3. Железоуглеродистые сплавы

К железоуглеродистым сплавам относят чугун и сталь. Чугун – самый дешёвый машиностроительный материал, обладающий хорошими литейными свойствами. Кроме того, он является исходным продуктом для получения стали.

3.1. Основные сведения о производстве чугуна.

3.1.1. Материалы для производства чугуна.

Сырьём для производства чугуна является железная руда. Это горная порода, содержащая железо в количестве, при котором её технически и экономически целесообразно перерабатывать. Важнейшими железными рудами являются: магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк, шпатовый железняк и железистые кварциты. Наиболее богатые руды – это магнитный железняк, содержание железа в нём составляет до 70%, в красном железняке – до 65%.В остальных железняках железа, примерно, 30…50%.

В рудах кроме оксидов железа находится пустая порода - кремнезем, глина, сера, фосфор и др. примеси. Их частично удаляют ещё до плавки, подвергая руду предварительному обогащению с целью увеличения содержания в ней железа. Обогащения производят промывкой и магнитной сепарацией. Промывка позволяет отделить от руды менее плотную пустую породу. Магнитная сепарация заключается в разделе измельченной руды в магнитном поле на железосодержащие минералы, обладающие магнитными свойствами, и немагнитную пустую породу. После обогащения полученный железорудный концентрат перерабатывается в кусковые материалы необходимого размера путём агломерации или окатывания. Агломерация – это спекание смеси, состоящей из мелкой руды, рудной пыли с коксовой мелочью и флюса. В результате получается кусковый пористый материал – агломерат. При окатывании этой смеси придают форму шариков - окатышей диаметром около 20 мм. При использовании агломерата и окатышей нет необходимости в отдельной подаче флюса, так как он входит в их состав.

Продуктом, необходимым при плавке чугуна, являются флюсы, главным образом известняк CaCO₃, они служат для окончательного удаления пустой породы из руды в процессе плавки в доменной печи. Флюсы образуют с пустой породой и золой легкоплавкое соединение, называемое шлаком. Шлак имеет меньшую плотность, чем металл, поэтому он располагается в печи над расплавленным металлом и может быть легко удалён.

Важным материалом для получения чугуна является топливо. Топливом является кокс. Его получают из специальных коксующихся каиенных углей путём нагрева до температуры 1000ºС без доступа воздуха. При этом удаляется смола и остаётся пористый материал, почти целиком состоящий из углерода. Кокс – дорогостоящее топливо, поэтому в целях уменьшения его расхода, который составляет 400 450 кг на 1 т чугуна, и для повышения производительности доменных печей используют природный газ. Существует способ вдувания в доменную печь угольной пыли. Это даёт большой экономический эффект. Кроме указанных материалов при плавке чугуна вводят немного марганцевой руды.

3.1.2.Устройцство доменной печи

Доменная печь – вертикальная печь шахтного типа. Внутри печь выложена огнеупорным кирпичом, сверху покрыта стальным кожухом. Высота современных домен достигает 80 м. Доменная печь состоит из пяти основных частей (рис.3.1): колошника, шахты, распара, заплечиков и горна. Колошник является верхней частью печи. Он содержит загрузочное устройство 4, представляющее собой систему конусов, которые создают условия для правильной загрузки материалов: руды, флюсов и топлива. В колошнике находятся газоотводные трубы 3, по ним уходит избыточный колошниковый газ, который в дальнейшем используется в качестве топлива.

В шахте, распаре, заплечиках имеется система холодильников для охлаждения кладки печи.

Самой сложной частью является горн. В горне расположены фурмы 2 – устройства для вдувания в печь нагретого воздуха, который поступает из воздухопровода 5. На современных доменных печах число фурм составляет 25…30. В нижней части горна имеется устройство для выпуска чугуна – чугунная летка 1 и выше её – шлаковая летка 6 для выпуска шлака. Большие доменные печи оборудованы тремя-четырьмя летками, этим достигается почти непрерывный процесс выпуска чугуна.

Для подогрева воздуха до температуры 1200º С служат воздухонагреватели, которые в свою очередь обогреваются отходящими колошниковыми газами.