31. Основные химические процессы производства чугуна.

оменная печь представляет собой шахтную печь круглого сечения объемом 2 тыс. м3 и более (рис. 1). Стальной кожух выложен изнутри огнеупорным материалом 3. Колошник цилиндрической формы служит для загрузки печи шихтой, доменный (колошниковый) газ удаляется через газоотводы 2. Горячий газ, нагревая шихту, охлаждается и в районе колошника имеет температуру всего 300-400°С. Агломерат, известняк и кокс подаются на колошник через засыпной аппарат 1. Шахта печи представляет собой расширяющийся книзу конус, что обеспечивает свободное перемещение шихты сверху вниз по мере ее расплавления. В распаре шихта плавится, и объем ее уменьшается, в заплечиках образуется губчатое железо. Заплечики, имеющие форму усеченного конуса, сужаются книзу. Это необходимо для удержания твердой шихты в распаре и шахте. Губчатое железо каплями стекает в горн, в процессе перемещения оно насыщается углеродом.Цилиндрический горн состоит из двух зон: верхней (фурменной) и нижней (металлоприемник). В верхней зоне установлены фурмы 4, через которые подается горячий воздух (дутье) и топливо (жидкое, пыле – или газообразное), температура здесь достигает 2000°С. В нижней зоне собираются жидкий чугун и расплавленный шлак, которые выпускают через чугунную 6 и шлаковую 5 летки в ковши.Доменный процесс относят к восстановительному противоточному процессу. Совершается взаимодействие опускающихся сверху вниз шихтовых материалов с поднимающимся снизу вверх потоком нагретых восстановительных газов.При сжигании топлива в доменной печи первым процессом является сгорание углерода раскаленного кокса в небольших объемах вблизи фурм, при этом образуется диоксид углерода СО2. Вследствие воздействия высокой температуры возникает конечный продукт горения кокса – оксид углерода2С + О2 = 2СО + Q.Рис. 1. Схема доменной печи шахтного типаВторой процесс характеризуется восстановлением железа, марганца, кремния, фосфора, серы и других элементов. Восстановителями являются СО, Н2 (образующийся в результате воздействия углерода на влагу дутья в виде водяного пара) и твердый углерод С. Восстановление оксидов железа газами называется косвенным, а твердым углеродом – прямым. Главные реакции восстановления: ЗFеO3 + СО = 2Fe3O4 + СО2 + Q;

Fe3O4 + СО = ЗFеO + СО2 — Q;

FeO + CO = Fe + CO2 + Q

Восстановленное в доменной печи железо активно поглощает углерод (науглероживается) и другие элементы, что приводит к образованию чугуна: 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 + Q.Насыщенное углеродом железо имеет пониженную (до 1150-1200°С) в сравнении с чистым железом (1539°С) температуру плавления, что повышает экономическую эффективность процесса.Жидкий чугун стекает вниз и собирается в горне. Пустая порода, известняк и кокс при опускании вниз попадают в зону более высоких температур и на уровне распара расплавляются и образуют жидкий шлак.В получаемом чугуне кроме железа содержатся полезные (Мn и Si) и вредные (S и Р) примеси. В доменном процессе удалению серы из металла придается большое значение.Продукты доменного производства и области их применения. Главной продукцией доменного производства являются чугуны. Чугуны разделяются на передельные, литейные и специальные. Передельные чугуны выпускаются трех видов: для сталеплавильного (марки П1 и П2) и литейного (ПЛ1 и ПЛ2) производств; фосфористый (ПФ1, ПФ2 и ПФЗ); высоко-качественный (ПВК1, ПВК2 и ПВКЗ). Доля углерода в этих чугунах составляет в среднем 4 % .Для производства фасонных чугунных отливок выпускаются литейные чушковые чугуны: обычные (маркировка Л) и рафинированные.Специальные чугуны, или ферросплавы, применяются для раскисления и легирования сталей. К ним относятся сплавы железа с кремнием и марганцем: зеркальные чугуны, ферросилиции и ферромарганцы.Побочными продуктами доменной плавки являются шлак и колошниковый газ. Из доменного шлака изготовляют шлаковые блоки, цемент, кирпичи, шлаковату, шлакоситаллы и др., для чего его подвергают мокрой грануляции (быстрому охлаждению в воде).Колошниковый газ в больших объемах используется в качестве газообразного топлива для нагрева воздухонагревателей доменных печей, водяных и паровых котлов, для отопления мартеновских и нагревательных печей.

Выплавка чугуна в доменных печах является самым распространенным и производительным процессом по сравнению с другими процессами получения чугуна. Доменный процесс широко механизирован и автоматизирован.