Вопрос №15. Производство чугуна. Руды, флюсы, топливо. Подготовка руды и флюсов к плавке. Метод прямого восстановления.

Для выплавки чугуна в доменныхпечах используют железные руды, топливо, флюсы

Железные руды содержат железо вразличных соединениях: в виде оксидовFe₃O₄, Fe₂O₃; гидроксидов Fe₂O₃ nН₂О;карбонатов FeCO₃ и др., а также пустуюпороду, состоящую в основном из SiO₂,А1₂О₃, CaO, MgO и др. К железным рудамотносятся магнитный железняк Fe₃O₄ (55 ...60 % Fe), красный железняк Fe₂O₃ (55 ...60 % Fe), бурый железняк, содержащийгидраты оксидов железа 2Fe₂O₃ x ЗН₂О иРе₂0₃ • nН₂О (37 ... 55 % Fe); шпатовые железняки, содержащие FeCO₃(30...40% Fe).

Марганцевые руды применяют для выплавки сплава железа с марганцем - ферромарганца (10 ... 82 % Мn), а также передельных чугунов, содержащих до 1 %Мn. Марганец в рудах содержится в видеоксидов и карбонатов: МnО₂, Мn₂О₃,Mn₃О_4, МпСО₃ и др.

Хромовые руды используют дляпроизводства феррохрома, металлического хрома и огнеупорных материалов - хромомагнезитов. Хромовые руды содержат хромит (РеО • Сг₂О₃), магнохромит(Mg, Fe), Cr₂O₃ (до 40 % Сг₂О³).

Комплексные руды используют длявыплавки природно-легированных чугунов. Это железомарганцевые руды (до 20 % Мn), хромоникелевые руды (37 ...47% Fe, до 2 % Сг, до 1 % Ni), железо-ванадиевые руды (до 0.17 ... 0,35 % V). Топливом для доменной плавки служит кокс, позволяющий получать не­обходимую температуру и создавать условия для восстановления железа из руды; в целях экономии часть кокса заменяют природным газом, мазутом, пылевидным топливом

Флюсом при выплавке чугуна в доменных печах является известняк СаСО₃ или доломитизированный известняк, содержащий СаСО₃ и MgCO₃, так как в шлаки должно входить определенное количество основных оксидов (CaO, MgO). Это необходимо для удаления серы из металла, в который она переходит из кокса и железной руды при плавке. В известняке суммарное содержание оксидов SiO₂ и А1₂О₃ не должно превышать 1%. Содержание серы и фосфора должно быть минимальным. Для нормальной работы доменной печи шлак должен быть достаточно жидкотекучим при температуре

1450 С. В таком шлаке отношение кислотных оксидов к основным должнобыть около единицы:

(SiO₂ + А1₂О₃)/(СаО + MgO) = 1.

Подготовка руд к доменной плавкеосуществляется для повышения производительности доменной печи, снижениярасхода кокса и улучшения качества чугуна. Цель этой подготовки - увеличение

содержания железа в шихте и уменьшениев ней вредных примесей - серы, фосфора,повышение ее однородности по кусковатости и химическому составу. Методподготовки добываемой руды зависит от ее качества.

Дробление и сортировка руд покрупности служат для получения кусковоптимальной для плавки величины. Дробление руды осуществляется на щековыхили конусных дробилках, а также в шаровых мельницах и других агрегатах.Размельченную руду сортируют покрупности грохочением, подобным просеиванию, на различных по конструкции классификаторах и гидроциклонах.

Обогащение руды основано на различии физических свойств минералов, входящих в ее состав: плотностей составяющих, магнитных, физико-химическихсвойств минералов. Промывка руды водой

позволяет отделить плотные составляющие руды от пустой породы (песка, глины). Гравитация (отсадка) - это отделениеруды от пустой породы при пропусканииструи воды через дно вибрирующего ситана котором лежит руда: пустая породавытесняется в верхний слой и уноситсяводой, а рудные минералы опускаются.Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы, отделяя их от пустой породы.

Окускование проводят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окускования: агломерацию и окатывание.

При агломерации шихту, состоящуюиз железной руды (40 ... 50 %), известняка(15 ... 20 %), возврата мелкого агломерата(20 ... 30 %), коксовой мелочи (4 ... 6 %),влаги (6 ... 9 %), спекают на агломерационных машинах при температуре 1300 ...1500 °С. При спекании из руды удаляютсявредные примеси (сера, мышьяк), разлагаются карбонаты и получается кусковойпористый офлюсованный материал - агломерат.

При окатывании шихту из измельченных концентратов, флюса, топливаувлажняют, и при обработке во вращающихся барабанах, тарельчатых чашах(грануляторах) она приобретает формушариков-окатышей диаметром до 30 мм. Окатыши высушивают и обжигают притемпературе 1200...1350 °С на обжиговыхмашинах, после чего они становятсяпрочными и пористыми. Использованиеагломерата и окатышей исключает отдельную подачу флюса-известняка в доменную печь при плавке, так как флюс внеобходимом количестве входит в ихсостав.

Выплавка чугуна.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа - доменных. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом; выделяющимся при сгорании топлива в печи и твердым углеродом. Устройство доменной печи и ее ра­бота. Доменная печь (рис. 2.1) имеет стальной кожух, выложенный внутри огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает в себя колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 5,горн 7, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8,

через который в печь загружают шихту(офлюсованный агломерат и окатыши). Шихту взвешивают, подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату 8 и, опро­кидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 - в домен­ную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу. Для рав­номерного распределения шихты в до­менной печи малый конус и приемная воронка после очередной загрузки пово­рачиваются на угол, кратный 60°.

При работе печи шихтовые материа­лы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихты в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был за­полнен. Полезный объем печи - это объ­ем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засып­ного аппарата при его опускании. Совре­менные доменные печи имеют полезный объем 2000 ... 5000 м³. Полезная высота Я доменной печи достигает 35 м.

В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступает нагретый воздух, необ­ходимый для горения топлива. Воздух нагревают для повышения температуры в печи и снижения расхода кокса. Воздух поступает в доменную печь из воздухо­нагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка. Насадка вы­ложена из огнеупорных кирпичей, так что между ними образуются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке по­дается очищенный от пыли доменный газ, который сгорает и образует горячие газы.

Газы, проходя через насадку, нагре­вают ее и удаляются через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается и через насадку пропускается воздух, по­даваемый турбовоздуходувкой машиной. Воздух, проходя через насадку, нагревает­ся до температуры 1000... 1200 °С и поступает к фурменному устройству 14, а оттуда через фурмы 2 - в рабочее про­странство. Доменная печь имеет несколь­ко воздухонагревателей: в то время как в одних насадка нагревается, в других она отдает теплоту холодному воздуху, нагре­вая его. После охлаждения насадки возду­хом нагреватели переключаются.