Продукти доменного виробництва, їх характеристика і призначення.

Продуктами доменного виробництва є: чавун, феросплави, доменний газ і шлак.

За призначенням доменні чавуни поділяються на переробні (що йдуть на переплавлення у сталь), ливарні, які йдуть на фасонне литво.

Переробні чавуни:

- переробні коксові марок М1, М2, М3, Б1, Б2;

- переробні коксово-фосфористі марок МФ1, МФ2, МФ3;

- переробні коксові високоякісні марок ПВК1, ПВК2, ПВК3.

Феросплави мають підвищений вміст марганцю, кремнію та ін. У доменних печах виплавляють феромарганець, який містить 70-80 % Мп, який використовується при виплавлені сталей, як розкислювач.

Доменного газу відходить у середньому 3000 м³ на 1 т. Він використовується як паливо.

Шлаку утворюється в середньому 0,6 т на 1 т чавуну. Шлак використовують для виготовлення різних будівельних матеріалів.

Автоматизація доменного виробництва.

Для підвищення таких показників, як коефіцієнт використання корисного об'єму печі, витрати коксу на виплавляння 1т чавуну, використовують комплекс заходів: підвищення температури нагрівання повітря, підвищення тиску під колошником, збагачене повітря киснем, вдування у горн природного газу та вугільного пилу, покращення складу шихти, механізацію та автоматизацію керування роботою печі.

У роботі доменної печі автоматизована: подача шихти, продування, керування роботою печі, підігрівання повітря, відведення і використання доменного газу. Лише не автоматизований випуск шлаку і чавуну.

Хімізм сталеплавильного процесу.

Основна маса сталі у наш час виробляється з доменного чавуну. Завдання переробки чавуну в сталь полягає у тому, щоб із чавуну видалити надлишок вуглецю, кремнію, марганцю, сірки і фосфору.

Кисень, який проникає у чавун, переважно окислює залізо:

2Fе + О₂ ® 2Fе ₂О + Q.

Оксид заліза вступає у взаємодію з домішками у чавуні, зменшуючи їх вміст:

2FеО + Sі ® 2Fе + SіО₂ + Q;

FеО + Мп ® Fе + МпО + Q ;

5FеО + 2Р ® Р₂О₅ + 5Fе + Q.

Кількість вуглецю зменшується також за рахунок оксиду заліза:

FеО + С ® Fе + СО + Q.

Фосфор і сірка виводяться з металу в шлак за допомогою вільного оксиду кальцію:

Р₂О₅ + 4СаО ® (СаО)₄Р₂О₅ + Q;

FеS + СаО ® СаS + FеО + Q.

Після виплавлення сталі її розкислюють. Розкислення проводять феромарганцем, феросиліцієм, алюмінієм:

3FеО + 2Аl ® 3Fе + Аl₂О₃ + Q;

2FеО + FеSі ® 3Fе + SіО₂ + Q ;

FеО + FеМп ® 2Fе + МпО + Q .

Сучасні методи виробництва сталі.

Виплавляння сталі у конверторах з кисневим продуванням. У конверторному процесі джерелом тепла є хімічні екзотермічні реакції окислення елементів, які входять до складу чавуну. У кисневих конверторах можна виплавляти як вуглецеві, так і леговані сталі.

Кисневі конвертори поділяються на стаціонарні та обертові, місткістю від 100 до 350 т.

Стаціонарний конвертор (рис.13) має два бандажі 4, кожний з яких спирається на два ролики 1. Горловина конвертора має сферичну форму. Конвертори викладають доломітовою цеглою. Льоток 3 призначений для зливання готової сталі.

У конвертор спочатку завантажують скрап, потім заливають чавун, далі засипають вапно, боксит, залізну руду і окалину (якщо потрібно), після чого проводять продування, взяття проб, аналіз їх, а потім зливання металу і шлаку. Процес виплавляння сталі у конверторах триває 15 хв.

Мартенівський спосіб виробництва сталі виник у 1864 році, розроблений французьким вченим П.Мартеном. У мартенівських печах сталь виплавляють з твердого або рідкого чавуну, стального і чавунного брухту з домішками залізної руди, окалин, флюсів і феросплавів: при цьому утворюється побічний продукт плавлення – мартенівський шлак.

Мартенівська піч (рис.14) складається з: плавильного простору 4, череня 7, склепіння 3, регенераторів 8 і 6 (які служать для підігрівання повітря і газового палива). У передній стінці мартенівської печі є вікна 9, через які з робочої площадки закидають шихту, беруть проби сталі і спостерігають за плавленням. У задній стінці міститься льоток для випускання сталі. Паливом служить мазут.

У залежності від шихти виплавляння сталі у мартенівських печах розділяють на: скрап-рудний процес (60-80 % рідкого чавуну і 20-40 % скрапу, залізна руда і флюси); скрап-процес (65-80 % відходів і брухту, решта чушковий чавун).

Мартенівські печі мають місткість до 1000 т. Тривалість плавлення залежить від місткості печі, виду палива, складу шихти і продовжується від 5 до 12 годин.

Виплавляння сталі в електропечах набуває дедалі більшого розвитку.

Відсутність окислювального полум'я і незначний доступ повітря, а то й повна його відсутність, дають можливість створювати у печах нейтральне або відновлювальне середовище і досить повно розкислювати сталь, тобто виплавляти високоякісні сталі. Є два типи печей для виплавляння сталі: дугові та індукційні.

Для виплавляння сталі використовують дугові трифазні печі прямого нагрівання, де дуга горить між (графітовими) електродами і шихтою (рис.15). Температура у печі досягає 4273-6273 ⁰К.

Робота індукційної печі базується на передачі електромагнітної енергії за допомогою індукції. На рис.16 наведено схему будови індукційної печі. У середині спірального багатовиткового індуктора 2 міститься вогнетривкий тигель 1. Індуктор і тигель встановлені у каркасі 3 печі. Для виливання готової сталі вся піч обертається навколо осі 4. Місткість тиглю від кількох кілограмів до кількох тонн. Метал у тиглі розігрівається індуктивними (вихровими) струмами. Індукційні печі використовують, в основному, для виплавляння високоякісних вуглецевих і легованих сталей та інших сплавів.