «цугун—сталь» является в настоящее время наиболее эффектив ной и экономичной. Разрабатываются также процессы получения стали или железа непосредственно из руд1.
А.ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА
§1. Сырые материалы
Руды
Ж е л е з н ы е р у д ы по химическому и минералогическому со ставам подразделяются обычно на четыре группы (типа): бурый,
красный, магнитный и шпатовый железняки |
(табл. 3). |
железа |
||||
Бурый |
железняк |
представлен |
водным |
окислом |
||
Fe203*/zH20 |
с |
различным количеством адсорбированной |
воды |
|||
(гидратной влаги в лимоните 2Fe203*3H20 |
содержится |
около |
||||
14%, железа |
60%). |
Основные |
месторождения — Керченское, |
Аятское, Бакальское, Алапаевское, Халиловское, Зигазино-Кома- ровское, Лисаковское, Липецкое и Тульское. Руды бедные порошковатые (25—50% Fe) с глинистой или кремнисто-глинистой пус той породой обычно загрязнены фосфором, серой, иногда мышья ком и требуют обогащения.
Красный железняк, или гематит, содержит железо в виде без водной окиси Fe203, пустая порода обычно кремнистая с незна чительным содержанием серы и фосфора. Руды, как правило, бо гаты железом (45—65% Fe); при содержании железа 35—37% и кремнезема до 60% они называются железистыми кварцитами, требуют глубокого обогащения и специальной подготовки к плавке. Наиболее крупные месторождения находятся в Криворож ском бассейне и Курской магнитной аномалии.
Магнитный железняк содержит |
магнетит Fe30 4. Пустая поро |
д а — кварц, силикаты и карбонаты. |
Руды содержат 54—59% Fe, |
сравнительно много серы и фосфора, цинка и меди. Магнетиты со значительным содержанием ильменита носят название титаномагнетитов. Основные месторождения магнетита сосредоточены в
1 См. И. Ю. К о ж е в н и к о в . Бескоксовая металлургия железа. М., изд-во «Металлургия», 1970.
Примерный состав железных руд, %
Руда |
91 |
|
|
О |
|
О |
|
О |
о |
о |
о |
|
|||
|
м |
|
с |
|
|||
|
<и |
О) |
< |
5 |
Си |
||
|
и* |
и* |
</5 |
2 |
|||
Магнитный |
желез |
|
|
|
|
|
|
няк: |
74,1 |
16,7 |
2,6 |
2,4 |
0,4 Следы |
|
|
А |
— |
||||||
Б |
79,5 |
___ |
6,8 |
2,2 |
4,7 |
0,9 |
0,02 |
В . . . |
. . . 43,8 |
15,1 |
20,3 |
6,3 |
11,5 |
1,0 |
— |
со
Следы
—
0,01
Потери пропри каливании |
К |
В- |
X t- |
||
|
СО |
|
|
1 |
|
<и
— — 65,2
— — 56,7
— — 42,4
Красный железняк: |
|
2,7 |
2,2 |
0.2 |
|
0,01 |
— |
1,6 |
|
66,2 |
|
А |
94,6 |
__ |
— |
— |
|||||||
Б |
86,6 |
— |
9,9 |
1,9 |
1,2 |
— |
0,05 |
— |
2,2 |
— |
60,5 |
В |
71,4 |
— |
10,8 |
8,6 |
0,7 |
0,60 |
|
|
—■ |
50,0 |
|
Бурый |
железняк: |
|
3,4 |
2,5 |
1.7 |
1,8 |
0,01 |
0,01 |
|
12,0 |
53,4 |
А |
76,3 |
___ |
— |
||||||||
Б |
72,0 |
___ |
13,6 |
3,0 |
0,4 |
0,1 |
0,08 |
0,02 |
9,5 |
— |
50,4 |
В |
58,6 |
и |
16,7 |
5,5 |
1.5 |
1,0 |
1,17 |
0,27 |
11,6 |
9,4 |
41,8 |
Кварциты:
А70,9 — 25,3 0,6 0,4 0,3 0,08 — 3,5 — 49,6
Б57,3 — 35,0 2,4 1,5 2,0 0,16 — 3.8 — 40,1
Тагило-Кушвинском, Серовском, Тельбесском, Качканарском, Сорбайском, Оленегорском, Коршуновском и других районах.
