Металлургия технология угля и неметаллических полезных ископаемых3

Химический состав передельных и литейных коксовых чугунов (чушковых)

Содержание фосфора в чугунах ЛК-1 и ЛК-2 класса Г 0.71 — 1,20%

По назначению стали разделяют на три группы: конструкци­ онную (для изготовления деталей машин и элементов строитель­ ных конструкций), инструментальную и сталь с особыми физиче­ скими свойствами (электротехническую, нержавеющую, жаро­ прочную и др.).

Современная металлургия железа состоит из двух основных стадий или переделов — восстановления железной руды углеро­ дом кокса в доменной печи с получением чугуна и рафинирова­ ния чугуна в сталеплавильных агрегатах различного типа с по­ лучением стали. Двухстадийная схема извлечения железа из руд «цугун—сталь» является в настоящее время наиболее эффектив­ ной и экономичной. Разрабатываются также процессы получения стали или железа непосредственно из руд1.

А.ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

§1. Сырые материалы

Руды

Ж е л е з н ы е р у д ы по химическому и минералогическому со­ ставам подразделяются обычно на четыре группы (типа): бурый,

Аятское, Бакальское, Алапаевское, Халиловское, Зигазино-Кома- ровское, Лисаковское, Липецкое и Тульское. Руды бедные порошковатые (25—50% Fe) с глинистой или кремнисто-глинистой пус­ той породой обычно загрязнены фосфором, серой, иногда мышья­ ком и требуют обогащения.

Красный железняк, или гематит, содержит железо в виде без­ водной окиси Fe203, пустая порода обычно кремнистая с незна­ чительным содержанием серы и фосфора. Руды, как правило, бо­ гаты железом (45—65% Fe); при содержании железа 35—37% и кремнезема до 60% они называются железистыми кварцитами, требуют глубокого обогащения и специальной подготовки к плавке. Наиболее крупные месторождения находятся в Криворож­ ском бассейне и Курской магнитной аномалии.

сравнительно много серы и фосфора, цинка и меди. Магнетиты со значительным содержанием ильменита носят название титаномагнетитов. Основные месторождения магнетита сосредоточены в

1 См. И. Ю. К о ж е в н и к о в . Бескоксовая металлургия железа. М., изд-во «Металлургия», 1970.

Кварциты:

А70,9 — 25,3 0,6 0,4 0,3 0,08 — 3,5 — 49,6

Б57,3 — 35,0 2,4 1,5 2,0 0,16 — 3.8 — 40,1

Тагило-Кушвинском, Серовском, Тельбесском, Качканарском, Сорбайском, Оленегорском, Коршуновском и других районах.

Шпатовый железняк, или сидерит, представляет собой карбо­ нат железа FeC03 с песчано-глинистой пустой породой; содержа­ ние железа около 30—40%* Залежи сидерита находятся в Бакаль-

фосфора. Кремнеземисто-глиноземистая пустая порода руд обыч­

доменной плавки. К этим материалам относятся: колошниковая пыль (40—55% Fe и 3—15% С), окалина (70% Fe и 1—2% Si02), основные мартеновские шлаки (12—20% Fe и 7—10% Мп), пиритные огарки (40—55% Fe и 1,5—2,5% S), марганцовистые до­ менные шлаки (15—20% Мп), а также сварочный и бессемеров-

ский шлак. В качестве металлодобавок используют губчатое и кричное железо, чугунный и стальной скрап, стружку и другие материалы.

Флюсы

Флюсы в доменной плавке применяют для связывания окислов пустой породы руды и золы кокса с целью получения шлаков оп­ ределенного химического состава и физических свойств, необхо­ димых для выплавки заданного сорта чугуна. Флюс, как прави­ ло, вводят в шихту агломерационных машин.

В качестве флюса обычно используют известняк. К нему предъявляют следующие требования: высокое содержание осно­ ваний (не менее 50—52% СаО), возможно меньшее содержание кремнезема и глинозема (в лучших сортах не более 1%). Содер­ жание серы и фосфора в известняках обычно незначительное. Известняк должен быть кусковым с размером кусков 25—80 мм. Все основные металлургические районы имеют мощные запасы известняков — Еленовское, Каракубское и Балаклавское место­ рождения на юге, Барсуковское и Студеновское в центре, Агаповское на Урале.

