1. Исходные материалы для производства чугуна:
1.Железные руды:
-красный железняк, или гематит Fе2О3; содержит в среднем 51…66 % Fе, а чистый гематит – 70 % Fе.
-бурый железняк – лимонит – кристаллогидрат оксида железа Fе2О3∙nН2О; содержит железа от 55 до 30 % и ниже.
-магнитный железняк – магнитный оксид железа FеО Fе2О3 (Fе3О4); массовое содержание железа от 50 до 72 %.
-шпатовый железняк, или сидерит FеСО3, содержит 30…42 % Fе.
Топливо.Основным топливом для доменных печей является каменноугольный кокс. Для снижения расхода кокса и интенсификации выплавки чугуна в доменную печь вдувают природный газ, а также мазут, угольную пыль.
Флюсы.Во всех железных рудах, а также в золе от кокса в избытке содержатся кремнезем и глинозем, поэтому в шихту в качестве флюса добавляют известняк или доломит; они способствуют также шлакованию серы, вредной примеси в чугуне.
Смесь топлива, железных руд и флюсов называется шихтой.
Подготовка руд к доменной плавке. Руду дробят, затем руду обрабатывают промывкой (для обогащения руд), обжигают (для удаления влаги, углекислоты и частичного выжигания серы) и подвергают магнитному обогащению (используют магнитные сепараторы).
2.Доменная печь (рис. 1, а) является шахтной печью, которую выкладывают в стальном корпусе шамотным кирпичом. У доменной печи выделяют (рис. 1, а) колошник, шахту, распар, заплечики и горн. Через колошниковый затвор в доменную печь загружают шихту. Шахта имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу, что способствует свободному опусканию шихты по мере плавления. На уровне распара и заплечиков образуется губчатое железо, которое затем науглероживается, плавится и стекает в горн. Заплечики от распара суживаются к горну, поэтому твердая шихта удерживается в распаре и шахте.
В горне на лещади 6 накапливается жидкий чугун. Его плотность 6,9 г/см3, а плотность шлака около 2,5 г/см3, поэтому над чугуном находится слой шлака. Накопившийся шлак периодически выпускают Рис.1
через летку 5, а чугун – через летку 1. Окислительное дутье для горения топлива подается через фурмы 4 под давлением до 500 кПа; оно предварительно нагревается в регенеративных печах – воздухонагревателях. Эти же фурмы используют для подачи в печь природного газа и других топливных добавок (мазута, пылевидного топлива). На колошнике находится засыпной аппарат 3 и газоотвод 2 для доменного (колошникового) газа. Главной характеристикой печи является ее полезный объем – внутренний объем, исчисленный по полезной высоте печи.
Доменный процесс. В печи непрерывно движутся: сверху вниз – поток шихты, снизу вверх – поток газов, образующихся при горении топлива и реакциях с составляющими шихты. Сущность доменной плавки состоит в восстановлении железа из оксидов в руде, науглероживании железа и ошлаковании пустой породы и золы топлива.
Восстановление оксидов и образование чугуна начинается с восстановления оксидов железа монооксидом углерода в средней части шахты. При опускании шихты к распару эти реакции развиваются и протекают быстрее:
3Fе2О3 + СО = 2Fе3О4 + СО2 + dН;
Fе3О4 + СО = ЗFеО + СО2 - dН;
FеО + СО = Fе + СO2 + dН.
Науглероживание железа начинается в шахте вслед за его восстановлением с образованием карбида железа по реакции:
3Fе + 2СО = Fе3С + СО2.
3.Продукты доменной плавки:
-передельные чугуны, идущие в переплавку на сталь (а также частично для литейного производства);
-литейные чугуны, применяемые исключительно для фасонного литья;
-ферросплавы, служащие при производстве стали для ее раскисления и легирования, имеют повышенное (более 10 %) массовое содержание одного или нескольких элементов (например, марганца, кремния, хрома и др.);
-доменный газ отходит в среднем 3000 м3 на 1 т выплавленного чугуна, шлака – до 0,6 т; содержит 25…34 % СО, 1…3 % Н2, остальное – N и СО2. Газ отводится с колошника, проходит очистку от пыли, захваченной из шихты, и часть его (около 25 %) используется на подогрев дутья доменной печи, остальная часть – для нагрева коксовых батарей, нагревательных печей в прокатных цехах, котлов и т. д.;
-шлак из доменной печи по желобу стекает в ковш. Затем его гранулируют струей воздуха или пара над водяным бассейном. Из гранулированного шлака приготовляют шлакобетон, шлаковый кирпич; при гранулировании паром из шлака получают шлаковую вату для тепловой изоляции.