Виробництво чавуну

 

Чавун - сплав заліза й вуглецю із супутніми елементами (зміст вуглецю більше 2,14 %).

Для виплавки чавуну в доменних печах використовують залізні рудій, паливо, флюси.

До залізних руд ставляться:

- магнітний залізняк зі змістом заліза 55...60 %, родовища - Соколовське, Курська магнітна аномалія (КМА);

- червоний залізняк зі змістом заліза 55...60 % , родовища - Кривої Ріг, КМА;

– бурий залізняк (гідрати оксидів заліза 2Fe₂O₃ * 3H₂O і Fe₂O₃ * H₂O) c змістом заліза 37...55 % – Керч.

Марганцеві рудій застосовуються для виплавки сплаву заліза з марганцем - феромарганцю ( 10...82% /), а також передільних чавунів, що містять до 1% марганцю. Марганець у рудах утримується у вигляді окислів і карбонатів: і ін..

Хромові рудій застосовуються для виробництва ферохрому, металевого хрому й вогнетривких матеріалів - хромомагнезитів.

Паливом для доменної плавки служити кокс, можлива часткова заміна газом, мазутом.

Флюсом є вапняк або доломітизований вапняк, що містить і , тому що в шлаки повинні входити основні оксиди ( ), які необхідні для видалення сірки з металу.

Підготовка руд до доменної плавки здійснюється для підвищення продуктивності доменної печі, зниження витрати коксу й поліпшення якості чавуну.

Метод підготовки залежить від якості рудій.

Дроблення й сортування руд по розміру служать для одержання шматків оптимальної величини, здійснюються за допомогою дробарок і класифікаторів.

Збагачення рудій засноване на розходженні фізичних властивостей мінералів, що входять у її состав:

а) промивання - відділення щільних тридцятилітніх від порожньої пухкої породи;

б) гравітація (відсадження) - відділення рудій від порожньої породи при пропущенні струменя води через дно вібруючого сита: порожня порода витісняється у верхній куля і несеться водою, а рудні мінерали опускаються;

в) магнітна сепарація - здрібнену руду піддають дії магніту, що притягає залізовмісні мінерали й відокремлює їх від порожньої породи.

Обкускування роблять для переробки концентратів у кускові матеріали необхідних розмірів. Застосовують два способи обкускування: агломерацію й обкачування.

При агломерації шихту, що складається із залізної рудій (40...50%), вапняку (15...20%), повернення дрібного агломерату (20...30%), коксового дріб'язку (4...6%), вологи (6...9%), спікають на агломераційних машинах при температурі 1300…1500⁰С. При спіканні з рудій віддаляються шкідливі домішки (сірка, миш'як), розкладаються карбонати, і виходить кусковий пористий офлюсований агломерат,

При обкатування шихту зі здрібнених концентратів, флюсу, палива воложать і при обробці в обертових барабанах вона здобуває форму кульок-окатишів діаметром до 30 мм. Їх висушують і обпалюють при температурі 1200…1350⁰С.

Використання агломерату й окатишів виключає окрему подачу флюсу - вапняку в доменну піч при плавці.

Виплавка чавуну

Чавун виплавляють у печах шахтного типу – доменних печах.

Сутність процесу одержання чавуну в доменних печах полягає у відновленні оксидів заліза, що входять до складу рудій оксидом вуглецю, воднем і повторюємо вуглецем, що виділяється при згорянні палива.

При виплавці чавуну вирішуються завдання:

1. Відновлення заліза з окислів рудій, насичення його вуглецем й видалення у вигляді рідкого чавуну певного хімічного складу.

2. Оплавлення порожньої породи рудій, утворення шлаків, розчинення в ньому золі коксу й видалення його з печі.

Пристрій і робота доменної печі.

Доменна піч має сталевий кожух, обкладений вогнетривкою шамотною цеглою. Робочий простір печі включає колошник 6, шахту 5, распар 4, заплічка 3, горно 1, лещата 15.

Схема доменної печі

У верхній частині колошника перебуває засипний апарат 8, через який у піч завантажують шихту. Шихту подають у вагонетки 9 підйомника, які пересуваються по мосту 12 до засипного апарата й, перекидаючись, висипають шихту в прийомну вирву 7 розподільника шихти. При опусканні малого конуса 10 шихта попадає в чашу 11, а при опусканні великого конуса 13 – у доменну піч, що запобігає виходу газів з доменної печі в атмосферу.

