3. Шойын өндірісі

Шойын – темір және көміртектің сәйкес элементтермен (көміртектің мөлшері 2,14 %-дан жоғары) құймасы.

Шойынды домна пешінде балқыту үшін темір кендерін, отын және флюстерді қолданады. 

Темір кендеріне жатады:

- құрамында 55…60% темір бар магнитті темір (Fe₃O₄), кен орны – Соколовск, Курск магнитті аномалия (КМА);

- құрамында 55…60% темір бар қызыл темір (Fe₂O₃), кен орны – Кривой Рог, КМА;

- құрамында 37…55%  темірі бар қоңыр темір (темір тотықтарының гидраттары 2Fe₂O₃ · 3H₂O и Fe₂O₃ · H₂O) – Керчь.

 

Марганецті кендер темірдің марганецпен құймасын – ферромарганецті (10…82% Mn) балқытуға, сондай-ақ құрамында 1%-ға дейін марганец бар қайта өңдеуші шойынды балқыту үшін қолданады. Марганец кендерде тотық және карбонаттар түрінде болады: MnO₂, Mn₂O₃, Mn₃O₄, MnCO₃ және т.б.

Хром кендері феррохром, металдық хром және отқа төзімді материалдар – хроммагнезиттер өндірісі үшін қолданылады. 

Домна өндірісіне отын ретінде кокс қолданылады, оны газбен, қара маймен аздап алмастыруға болады. 

Флюс ретінде әктас CaCO₃ немесе CaCO₃ мен MgCO₃тұратын доломиттелген әктас алынады, себебі қожға негіздік оксидтер енуі керек, олар металдан күкіртті жою үшін керек.   

Домналық балқытуға кендерді дайындау домна пешінің өнімділігін жоғарылату, кокс шығынын азайту және шойын сапасын жоғарылату мақсатында жүргізіледі. Дайындау әдісі кеннің сапасына байланысты болады. 

Кендерді ірілігі бойынша сұрыптау және ұсақтау оңтайлы іріліктегі кендерді алу үшін жүргізіледі және ұсақтағыштар мен сұрыптағыштардың көмегімен жүргізіледі. 

Кендерді байыту минералдардың әртүрлі физикалық қаситеттеріне негізделген:

а) жуу – бос борпылдақ жыныстан тығыз құрамдыларды бөліп алу;

б) гравитация (шөктіру) – кенді бос жыныстардан су қабатын дірілді тесіктен өткізу арқылы бөлу: бос жыныс беткі қабатқа түседі де сумен бірге шығарылады, ал кен минералдары тұнады;

в) магнитті сепарация – ұнтақталған кенді магнитпен әрекеттестіреді, темір құрамды минералдарды өзіне тартып, оларды бос жыныстардан алыстатады.

Кесектеуді қажетті өлшемдегі кесекті материалдар алу үшін дайын өнімді қайта өңдеуде қолданады. Кесектеудің екі әдісі қолданылады: агломерация және жентектеу.

Агломерация кезінде темір кенінен (40…50%), әктен (15…20%), ұсақ агломерат қайтымынан (20…30%), кокс ұнтағынан (4…6 %), ылғалдылықтан (6…9 %) тұратын шихтаны 1300…1500^○С температурада агломерациялы машиналарда қайнатады. Қайнату кезінде кеннен зиянды қоспалар (күкірт, мышьяк) алынып тасталынады, карбонаттар ыдыратылып кесектелген кеуекті флюстелген агломерат түзіледі. 

Шекемтастау кезінде шихтаға ұнтақталған концентраттан, флюстен, отыннан тұратын шихтаны ылғалдандырады және айналмалы барабандарда өңдеу кезінде шар тәрізді формаға енеді – олар 30мм-ге дейінгі диаметрге ие шекемтастардан тұрады. Оларды кептіреді және 1200…1350^○С температурада күйдіреді.

Агломерат пен шекемтастарды қолдану іктас-флюсті жекелей қосуды қажет етпейді. 

 

4. Жану үрдістеріне жалпы сипаттама

Жану – бұл жылудың интенсивті бөлінуімен және түзілетін жану өнімдерінің  температураларының тез жоғарлауымен бірге жүргізілетін, отын құрамдылардың қышқылсыздандырғышпен химиялық қосылу үрдісі. Ережеге сай, көптеген металлургиялық агрегаттарда жалынды жану қолданылады. Жалын - жану үрдісі жүретін қозғалмалы газдардың жарқырау көлемімен сипатталады. Нақты құрылымды және кескінді жалынды, әдетте, факел деп атайды. 

