4.1.4. Продукція доменного виробництва

Основним продуктом доменного виробництва є чавун – сплав заліза з вуглецем (2-4,5%) та іншими елементами (марганцем, кремнієм, фосфором, сіркою й ін.). Всі види чавуну, що виплавляються в доменних печах, за призначенням поділяються на передільний, ливарний і спеці­альний.

Біля 85% усього чавуну, що виплавляється, припадає на передільний (білий) чавун, у якому міститься 3,2-4,5% С, 0,3-1,2% Si, 0,2-1% Mn, 0,15-0,2% P і 0,02-0,07% S. Такий чавун визначається підвищеною твердістю, крихкістю, тому використовується для виробництва сталі.

Ливарний (сірий) чавун характеризується підвищеним вмістом кремнію (до 4%), має гарні ливарні властивості і застосовується для виготовлення різноманітних деталей. Різновидом ливарних чавунів є природно-леговані чавуни, одержувані з руд, що містять ванадій, хром, нікель та ін. Такі чавуни є гарним конструкційним матеріалом.

Спеціальні чавуни – це сплави з високим вмістом одного або двох неосновних їхніх компонентів. Так, феросиліцій містить більш 13% кремнію, феромарганець – до 75% марганцю. Ці доменні феросплави застосовують для розкислення і легування сталей.

У результаті плавки, крім чавуну утворюються деякі побічні продукти: шлак, доменний газ і колошникова пилюка. Доменний шлак – це сплав порожньої породи, флюсів і золи коксу, він використовується як будівельний матеріал. З нього виготовляють шлакобетонні блоки, шлаковату. Велика частина шлаку гранулюється і служить сировиною для виготовлення цементу. Доменний газ після очищення його від пилюки використовується в доменному цеху в повітронагрівачах і для роботи повітродувних машин. Колошникова пилюка вловлювається і використовується при виробництві агломерату.

4.1.5.Основні напрямки удосконалення доменного виробництва

Найважливішими техніко-економічними показниками роботи доменних печей служать коефіцієнт використання корисного об’єму і питома витрата коксу. Перший показник визначається відношенням корисного об’єму печі (м³) до її середньодобової продуктивності (т). Чим вище продуктивність печі, тим нижче коефіцієнт використання корисного об’єму.

Цей показник дорівнює в середньому 0,5...0,7, а на деяких печах доведений до 0,4. Другий показник – питома витрата коксу – також характеризує економічність доменного процесу.

Один із шляхів підвищення економічності виробництва чавуну – поліпшення підготовки шихтових матеріалів та інтенсифікація процесу плавки. Так, застосування офлюсованого агломерату дозволяє підвищити продуктивність праці на 10...30%, зменшити витрати коксу приблизно на 20%. Заміна агломерату окатишами додатково збільшує виплавку чавуну на 5...8% і дещо зменшує витрати коксу.

4.2. Виробництво сталі

Чавун і металобрухт – основна сировина для виробництва сталі. Передільний чавун, як правило, містить 3,8...4,4% С, 0,2...2,0% Si, 0,6...3,5% Mn, 0,07...1,6% P, 0,03... 0,08% S. Сталь одержують окислюванням надлишку C, Si, Mn, S і Р.

Сталь – це сплав заліза з вуглецем, у якому вміст вуглецю коливається від 0,01 до 2%. Крім вуглецю, вона вміщує марганець, кремній, сірку і фосфор у незначних кількостях. Внаслідок цього сталі мають високу механічну міцність, порівняно легко обробляються тиском, різанням, добре зварюються і є основним конструкційним матеріалом у машинобудуванні.

Для виплавки сталі використовуються такі шихтові матеріали: чавун (рідкий або твердий), сталевий і чавунний брухт, залізна руда, металізовані окатиші, феросплави, флюси. Основу шихти складають чавун (55%) і металобрухт (45%). Як флюси використовуються вапняк, вапно, боксит, плавіковий шпат; окислювачами служать залізна руда, окалина, кисень, агломерат та ін. Застосовується газоподібне паливо – доменний, коксовий, природний газ; рідке – мазут, смола; тверде паливо – кам’яновугільна пилюка.

Сталь одержують у результаті окислювання і видалення більшої частини домішок чавуну – вуглецю, кремнію, марганцю, фосфору, сірки за рахунок кисню, що міститься в атмосфері, в оксидах заліза і марганцю або спеціально введеного в розплавлену ванну.

Киснево-конвертерний засіб. Сутність його полягає в продуванні рідкого чавуну в конвертері технічно чистим киснем.

