Технология выплавки чугуна

Материалы для доменного производства чугуна

Чугун — это сплав железа с фосфором, кремнием и углеродом, который давно нашел применение в различных областях человеческой деятельности.

Популярность чугуна обусловлена его механической твердостью, высокой сопротивляемостью износу, простотой обработки и дешевизной производства. Основным способом получения чугунных изделий является литье с последующим фрезерованием для достижения точной формы и отличного качества поверхности. Обычно с помощью фрезерования обрабатываются такие детали, как отверстия, плоскости и места для крепления шпинделя.

К недостаткам готовых чугунных изделий можно отнести их хрупкость даже при небольших дефектах литья, допущенных в процессе изготовления.

В автомобильной промышленности используют чугун с вермикулярным графитом, из которого изготавливают коленчатые валы дизельных двигателей и блоки цилиндров двигателей внутреннего сгорания. Графит значительно повышает прочность сплава, поэтому такой чугун востребован не только в машиностроении, но и в производстве труб для водоотведения и водоснабжения, а также труб для нефтегазовой промышленности. Для таких изделий характерны высокие эксплуатационные качества.

Всем известно сантехническое оборудование из чугуна — ванны, раковины, кухонные мойки, фитинги и трубы. Эти изделия надежны, неприхотливы в уходе и способны длительное время сохранять первоначальный внешний вид. Отопительные радиаторы из чугуна пользуются устойчивым спросом благодаря своей долговечности, хорошим теплоаккумулирующим свойствам и высокой теплоотдаче. Через час после отключения чугунные радиаторы продолжают излучать тепло на треть своей первоначальной мощности, в то время как радиаторы из стали остывают в два раза быстрее.

Читайте также: Отопление из медных труб. Особенности

Способностью долго сохранять тепло обладает и чугунная посуда, поэтому она незаменима для приготовления «долгоиграющих блюд», требующих долгого томления. Казаны из чугуна идеально подходят для приготовления рагу, плова и каш, поскольку пища в них готовится по принципу русской печки. Благодаря этому продукты сохраняют свои полезные питательные свойства, а в готовой пище не образуются канцерогены.

В арсенале повара самого престижного ресторана обязательно будет посуда из чугуна: горшки, казаны, сковородки. Да и на кухне любой хозяйки можно найти подобные изделия, ведь даже самая дорогая нержавеющая посуда не обладает уникальными характеристиками чугунного сплава. Ученые доказали, что в процессе приготовления чугун обогащает пищу соединениями железа, полезными для здоровья человека.

Чугун — пористый металл, который обладает способностью впитывать жиры в процессе приготовления. Благодаря этому антипригарные свойства посуды со временем только улучшаются, что облегчает процесс жарки и тушения.

Чугунные сплавы широко используются в сфере художественного архитектурного литья, в производстве ажурных ограждений и решеток, винтовых лестниц и балконов, беседок, каминов и светильников, столбов, фонарей и скульптур.

Материалы для доменного производства чугуна.

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.

К железным рудам относится магнитный, красный, бурый и шпатовый железняк.

Магнитный железняк (магнетит) содержит железо в виде Fe3O4(закись-окись железа), обладающей хорошо выраженными магнитными свойствами. Магнетиты содержат 40…70 % железа и являются наиболее богатыми железными рудами, но восстанавливаются труднее других руд

Красный железняк (гематит) содержит железо в виде Fe2O3 (безводная окись железа). Содержание железа составляет 55…60 % при малом содержании вредных примесей.

Бурый железняк (лимонит) содержит гидраты оксидов железа 2Fe2O3∙ 3H2OиFe2O3∙H2O. Содержание железа – 25…50 %. Гидратная влага, легко удаляемая при плавке, делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению. Бурые железняки содержат значительное количество серы, фосфора и других вредных примесей.

Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли FeCO3. Содержание железа – 30…37 %. Перед плавкой эти руды обжигают, удаляющийся при этом углекислый газ делает руду пористой и легко поддающейся восстановлению.

Комплексные железные руды наряду с железом содержат другие полезные металлы, которые при доменной плавке переходят в чугун и улучшают его свойства.

Железные руды обычно содержат мало марганца, который необходим для получения чугуна. Поэтому в шихту (специально подготовленную смесь, содержащую руду, топливо и флюсы) для доменных печей добавляют марганцевые руды. Марганцевые руды применяются для выплавки сплава железа с марганцем – ферромарганца (10…82% ), а также передельных чугунов, содержащих до 1% марганца. Mарганец в рудах содержится в виде окислов и карбонатов: MnO2,Mn2O3,Mn3O4,MnCO3 и др.

Топливом для доменной плавки служит кокс, который играет двоякую роль: служит топливом и обеспечивает нагрев печного пространства до необходимой температуры; обеспечивает восстановление окислов железа. Возможна частичная замена кокса газом или мазутом.

Флюсомявляется известняк CaCO3или доломитизированный известняк, содержащий CaCO3 и MgCO3, так как в шлак должны входить основные оксиды (CaC,MgO), которые необходимы для удаления серы из металла. В их состав входит минимальное количество вредных примесей.