Шпатовый железняк, или сидерит, представляет собой карбо нат железа FeC03 с песчано-глинистой пустой породой; содержа ние железа около 30—40%* Залежи сидерита находятся в Бакаль-
ском районе, другие |
месторождения сравнительно |
маломощны. |
|||||||
М а р г а н ц е в ы е |
руды |
используются |
в |
основном при |
вы |
||||
плавке |
специальных |
чугунов |
с содержанием |
марганца |
от |
10 |
|||
до 80%. |
|
|
входит в руды в виде |
пиролюзита |
Мп02, |
||||
Марганец обычно |
|||||||||
браунита |
Мп20 3, |
манганита Мп20 3-Н20 и |
гаусманита |
Мп304. |
|||||
Руды содержат |
от 20 до 52% марганца, |
не |
менее |
0,15—0,20% |
фосфора. Кремнеземисто-глиноземистая пустая порода руд обыч
но легко отмывается при обогащении. |
ж е л е з о с о д е р ж а |
В шихту доменных печей вводят также |
|
щи е о т х о д ы различных производств и |
оборотные продукты |
доменной плавки. К этим материалам относятся: колошниковая пыль (40—55% Fe и 3—15% С), окалина (70% Fe и 1—2% Si02), основные мартеновские шлаки (12—20% Fe и 7—10% Мп), пиритные огарки (40—55% Fe и 1,5—2,5% S), марганцовистые до менные шлаки (15—20% Мп), а также сварочный и бессемеров-
ский шлак. В качестве металлодобавок используют губчатое и кричное железо, чугунный и стальной скрап, стружку и другие материалы.
Флюсы
Флюсы в доменной плавке применяют для связывания окислов пустой породы руды и золы кокса с целью получения шлаков оп ределенного химического состава и физических свойств, необхо димых для выплавки заданного сорта чугуна. Флюс, как прави ло, вводят в шихту агломерационных машин.
В качестве флюса обычно используют известняк. К нему предъявляют следующие требования: высокое содержание осно ваний (не менее 50—52% СаО), возможно меньшее содержание кремнезема и глинозема (в лучших сортах не более 1%). Содер жание серы и фосфора в известняках обычно незначительное. Известняк должен быть кусковым с размером кусков 25—80 мм. Все основные металлургические районы имеют мощные запасы известняков — Еленовское, Каракубское и Балаклавское место рождения на юге, Барсуковское и Студеновское в центре, Агаповское на Урале.
Используется также в качестве флюса доломитизированный известняк, содержащий не менее 35% СаО, 10% MgO.
Кислые флюсы (кварц, песчаник и др.) применяются в исклю чительных случаях.
Кокс
Кокс в шихте доменных печей является восстановителем окис лов металлов и источником тепла для процесса плавки. Около 99% всего чугуна выплавляют с использованием каменноуголь ного кокса К
Обычно кокс содержит 80—86% углерода, выход летучих ве ществ 0,7—2,5%. Зольность не выше 13% (обычно 8—11%). Со держание серы в лучших сортах кокса составляет 0,4—0,7% (Урал, Западная Сибирь), в донецком коксе — до 2,0%. Высокое содержание вредных примесей в коксе (серы и фосфора) сущест венно усложняет технологию и ухудшает показатели доменного процесса. Влажность кокса обычно составляет 2—6%. Теплота сгорания кокса изменяется в пределах 6800—7300 ккал/кг.
Кокс должен обладать достаточной пористостью, обеспечиваю щей хорошую газопроницаемость шихты. Пористость кокса ко леблется в пределах 49—53%.
Кокс должен иметь высокую механическую прочность, чтобы при прохождении шихты через доменную печь не образовывалось
1 См. часть II.
