Розділ 1.1 виробництво чавуну

Чавун — це сплав заліза з вуглецем, у якому масова частка вуглецю становить від 2,14 до 6,67 %. Крім заліза й вуглецю, у чавуні завжди є кремній, марганець, фосфор і сірка. Більша частка виплавленого чавуну використовується для виробництва сталі й лише незначна частка — для виготовлення виливків.

1.1.1. Вогнетривкі матеріали

Метали виплавляють у сучасних металургійних печах при високих температурах. Тому внутрішні стінки печей, а також ковшів та інших пристроїв, призначених для виплавлення й транспортування рідкого металу, викладають вогнетривкими матеріалами, які повинні захищати метал від теплових втрат, здатні витримувати значні навантаження при високих темпера­турах, раптові зміни температур і протистояти хімічній взаємо­дії з металом, шлаком та пічними газами.

Вогнетривкість матеріалу визначається в °С. Вогнетривкі матеріали можуть бути у вигляді цегли, фасонних виробів і порошків. Хімічний склад вогнетривких матеріалів визначає їх властивості й зумовлює поділ на кислі, основні та нейтральні. Динас належить до кислих вогнетривів і містить 95...96 % Si0₂ [7]. Його вогнетривкість становить 1700...1710 °С. Динасо­вою цеглою футерують кислі електропечі й мартенівські печі. До основних вогнетривів належать магнезит, магнезитохроміт, доломіт та інші.

Магнезит містить 91,..94 % MgO, має вищу за 2000 °С вогне­тривкість. Його застосовують для викладення дна та стін основ­них мартенівських та електроплавильних печей.

Магнезитохроміт містить близько 45 % MgO і 15...22 % Сr₂0₃ [8], має вогнетривкість понад 2000 °С й застосовується для викладення склепінь електросталеплавильних і мартенів­ських печей.

Доломіт (35...38 % MgO і 52...58 % СаО) має вогнетривкість в межах від 1800 до 1950 °С.

До нейтральних належать шамот і графітові вогнетриви.

Шамот складається із кремнезему Si0₂ та 39...43 % А1₂0₃, має вогнетривкість 1750 °С [9]. Він є найдешевшим серед вогне­тривких матеріалів і застосовується для футерування доменних печей, ковшів для транспортування й розливання металу, по­вітронагрівачів.

Графітовий вогнетрив — графіт на глиняній або смоляній зв'язці, має вогнетривкість понад 2000 °С і використовується при викладенні дна доменних печей або електролізних ванн для отримання алюмінію.

<^ 1.1.2. Паливо

Для виплавлення металів із руд потрібна значна кількість теплоти, яку отримують від згоряння палива, через перетво­рення електричної енергії в теплову, а також від екзотермічних реакцій у металургійних печах.

Паливо в металургії є не тільки джерелом теплоти, але може брати участь у хімічних реакціях. До його складу входять пальні речовини (вуглець, водень), непальні речовини (зола, вода, азот) і шкідливі домішки (сірка, фосфор). Зола — мінеральна скла­дова палива, що містить оксиди Si0₂, A1₂0₃, CaO, MgO та ін. У високоякісному паливі дуже мало непальних речовин та шкід­ливих домішок. Металургійна промисловість використовує твер­де, рідке й газоподібне паливо. Найпоширенішим твердим па­ливом є кокс.

Кокс отримують сухою перегонкою дрібних зерен коксівно­го вугілля розміром до 3 мм при температурі 900... 1050 °С без доступу повітря протягом 15...17 год [1, 3]. Під час цього виді­ляються коксовий газ і багато цінних хімічних речовин у газо­подібному стані, а твердий залишок спікається у міцні пористі грудки - кокс.

8...12 % золи, до 5 % води, 0,5...2,0 % S, до 0,1 % Р і до 1 % летких речовин. Теплотворна здатність коксу — до ЗО МДж/кг.

Представником рідкого палива в металургії є мазут.

Мазут складається із 84...88 % С, 10...11 % Н„ 0.7...4 % S і 0,3 % золи [1], має теплотворну здатність 40...45 МДж/кг.

Газоподібне паливо застосовують у сталеплавильному й част­ково в доменному виробництвах. Найбільше значення мають природний, коксовий і доменний гази.

Природний газ містить 90...98 % вуглеводнів типу СН₄, С₂Н₂ і до 1 % азоту, а його теплотворна здатність становить близько 35 МДж/м³.