Тема1.5 Основы металлургического производства. .Производство чугуна

^{Исходные материалы.Для производства чугуна исходным материалом являются:}

^{1)Железная руда}

^{-магнитный железняк содержит 50...6О% Fе в виде магнитной окиси Fе}₃^О₄ ^{(магнетит}

^{-красный железняк содержит 50...70% Fе в виде безводной окиси Fе}₂⁰₃ ^{(гематит). Это богатые руды, отличающиеся небольшим содержанием фосфора и серы. Пустая порода — кремнеземистая}

^{-бурый железняк содержит 25...50% Fе в виде гидроокиси 2Fе}₂⁰₃ ^3Н₂^{О (лимонит) и 2Fе}₂⁰₃ ^Н₂^{О (гетит). Это бедные руды, загрязненные мышьяком, фосфором. Пустая порода — глинистая или кремнеземисто-глиноземистая.}

^{-шпатовый железня — бедная руда, содержащая ЗО...40% Ее в виде карбоната}

^{2)Кокс- является топливом и восстановителем железа.}

^{На 1 т чугуна расходуется 550 кг кокса — дорогого дефицитного вида топлива. В современном производстве в качестве топлива используют и природный газ, который выгоден и в экологическом плане.}

^{3) Флюс – для перевода пустой породы золы топлива в легкоплавкое соединение – шлак (в качестве флюса используют известняк).}

^{Компоненты берутся в определённой весовом соотношении и называется- шихта.}

^{Подготовка руд к плавке. Включает в себя дробление, сортировку, обогащение и окускование}

^{1)Дробление.Руду дробят на конусных и щековых дробилках, а после этого сортируют. Пригодными для плавки считаются куски размером 40... 100 мм.}

^{2) Обогащение Основным методом обогащения руд является метод магнитной сепарации, сущность которого заключается в том, что в магнитном поле происходит отделение магнитной части руды (содержащей железо) от немагнитной. Предварительным обжигом руды при температуре 600...800 °Снемагнитные окислы переводятся в магнитные.}

^{3) Окускование Проводится для мелкой породы. Различают два способа: агломерация и окатывание}

^{-агломерация- спекание концентрата руды, рудной мелочи и пыли в пористые куски производится при температуре 1300... 1500 ОС на агломерационных машинах. В процессе спекания удаляется сера (на 85...95%) и мышьяк; происходит офлюсование руды и частичное восстановленйе оксидов железа с образованием фаялита (2ЕеО.8iО2).}

^{-окатывание.Смесь тонкоизмельченных концентратов, флюса, топлива увлажняется и обрабатывается во вращающихся барабанах, тарельчатых грануляторах. Получаются шарики-окатыши диаметром 20...30 мм. Более мелкие окатыши идут на вторичную переработку (возврат). Окатыши сушат при температуре 200. ..400 °С и обжигают при температурах 1200... 1400 ОС для придания им прочности}

^{.Доменный процесс.}

^{Устройство и работа доменной печи. Высота доменной печи достигает 35 м и примерно в 2,5. ..3 раза больше ее диаметра. Рабочее пространство печи состоит из колошника 6, шахты 5, распара 4, заплечиков 3 и горна 2}

^{Стенки доменной печи футеруются высококачественным шамотным кирпичом, горн— углеродистыми или графитизированными блоками. Снаружи печь имеет сварной стальной кожух.Основными характеристиками доменной печи служат ее полезная высота и полезный объем. Первый параметр определяет расстояние от лещади до нижнего конуса засьгпного аппарата, второй — рабочий объем, заполненный шихтой и продуктами плавки. Современные доменные печи имеют полезный объем 2000... 5000 м3, суточную производительность 3000...1000т, полезную высоту до 35 м.Доменная печь относится к печам непрерывного типа. Она работает до капитального ремонта в течение 5...10 лет. При этом в нее по мере надобности загружают шихту, периодически выпускают шлак и чугун и постоянно газы.}

^{Д оменный процесс Сущность получения чугуна заключается:}

^{а) восстановление Fe (основным восстановителем является газ Со).}

^{б) науглероживание.}

^{в) шлакообразование.}

^{Восстановление железа идет ступенчато:}

^{Восстановителями являются оксид углерода, водород воздуха и твердый (сажистый) углерод кокса. Восстановление газами называется косвенным, восстановление углеродом — прямым. Косвенным путем обычно восстанавливается до 60% железа.Зона сгорания топлива 10 находится в районе фурм, через которые подается в печь из кауперов нагретый воздух или его смесь с кислородом или природным газом:}