много коксовой мелочи, препятствующей нормальному распреде
лению |
газового потока. |
Сопротивление |
кокса |
раздавливанию |
||||
должно |
быть около 150 |
кГ/сж2, |
индекс |
сбрасывания |
(дроби- |
|||
мость) |
88—95%, |
остаток |
в барабане |
после истирания не менее |
||||
280 кг. |
выплавки |
высококачественных |
чугунов |
применяют еще |
||||
Для |
||||||||
и древесный уголь. Последний |
имеет |
низкую |
зольность |
(0,5— |
3,0%), содержит 3—5% влаги, 65—75% нелетучего углерода, вы ход летучих веществ 24—34%. Механические свойства древесного угля хуже, чем кокса.
§ 2. Подготовка руды
Подготовка руды к плавке заключается в тонком ее измель чении, обогащении и окусковании посредством агломерации, окомкования или брикетирования.
Измельчение руды является подготовительной операцией перед ее обогащением и окускованием. Богатые железом пылеватые руды непосредственно поступают на агломерацию.
Экономические расчеты показывают, что обогащение бедных
железных |
руд типа криворожских |
кварцитов, |
содержащих |
42,5% Fe, |
и получение концентрата с 60% Fe, используемого пос |
ле окускования для доменной плавки, приводит к снижению рас хода кокса, увеличению производительности доменных печей в 1,6 раза и уменьшению себестоимости чугуна. Практика подтвер ждает необходимость глубокого обогащения и тщательной под готовки железных руд перед плавкой.
Обогащение руд
Для обогащения железных руд применяются следующие ос новные способы: промывка, электромагнитная сепарация, грави тационное обогащение и флотация.
П р о м ы в к а применяется для руд с мягкой песчаной и гли нистой пустой породой, которая при перемешивании с водой пе реходит во взвешенное состояние и отделяется от минералов, со держащих железо.
Э л е к т р о м а г н и т н а я с е п а р а ц и я применима к рудам, содержащим железные минералы с сильной магнитной восприим чивостью и немагнитную пустую породу, например магнетит, об ладающий магнитной восприимчивостью 80• 10—3 см3/г, и прак тически немагнитные (48-10~7—10-10-6 см3/г) кварц и полевой шпат.
Магнитной сепарацией удается из руды, содержащей 35— 45% Fe, получить концентрат, содержащий 53—64% Fe, при из влечении железа от 75 до 90%. Для повышения магнитной вос приимчивости гематитовой руды применяют так называемый маг-
шихты и зажигают его при температуре 750—850° С. Под колос никовой решеткой расположены камеры, находящиеся под раз режением. Сюда просасывается воздух сверху вниз через весь слой шихты. Горение, начавшееся в верхнем слое, постепенно распространяется вниз к колосниковой решетке. В слое горения
развивается |
температура |
около |
|
1300—1500° С и в |
результате |
|||||
частичного |
восстановления Fe2C>3 и Fe30 4 при |
спекании |
в присут |
|||||||
ствии |
кремнезема |
образуется легкоплавкий |
(1209° С) |
фаялит |
||||||
Fe2Si04 по реакции |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
2Fe30 4 + 3Si02 + 2СО = 3Fe2Si04 + 2СОг. |
|
|
||||||
/ |
Руда |
Окалина |
Колошни |
|
Топливо |
|
|
|
||
|
|
|
ковая пыль |
|
|
\<25м м |
|
|
|
|
</Омм. |
|
|
----- 1 |
|
|
|
|
|
||
с 5мм Сортировка |
СортировкаЛ |
$$ Продление |
|
|
||||||
|
|
f |
Отход |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р у^ю я |
часть |
|
|
Топливо |
Возврат |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Х .^ д м м |
Х С% 5м м |
||
|
|
|
|
|
|
0у Дозировка |
|
|
||
|
|
|
|
*12мн (j |
— |
вода |
у 12 мы |
|
|
|
|
|
|
|
(ш ихта) |
|
Спекание |
{постель) |
|
|
|
|
|
|
|
Потери |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
( ^ |
Дробление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Грохочение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