Жалын және факел гомогенді және гетерогенді болады. Гомогенді жалын бір ғана газды фазадан тұрады және газ түріндегі қышқылсыздандырғышта газ түріндегі отындарды жағу кезінде түзіледі. Алайда бұл жағдайда күрделі көп сатылы жану үрдісіне жалыны бар камера қабырғалары, немесе жану жүретін металлургиялық агрегаттың жұмысшы кеңістіктеріндегі өзге де қатты беттері қатысады.  

Гетерогенді (екі немесе көп фазалы) жалын шаң тәрізді қатты немесе шашыраңқы сұйық отынды жаққан кезде түзіледі. Бұл жағдайда, сондай-ақ, факел түзілуі мүмкін, бірақ өте қиын құрылымды болады. Қатты кесекті отынның жануы кезінде, әдетте, жалғыз факел түзілмейді, ол жалын жанып жатқан кесектердің маңында түзіледі және макроқұрылым осындай әрбір кесектің маңында байқалуы мүмкін. Қабатта жану, әдетте, отынның мөлшері артық болғанда жүруі мүмкін, сондықтан да қабаттың бөлімшелеріндегі қышқылсыздандырғышты жіберу орнынан алыс және жоғары жерлерде химиялық әрекеттесу үрдісі тек бос қана емес байланысқан оттекпенде аяқталады. Реакциялар бірінен соң бірі жүріп отырады: 

 

1) С + О₂ = СО₂ (толық жану);

         2) 2С + О₂ = 2СО (толық емес жану);

                 3) 2СО + О₂ = 2СО₂ (СО жанғанға дейін);

                                  4) СО₂ + С = 2СО (СО₂ көміртегінің газификациясы).

 

Металлургиялық агрегаттарда жану кезіндегі қабат немесе факелдің кескіні агрегаттың пішіні және кескінімен, қышқылсыздандырғыш үрлеуді беру әдісі және бағытымен байланысты. Жалынды шашыраңқы пештерде (мартенді, екі ванналы болат балқытқыш, қыздырғыш илемді) факел, оның ұзындығы ең негізгі өлшем ретінде анықталуы мүмкін, көлденең қимада түзіледі. 

Конвертерлерде ұшқын  жалынды жоғары және әсіресе донды немесе кешенді үрлеу, тік және көп жағдайда тиемелі, яғни әрекеттесу бос газ фазасында емес, қож-металдық эмульсия (жоғары үрлеу) немесе сұйық метал (отын қосылыстарын қолдана отырып, донды немесе кешенді үрлеу) маңында жүреді. 

Домна пештерінде мойындықта отын (кокс) қабығы үрлеуді беру бағыты бойынша көлденең бойлыққа ие, ал пеш осіне факел біртіндеп жоғары бағытталады. Газ генераторларында газ түріндегі отынды (генераторлы газды) алу үшін отын қабаты (тас көмірдің) үрлеуді беру бағыты бойынша тік бойлықтың төмен жоғарысына бағытталады. 

Көп жағдайларда, металлургиялық агрегаттарға үрлеуді беру жылдамдығы жоғары мөлшерге дейін жетеді, мысалы, домна пешіне 150 – 200 м/с, ал конвертерлерде жоғары үрлеу 700 – 800 м/с-ке дейін. Соңғысында, ол дыбыстың жылдамдығын біршама жоғарылатады. 

Металлургиялық агрегаттарда отынның жануы үшін газ түріндегі реагенттердің конвективті масса тасымалдау, соның ішінде атмосферадан жоғары болатын қысым кезінде қысымды ағын түрінде болады. Алайда, газ түріндегі реагенттерді микро көлемдерде және соның ішінде газ түріндегі қышқылсыздандырғыштарды отынның қатты немесе сұйық бөліктеріне жеткізу кезінде жіңішке шектеулі қабаттардың бетінде, молекулалық диффузияға осы қабаттың сыртқы шегінде және беттің өзінде заттардың әр түрлі концентрациясының әсерінен, тасымалдау жүреді.