16. Выплавка чугуна в доменной печи. Продукты доменной плавки.

Читайте также: Рессорно-пружинная сталь 65

Чугун – железоуглеродистый сплав, содержащий более 2% углерода. Кроме углерода, в нем всегда присутствуют кремний (до 4%), марганец (до 2%), а также фосфор и сера. Чугун является основным исходным материалом для получения стали, на что расходуется примерно 80-85% всего чугуна.

A) Основные задачи плавки чугуна в доменной печи: 1) восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава; 2) оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нем золы кокса и удаление его из печи. Сырые материалы при загрузке в доменную печь попадают в область низких температур на колошнике 200 — 300′ С, перемещаются сверху вниз и встречают более высокие температуры, которые достигают 1800 — 1900′ С на уровне фурм и снижаются в горне до 1450′ С. Вдуваемый через фурмы нагретый воздух обусловливает горение углерода кокса по реакции: С + О2 = СО2 + 94 052 кал (394 кДж). Встречая раскаленный кокс при высокой температуре, углекислота восстанавливается. СО2 + С = 2СО — 412 220 кал (176 кДж). Кроме того, окись углерода образуется в результате взаимодействия паров влаги и углерода кокса: Н2О + С = СО + Н2 — 31 382 кал (132 кДж). В верхних горизонтах доменной печи при температуре 100- 200 С испаряется влага, а при 300 — 350′ С удаляется гидратная вода. Из топлива удаляются летучие вещества. При более высоких температурах (до 900 С) разлагается известняк с выделением углекислоты: СаСО3 = СаО + СО2 — 42 490 кал (178 кДж). Восстановление железа происходит последовательно по схеме Fe2O3 -> Fe3O4 -> FeO -> Fe. При более умеренных температурах происходит косвенное (непрямое) восстановление руды окисью углерода. ЗFe2O3 + СО = 2Fe3O4 + СО2 + 12 136 кал (50,7 кДж); 2Fe3O4 + 2СО = 6FeO + 2СО2 — 16 528 кал (69,2 кДж); 6FeO + 6СО = 6Fe + 6СО2 + 23 616 кал (99,1 кДж). При более высоких температурах (> 950′ С) в нижней части печи происходит прямое восстановление железа за счет сажистого углерода, осаждающегося в порах материалов: FeO + С = Fe + СО — 37 284 кал (155,5 кДж). Газами восстанавливается около 60% получающегося в доменной печи железа, а твердым углеродом — около 40%. Кроме железа, в доменной печи восстанавливаются кремний, марганец, сера, фосфор и другие элементы. Восстановление кремния и марганца происходит при высоких температурах (около 1450′ С) твердым углеродом и требует больших затрат тепла и топлива: SiO2 + 2С = Si + 2СО — 152 568 кал (639,5 кДж); MnO + С = Mn + СО — 65 584 кал (275,8 кДж). Сера как вредная примесь чугуна должна быть, по возможности, более полно удалена из него. В доменную печь сера попадает вместе с сырыми материалами; содержится в коксе, руде и флюсах. Около 10 — 60% серы улетучивается с газами в верхних горизонтах печи. Для удаления серы обеспечивают избыток извести в шлаках и высокую температуру в горне. Сера удаляется по реакции FeS + СаО = CaS + FeO + 4380 кал (18,4 кДж). Образующийся сульфид кальция нерастворим в чугуне, переходит в шлак и вместе с ним удаляется из печи. Дополнительно десульфурация чугуна происходит после выпуска его из доменной печи за счет взаимодействия серы с марганцем, которого для этого должно быть в чугуне достаточно много. FeS + Mn = Fe + MnS + 21 700 кал (90,9 кДж). Фосфор также является вредной примесью чугуна, однако его удаление из жидкого чугуна в условиях доменной плавки затруднительно. Фосфор, попавший в доменную печь с сырыми материалами, растворяется в чугуне и остается в нем. Непосредственно после восстановления в доменной печи получается твердое пористое губчатое железо с высокой температурой плавления 1539′ С. При его взаимодействии с окисью углерода образуется карбид железа (цементит) Fe₃С: 3Fe + 2СО = Fe3C + СО2 + 36 220 кал (150,4 кДж). Цементит растворяется в железе, науглероживает его до 4,3% и понижает температуру плавления до 1140 — 1150′ С. Науглероженное низкоплавкое железо расплавляется, каплями стекает в горн и по пути растворяет кремний, марганец, серу, фосфор и другие элементы. Образующийся сплав сложного состава представляет собой чугун — главный продукт доменной плавки. Шлакообразование должно происходить после завершения процессов восстановления железа из руды, так как иначе легкоплавкий холодный шлак стекает вниз печи, захолаживает ее, расстраивает нормальный ход плавки и приводит к изменению химического состава чугуна и шлака. Согласование процессов восстановления и шлакообразования достигается поддержанием определенного химического состава и температуры плавления шлаков, а также регулированием всего хода плавки. Образование шлака начинается после опускания шихты приблизительно до распара при температуре 1200′ С, когда пустая порода сплавляется с флюсами (известью). При стекании шлака вниз он обедняется окислами железа и марганца, обогащается известью и приобретает заданный состав.

