6. Навуглецювання заліза.

Постійно контактуючи з доменними газами і розжареним коксом, губчате залізо, яке отримане при відновленні кусків агломерату чи руди, поступово навуглецьовується.

Звільнений вуглець в присутності заліза переходить у розчин. При підвищенні температури навуглецювання прискорюється, губчате залізо перетворюється в сплав заліза з вуглецем з утворенням карбідів заліза. Додаткове навуглецювання проходить при взаємодії металу з кусками розжареного коксу (пряме розчинення вуглецю). Завдяки навуглецюванню в рідкому стані концентрація вуглецю в металі підвищується до 3,5 - 4,5%. Вміст вуглецю в чавуні визначається слідуючи ми факторами: 1) хімічним складом металу; 2) температурою нагріву чавуну; 3) тривалістю перебування чавуну в нижній частині печі. Чим триваліше чавун знаходиться в контакті з розжареним коксом і чим вище його температура, тим більше він насичується вуглецем. Після випуску чавуну і його охолодження вуглець виділяється з сплаву в виді твердого чешуйчатого графіту.

7. Поведінка фосфору і сірки.

Фосфор в основному негативно впливає на властивості сталі та чавуну. В доменну піч він потрапляє з мінералами, з яких складається пуста порода агломерату, руди і в флюсах. Розпад фосфору починається при температурі 1500^оС, але в присутності кремнезема, металевого заліза і надлишку вуглецю хід процесу змінюється. Зменшити вміст фосфорів чавуні можна лише застосовуючи низькофосфорну шихту.

Сірка – шкідливий домішок в сталі, який знижує властивості металу. На всіх стадіях виробництва, по можливості, зменшують вміст сірки в металі. Основна частина сірки потрапляє в доменну піч з коксом, менша частина з агломератом або рудою. 15-20% сірки переходить у газоподібний стан та видаляється з газами, а значна частина залишається в металі та шлаку. Для видалення сірки з чавуну проводять десульфурацію, вводячи в склад шихти марганцеву руду.

8. Горіння палива.

Через фурми доменної печі подають гаряче повітряне дуття при температурі 1000-1200^оС. Перед фурмами печі проходить згорання коксу в звішеному стані, утворюються окислюючи зони. Простір перед фурмами, в якому проходить окислення вуглецю коксу киснем дуття і СО₂, називається окислюючою зоною. При збільшені тиску дуття, підвищені температури і вмісту кисню в повітрі розміри окислюючої зони будуть зменшуватися. Згорання коксу відбувається на поверхні кусків при контакті з окислюючими газами. Для дуття використовують природний газ, який підвищує вміст водню і СО в доменному газі або горновий газ з сухим повітрям (дуття збагачується киснем, що підвищує СО в газі) і з зволоженим дуттям (вміст водню в газі досягає 2-3%). При збагаченні дуття киснем вміст азоту в газі знижується, концентрація інших складових збільшується.

9. Продукти доменної плавки.

Основний продукт доменної плавки – чавун – сплав заліза з вуглецем, марганцем, кремнієм, сіркою і фосфором. Чавуни поділяються на переробні, з яких отримують сталь; литейні, призначені для відливки різних виробів, і доменні феросплави, призначені для легіровання і розкислення сталі.

Переробний чавун – у рідкому або твердому стані використовується в мартенівських печах, конверторах і електропечах для виробництва сталі.

Литейний чавун – відрізняється від переробного рідкотекучостю, яка дає можливість добра заповнювати литейну форму. Чавуни з низьким вмістом фосфору використовують для виготовлення високоміцних виробів, а високофосфоритні – для художнього лиття (мають високі литейні властивості). Кожний клас литейних чавунів ЛК складається з шести марок, які розрізняються по вмісту кремнію. Також литейні чавуни діляться на групи по вмісту марганцю і сірки.

Доменні феросплави – феромарганець, феросиліцій і дзеркальний чавун.

Шлаки – цінна сировина для промисловості будматеріалів. З нього виробляють цемент, в’яжучі речовини, розчини і бетони, шлакову пемзу, вату, стінові матеріали, брущатку, шлаковий щебень.

Колошниковий газ – вміщує 30% СО, тому використовується як томливо після очистки його від пилу. Біля 30-35% колошникового газу використовується в доменному цеху для обігріву насадок повітрянагрівачів, а інший – в прокатних і термічних цехах і на теплоелектроцентралі.

Колошниковий пил – вміщує 38-50% Fe і 8-14%С, відправляється на фабрику окомковання доменної шихти.

Блок 1. Металургія чавуну

Модуль1. 5. Пряме одержання заліза

Тема : Пряме одержання заліза, опис та принцип дії установки

Мета : розвинути уявлення у студентів про пряме одержання заліза, опис та принцип дії установки

Тип уроку: комбінований.

Хід заняття.

1. Організаційна частина – 2 хв

2. Опитування по темі: ,,Методи інтенсифікації доменного процесу» - 20 хв

3. Викладання нового матеріалу – 45 хв

План.

1. Загальні відомості про пряме одержання заліза

2. Одержання губчатого заліза і металізованих обкотишів у шахтних печах

3. Одержання губчатого заліза в тиглях

4. Закріплення нової теми – 13 хв

1. Які процеси називають процесами прямого відновлення заліза?

2. Із чим зв'язане зростання виробництва залізного порошку і металізованих окаткив?

