виробництво чавуну
Виплавку чавуну з залізовмісних матеріалів в спеціальних шахтних печах (домнах) називають доменним процесом.
Важлива роль чавуну в металургії і взагалі в економіці країни визначається тим, що він є первинним продуктом переробки залізних руд шляхом їх плавки в доменних печах. Понад 80% чавуну, виплавленого в доменних печах, в подальшому переробляється в сталь. Ці чавуни називаються передільними.
Чавуни, призначені для отримання фасонного лиття в машинобудівному виробництві, називають ливарними. Для підвищення якості виливків застосовують невеликі кількості добавок для модифікування і легування (хром, нікель і ін.). Введення в розплави модифікаторів (наприклад, магнію, феросиліцію, силикокальция, алюмінію, титану) сприяє кристалізації структурних складових в подрібненої формі. Легування також сприяє поліпшенню механічних властивостей шляхом зміни будови і структури сплавів.
Спеціальні чавуни. або доменні феросплави. виплавляють в невеликих кількостях і застосовують для розкислення і легування стали.
Для виплавки чавуну використовують залізну руду, а також марганцеві, хромові і комплексні руди, паливо і флюси. Складені в необхідній пропорції і формі, вони утворюють шихту.
З метою підвищення продуктивності доменної печі, економії коксу, поліпшення якості чавуну залізні руди попередньо дроблять і сортують для отримання шматків необхідної величини і збагачують, відокремлюючи і усуваючи пусту породу. Для видалення шкідливих домішок і поліпшення металургійних властивостей шихту, що складається із залізної руди і флюсу, спекают на агломераційних машинах при температурі 1300-1500 ° С, піддають обдаванню і випалу при температурі 1200-1350 ° С, отримуючи міцні пористі окатиші діаметром до 30 мм.
Флюси - це матеріали переважно мінерального походження, що вводяться в шихту для утворення шлаку і для регулювання його складу, зокрема для зв'язування порожньої породи, продуктів розкислення металу, а також зменшення процентного вмісту шкідливих домішок. За хімічним складом флюси діляться: на основні (вапняк СаСО3), кислі (кремнезем) і нейтральні (глинозем).
Шлаком називають розплав, що покриває поверхню рідкого металу, після затвердіння представляє собою камневидное або склоподібна речовина.
Доменна піч (рис. 8.1) - шахтна піч для виплавки чавуну з залізної руди. Вона встановлюється на бетонному фундаменті, має сталевий кожух, викладений всередині вогнетривкою цеглою.
Мал. 8.1. Схема пристрою доменної печі:
1 - горн; 2 - фурма; 3 - заплічників; 4 - распар; 5 - шахта; 6 - ведучий;
7 - шихта; 8 - чавунна льотка; 9 - шлаковая вічка
У верхній частині печі, званої колошником. знаходиться засипної апарат, призначений для завантаження шихти. Під (дно) доменної печі розташований над бетонним фундаментом і називається лещадью. Оскільки на поду накопичується розплавлений чавун, її викладають вуглецевих цеглою і блоками, що містять до 92% вуглецю у вигляді графіту і володіють високою вогнетривкістю.
У нижній частині печі, горні. є отвори для випуску розплавленого чавуну (чавунна льотка 8) і шлаку (шлаковая річка 9). Чавун випускають з печі через кожні 3-4 години, а шлак - через 1-1,5 години і зливають в чугуновозні ковші і шлаковозні чаші. Чавунну летку відкривають бурильної машиною. Після кожного випуску чавуну або шлаку чавунну летку закладають вогнетривкої масою, а шлакову летку зазвичай закривають металевою пробкою.
Повітря надходить в доменну піч з воздухонагревателей. Підігрів повітря знижує витрату палива. Усередині воздухонагревателей є насадки з вогнетривких цеглин і камери згоряння. У камеру згоряння подають доменний газ, який, згоряючи, проходить через насадку і нагріває її. Потім подача газу припиняється і через нагріту насадку пропускається повітря, який при цьому нагрівається до 1000-1200 ° С. Наявність декількох воздухонагревателей, що працюють поперемінно, забезпечує безперервну подачу в робочий простір печі нагрітого повітря.
Гарячі гази, легші, ніж повітря, піднімаючись, віддають теплоту шихті, нагрівають її. Температура робочого простору поступово знижується до 300-400 ° С у колошника.
В процесі доменної плавки здійснюється зустрічний рух спадного потоку сирих матеріалів (шихти) - залізної руди, агломерату або окатишів, флюсів та палива (коксу), що завантажуються в доменну піч зверху, і висхідного потоку газів, що утворюються в горні печі. Шихта під дією ваги опускається, поступово нагріваючись. В результаті взаємодії цих потоків містяться в руді оксиди заліза відновлюються за допомогою вуглецю коксу і окису вуглецю, які віднімають від оксидів кисень.
При температурі близько 570 ° С і вище відбувається відновлення оксидів заліза:
Реакції відновлення заліза з оксидів є ендотермічними, т. Е. Проходять з поглинанням теплоти. Це викликає необхідність спалювання великої кількості палива.
При температурі 1000-1100 ° С відновлене залізо взаємодіє з вуглецем коксу і оксидом вуглецю. Отримане залізо, взаємодіючи з коксом, науглероживается, утворюючи чавун, що стікає в рідкому вигляді в горн доменної печі.
Утворений залізовуглецевих сплав має більш низьку температуру плавлення (згідно діаграмі «Залізо - цементит», від 1147 до 1500 ° С), завдяки чому на рівні распара і заплічників він розплавляється.
Розплавлена порожня порода руди, зола коксу і флюси утворюють шлак, спливаючий над шаром чавуну внаслідок різниці їх густини. Чавун і шлак з доменної печі випускають окремо через відповідні отвори (льотки).
Для удосконалення доменного процесу застосовують:
· Збагачення повітряного дуття газоподібним киснем з метою інтенсифікації процесу;
· Вдування газоподібного палива (природного газу), рідкого або пиловугільного палива в цілях економії коксу;
· Підвищення тиску газу під колошником для кращого розподілу газового потоку і зменшення виносу пилу.
Характеристики доменної печі. Обсяг, займаний шихтою від поду до нижньої кромки засипного апарату, називається корисним об'ємом. Ставлення корисного об'єму до добової продуктивності називають коефіцієнтом використання корисного об'єму (КІПО). КІПО доменної печі близько 0,45.
Ще одна важлива характеристика - питома витрата коксу К. рівний відношенню витрати коксу А до кількості виплавленого за той же час чавуну. Для доменних печей питома витрата коксу К = 0,5-0,7.
Безпосередньо на нагрівання і плавлення чавуну витрачається близько 7,4% теплоти, що виділилася при згоранні палива. Тепловий коефіцієнт корисної дії домни залишається вельми низьким (за деякими даними, він не перевищує 10-15%). У зв'язку з цим енергозберігаючі заходи мають велике значення для вдосконалення доменного процесу.