Агломерация Агломерация – это процесс окускования мелких материалов (руд, концентратов, колошниковой пыли) спеканием в результате сжигания топлива в слое спекаемого материала.

Агломерационная шихта включает следующие компоненты:

· железосодержащие материалы (концентрат, руда, колошниковая пыль) – 40 – 50%;

· флюс (известняк), улучшающий показатели работы доменных печей - 10 – 15%;

· возврат (мелкий, некондиционный агломерат) – 20 – 30%;

· твердое топливо (мелкий кокс) – 4 – 6%;

· влага (добавляется для улучшения грануляции мелких частиц шихты) –6 – 9%.

Агломерационная шихта, составленная из указанных компонентов, после смешивания и окомкования укладывается слоем на колосниковой решетки агломерационной машины, под которой создается разряжение для поддержания процесса горения топлива за счет просасывания атмосферного воздуха через шихту. Основной частью агломерационной машины является своеобразный металлический желоб, образованный из плотно соединенных тележек с бортами (па-лет), перемещающихся по рельсам на роликах. Дном тележек являются колосниковые решетки. Движение тележек осуществляется по специальным направляющим. Подготовленную шихту загружают на непрерывно движущиеся палеты, которые перемещаются под зажигательное устройство (горн), где происходит зажигание шихты. После зажигания в слой засасывается воздух, обеспечивающий нормальное течение агломерационного процесса или перемещение зоны формирования агломерата вниз. Скорость движения палет регулируется таким образом, чтобы зона формирования агломерата достигла колосников в момент, когда палета проходит над последней вакуум-камерой. При опрокидывании палеты агломерат под собственным весом падает, и после дробления и грохочения направляется на охлаждение. Агломерацию следует рассматривать шире, чем окускование, так как при этом удаляются некоторые вредные примеси (сера и частично мышьяк), разлагаются карбонаты и получается кусковой пористый офлюсованный материал. Условия сжигания топлива в этом процессе очень рациональны. В зоне горения температура достигает 1500 °С и продукты сгорания, проходя через слой шихты отдают свое тепло нижним слоям.

Топливо сгорает до окиси углерода по реакциям: С + О2 = СО2, СО2 + С = 2СО. Оксиды железа восстанавливаются по реакциям: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2, Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2. Присутствие FeO облегчает получение FeO ⋅ SiO2 (фаялита), имеющего относительно невысокую температуру плавления (около 1200 °С), способствующему спеканию и упрочнению частиц. При агломерации значительно выгорает сера, которая в шихте обычно находится в виде сульфида железа FeS2, называемого пиритом. Пирит в условиях агломерации выделяет серу по реакции: 3FeS2 + O2 = Fe3O4 + 6 SO2 Известняк разлагается по реакции: CaCO3 → CaO + CO2. Полученная СаО соединяется с FeO, SiO2, Fe2O3, образуя легкоплавкие соединения, имеющие температуру плавления 1200 – 1250 °С.

В настоящее время, получают в основном, офлюсованный агломерат. Основными преимуществами применения офлюсованного агломерата являются:

· исключение из доменной плавки реакции разложения карбонатов CaCO3 → CaO + CO2, требующей тепла, а следовательно, расхода кокса;

· улучшение восстановительной способности газов в доменной печи вследствие уменьшения количества СО2, так как разложение карбонатов с выделением СО2 происходит вне доменной печи, при агломерации;

· уменьшение числа материалов, загружаемых в доменную печь;

· улучшение процесса шлакообразования, так как в офлюсованном агломерате оксиды плотно контактируют друг с другом.

Применение офлюсованного агломерата дает сокращение расхода кокса на 6 – 15%.

Получение окатышей Процесс получения окатышей нашел применение в связи с расширяющимся использованием бедных руд и со стремлением к более глубокому обогащению, связанному с тонким измельчением железорудных концентратов. Наиболее целесообразным способом окускования тонкоизмельченных концентратов является получение окатышей. Технология производства железорудных окатышей состоит из двух стадий:

· получение сырых окатышей;

· упрочняющего обжига.

Состав шихты для получения окатышей включает три основные компонента:

· тонкоизмельченный рудный концентрат;

· бентонит – особый сорт глины, повышающей пластичность и прочность окатышей;

· известняк.

Приготовленную шихту после тщательного смешивания направляют в грануляторы, в которых при увлажнении до 8 – 10% формируют окатыши определенного размера (шарики диаметром 10 – 20 мм). Для обеспечения прочности окатыши подвергают упрочняющему обжигу при температуре порядка 1300 °С. Упрочнение окатышей при их обжиге достигается в результате припекания мелких рудных частичек друг к другу без образования жидкой фазы или при ее минимальном количестве. В процессе обжига окатышей происходит удаление большей части серы, диссоциация известняка, образование новых минералов. Качество окатышей характеризуется гранулометрическим составом, прочностью и химическим составов. Высококачественные окатыши должны быть однородными по размерам (фракция 10 – 20 мм) и иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать транспортировку, перегрузку и доменную плавку без значительных разрушений.