При роботі печі шихтові матеріали, проплавляючись, опускаються, а через завантажувальний пристрій подають нові порції шихти, щоб весь корисний об’єм був заповнений.

Корисний обсяг печі - обсяг, займаний шихтою від лещат до нижньої крайки великого конуса засипного апарата при його опусканні.

Корисна висота доменної печі (Н) досягає 35 м, а корисний обсяг – 2000…5000м³.

У верхній частині горна перебувають фурмені пристрої 14, через які в піч надходити нагріте повітря, необхідний для горіння палива. Повітря надходити із повітронагрівача, усередині якого є камера згоряння й насадка з вогнетривкої цегли, у якій є вертикальні канали. У камеру згоряння до пальника подається очищень доменний газ, що, згоряючи, утворить гарячі гази. Проходячи через насадку, гази нагрівають її й віддаляються через димар. Через насадку пропускається повітря, воно нагрівається до температури 1000…1200⁰З і надходити до фурменого прибудую, а звідти через фурми 2 – у робочий простір печі. Після охолодження насадок нагрівачі перемикаються.

Горіння палива. Поблизу фурм природний газ і вуглець коксу, взаємодіючи з киснемо повітря, згоряють:

У результаті горіння виділяється велика кількість теплоти, у печі вище рівня фурм розвивається температура вище 2000 ⁰С.

Продукти згоряння взаємодіють із розпеченим коксом по реакціях:

Утвориться суміш відбудовних газів, у якій окис вуглецю є головним відновлювачем заліза з його оксидів. Для збільшення продуктивності подавань у доменну піч повітря воложиться, що приводити до збільшення змістовідновлювача.

Гарячі гази, піднімаючись, віддають теплоту шихтовим матеріалам і нагрівають їх, прохолоджуючись до 300…400⁰З у колошника.

Шихта (агломерат, кокс) опускається назустріч потоку газів, і при температурі близько 570 ⁰С починається відновлення оксидів заліза.

Відновлення заліза в доменній печі.

Закономірності відновлення заліза виявлені академіком Байковим А.А.

Відновлення заліза відбувається в міру просування шихти долілиць по шахті й підвищення температури від вищого оксиду до нижчого, у кілька стадій:

Температура визначає характер протікання хімічних реакцій.

Відновлювачами оксидів заліза є твердий вуглець, оксид вуглецю й водень.

Відновлення повторюємо вуглецем (коксом) називається прямимо відновленням, протікає в нижній частині печі (зона розпари), де більше високі температури, по реакції:

Відновлення газами ( і ) називається не прямимо відновленням, протікає у верхній частині печі при порівняно низьких температурах, по реакціях:

За рахунок і відновлюються всі вищі оксиди заліза до нижчого й 40...60 % металевого заліза.

При температурі 1000…1100⁰C відновлене з рудій тверде залізо, взаємодіючи з оксидом вуглецю, коксом і золовим вуглецем, інтенсивно розчиняє вуглець. При насиченні вуглецем температура плавлення знижується й на рівні розпари й заплічок залізо розплавляється (при температурі близько 1300 ⁰С).

Краплі залізовуглецевого сплаву, протікаючи по шматках коксу, додатково насичуються вуглецем (до 4%), марганцем, кремнієм, фосфором, які при температурі 1200 ⁰C відновлюються з рудій, і сіркою, що втримується в коксі.

У нижній частині доменної печі утвориться шлаки в результаті сплавки окислів порожньої породи рудій, флюсів і золи палива. Шлаки утворюються поступово, його склад міняється в міру стікання в горно, де він скупчується на поверхні рідкого чавуну, завдяки меншій щільності. Склад шлаків залежить від складу застосовуваних шихтових матеріалів і виплавлюваного чавуну.

Чавун випускають із печі кожні 3...4 години через чавунну льотку 16, а шлаки – кожні 1,1…1,5години через жужільну льотку 17 (льотка – отвір у кладці, розташоване вище лещат).

Льотку відкривають бурильною машиною, потім закривають вогнетривкою масою. Зливають чавун і шлаки в чавуновозні ковші й шлаковозні чаші.

Чавун надходити в киснево-конвертерні або мартенівські цехи, або розливається в ізложниці розливочною машиною, де він твердіє у вигляді паць-злитків масою 45 кг.