2.3. Огнеупорные материалы

В современных металлургических агрегатах процессы плавки происходят при высоких температурах. Поэтому внутреннюю поверхность печей необходимо делать из материалов, которые при высоких температурах обладают прочностью, не размягчаются, не плавятся и не разрушаются, т.е. огнеупорными материалами.

Огнеупорными называются материалы, способные противостоять высоким температурам, не разрушаться при резкой смене температуры и не подвергаться химическому воздействию шлака и печных газов. Огнеупорные материалы подразделяются на:

- естественные (песчаники, кварцевый песок, асбест, графит, сланцы);

- искусственные (огнеупорный кирпич, стаканы, трубки и т.д.).

Главный недостаток естественных огнеупоров неоднородность по химическому составу и по физическому состоянию, поэтому из них в большинстве своем изготавливают искусственные огнеупоры.

Этими огнеупорными материалами облицовывают внутреннюю поверхность металлургических печей, разливочных ковшей (т. е. проводят футеровку).

Огнеупорные материалы используются не только в качестве строительного материала для печей, но и принимают участие в физико-химических процессах, протекающих в металлургических агрегатах, и часто определяют вид процесса плавки металла.

По химическому составу огнеупорные материалы подразделяются на:

кислые, основные, нейтральные.

Кислые: материалы, содержащие большое количество кремнезема, т.е. кислые окислы SiO₂, к ним относится: кварцевый песок (примерно 95% SiO₂), динасовый кирпич (кварцевый песок, связанный известью). Применяются для футеровки сводов кислых пламенных и электрических печей. Огнеупорность кислой футеровки не ниже 1730⁰С.

Основные: материалы, содержащие основные окислы (CaO, MgO), к ним относятся: доломит (доломитовый кирпич 40% MgO и 60% CaO), магнезитовый кирпич (90% MgO). Огнеупорность основных материалов около 1900-2200 градусов Цельсия.

Нейтральные: материалы, содержащие большое количество Al₂O₃ и Ca₂O₃.К ним относятся шамотный кирпич (50% Al₂O₃ и 50% SiO₂), углеродистые огнеупоры, изготовляемые из графита и шамота на глиняной связке. Огнеупорность их превышает 2000 градусов Цельсия. Если рабочее пространство плавильной печи выложено (футеровано) кислым огнеупором, то печь называется кислой, а если основным, то основной.

2.4. Производство чугуна

2.4.1.Материалы, применяемые в доменном производстве

Чугун - железоуглеродистый сплав, содержащий более 2% углерода.

Кроме углерода в нем всегда присутствуют: Si, Mn, P, S. Чугун является основным исходным материалом для производства стали (80-85%). Чугун получают в доменных печах из руд, путем восстановления железа и насыщения его углеродом и другими исходными элементами. Основными исходными материалами для производства чугуна в доменной печи являются:

1.Железные руды – исходный материал для выплавки чугуна, содержат железо в виде окислов: магнитный железняк (FeO – 60% Fe), красный железняк (FeO – 55% Fe), бурый железняк (2Fe ₂O₃ x 3H₂O- 40% Fe), железные комплексные руды содержат полезные примеси других металлов и используются для выплавки железомарганцевых чугунов (20% Mn), хромоникелевых (45% Fe, 2% Cr, 1%Ni).

Марганцевая руда содержит марганец в виде MnO, Mn₂O, ее добавляют до 2-3% в шихту доменных печей, а также используют для выплавки ферромарганца.

Пустая порода обычно состоит из кварца и песчаников с примесью глины и содержит тугоплавкие окислы Al₂ О₃, CaO, MgO, т.е. температура плавления составляет более 2000 градусов Цельсия.

2.Топливо в доменной печи служит не только источником тепла и необходимой высокой температуры, но и реагентом, обеспечивающим восстановление железа из его окислов. Таким топливом является кокс. Также в качестве продувки применяют природный газ.

3.Флюсы необходимы для удаления из печи тугоплавкой пустой породы и золы топлива. Так как чаще всего пустая порода имеет кислотный характер, в качестве флюсов обычно применяют основные материалы: известняк СaCO₃ и доломит MgCO₃. Кроме того флюс должен обеспечить получение шлака с необходимыми химическим составом и физическими свойствами (температура плавления меньше 1300 градусов Цельсия).

4. Воздух – для обеспечения горения топлива и получения высоких температур нагревают до 980-1200 градусов Цельсия. Часто воздух обогащают кислородом до 32%, который обуславливает повышение температур и резко ускоряет ход плавки.