Производство чугуна

Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий более 2% С.

Процесс получения чугуна начинают с добычи железной руды в карьерах. Сырьем является руда, содержащая 50% оксида железа (Fe₂О₃). Руду подвергают обогащению, то есть отделению пустой породы, затем дроблению и агломерации. Руду пропускают через магнитные сепараторы, после чего количество железа в ней достигает 2/3 от объема. Затем ее концентрируют с известняком, коксом и спекают. Получают пористые куски – агломерат.

Обогащение руды может производиться гравитацией, флотацией и магнитной сепарацией.

Сущность гравитации – отделение руды от пустой породы, заключается в пропускании сильной струи воды через дно вибрирующего сита, в котором находится руда. При этом пустая порода перемещается в верхние слои и уносится водой, а рудные материалы остаются.

Обогащение флотацией для железных руд применяют редко. Оно основано в избирательном применении некоторых минеральных частиц, взвешенных в водной среде с поверхностями пузырьков воздуха, с помощью которых эти минеральные частицы поднимаются на поверхность. При магнитной сепарации, измельченную руду подвергают действию магнита, тем самым, отделяют ее от пустой породы.

Получение чугуна из железных руд осуществляется в доменных печах. Чугун - важнейший продукт доменной плавки. В этих печах получают литейные и передельные чугуны.

Рис 3.1 Схема доменной печи

Современную домну не заметить нельзя – это огромная, высотой до 70 метров башня. В ее чреве тысячи тонн раскаленных железоуглеродистых и других шихтовых материалов непрерывно превращаются в чугун. Поступающая сверху шихта движется вниз, а навстречу, пронизывая ее насквозь, рвется огненный смерч - вдуваемый под давлением нагретый воздух.

Сущность доменной плавки сводится к раздельной загрузке в верхнюю часть печи, называемую колошником, агломерата, кокса и флюсов, которые располагаются в шахте печи слоями. При нагреве шихты за счет горения кокса, обеспечиваемого, вдуваемым в горн, горячим воздухом, в печи идут смешанные физико-химические процессы, и шихта постепенно опускается навстречу поднимающимся горячим газам. В результате взаимодействия компонентов шихты и газов в нижней части печи, называемой горном, образуется два жидких слоя материалов – чугун и шлак. Шлак, как более легкий продукт, располагается над чугуном.

В верхней части горна расположены фурменные отверстия, через которые в печь под давлением 300 кПа подается обогащенный кислородом воздух при t=900…1200°С.

Жидкий чугун выпускают через каждые 2 – 3 часа (а в крупных печах ежечасно). Выливающийся из печи через летки чугун выносит с собой и шлак, находящийся в печи над ним. Шлак предварительно отделяют от чугуна с помощью перекрывающих затворов. Кроме того, часть шлака выпускают из доменной печи до выхода чугуна через шлаковую летку.

После выпуска чугуна летку забивают пробкой из огнеупорной глины с помощью электромагнитной пушки.

Печь представляет собой стальной сварной кожух, который имеет систему охлаждения водой. Внутренняя полость печи выложена высококачественным шамотным кирпичом, а отдельные части печи изготовлены из прессованных углеродистых блоков.

Процесс, протекающий в печи можно условно разделить на следующие этапы:

· горение углерода топлива;

· разложение компонентов шахты;

· восстановление оксидов;

· науглероживание железа;

· шлакообразование.

Горение углерода топлива происходит главным образом возле фурм, где основная масса кокса встречается с кислородом, нагретым до t =900…1200°С. Образующиеся при этом углекислота вместе с азотом воздуха, поднимаясь, встречается с раскаленным коксом и взаимодействует по реакции:

СО₂ + С = 2СО.

Разложение компонентов шихты протекает различно – в зависимости от ее состава.

При работе с шихтой, содержащей флюсы и часть сырой руды, важным процессом является разложение известняка флюса по реакции:

СаСо₃ = СаО + СО₂.

Восстановление оксидов может происходить окисью углерода.

Главная цель доменного процесса – восстановление железа из его оксидов, которое проходит по следующей схеме:

Fe₂O₃ → Fe ₃O₄ → FeO→ Fe.

Главную роль в восстановлении оксидов играет угарный газ:

3 Fe₂O₃ + СО = 2 Fe ₃O₄ + СО₂ + Q

Fe ₃O₄ + CO = 3FeO+ СО₂ + Q.

Затем происходит образование твердой железной губки:

3 FeO + СО = Fe_тв+ СО₂ + Q

3 Fe + 2СО = Fe ₃С + СО₂.

Fe ₃С =4 – 4,4% углерода в чугуне (цемент).

Шлакообразование очень активно в области распора после окончания процессов восстановления оксидов железа в доменной печи. Шлак состоит из оксидов пустой породы и золы кокса, а так же флюса, специально добавленного в печь, чтобы обеспечить достаточную жидкотягучесть шлака при t=1400…1450°С.

При слишком легкоплавком шлаке не успевает восстанавливаться значительная часть оксидов железа, которая выносится с этим шлаком из зоны восстановления. Доменный процесс осложняется и при слишком тугоплавком шлаке.

Шлак так же используют в промышленности – шлаковые гранулы перерабатывают на цемент и другие строительные материалы.

В печах получают литейные и передельные чугуны. Передельные чугуны предназначены для переработки в сталь и содержат 3,5 – 4,5 % С, 0,5 – 1,3 % Si, 0,2 – 1,15 % Мn, до 0,2 % Р и ~ 0,07 % S(серы).

Передельный чугун перевозят в ковшах в сталеплавильный цех и заливают в миксер – цилиндрическое хранилище жидкого чугуна, вмещающее до 2000т.

Миксер выложен шамотным кирпичом, он может наклоняться и, в случае необходимости, обогреваться форсунками.

В литейных чугунах повышенное содержание фосфора 0,15 … 1,2 % и кремния от 0,7 до 3,75 %.

Литейный чугун (серый и белый) отводят к разливочным машинам, где его разливают в изложницы, закрепленные на непрерывно движущемся наклонном конвейере. Чтобы ускорить охлаждение чугуна, изложницы, после затвердевания в них металла, орошаются холодной водой, затем при повороте конвейера пятидесятикилограммовые пушки выпадают из изложниц.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ

1. Дать определение чугуна.

2. Какое сырье используется для получения чугуна?

3. Какие способы обогащения руды имеют место в металлургии?

4. Сущность гравитации, флотации и магнитной сепарации.

5. Виды чугунов, получаемые в доменных печах.

6. Назвать основные части доменной печи.

7. Сущность доменной плавки чугуна.

8. Назвать основные этапы получения чугуна.

9. Какие материалы включаются в шлак?

3.2 Производство стали

Сталь – это железоуглеродистый сплав, где углерода содержится до 2%.

Дата добавления: 2014-01-07