Технолого-экономические основы производства чугуна.

Чугун -сплав железа с углеродом(2-6)%, содержащий вредные примеси серы, фосфора, кремния.

Различают чугуны белые (передельные) - сырье для передела в сталь, серые (литейные) и специальные (ферромарганец - Mn - до 70%, ферросилициум - Si - до 12%) - используются для раскисления стали. Чугун получают в результате доменного процесса. Исходным сырьем служат железная руда (магнитный железняк, красный железняк, бурый железняк), кокс, флюсы. Подготовленные специальным образом к доменному процессу, эти компоненты называются шихтой. Подготовка сырья к доменному процессу обусловлена во многом экономической, а не технологической необходимостью.

Технологические мероприятия подготовки шихты.

Железную руду после добычи подвергают следующим технологическим мероприятиям:

1.Сортировка по величине кусков (с помощью сит).

2.Дробление крупных кусков (дробилки молотковые, щековые).

3. Обогащение, т.е. отделение пустой породы от основной. Различают следующие способы обогащения:

- магнитный, основанный на ферромагнитных свойствах основной породы магнитного железняка.

-флотационный, основанный на различной смачиваемости основной и пустой породы водой, в которую добавлено поверхностно-активное вещество(например пенообразователи).

- гравитационный, основанный на различной скорости осаждения основной породы и пустой в воде из-за различия в плотностях.

4.Окускование (агломерация, получение окатышей)

Агломерация - обжиг в присутствии коксовой пыли (коксик). В ходе агломерации из руды удаляется большая часть вредных примесей (в виде газообразных и летучих оксидов) и частичное

восстановление железа. Спекшийся агломерат дробят на куски около 60 - 80 мм в поперечнике. В случае проведения агломерации в присутствии флюсов получается офлюсованный агломерат.

Получение окатышей состоит в следующем:

1.Измельчение руды в порошок в шаровых мельницах.

2.Смешивание со связующим веществом – бентонитовой глиной, с образованием тестообразной массы.

3.Получение из теста в грануляторах окатышей - шариков даметром15-20 мм.

4.Обжиг в печах, при котором окатыши становятся твердыми.

Окатыши на 70% состоят из руды и применяются как основной материал при прямом восстановлении железа.

Кокс - продукт пиролиза (нагрев без доступа воздуха) коксующихся углей, в ходе которого из толщи угля удаляются органические и неорганические соединения, причем в угле образуются поры, что обеспечивает развитую поверхность, необходимую для интенсивного протекания доменного процесса. Образующиеся в ходе коксования коксовые газы являются смесью ценных химических соединений и в дальнейшем используются после разделения. Кокс для использования в доменном процессе дробят на куски 40 - 60 мм в поперечнике. Кокс необходим в доменном процессе как топливо, опосредованный и непосредственный восстановитель, а также науглераживающий компонент.

Флюсы необходимы для удаления вредных примесей, пустой породы и золы топлива. Последние, реагируя с флюсами в ходе доменного процесса, связываются, образуя нерастворимый в расплавленном чугуне шлак. Флюсы представляют собой минералы - известняк(CaCO₃) и доломит(CaCO₃*MgCO₃) - которые после добычи дробятся на соответствующие куски.

Доменный процесс.

Суть доменного процесса заключается в ступенчатом восстановлении железа из его оксидов (основа железной руды), удалении вредных примесей с помощью флюсов и насыщении железа углеродом. Доменный процесс проводят в доменной печи относящейся к печам шахтного типа высотой ~ 30 м и диаметром ~12–15м. Печь состоит из 5-ти частей, изготовлена из листовой стали и выложена изнутри огнеупорным кирпичом и имеет систему водяного охлаждения. Каждая из частей печи, имеет свое специальное назначение и связана с друг с другом. Примерное соотношение размеров частей и их технологическое назначение рассматривается на нижерасположенной схеме.

В доменной печи непрерывно движутся навстречу друг другу два потока:вниз, под действием собственного веса, опускается шихта;

- вверх поднимается раскаленный газовый поток, в состав которого входит окись углерода СО, восстанавливающая железо из его оксидов, входящих в состав руды.

1- колошник – служит для порционной загрузки шихты и очистки от пыли доменных газов. 400 ^оС Шихта загружается слоями

2- шахта - в ней происходят основные процессы косвенного восстановления железа из его оксидов с помощью СО 700^оС 900 ^оС

3- распар – самая широкая часть печи, в которой самая высокая температура и происходят процессы окончательного восстановления железа и насыщения его углеродом

4 -заплечики – в них находятся расположенные по окружности фурмы, через которые вдуваются раскаленные воздух, природный газ и водяные пары.

5- горн - в нем скапливаются расплавленные чугун (внизу) и шлак (вверху), которые периодически выпускаются через летки (нижнюю и верхнюю). Кокс в кислороде воздуха сгорает с выделением большого количества тепла; образующийся углекислый газ (СО₂) реагирует при высоких температурах с коксом (С), давая угарный газ (СО). Последний является хорошим восстановителем и ступенчато превращает оксид железа (руду) в губчатое железо, которое, насыщаясь углеродом, плавится и стекает в горн в виде чугуна. В нижней части шахты и распаре температура настолько высокая, что происходит и прямое восстановление железа углеродом кокса.

Кокс является источником тепла, опосредованным восстановителем, непосредственным восстановителем и науглераживающим компонентом. Так - как кокс является самой дорогой частью шихты и затраты на него составляют ~ 50% затрат по сырью, то экономия его - основная часть технологических мероприятий, связанных с подготовкой шихты и проведением доменного процесса.