1.2 Доменное производство

Цель доменного производства состоит в получении чугуна, представляющего собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. Доменное производство осуществляется с применением доменных печей. Работа доменных печей осуществляется традиционным способом.

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, который каждые сутки расходует 23000 т шихты, 18000 т чугуна, 4000 т шлака и 27000 т колошникового газа. Таким образом, в большой доменной печи ежеминутно выплавляется примерно 9 т чугуна.

Основное предназначение доменного процесса – обеспечить более полное извлечения железа из оксидов путем их восстановления (отнятие кислорода от оксида и получение из него элемента). Восстановителями оксидов железа в доменной печи служат углерод, оксид СО и водород. Восстановление углеродом принято называть прямым восстановлением, а газами – косвенным.

Восстановление оксидов железа протекает от высших к низшим: Fe₂O₃ → Fe₃O₄ → FeO → Fe. В печи, на участках с температурой до 900 – 1000 ^оС протекают процессы косвенного восстановления газом СО и отчасти водородом. В зонах с температурами больше 900 – 1000 ^оС часть FeО восстанавливается до железа прямым путем. При этом в зонах с температурами свыше 1100 – 1250 ^оС, железо восстанавливается прямым путем (капли жидкого шлака стекают вниз между кусками кокса), т.е. происходит науглероживание железа. Железо при восстановлении получается в твердом виде, имеет форму губки. В доменной печи железо восстанавливается почти полностью – 99-98% железа переходит в чугун(4,4 – 4,8% С) и лишь 0,2 – 1,0% переходит в шлак.

При доменном производстве образуются и побочные продукты. Одним из таких продуктов является шлак, в который переходят невосстановившиеся оксиды элементов (СаО, MgO, Al₂O₃, SiO₂, MnO, FeO), причем СаО специально добавляют к железорудной шихте для получения жидкого шлака. Жидкий текучий шлак необходим для выведения из печи составляющих пустой породы железных руд. Также шлак используется для удаления серы. Обычно выход шлака составляет 0,3 – 0,6 т на 1т чугуна. Большую часть доменного шлака перерабатывают и используют в строительстве (получение щебня, ваты, скрапа и т.д.). Также побочным продуктом доменного производства является и доменный газ. После очистки от содержащейся в нем пыли в индивидуальной системе отвода и очистки газа, газ используют как топливо для нагрева насадок воздухонагревателей, стальных слитков, коксовых батарей, для отопления котлов и других целей.

1.3 Сталеплавильное производство

Сталь – важнейший материал промышленности; ковкий сплав железа с углеродом и другими примесями.

В настоящее время, с учётом развития металлургических технологий, наиболее прогрессивным и производительным способом выплавки стали является процесс кислородно-конвертерной плавки.

1.3.1. Шихтовые материалы кислородно-конверторного процесса

Основными шихтовыми материалами являются:

- Жидкий чугун должен иметь ограниченный химический состав, с содержанием Si - 0,6 – 0,9%; Mn - 0,7 – 1,1%, P - 0,2 – 0,3%, S – не более 0,035% и т.д. Температура жидкого чугуна составляет 1300 – 1450^оС.

- Стальной лом - охладитель конверторной плавки, увеличение его расхода экономит чугун, снижая себестоимость стали. В нем недопустимо высокое содержание фосфора, серы, а также примесей цветных металлов, ржавчины, меди и никеля (меньше 0,2%). Толщина кусков лома не должна превышать 0, 25 – 0,35 м, длина – 0,8 м.

- Шлакообразующие – известь и плавиковый шпат (разжижитель шлака), иногда боксит, железная руда, прокатная окалина, агломерат, окатыши. Известь должна быть свежеобожженной и содержать > 92% СаО, менее 2% SiО₂ и менее 0,05 – 0,08% S; размер кусков 10 – 50 мм. Плавиковый шпат должен содержать 75 – 92% CaF₂.

- Ферросплавы для раскисления и легирования (никель, молибден, кобальт, медь). В качестве окислителей применяют кислород, сжатый воздух, железную руду, окалину, агломерат.