Тема 4, технологія і організація виробництва підприємств чорної та кольорової металургії.

4,1 КОКСОХІМІЧНЕ ВИРОБНИЦТВО

Технологія коксохімічного виробництва є прикладом комплексного виробництва. Під комплексним розуміється виробництво, в якому з одного виду сировини в єдиному технологічному процесі виходить декілька продуктів. В коксохімічному виробництві з вугільної шихти (суміші вугілля різних марок) виробляється основна продукція – коксова (кокс доменний, коксовий горішок, коксовий дріб’язок) та попутна – широка гамма хімічних продуктів коксування (бензол сирий, смола кам’яновугільна, сульфат амонію, сірка, сірчана кислота).

Коксохімічне виробництво – складний виробничий комплекс. Матеріальний потік пересувається через ряд технологічно пов’язаних між собою цехів (рис.2). Всі технологічні цехи: вуглепідготовчий, коксовий, вловлювання хімічних продуктів коксування, очищення коксового газу від сірководню є єдиним технологічним комплексом, нерозривно пов'язаний між собою єдиним матеріальним потоком. Зупинка одного цеху неминуче спричиняє за собою  зупинку усього цього комплексу, продуктивність вуглепідготовчого цеху зумовлює продуктивність усіх інших підрозділів, що стоять далі по технологічному ланцюжку.

 

Рис. 2. Укрупнена схема матеріальних потоків КХП

 

Крім цього, від обсягів переробки сировини залежить кількість коксового газу, що впливає на життєздатність виробництва. Для забезпечення виробничої діяльності у складі кожного коксохімічного підприємства є транспортне господарство (залізничний цех і автотранспортне господарство), ремонтна служба (цехи по ремонту механічного, енергетичного і електротехнічного устаткування), енергетичні підрозділи (виробництво тепло- і електроенергії, стислого повітря, цех водопостачання), екологічні підрозділи.

Технологічний процес коксування є безперервним та таким, що протікає у закритій апаратурі. Участь персоналу у технологічному процесі має обмежений характер. Він виконує чітко встановлені функції і не має можливості приймати самостійно рішення щодо його протікання.

4,2 Виробництво чавуну

2.1. Вихідні матеріали

Залізні руди. Головний вихідний матеріал для виробництва чавуна в доменних печах – залізні руди. До них відносять гірські породи, що містять залізо в такій кількості, при якому виплавка стає економічно вигідною.

Залізна руда складається з рудної речовини і порожньої породи. Рудною речовиною найчастіше є окисли, силікати і карбонати заліза. А порожня порода звичайно складається з чи кварциту піщанику з домішкою глинистих речовин і рідше – з чи доломіту вапняку.

У залежності від рудної речовини залізні руди бувають багатими, котрих використовують безпосередньо, і бідними, котрих піддають збагаченню.

У доменному виробництві застосовують різні залізні руди.

Червоний залізняк (гематит) містить залізо у виді безводного окису заліза. Вона має різне фарбування( від темно-червоної до темно-сірої). Руда містить багато заліза(45-65 %) і мало шкідливих домішок. Відновимо ость заліза з руди гарна.

Бурий залізняк містить залізо у виді водяних окислів. У ньому міститься 25- 50% залоза. Фарбування міняється від жовтої до буро-жовтої. Порожня порода залізняку глиниста іноді кременисто-глиноземиста.

Магнітний залізняк містить 40-70% заліза у виді закису-окису заліза.

руда має добре виражені магнітні властивості, має темно-сірий чи чорний з різними відтінками колір. Порожня порода руди кремнеземиста з домішками інших окислів. Залізо з магнітного залізняку відновлюється сутужніше, ніж з інших руд.

Шпатовий залізняк (сидерит) містить залізо у виді вуглекислої солі. У цьому залізняку міститься 30-37 % залоза. Сидерит має жовтувато-білий і грязно-сірий колір. Він легко окисляється і переходить у бурий залізняк. З усіх залізних руд він володіє найбільш високою відновлюваністю.

Марганцеві руди містять 25-45% марганцю у виді різних окислів марганцю. Їх додають у шихту для підвищення в чавуні кількості марганцю.

2.2. Виробництво чавуну в доменній печі

Виплавка чавуна виробляється у величезних доменних печах, викладених з вогнетривких цеглин сягаючих 30 м висоти при внутрішньому діаметрі близько 12 м.

Розріз доменної печі схематично зображений на малюнку.

Верхня її половина зветься шахти і закінчується нагорі отвором – калашником, що закривається рухливим стовпчиком – кколашниковим затвором. Сама широка частина печі називається распаром, а нижня частина – горном. Через спеціальні отвори в горні(фурми) до друку вдувається гаряче чи повітря кисень.

Доменну піч завантажують спочатку коксом, а потім послойно агломератом і коксом. Агломерат – це певним чином підготовлена руда, спеченная з флюсом. Горіння і необхідна для виплавки чавуна температура підтримуються вдмухуванням у горн підігрітого чи повітря кисню. Останній надходить у кільцеву трубу, розташовану навколо нижньої частини печі, а з її по вигнутих трубках через фурми в горн. У горні кокс згоряє, утворити З2, що, піднімаючи нагору і проходячи крізь шари наколінного коксу, взаємодіє з ним і утворить З. Оксид вуглецю, що утворився, і відновлює велику частину руди, переходячи знову в З2.

Процес відновлення руди відбувається головним чином у верхній частині шахти. Його можна виразити сумарним рівнянням:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Порожню породу в руді утворять, головним чином діоксид кремнію Si2.

Це – тугоплавка речовина. Для перетворення тугоплавких домішок у більш легкоплавкі з'єднання до руди додаються флюс . Звичайно як флюс використовують CaCo3. При взаємодії його з Si2 утвориться CaSi2, що легко відокремлюється у виді шлаку.

При відновленні руди залізо виходить у твердому стані. Поступово воно опускається в більш гарячу частину печі – распар - і розчиняє в собі вуглець; утвориться чавун. Останній плавиться і стікає в нижню частину горна, а рідкі шлаки збираються на поверхні чавуна, охороняючи його від окислювання. Чавун і шлаки випускають у міру нагромадження через особливі отвори, забиті в інший час глиною.

Вихідні з отвору печі гази містять до 25% З. Їх спалюють в особливих апаратах-кауперах, призначених для попереднього нагрівання, що вдмухується в піч повітря. Доменна піч працює безупинно. У міру того як верхні шари руди і коксу опускаються, у піч додають нові їхні порції. Суміш руди і коксу доставляється підйомниками на верхню площадку печі і завантажується в чавунну лійку, закриту знизу колошниковим затвором. При опусканні затвора суміш попадає в піч. Робота печі продовжується протягом декількох років, поки пекти не зажадає капітального ремонту.

Процес виплавки може бути прискорений шляхом застосування в доменних печах кисню. При вдмухуванні в доменну піч збагаченого киснем повітря попередній підігрів його стає зайвим, а виходить, відпадає необхідність у громіздких і складних кауперах і всьому процесі спрощується. Разом з тим продуктивність печі підвищується і зменшується витрата палива. Така доменна піч дає в 1,5 рази більше заліза і вимагає коксу на ¼ менше ніж звичайна.