Чугун

Производство чугуна

Производство чугуна. Процесс получения чугуна ведут преимущественно в доменных печах. Существуют также и внедоменные способы получения чугуна, т.е. по прямому восстановлению из руд. Однако они не получили еще широкого внедрения. Для производства обычного доменного чугуна используют шихту, состоящую из железной руды, флюса, флюсованного агломерата, окатышей и топлива.

В состав железной руды входят железосодержащие минералы и пустая порода. Пригодность железной руды для доменной плавки определяется содержанием железа, составом пустой породы и концентрацией вредных примесей (серы, фосфора). В зависимости от концентрации железосодержащих минералов железные руды бывают богатыми, которые используют непосредственно, и бедными, которые подвергают обогащению.

Для доменного чугуна в качестве железных руд используют магнитный железняк (магнетит), красный железняк (гематит), бурый железняк (гетит) и шпатовый железняк (сидерит), содержащие 30...70 % железа в виде оксидов Fe₂0₃ или Fe₃0₄. В состав пустой породы входят оксиды кремния Si0₂ (кремнезем), алюминия А1₂0₃ (глинозем), кальция СаО, магния MgO и другие составляющие.

Флюсы предназначены для обеспечения плавки руды и связывания пустой породы, неизбежно остающейся в руде после процесса рудоподготовки. По химическому составу различают основные (известняк, доломит), кислые (кремнезем) и нейтральные (глинозем) флюсы. Они сплавляются с пустой породой и золой топлива и образуют легкоплавкий сплав-шлак, не смешивающийся с жидким чугуном.

Основным видом топлива в доменном процессе служит кокс, но в отдельных случаях в дополнение к коксу используют природный газ или пылевидный каменный уголь. Топливо при выплавке чугуна является не только источником тепла, но и принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в процессе плавки.

Доменная печь (домна) относится к разряду шахтных и работает по принципу противотока (рис. 2.1). Внутри она выложена огнеупорным материалом (шамотным кирпичом, блоками), сверху покрыта стальным кожухом. По химическому составу огнеупоры могут быть кислые (динас), основные (доломит, магнезит) и нейтральные (шамот).

Современные доменные печи имеют общую высоту 80 м и объем рабочего пространства до 5600 м³. Производительность доменной печи объемом 3000 м³ составляет более 6000 т чугуна в сутки.

Рис. 2.1. Схема работы доменной печи:

1 - кокс; 2 - известняк; 3 - железная руда; 4 - поступление сырья; 5 - предохранительный клапан; 6 - выход отходящих газов; 7 - поддув горячего воздуха; 8 - чугун; 9 - шлак

Технологический процесс производства чугуна автоматизирован. Шихту непрерывно подают через загрузочные устройства в верхнюю часть печи, а снизу через фурмы вдувают горячий воздух. В условиях доменной печи при температуре 1900 °С происходит интенсивное насыщение железа углеродом (науглероживание), поэтому доменный чугун обычно содержит от 2 до 4,6 % углерода. Флюсы взаимодействуют с компонентами руды, образуя шлак, в который уходят вредные примеси (сера, фосфор), пустая порода, излишки марганца и некоторые цветные металлы. Доменные газы выпускаются через колошники в верхней части печи. Расплавленный чугун стекает в низ печи, а расплавленный шлак как более легкий находится сверху чугуна, предохраняя его от окисления. Жидкий чугун выпускается через нижнюю летку, шлаки - через верхнюю.

В доменных печах получают жидкий передельный и литейный чугуны, доменные ферросплавы (специальные чугуны), шлак и доменные газы. Чугун является основным и главным продуктом доменного производства, а шлак и доменные газы - побочными.