3. На які групи розділяють способи прямого одержання заліза залежно від фізичного стану одержуваного продукту?

4. У чому сутність одержання губчатого заліза і металізованих окаткив у шахтах?

5. Які технологічні особливості одержання губчатого заліза в тиглях?

Д/з Б.В.Лінчевський ”Металургія чорних металів” стор. 91-97

1. Під процесами прямого відновлення заліза розуміють способи одержання губчатого заліза, металізованої сировини, литого заліза або сталі безпосередньо із залізорудних матеріалів, одержання заліза з руд у сиродутних горнах задовго до появи доменних печей і виникнення двухстадійної схеми виробництва сталі. Цей спосіб характеризувався як малою продуктивністю, так і низькою якістю одержуваного металу. Однак ідея одержання заліза безпосередньо із залізорудних матеріалів, минаючи доменний процес, знову відроджена, але вже на сучасній основі.

Існуючі способи прямого одержання заліза залежно від фізичного стану одержуваного продукту і відповідно температури процесу розділяють на три групи. До першої групи вілносяться способи одержання губчатого заліза і металізованих обкотишів, що здійснються при порівняно низьких температурах, при яких протікають тільки відбудовні процеси, без плавлення порожньої породи. Продукт відновлення виходить у твердому виді. До другої групи відносяться способи одержання криці (злеплена маса губчатого заліза). Температурні умови процесу значно вище. Поряд з відновленням оксидів залоза відбувається розплавлення порожньої породи з утворенням шлаків. Частки відновленого металу зварюються, утворюючи тістоподібну крицю. До третьої групи відносяться способи одержання рідкої сталі, здійснювані при температурах вище точки плавлення заліза. Кінцевими продуктами є рідкий метал і шлаки.

Найпоширенішими є одержали процеси одержання губчатого заліза і металізованих обкотишів.

2. Основними елементами цієї установки є двох зонна шахтна піч і газовий реформер, призначений для конверсії природного газу СН₄. У шахтній печі здійснюється відновлення обкотишів газом, одержуваному в реформері, у результаті конверсії природного газу диоксидом вуглецю СО₂ по реакції СН₄ + СО₂ ⁼ 2СО + 2Н₂. Конверсія природного газу в реформері проводиться в присутності нікелевого каталізатора, при 950 - 980°С. Нікелевий каталізатор перебуває усередині труб реформера.

Отриманний у реформере відбудовний газ, що містить —65% Н₂ і ~35% СО, подається в середню частину печі через фурми при 900 °С. Газ, проходячи верхній шар обкотишів, відновлює оксиди заліза, що містяться в обкотищах, а потім відправляється для очищення і охолодження в скрубер.

Частина очищеного газу (1/3) надходить у конверсійну установку, де змішується із природним газом, інша направляється для обігріву установки. Відновлені обкотиши опускаються в конусну частину печі (зону охолодження) і потім вивантажуються з неї при 40-50° С. Охолодження окаткив у конусній частині відбувається газом, що відсмоктується з її верхньої частини, проходить скрубер і направляється компресором у нижню частину конуса. Охолоджені обкотиші після відсіювання дріб'язку надходять у бункер, у якому зберігаються в інертній атмосфері перед плавкою в електродуговій печі. Вони містять до 95% заліза і 0,7-1,0% вуглецю. Печі з річною продуктивністю 400 тис. т металізованої сировини мають обсяг 300 м³. Тривалість перебування обкотишів у печі становить 8-12 ч, з них 4-6 ч - у відновлювальній зоні. На 1 т металізованих окаткив витрачається 400-410 м³ природного газу, витрата електроенергії становить 154 кВт-ч. Процес повністю автоматизований.

3. У вогнетривкі тиглі (шамотні або карборундові) шарами, що чергуються, завантажують тонко здрібнений багатий залізом концентрат або окалику і суміш коксика з вапняком або доломітом. Вапняк додають для поглинання сірки, що втримується в коксику. Таким чином, як шихтові матеріали можна використати сірчисте паливо і тонко здрібнену руду в концентрат, що є перевагою методу. Тиглі поміщають у піч періодичної дії, у якій нагрівають до 1100-1200 °С і витримують при цій температурі тривалий час. Печі тонельного типу забезпечує досить швидке і рівномірне нагрівання тиглів. Тиглі із шихтою встановлюють на вагонетки, які, рухаючись у тонельной печі, послідовно проходять зони нагрівання, витримки і охолодження. При нагріванні шихти відбувається газифікація вуглецю, спочатку з утворенням СО₂, що перетворюється в СО по реакції СО + СО₂ = 2СО. При температурі >1000°С газова фаза містить -99% СО, що забезпечує достатню повноту відновлення оксидів заліза. Тривалість робочого циклу в робочих печах, що вміщають 1360 тиглів, становить до 100 годин.

Губчате залізо використають для одержання залізного порошку і так само в шихті електросталеплавильних печей. Установки цього типу мають відносно невисоку продуктивність (15-30 тис. т у рік).

Блок 2. Металургія сталі

Модуль 2.1. Основи сталеплавильного виробництва

Тема: Металургія сталі. Основи сталеплавильного виробництва

Мета заняття: студенти повинні вивчити основи сталеплавильного

виробництва, класифікацію сталеплавильних процесів,

сутність кислої та основної переробки чавуну, а також

знати сирі матеріали сталеплавильних процесів.

Тип уроку: комбінований.