Используется также в качестве флюса доломитизированный известняк, содержащий не менее 35% СаО, 10% MgO.

Кислые флюсы (кварц, песчаник и др.) применяются в исклю­ чительных случаях.

Кокс

Кокс в шихте доменных печей является восстановителем окис­ лов металлов и источником тепла для процесса плавки. Около 99% всего чугуна выплавляют с использованием каменноуголь­ ного кокса К

Обычно кокс содержит 80—86% углерода, выход летучих ве­ ществ 0,7—2,5%. Зольность не выше 13% (обычно 8—11%). Со­ держание серы в лучших сортах кокса составляет 0,4—0,7% (Урал, Западная Сибирь), в донецком коксе — до 2,0%. Высокое содержание вредных примесей в коксе (серы и фосфора) сущест­ венно усложняет технологию и ухудшает показатели доменного процесса. Влажность кокса обычно составляет 2—6%. Теплота сгорания кокса изменяется в пределах 6800—7300 ккал/кг.

Кокс должен обладать достаточной пористостью, обеспечиваю­ щей хорошую газопроницаемость шихты. Пористость кокса ко­ леблется в пределах 49—53%.

Кокс должен иметь высокую механическую прочность, чтобы при прохождении шихты через доменную печь не образовывалось

1 См. часть II.

спекания около 15—20 мин. Сооружаются машины с площадью спекания 75 м2.

Технологическая схема процесса агломерации (рис. 3) пре­ дусматривает сортировку, дозировку и грохочение шихты, спека­ ние и сортировку агломерата.

Горячий агломерат охлаждается на грохоте водой и в специ­ альном вращающемся охладителе.

Для определения механической прочности агломерата его под­ вергают испытанию в барабане П. Г. Рубина. Барабанная проба должна содержать не более 25% класса <5 мм; прочный агломе­ рат имеет барабанную пробу не более 10%.

Окомкование

В связи с все увеличивающимся производством тонкоизмельченных железорудных концентратов, плохо поддающихся агломе­ рации, приобретает большое значение процесс их окомкования 1 в грануляторах тарельчатого (рис. 4) или барабанного типа.

Полученные при окомковании окатыши подвергаются для уп­ рочнения химико-термической обработке (карбонизации, автокла­ вированию) или термическому обжигу.

Для успешного окомкования рудные концентраты должны со­ держать 70—80% класса СО,043 мм и около 20% класса <0,074 мм. Максимальная прочность сырых одно- и двухкомпо­ нентных окатышей (рудных и рудно-флюсовых) достигается при влажности шихты от 8,5 до 13%. Причем каждой шихте соответ­ ствует узкая область оптимальной влажности, зависящая от ве­ сового соотношения компонентов шихты, гранулометрического со­ става и формы частиц руды.

Для упрочнения сырых рудных окатышей применяют в качест­ ве связующих материалов бентонит и кальцинированную соду или их смеси, растворы соевой муки и крахмала, хлористый каль­ ций, окись магния, гашеную известь и др.

Применение бентонита в шихте в количестве 0,2—1,0% упроч­ няет сырые рудные окатыши, повышает их термостойкость при обжиге и прочность сухих окатышей. Вяжущие свойства бенто­ нита определяются его способностью образовывать гели с чрезвы­ чайно развитой поверхностью. Добавки к бентониту соды (0,02— 0,10%) и соевой муки (0,03—0,10%) позволяют сократить его расход в 2—2,5 раза и увеличить прочность сухих окатышей.

По упрочняющему действию добавка 0,5 кг кальцинирован­ ной соды эквивалентна вводу в шихту 3,5 кг бентонита. При вве­ дении в шихту крахмала в количестве до 2,5 кг/т концентрата прочность сырых окатышей повышается примерно в два раза.

Добавка в шихту окиси кальция позволяет получать офлюсо-

1 Иногда процесс окомкования называют грануляцией или пеллетированием.