Чугун это сплав углерода с железом, содержащий более 2 % углерода; до 4 % кремния; до 2 % марганца, а также другие элементы включая фосфор и серу.
Чугун выплавляют в доменных печах (рис. 1.1 и рис. В.1 ).
Доменная печь это вертикальная печь шахтного типа. Ее высота примерно 35 м. Диаметр около 10 м. Стенки доменной печи внутри выложены из огнеупорных материалов Снаружи домна заключена в стальной кожух с толщиной листов до 36 мм.
В состав доменного комплекса входят воздухонагреватели, пылеуловители (рис. В.7 ? В.8), шихтовые дворы, транспортерные галереи (рис. В.5), бункеры, загрузочные механизмы, ковши чугуновозы и шлаковозы и т.д.
Доменная печь работает непрерывно в течение 5-10 лет. Для этого по мере необходимости в нее загружают шихтовые материалы и периодически выпускают чугун и шлаки.
Шихтовые материалы это смесь агломератов (рис. В.9), флюсов и топлива. Через загрузочное устройство (рис. 2.1) в доменную печь засыпают в определенной пропорции рудные материалы, топливо (кокс) и флюсы. Загружают отдельные виды сырья слоями, чтобы увеличить поверхность их соприкосновения, на которой происходят химические реакции. В настоящее время разработаны методы бесконусной загрузки шихты (рис. 2.2).
Агломераты Агломераты это предварительно подготовленные и обогащенные железные руды (рис. В.9). Обогащение руды это снижение содержания вредных примесей в ней и, следовательно, повышение содержания железа. Его производят на агломерационных фабриках, где руды предварительно дробят, спекают и окомковывают с образованием окатышей (рис. В.9).
Флюсы Флюсы (известняки) это материалы, необходимые для удаления из доменной печи пустой породы и золы. Сплавляясь с флюсом, пустая порода образует шлаки, которые в расплавленном виде удаляются через шлаковую летку.
Топливо Наиболее часто в качестве топлива применяют кокс. Кокс получают из высококачественных коксующихся углей путем нагрева в специальных печах ? коксовых батареях.
В настоящее время в качестве топлива применяют природный газ или мазут.
Железо в руде находится в форме окислов. Доменный процесс это восстановительный процесс. Сначала происходит освобождение железа от связанного с ним кислорода ? восстановление, далее соединение железа с углеродом.
|
Доменный процесс – это освобождение железа от связанного с ним кислорода и дальнейшее соединение его с углеродом |
В процессе плавки нижнюю часть домны в ее горн вдувают горячий воздух, нагретый до температуры 1200-13000С. Воздух нагревают в отдельно стоящих воздухонагревателях ? кауперах (рис. 2.3). Воздухонагреватели – это башни, заполненные насадкой из огнеупорного материала и облицованные металлическим кожухом высотой до 50 м, диаметром до 9 м. Нагрев воздуха происходит при прохождении его через раскаленные топливом насадки. В домну воздух вдувают под давлением 0,35-0,4 МПа. Для бесперебойного снабжения домны горячим дутьем устанавливают несколько воздухонагревателей.
Горячий воздух движется навстречу опускающимся шихтовым материалам (рис. 2.1). Кислород воздуха, вступая в реакцию с углеродом кокса образует сначала углекислый газ СО2, а затем окись углерода СО. Окись углерода связывает кислород (вступает в реакцию с кислородом). Освободившееся железо вступает в реакцию с углеродом, образуя сплав Fe3C (чугун).
Выплавленный чугун выпускают через специальные чугунные летки (рис.2.1) 10-20 раз в сутки. Чугун сливают в миксеры или ковши-чугуновозы емкостью 80-100 т, которые по железнодорожным путям подают либо в сталеплавильный цех, либо на разливочную машину для получения отдельных слитков чугуна. Шлак сливается в ковши-шлаковозы и направляется на установки для переработки, для использования в дальнейшем для производства строительных материалов.
В доменных печах выплавляют:
- Передельные чугуны;
- Литейные чугуны;
- Ферросплавы.
Передельные чугуны предназначены для переработки (передела) в сталь. Объем их выплавки составляет около 80-85 % от всего производимого чугуна. Сначала чугун сливается в миксеры, емкостью 1500 т, отапливаемые газом. При выдержке чугуна в миксере выравнивается его химический состав и температура. Происходит дополнительное выгорание углерода и серы. Затем чугун подают в сталеплавильные цеха для передела в сталь.
Литейные чугуны предназначены для литейного производства. Их направляют на другие заводы для производства литых чугунных станин и т.п. Объем выпуска литейных чугунов – 15-18 % от всего производимого чугуна.
Ферросплавы – это ферромарганец, ферросилиций, феррохром и т.д. – сплавы железа с марганцем, кремнием, хромом и другими элементами (рис. 2.4). Ферросплавы применяются при производстве стали для раскисления и легирования, в сварочном производстве, а также в других отраслях промышленности.
Обычно их выплавляют в более мелких плавильных установках. Объем их выплавки составляют около 2-3 % от всего объема выплавляемой металлургической продукции.
