Экономическая эффективность внедрения в производство новых методов термической обработки (выносится на самостоятельное изучение)

Раздел 4. Основы металлургического производства

Тема 14. Производство чугуна.

Вопросы:

1. Исходные материалы и продукты доменной плавки.

2. Доменная печь, ее устройство и работа.

3. Продукты доменной плавки.

1. Исходные материалы для производства чугуна:

1.Железные руды:

-красный железняк, или гематит Fе₂О₃; содержит в среднем 51…66 % Fе, а чистый ге­матит – 70 % Fе.

-бурый железняк – лимонит – кри­сталлогидрат оксида железа Fе₂О₃∙nН₂О; содер­жит железа от 55 до 30 % и ниже.

-магнитный железняк – магнитный оксид же­леза FеО Fе₂О₃ (Fе₃О₄); массовое содержание железа от 50 до 72 %.

-шпатовый железняк, или сидерит FеСО₃, содержит 30…42 % Fе.

Топливо. Основным топливом для доменных печей является ка­менноугольный кокс. Для снижения расхода кокса и интенсифика­ции выплавки чугуна в доменную печь вдувают природный газ, а также мазут, угольную пыль.

Флюсы. Во всех железных рудах, а также в золе от кокса в из­бытке содержатся кремнезем и глинозем, поэтому в шихту в каче­стве флюса добавляют известняк или доломит; они способствуют также шлакованию серы, вредной примеси в чугуне.

Смесь топлива, железных руд и флюсов называется шихтой.

Подготовка руд к доменной плавке. Руду дробят, затем руду обрабатывают промывкой (для обогащения руд), обжигают (для удаления влаги, углекислоты и частичного выжигания серы) и подвергают магнитному обогащению (используют магнитные сепараторы).

2 . Доменная печь (рис. 12, а) является шахт­ной печью, которую выкладывают в стальном корпусе шамотным кирпичом. У доменной печи выделяют (рис. 12, а) колошник, шахту, распар, заплечики и горн. Через колошниковый затвор в доменную печь загружают шихту. Шахта имеет форму усеченного кону­са, расширяющегося книзу, что способствует свободному опу­сканию шихты по мере плав­ления. На уровне распара и заплечиков образуется губча­тое железо, которое затем на­углероживается, плавится и стекает в горн. Заплечики от распара суживаются к горну, поэтому твердая шихта удер­живается в распаре и шахте.

В горне на лещади 6 нака­пливается жидкий чугун. Его плотность 6,9 г/см³, а плот­ность шлака около 2,5 г/см³, поэтому над чугуном находит­ся слой шлака. Накопившийся шлак периодически выпускают Рис.12

через летку 5, а чугун – через летку 1. Окислительное дутье для горения топлива подается через фурмы 4 под давлением до 500 кПа; оно предварительно нагревается в регене­ративных печах – воздухонагревателях. Эти же фурмы используют для подачи в печь природного газа и других топливных добавок (мазута, пылевидного топлива). На колошнике находится засыпной аппарат 3 и газоотвод 2 для доменного (колошникового) газа. Глав­ной характеристикой печи является ее полезный объем – внутрен­ний объем, исчисленный по полезной высоте печи.

Доменный процесс. В печи непрерывно движутся: сверху вниз – поток шихты, снизу вверх – поток газов, образующихся при горе­нии топлива и реакциях с составляющими шихты. Сущность домен­ной плавки состоит в восстановлении железа из оксидов в руде, науглероживании железа и ошлаковании пустой породы и золы топлива.

Восстановление оксидов и образование чугуна начинается с вос­становления оксидов железа монооксидом углерода в средней части шахты. При опускании шихты к распару эти реакции развиваются и протекают быстрее:

3Fе₂О₃ + СО = 2Fе₃О₄ + СО₂ + dН;

Fе₃О₄ + СО = ЗFеО + СО₂ - dН;

FеО + СО = Fе + СO₂ + dН.

Науглероживание железа начинается в шахте вслед за его вос­становлением с образованием карбида железа по реакции:

3Fе + 2СО = Fе₃С + СО₂.

3. Продукты доменной плавки:

-передельные чугуны, идущие в переплавку на сталь (а также частично для литейного производства);

-литейные чугуны, применяемые исключительно для фасонного литья;

-ферросплавы, служащие при производстве стали для ее раскисления и легирования, имеют повышенное (более 10 %) массовое содержа­ние одного или нескольких элементов (например, марганца, крем­ния, хрома и др.);

-доменный газ отходит в среднем 3000 м³ на 1 т выплавленного чугуна, шлака – до 0,6 т; содержит 25…34 % СО, 1…3 % Н₂, остальное – N и СО₂. Газ отводится с колошника, про­ходит очистку от пыли, захваченной из шихты, и часть его (около 25 %) используется на подогрев дутья доменной печи, остальная часть – для нагрева коксовых батарей, нагревательных печей в прокатных цехах, котлов и т. д.;

-шлак из доменной печи по желобу стекает в ковш. Затем его гра­нулируют струей воздуха или пара над водяным бассейном. Из гранулированного шлака приготовляют шлакобетон, шлаковый кирпич; при гранулировании паром из шлака получают шлаковую вату для тепловой изоляции.