Глава іі Виробництво чавуну

Чавуном називається сплав заліза з вуглецем від 2,14 % до 6,67 %. Крім того, у чугане є постійні домішки: Sі, Mn, S і P.

Чавун виходить із залізних руд або залізовуглецевих матеріалів які піддають плавці в доменних печах.

Залежно від складу вихідних матеріалів і умов плавки виплавляють чавун різного складу й призначення:

- передільний чавун, призначений для переробки в сталь;

- ливарний чавун, використовуваний на машинобудівних заводах для виробництва виливків;

- доменні феросплави, що служать добавками й раскислителями при виробництві виливків і злитків.

§ 1. Матеріали, застосовувані в доменному виробництві

Основними матеріалами, необхідними у виробництві чавуну, є руда, паливо й флюси.

1. Залізні руди

Для одержання чавуну використають чотири види залізних руд, що містять залізо в різних з'єднаннях.

" Червоний залізняк - містить Fe2O3. Руда кускова, пориста, легковосстановимая, найчастіше червоного кольору. Добувається на Криворіжжя, Курськом, Ангаро-Питском і ін. родовищах.

" Бурий залізняк - містить Fe2O3 · Н2О. Руда жовто-бурого кольору, кускова, м'яка, порошкова. Добувається: Керченське, Лисаковское, Байкальське.

" Магнітний залізняк містить Fe3O4. Руда у вигляді щільних порід сірого кольору. Добувається в Магнітогорськом, Курськом, Качканарском і ін. родовищах.

" Шпатовий залізняк - містить FeCO3 . Зустрічається у вигляді щільних порід сірого кольору - Байкальське родовище.

Зміст заліза в рудах коливається від 15...16% (Качканарское) до 55...65% (Криворізьке й Курське).

Криворізьке родовище займає площу близько 300 км2 . Розробка ведеться як закритим (25 %) так і відкритим способами (75 %).

Порожня порода криворізьких руд складається в основному із кремнезему. Зміст сірки не перевищує 0,05 %, фосфору - не більше 0,02...0,04 %.

2. Марганцеві руди

Залізні руди містять мало марганцю, що необхідний для виплавки чавуну. Тому в шихту додають марганцеві руди. Заводи України забезпечуються марганцевими рудами Нікопольського й Чиатурского (Грузія) родовищ.

3. Флюси

Флюси бувають основні - вапняк, доломитизированный вапняк і доломить, кислі - кварцит, і нейтральні - боксити.

Тому що порожня порода залізних і марганцевих руд містять в основному кремнезем, те й флюси, застосовувані в чорній металургії, у більшості - основні (вапняків).

4. Паливо

Паливо в доменній печі служить одночасно носієм тепла, восстановителем і розпушувачем шихти.

У цьому зв'язку до нього пред'являються наступні вимоги:

" висока механічна міцність, що зберігається при нагріванні до високих температур;

" відсутність дрібних, а тим більше пилоподібних фракцій;

" висока пористість, що забезпечує інтенсивне горіння;

" висока теплота згоряння;

" низький зміст золи, сірки й фосфору;

" низький зміст летучих речовин;

" невелика вартість.

Основним видом палива в доменній печі є кам'яновугільний кокс. Використаються також природний газ і мазут.

§ 2. Підготовка руд до плавки

Вихідні матеріали (шихта) перед завантаженням у піч спеціально підготовляють. Останнім часом підготовці шихти до плавки приділяють велику увагу, тому що від її якості залежить продуктивність доменних печей.

Витрати на підготовку шихти значно зросли й становлять 26 - 28 % всіх витрат, при витратах на видобуток - 25 - 27 %.

Найбільше просто підготовляють кокс. Відсівають дріб'язок на роликові або дискових грохотах.

Флюси дроблять у дробарках, а потім відсівають дріб'язок на грохотах.

Підготовка руд до плавки складається з наступних операцій:

" дроблення;

" сортування на класи по крупности;

" збагачення - для підвищення змісту корисного окислу металу й зниження шкідливих домішок;

" окускование дріб'язку, що вийшла в результаті дроблення або збагачення;

" усереднення хімічного складу.

