Лекция № 2 ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Выплавка чугуна в доменных печах характеризуется сложным ком­плексом трудоемких подготовительных производственных процессов. Соответствующая технологическая схема представлена на рис. 1.

Для производства обычного доменного чугуна используют шихту, состоящую из железных и марганцевых руд, флюсов, флюсованного

Рис. 1. Схема доменного производства:

1 — обогатительная фабрика; 2 — агломерационная фабрика; 3 — коксохимический завод; 4 — отделение подготовки кокса; 5 — рудный двор; 6 — вагоноопрокидыватель;

7 — рудный пере­гружатель; 8 — бункерная эстакада; 9—скиповый подъемник; 10 — машинное здание; 11 — Доменная печь; 12— литейный двор; 13 — воздуходувная станция; 14—воздухонагреватели; 15 — цех огнеупоров; 16 — желоб для чугуна; 17 — чугуновозный ковш; 18 — сталеплавильный цех; 19 — разливочное отделение; 20 — разливочная машина; 21 — платформа для чугуна; 22 - склад холодного чугуна; 23 — желоба для шлака; 24 — шлаковозный ковш; 25 — грану­ляционный бассейн; 26 — шлаковый отвал; 27 и 28 — пылеуловители грубой очистки газа.

агломерата, окатышей и топлива. От качества подготовки сырых мате­риалов — дробления, сортировки, обогащения, окускования — зави­сит в конечном счете качество выплавленного чугуна.

1. Железные и марганцевые руды

Железные руды состоят из рудного минерала, пустой породы и примесей. Рудным минералом называют природные химические сое­динения железа (чаще всего окислы). В доменных печах железо прак­тически полностью (98—99%) переходит в состав чугуна.

Пустая порода (балластные соединения, не содержащие железа) может иметь различный химический состав. Обычно она состоит из кварцита Si0₂ или песчаника с примесью глинистых веществ (А1₂0₃, кремнезем 2Si0₂-2H₂0) и реже — из известняка СаС0₃ или доломита (CaC0₃-MgC0₃). В доменной печи пустая порода плавится и переходит в состав шлака.

В зависимости от количества пустой породы железные руды разде­ляют на богатые, содержащие 45—70% железа, и бедные.

Богатые ру­ды после дробления и сортировки направляют в плавку, а

бедные под­вергают обогащению, в результате которого увеличивается относи­тельное количество окислов железа.

В железных рудах всегда содержится некоторое количество вред­ных примесей — серы, мышьяка и фосфора. В первую очередь разра­батывают месторождения, железная руда которых содержит незначи­тельное количество вредных примесей и незначительное количество пустой породы.

Для выплавки чугуна применяют красный, бурый, магнитный и шпатовый железняки, а также комплексные железные руды.

Красный железняк (гематит) содержит 55—70% железа в виде безводной окиси железа Fe₂0₃ . Примесей серы и фосфора в нем мало. Пустой породой железняка обычно является кварцит. Плотность и прочность красного железняка весьма различны. Восстановимость его в доменных печах хорошая. Наиболее крупные залежи красного желез­няка находятся в районе Кривого Рога. Встречаются эти руды также на Урале и в Сибири.

Бурый железняк содержит 35—55% железа в виде водных окислов и чаще всего в виде лимонита. В некоторых видах бурого железняка содержится много фосфора. Пустая порода имеет песчано-глинистое происхождение. Находящаяся в буром железняке гидратная влага при высоких температурах удаляется, руда становится пористой и хорошо восстановимой. При добывании, перевозках и перегрузках этой руды образуется много мелочи и пыли. Крупные залежи бурого железняка находятся на Керченском полуострове (фосфористые руды), в цент­ральных районах СССР (Липецкое и Тульское месторождения), на Южном Урале (Бакальское месторождение) и в некоторых районах Сибири.

Магнитный железняк (магнетит) содержит 50—69% железа (в чистом виде 72,4%) в форме закиси-окиси железа Fe₃0₄. Пустую породу составляет кремнеземе некоторым количеством других окислов. Этот железняк — наиболее плотная железная руда темно-серого или черного цвета. В некоторых случаях магнитный железняк содержит много серы (до 1,5—2%) и загрязнен цинком. Восстанавливается маг­нитный железняк труднее, чем остальные железные руды.

2. Топливо и флюсы

Топливо. Для выплавки чугуна применяют твердое топливо. Более 98% чугуна выплавляют на коксе и 1—2% на древесном угле.

Т опливо выполняет в доменной печи очень важную роль. Его го­рение создает высокие температуры, необходимые для восстановления руды, плавления и перегрева образующихся чугуна и шлака. Кроме того, часть углерода топлива непосредственно участвует в реакциях восстановления руды.

Используемый в доменном производстве кокс должен обладать вы­сокой теплотой сгорания, достаточной прочностью и пористостью и содержать минимальное количество вредных примесей (серы и фосфора) и зол.

Флюсы применяют для получения шлаков нужной основности, так как в пустой породе руды и топливе обычно преобладает кремнезем. В качестве флюсов обычно используют известняк — СаС0₃ и реже доломитизированный известняк (mCaC0₃/nMgC0₃, где т > п). В не­которых случаях применяют кремнистоглиноземистые флюсы или толь­ко кремнезем. Количество флюсов рассчитывают исходя из химического состава пустой породы руды, золы и с учетом требований, предъявляе­мых к физико-химическим свойствам шлака. Флюсы должны иметь минимальное количество вредных примесей (серы и фосфора). В извест­няке нежелательной примесью является кремнезем, так как он умень­шает флюсующую способность известняка и увеличивает количество шлака в доменной печи.