Виробництво чавуну.

Чавун - сплав заліза і вуглецю з супутніми елементами (вміст вуглецю більше 2,14%).

Для виплавки чавуну в доменних печах використовують залізні руди, паливо, флюси.

До залізних руд відносяться:

магнітний железняк ( ) зі змістом заліза 55...60%, родовища - Соколовское, Курська магнітна аномалія (КМА);

червоний железняк ( ) зі змістом заліза 55…60%, родовища - Кривий ріг, КМА;

бурий железняк (гідрати оксидів заліза 2Fe₂O₃ * 3H₂O и Fe₂O₃ * H₂O₎ c змістом заліза 37…55% - Керч.

Марганцеві руди застосовуються для виплавки сплаву заліза з марганцем - феромарганця (10...82% ), а також передільних чавунів, що містять до 1% марганцю. Mарганец в рудах міститься у вигляді оксидів і карбонатів : та ін.

Хромові руди застосовуються для виробництва ферохрому, металевого хрому і вогнетривких матеріалів - хромомагнезитов.

Паливом для доменної плавки служить кокс, можлива часткова заміна газом, мазутом.

Флюсом є вапняк або доломітизований вапняк, що містить і , оскільки в шлак повинні входити основні оксиди ( ), які потрібні для видалення сірки з металу.

Підготовка руд до доменної плавки здійснюється для підвищення продуктивності доменної печі, зниження витрати коксу і поліпшення якості чавуну.

Метод підготовки залежить від якості руди.

Дроблення і сортування руд по великості служать для отримання шматків оптимальної величини, здійснюються за допомогою дробарок і класифікаторів.

Збагачення руди засноване на відмінності фізичних властивостей мінералів, що входять до її складу :

а) промивання - відділення щільних складових від порожньої рихлої породи;

б) гравітація (відсадження) - відділення руди від порожньої породи при пропусканні струменя води через дно вібруючого сита : порожня порода витісняється у верхній шар і відноситься водою, а рудні мінерали опускаються;

в) магнітна сепарація - подрібнену руду піддають дії магніта, що притягує залізовмісні мінерали і відділяє їх від порожньої породи.

Окусковывание роблять для переробки концентратів в кускові матеріали необхідних розмірів. Застосовують два способи окусковывания : агломерацію і обдавання.

При агломерації шихту, що складається із залізної руди (40…50%), вапняку (15…20%), повернення дрібного агломерату (20...30%), коксової дрібниці (4…6%), вологи (6...9%), спекают на агломераційних машинах при температурі 1300...1500 ⁰С. При спіканні з руди видаляються шкідливі домішки (сірка, миш'як), розкладаються карбонати, і виходить кусковий пористий офлюсований агломерат

При обдаванні шихту з подрібнених концентратів, флюсу, палива зволожують і при обробці у барабанах, що обертаються, вона набуває форми кульок-окатишів діаметром до 30 мм. Їх висушують і обпалюють при температурі 1200…1350 ⁰С

Використання агломерату і окатишів виключає окрему подачу флюсу- вапняку в доменну піч при плавці.

Виплавка чавуну.

Чавун виплавляють в печах шахтного типу - доменних печах.

Суть процесу отримання чавуну в доменних печах полягає у відновленні оксидів заліза, що входять до складу руди оксидом вуглецю, воднем і твердим вуглецем, що виділяється при згоранні палива.

При виплавці чавуну вирішуються завдання:

Відновлення заліза з оксидів руди, вуглецювання його і видалення у вигляді рідкого чавуну певного хімічного складу.

Оплавлення порожньої породи руди, утворення шлаку, розчинення в нім золи коксу і видалення його з печі.

Пристрій і робота доменної печі.

Д оменна піч (рис.1.1) має сталевий кожух, викладений вогнетривкою шамотною цеглиною. Робочий простір печі включає колошник 6, шахту 5, розпарення 4, заплічники 3, горн 1, лещадь 15.

Рис.1.1 Облаштування доменної печі

У верхній частині колошника знаходиться засипний апарат 8, через який в піч завантажують шихту. Шихту подають у вагонетки 9 підйомника, які пересуваються по мосту 12 до засипного апарату і, перевертаючись, висипають шихту в приймальну воронку 7 розподільника шихти. При опусканні малого конуса 10 шихта потрапляє в чашу 11, а при опусканні великого конуса 13 - в доменну піч, що запобігає виходу газів з доменної печі в атмосферу.

При роботі печі шихтовые матеріали, проплавляясь, опускаються, а через завантажувальний пристрій подають нові порції шихти, щоб увесь корисний об'єм був заповнений.

Корисний об'єм печі - об'єм, займаний шихтою від лещади до нижньої кромки великого конуса засипного апарату при його опусканні.

Корисна висота доменної печі (Н) досягає 35 м, а корисного об'єму – 2000...5000 м³

У верхній частині горна знаходяться фурмені пристрої 14, через які в піч поступає нагріте повітря, необхідне для горіння палива. Повітря поступає з воздухонагревателя, усередині якого є камера згорання і насадка з вогнетривкої цеглини, в якій є вертикальні канали. У камеру згорання до пальника подається очищений доменний газ, який, згораючи, утворює гарячі гази. Проходячи через насадку, гази нагрівають її і віддаляються через димар. Через насадку пропускається повітря, він нагрівається до температури 1000…1200 ⁰С і поступає до фурменого пристрою, а звідти через фурми 2 - в робочий простір печі. Після охолодження насадок нагрівачі перемикаються.

Горіння палива. Зблизька фурм природний газ і вуглець коксу, взаємодіючи з киснем повітря, згорають:

В результаті горіння виділяється велика кількість теплоти, в печі вище за рівень фурм розвивається температура вище 2000 ⁰С. Продукти згорання взаємодіють з розжареним коксом по реакціях:

Утворюється суміш відновних газів, в якій окисел вуглецю є головним відновником заліза з його оксидів. Для збільшення продуктивності повітря, що подається в доменну піч, зволожується, що призводить до збільшення змісту відновника.

Гарячі гази, піднімаючись, віддають теплоту шихтовым матеріалам і нагрівають їх, охолоджуючись до 300…400⁰С у колошника.

Шихта (агломерат, кокс) опускається назустріч потоку газів, і при температурі біля 570⁰С починається відновлення оксидів заліза.