Продукты доменной плавки

Продуктами доменной плавки являются: чугун, шлак, доменный (колошниковый) газ.

Чугун Чугун является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ –побочными. Выплавляемые в доменных печах чугуны в зависимости от способа дальнейшего использования делятся на три группы:

· передельные;

· литейные;

· специальные (ферросплавы).

Передельные чугуны

Эта группа чугунов является преобладающим видом продукции доменного производства. На его долю приходится около 90% общего производства чугуна. Они предназначены для передела в сталь кислородно-конвертерным или мартеновским способами и обычно содержат:

· 0,3 – 1,2 % Si;

· 0,2 – 1,0 % Mn;

· 0,15 – 0,2 % P;

· 0,02 – 0,07 % S. Фосфористые чугуны Особую группу составляют фосфористые чугуны, содержащие до 2% Р, в зависимости от содержания фосфора применяются различные технологии передела таких чугунов в сталь.

Литейные чугуны Этот вид чугунов предназначен для производства литых изделий в чугуноплавильных цехах. Характерной особенностью этих чугунов является высокое содержание кремния (2,75 – 3,75% Si), а в некоторых случаях и фосфора. Объясняется это тем, что эти элементы придают расплавленному чугуну высокую жидкоподвижность или способность хорошо заполнять литейную форму.

Специальные чугуны (ферросплавы) Это сплавы железа с повышенным содержанием кремния, марганца и других элементов, используемые в качестве раскислителей или присадки в сталеплавильном и чугунолитейном производствах. К ним относятся:

· ферромарганец (70 – 75% Mn и до 2% Si);

· ферросилиций (9 – 13% Si и до 3% Mn);

· зеркальный чугун (10 – 15% Mn и до 2% Si).

В последние годы выплавка ферросплавов в доменных печах сократилась в виду неэкономичности передела. Более выгодно выплавлять ферросплавы в электропечах.

Шлак Шлак образуется в доменной печи из флюса, золы кокса и железосодержащих материалов. Доменные шлаки применяют в качестве сырья для производства различных строительных материалов (цемент, вяжущие вещества, шлаковая вата и пемза, дорожная брусчатка и др.). Значительную часть шлака подвергают грануляции, заключающейся в быстром охлаждении жидкого шлака водой или воздухом. В результате получают мелкие твердые зерна шлака (гранулы).

Доменный (колошниковый газ) Это газ, выходящий из печи через ее верхнюю часть – колошник. Он состоит из СО, Н2, СО2, СН4 и N2. После очистки от содержащейся в нем пыли, газ используется как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь, для отопления котлов и других целей.

Технология доменной плавки

Современные доменные печи характеризуются продолжительной кампанией работы или периодом непрерывной работы печи, которая составляет в среднем 7 – 10 лет.

Работа доменной печи включает как бы три стадии:

· задувка печи;

· ведение печи;

· выдувка печи.

Задувка печи После строительства и капитального ремонта доменной печи необходимо ввести ее в действие. Пуск в эксплуатацию доменной печи после постройки или капитального ремонта называют задувкой. Перед задувкой печь испытывают и проверяют все оборудование на работоспособность и тщательно просушивают кладку печи. Сушку огнеупорной кладки проводят в течение нескольких суток. Для сушки отдельных участков кладки может использоваться газ или электроэнергия. Общую сушку кладки осуществляют горячим дутьем.

Составляют задувочную шихту и производят загрузку доменной печи. Особенностью задувочной шихты является ее переменный состав. В нижнюю часть доменной печи загружают кокс. Затем к нему добавляют некоторое количество доменного шлака и известняк. В третью или четвертую порцию задувочной шихты вводят руду, количество которой увеличивают. В течение нескольких первых суток работы рудную нагрузку поддерживают ниже нормальной, пока доменная печь не прогреется. На нормальный эксплуатационный режим доменная печь выходит через 7 – 10 суток.

Ведение печи

Главной задачей управления работой доменной печи является получение максимально возможного количества чугуна заданной марки при минимальном расходе кокса. Для каждой доменной печи находят оптимальный режим плавки, который обеспечивает выполнение этой задачи.

В практических условиях ведется наблюдение за ходом процесса и, в случае необходимости, принимаются меры для его регулирования. Для этого печи оснащают большим числом контрольно-измерительных приборов, позволяющих проводить измерение и регистрацию следующих параметров:

· давление, температуру, количество и влажность дутья, подаваемого в печь;

· давление, температуру и состав колошниковых газов;

· уровень шихтовых материалов в печи;

· температуру кладки отдельных частей печи;

· расход газа и кислорода, подаваемых в печь;

· содержание кислорода в дутье;

· перепад давления по высоте печи.

На основании показаний этих приборов принимаются меры для предупреждения и ликвидации нарушений процесса плавки.

Основными нарушениями нормального хода печи являются:

· нарушение распределения газового потока в доменной печи;

· нарушение теплового режима доменной плавки;

· нарушение ровного схода шихтовых материалов.