Під впливом кисневого дуття домішки чавуну окислюються, при цьому виділяється велика кількість тепла. Це сприяє розплавлюванню всіх шихтових матеріалів, підтримці металів у рідкому стані, швидкому розчиненню вапна й утворенню активного шлаку. На відміну від інших сталеплавильних процесів у кисневому конвертері виплавка сталі відбувається без підводу тепла ззовні.

Загальна тривалість конвертерної плавки складає 35-60 хвилин. Річна продуктивність конвертера місткістю 250 тонн складає понад 1,5 млн тонн.

У кисневих конвертерах в основному виплавляють вуглецеві, низьколеговані й леговані сталі, з яких виготовляють катанку, дріт, лист, труби, рейки і широкий сортамент інших виробів.

Мартенівський процес. Сутність мартенівського процесу полягає в переробці чавуну і металобрухту у відбивній печі. На відміну від конвертерного процесу тут недостатньо тепла хімічних реакцій і фізичного тепла шихтових матеріалів. Тому в піч підводиться додаткове тепло, одержуване при спалюванні в робочому просторі газоподібного або рідкого палива в струмені повітря, нагрітого до 1100-1200°С. Місткість мартенівських печей 600-900 тонн.

Тривалість плавки сталі в мартенівській печі складає 8-16 годин, піч працює безупинно. Тривалість функціонування печі залежить від стійкості її склепіння. Для динасового склепіння вона складає 200-350 плавок, а для магнезиту хромового – 300-1000 плавок.

Електросталеплавильний процес. Виплавка сталі в електричних печах має ряд переваг у порівнянні з іншими сталеплавильними процесами. Основні переваги – це можливість створення високої температури в плавильному просторі печі (більш 2000°С) і виплавки сталі і сплавів будь-якого складу, використання вапняного шлаку, що сприяє доброму очищенню металу від шкідливих домішок сірки і фосфору.

Джерелом тепла в дуговій печі є електрична дуга, що виникає між електродами і рідким матеріалом або шихтою при подачі на електроди необхідної напруги.

Плавка в електропечі починається з заправки поду і завалки шихти. Після завантаження печі електроди опускають до зіткнення з металом, включають напругу і починають плавку.

Перший період плавки завершується зниженням вмісту в сталі фос­фору до 0,01-0,012% і окислюванням домішок, проте в сталі ще залишається кисень і сірка.

Протягом другого періоду плавки здійснюється розкислення, десуль­фурація і рафінування сталі (остаточне доведення хімічного складу). З цією метою додають вапно, плавиковий шпат і мелений кокс. Після цього сталь розкислюють феромарганцем і феросиліцієм. Сірка переходить у шлаки. Знову беруть проби сталі і за необхідності вводять легуючі елементи. Тривалість плавки становить 2-4 години залежно від міст­кості печі і сорту сталі, який виплавляється. Місткість дугових печей – до 200 тонн.

Застосовуються також індукційні печі, що являють собою тигель із вогнетривкого матеріалу, оточений мідною трубчастою спіраллю (індук­тором), через яку пропускається струм високої частоти. Ємність печей – від десятків кілограмів до 30 т. Ці печі застосовуються для виплавки найякісніших високолегованих сталей і сплавів особливого призна­чення.

Електричні печі споживають багато електроенергії, тому вони використовуються, як правило, для одержання тільки високоякісної сталі.

Пряме відновлення заліза з руд. Велика увага приділяється розробці процесів прямого відновлення заліза з руд. Виключення з виробництва сталі проміжного процесу – одержання чавуну – економічно вигідне. Але це важка задача, і, хоча випробувано більш 70 різноманітних способів, лише мала кількість із них знайшла промислове застосування.

Найбільше поширення одержало виробництво губчатого заліза. Це пористий напівпродукт (95% заліза, 5% оксидів заліза, 0,01...0,016% S і ~0,01% Р, домішків породи та ін.), що переплавляється в сталеплавильних агрегатах на сталь. Існують способи виробництва губчатого заліза в шахтних печах, у киплячому прошарку, в обертових трубчастих печах. Вихідний продукт – металізована шихта, чиста від сірки і фосфору, що містить 71...72% Fе. Відновлення шихти в невеличких по висоті шахтних печах (ретортних) відбувається в суміші газів СО+Н₂, іноді СО+Н₂+N₂.

Схема такого виробництва реалізована на Оскольському електрометалургійному комбінаті (недалеко від Харкова).