~\<25мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
[>Гз>25 мм |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Аглом ера/г |
|
|
|
|
Рис. 3. Схема |
технологического |
процесса на агломерационной |
|||||||
|
|
|
|
фабрике |
|
|
|
|
|
|
Расплав |
силикатов скрепляет |
при |
затвердевании |
|
частицы |
|||||
шихты в пористые монолитные куски — агломерат. |
|
практи |
||||||||
В |
процессе спекания |
рудного |
материала |
происходит |
чески полное удаление серы при разложении пирита F eS ^F eS + S
и затем окислении сульфида |
железа |
кислородом |
воздуха |
|
||||||
|
|
|
3FeS -f- 5 O2 = Fe30* -j- 3S02* |
|
|
|
|
|||
Офлюсованный |
агломерат |
(табл. |
5) |
обладает |
|
повышенной |
||||
восстановимостью, |
но менее |
прочен, чем |
обычный |
агломерат. |
||||||
В процессе |
агломерации |
известняк |
(0—2 |
мм) |
|
разлагается |
||||
и образует с кремнеземом силикаты кальция (CaO-Si02 |
или |
|||||||||
2Ca0-Si02) |
и |
частично железо-кальциевые |
силикаты |
хипа |
||||||
C .a0 -F e0S i02 |
и |
C a0-Fe0-2Si02. |
Офлюсованной |
агломерат |
||||||
содержит меньше фаялита, чем неофлюсованный аг^омерат |
|
|||||||||
Производительность агломерационной |
машины |
определяется |
площадью спекания и составляет для машины с плОщадью спека ния 50 м2 2200 т/сутки агломерата. Продолжитель>носхь цикла
спекания около 15—20 мин. Сооружаются машины с площадью спекания 75 м2.
Технологическая схема процесса агломерации (рис. 3) пре дусматривает сортировку, дозировку и грохочение шихты, спека ние и сортировку агломерата.
Горячий агломерат охлаждается на грохоте водой и в специ альном вращающемся охладителе.
Для определения механической прочности агломерата его под вергают испытанию в барабане П. Г. Рубина. Барабанная проба должна содержать не более 25% класса <5 мм; прочный агломе рат имеет барабанную пробу не более 10%.
Окомкование
В связи с все увеличивающимся производством тонкоизмельченных железорудных концентратов, плохо поддающихся агломе рации, приобретает большое значение процесс их окомкования 1 в грануляторах тарельчатого (рис. 4) или барабанного типа.
Полученные при окомковании окатыши подвергаются для уп рочнения химико-термической обработке (карбонизации, автокла вированию) или термическому обжигу.
Для успешного окомкования рудные концентраты должны со держать 70—80% класса СО,043 мм и около 20% класса <0,074 мм. Максимальная прочность сырых одно- и двухкомпо нентных окатышей (рудных и рудно-флюсовых) достигается при влажности шихты от 8,5 до 13%. Причем каждой шихте соответ ствует узкая область оптимальной влажности, зависящая от ве сового соотношения компонентов шихты, гранулометрического со става и формы частиц руды.
Для упрочнения сырых рудных окатышей применяют в качест ве связующих материалов бентонит и кальцинированную соду или их смеси, растворы соевой муки и крахмала, хлористый каль ций, окись магния, гашеную известь и др.
Применение бентонита в шихте в количестве 0,2—1,0% упроч няет сырые рудные окатыши, повышает их термостойкость при обжиге и прочность сухих окатышей. Вяжущие свойства бенто нита определяются его способностью образовывать гели с чрезвы чайно развитой поверхностью. Добавки к бентониту соды (0,02— 0,10%) и соевой муки (0,03—0,10%) позволяют сократить его расход в 2—2,5 раза и увеличить прочность сухих окатышей.
По упрочняющему действию добавка 0,5 кг кальцинирован ной соды эквивалентна вводу в шихту 3,5 кг бентонита. При вве дении в шихту крахмала в количестве до 2,5 кг/т концентрата прочность сырых окатышей повышается примерно в два раза.
Добавка в шихту окиси кальция позволяет получать офлюсо-
1 Иногда процесс окомкования называют грануляцией или пеллетированием.