Дроблення руди

Дроблення руди може бути як самостійною операцією, так і підготовчої для подальшого збагачення й окускования. Для забезпечення нормального ходу доменної печі руда й концентрат повинні мати пористість і певні розміри шматків від 30 до 80 мм. Тому багаті руди зі шматками більших розмірів (більше 100 мм) дроблять, потім сортують.

Процес дроблення полягає в руйнуванні шматків руди роздавлюванням, розколюванням, ударом, стиранням або комбінацією цих видів дроблення.

Застосовуються щековые, конусні, грибоподібні й валкові дробарки. М'які й тендітні матеріали дроблять на молоткових дробарках.

Здрібнювання руди відбувається в кульових або стрижневих млинах.

Процеси дроблення чергуються з розсівом - просіванням у стаціонарні або пересувних грохотах.

Збагачення руди

У практиці відомо кілька процесів збагачення:

1. Промивання - перетирання грудок і відмивання глинистих часток. Застосовується для бурих залізняків з піщано-глинистою порожньою породою.

2. Гравітаційне збагачення засноване на поділі мінералів по питомій вазі в який - або середовищу. Наприклад, відділення руди від іншої більше дрібної породи шляхом пропущення струменя води через дно вібраційного сита, на якому лежить руда. При кожному коливанні сита пульсуючий струмінь відокремлює більше легку порожню породу від більше важкої руди й несе її.

3. Магнітне збагачення засноване на розходженні магнітних властивостей поділюваних компонентів. Воно полягає в тім, що тонко здрібнену бідну руду піддають дії магніту, що притягає до себе частки руди, що містять окисли заліза, відокремлюючи їх від порожньої породи. Застосовують для цього сепаратори барабанного типу.

4. Магнетизирующий випал руд складається в нагріванні руди до 600 - 800°С у печах з метою перекладу слабомагнітного окису заліза Fе2ПРО3 у сильно магнітний закис заліза Fе3ПРО4 . Руду після випалу направляють на магнітне збагачення.

Окускование залізних руд

При видобутку залізних і марганцевих руд, а також при дробленні й відсіванні руд утвориться багато дріб'язку. Рудний дріб'язок у доменній печі перешкоджає руху газового потоку й плавному сходу шихтових матеріалів. Тому в доменну піч можна завантажувати тільки грудковий матеріал.

Способи окускования дрібних руд і концентратів діляться на три групи:

" брикетування;

" спікання;

" огрудкування.

Брикетування - пресування руд у шматки однакової форми. За пресуванням треба термічна або хімічна обробка брикетів, що поліпшує їхня міцність.

Однак низька продуктивність, неможливість видалення шкідливих домішок, зниження змісту заліза й низька міцність брикетів перешкоджає широкому застосуванню брикетування.

Агломерація (спікання)

Полягає в тому, що руду, концентрат або їхню суміш із добавкою палива змішують до утворення грудочок, завантажують на колошникові ґрати агломераційної машини, нагрівають, пальне шихти не запалиться й не почне горіти за рахунок атмосферного повітря, що просмоктує. При горінні палива рудні зерна нагріваються, частково плавляться й спікаються в шматки.

Для агломерації використають рудний дріб'язок розміром менш 10 мм, колошниковий пил і рудний концентрат.

У процесі агломерації віддаляється до 98 % сульфідної й до 70 - 80 % сульфатної сірки. Фосфор, цинк, свинець і мідь звичайно не віддаляється й повністю переходять в агломерат.

Агломерат має достатню механічну міцність, високу пористість. Залізо з агломерату добре відновлюється в доменній печі. Застосування агломерату збільшує продуктивність печі й скорочує витрата палива на 1 тонну чавуну.

Огрудкування

Процес заснований на здатності тонко здрібнених концентратів у зволоженому стані при обробці в обертових барабанах, чашах або інших пристроях (огрудкувателях) огрудкуватися в кульки діаметром 15 - 38 мм (окатиші). Наступний випал збільшує міцність окатишів. Окатиші міцні, пористі і є гарним сирим матеріалом для доменної печі.