^{Выделяющееся при реакции тепло повышает температуру до 1800...2000 °С. Поднимаясь выше, углекислый газ вступает в реакцию с новыми слоями раскаленного кокса:}

^{Образовавшаяся окись углерода восстанавливает желёзо из оксидов:}

^{Восстановление железа оксидом углерода начинается уже в верхней части шахты при температуре 400..600 ос и по мере опускания шихты становится все интенсивнее (увеличивается концентрация со в газах и повышается температура). В нижней части шахты заканчивается косвенное восстановление железа оксидом углерода(при температуре 900...950 °).одновременно в шахте печи происходит восстановление железа водородом по той же схеме.}

^{Прямое восстановление осуществляется при более высокой температуре (950...1400 в зоне распара печи:}

^{. При температуре 400...800 °с например, оксидом углерода восстанавливается из оксидов марганец ,при температуре не ниже 1450. восстанавливается и кремний из кремнезема Восстанавливаются также сера и фосфор, причем сера частично удаляется, а фосфор полностью переходит в чугун.одновременно с восстановлением элементов происходит науглероживание восстанавливающегося железа. оно начинается еще в шахте печи по реакции:}

^{образовавшийся карбид железа хорошо растворяется в твердом γ-железе, науглероживая его и тем самым понижая температуру плавления. В нижней части шахты печи 5 появляются первые капли жидкого чугуна, которые, стекая вниз — в горн, науглероживаются до 3,7. ..4,2% С и растворяют в себе примеси:марганец, хром, кремний, серу, фосфор и др. однако основная масса железа даже в распаре находится еще в твердом состоянии в виде губчатой пористой массы. Конечный состав чугуна устанавливается в горне.}

^{В верхней части распара 4 печи начинается шлакообразование. Сначала происходит спекание и химическое взаимодействие оксидов, затем легкоплавкие эвтектики (частично они образуются уже• в процессе агломерации и окатывания) плавятся при 1150...1200 °С и капли жидкого шлака стекают в горн, по пути обедняясь оксидами железа и марганца в результате их восстановления и обогащаясь оксидом кальция.}

^{Химический состав шлака определяет не только состав чугуна, но и всю работу доменной печи. Полное выплавление пустой породы и образование шлака заканчивается внизу распара или вверху заплечиков. Стекая вниз, шлак 12 покрывает слой чугуна 14 (плотность чугуна выше, чем шлака). Поэтому летка для выпуска шлака расположена выше летки для выпуска чугуна. доменный шлак состоит в основном из оксидов СаО, SiO}₂^{, А1}₂^O₃^{. Состав шлака важен и для удаления серы. Чем больше основность шлака (упрощенно: отношение СаО к SiO}₂^{), тем полнее удаляется сера.}

^{Продукты доменного производства. В доменных печах получают чугун, шлак и доменный (колошниковый) газ.}

^{Жидкий чугун выпускают из печи 6... 18 раз в сутки. Его сливают в чугуновозные ковши емкостью до 140 т и транспортируют к миксеру — металлоприемнику (копильнику), футерованной огнеупорным кирпичем емкости (до 2000 т) для хранения перед переделом в сталь или к разливочной машине для разливки в небольшие слитки (чушки).}

^{В доменных печах выплавляют .передельные (для передела в сталь), литейные (для производства отливок) и специальные чугуны — ферросплавы (для раскисления и легирования стали). Производство передельных чугунов составляет 81...82%, литейных16%, специальных 2...3%.}

^{Побочные продукты доменной плавки — шлак и колошниковый газ. Жидкий шлак выпускают из печи (по мере накопления) в ковши-шлаковозы емкостью до 30 т. При вылbвании шлака в воду происходит его грануляция — образование мелких частиц (гранул), которые используют для производства шлаковаты, шлакоблоков, цемента, щебня и др. Колошниковый доменный газ используют в качестве топлива в цехах металлургических заводов.}

^{Технико-экономический показатель работы доменных печи Коэффициент использования полезного объема (КИПО) и удельный расход кокса}

^.