B) К продуктам доменного производства относятся чугун, ферросплавы, шлак, доменный газ и колошниковая пыль. Чугун- главный продукт, остальные — побочные. Чугуны, выплавляемые в доменной печи, в зависимости от назначения подразделяются на передельные (применяются для выплавки стали); литейные (используемые для получения отливок); ферросплавы (используемые при плавке стали для раскисления, а также для введения в сплавы легирующих элементов). Передельных (половинчатых) чугунов в доменных печах выплавляется около 80 — 90%. Они содержат 0,2 — 1,75% кремния, 0,5 — 1,75% марганца, не более 0,08% серы, не более 0,07% — фосфора (кроме томасовского). В зависимости от вида сталеплавильного агрегата, в котором будет выплавляться сталь, передельные чугуны подразделяются на мартеновские, содержащие значительное количество марганца (1,0 — 1,75%) и мало кремния (0,76 — 1,25%), серы (до 0,07%) и фосфора (до 0,3%); бессемеровские, содержащие много кремния (0,7 — 1,75%) и томасовские, содержащие много фосфора (1,6 — 2,0%). Литейных (серых) чугунов выплавляется около 8 — 17%. В их состав входит 1,25 — 4,75% кремния, 0,5 — 1,3% марганца, до 0,05% серы и до 1,2% фосфора. Ферросплавов в доменных печах выплавляется 2 — 3%. Различают три вида ферросплавов: ферросилиций с содержанием 10- 15% кремния; ферромарганец с 70 — 80% марганца и зеркальный чугун с 10 — 25% марганца. 17.Производство стали. Сущность процесса, этапы выплавки стали.

Сталь — это железоуглеродистый сплав, в котором содержится практически до 1,5% углерода, при большом его содержании увеличивается хрупкость и твёрдость стали, но они не широко применяются.

А)Способы получения стали зависят от применяемого оборудования:

1)При первом способе

выплавка стали производиться в конвертере, представляющим собой стальной сосуд грушевидной формы, выложенный внутри огнеупорным кирпичом. Для получения стали ,в конвертер заливают жидкий чугун, имеющий высокую температуру (1250-1400 С) и загружают известняк, металлолом. Затем подают кислород под давлением. При этом кислород быстро выжигает из чугуна избыток углерода и др. примесей, известь взаимодействует с фосфором, серой и переводит их в шлак. По ходу плавки берут пробы металла на экспресс-анализ. Если содержание углерода соответствует заданному продувку кислородом прекращают и сталь сливают в ковш, а шлак сливают через специальное отверстие. Преимущества конвертерного способа:1) высокая производительность; 2) компактность и простота устройства конвертера; 3) низкая себестоимость стали.

Недостатки:1)в конвертерах перерабатывается только жидкий чугун, а переработка металлолома возможна в небольшом количестве (до 10%); 2)в процессе продувки наряду с выгоранием углерода и других примесей выгорает немалая часть железа (потери металла составляют 10-15%); 3)процесс получения стали вследствие большой скорости с трудом поддается регулированию, что сокращает возможность получения стали точно определенного состава. Конвертерную сталь применяют главным образом для изготовления изделий не требующих от металла особо высоких качеств.

2) Мартеновская печь-

это печь особой конструкции пламенная печь, в которой металл плавится под непосредственным воздействием пламени горящего топлива. Мартеновская печь работает на газообразном и жидком топливе (мазуте).

Преимущества мартеновского способа:1) процесс плавки хорошо поддается управлению, что дает возможность получать сталь высокого качества и определенного состава; 2) возможность использования постоянно возрастающих ресурсов вторичного сырья (отходы сталелитейного производства, отходы металлообработки, амортизационный лом, который образуется в процессе эксплуатации машин и металлических изделий).

Недостатки:1) значительный расход топлива. 2)Одним из основных путей снижения себестоимости стали является снижение расхода топлива и увеличение производительности мартеновских печей.

Читайте также: Как отличить медный провод от омедненного

3)Производство стали в электрических печах (дуговые и индукционные печи) является более совершенным, чем предыдущие способы. Наиболее широкое распространение в металлургической промышленности поучили дуговые электрические печи. При плавке стали в дуговых электропечах в состав шихтовых материалов входят в основном стальной лом и скрап с добавками чугуна, железной руды, флюсов, раскислителей и ферросплавов. В этих печах плавку металла осуществляют теплом, выделяемым электрической дугой, образуемой между электродами и металлом (служащим вторым электродом) (температура до 3500°С).

В индукционных печах плавку металла осуществляют теплом, выделяемым от вихревых токов, образующих от подачи на корпус индуктора тока высокой частоты. Плавку ведут быстро, поэтому металл не успевает сильно окислиться. Плавка в индукционных печах ведется в воздушной среде или вакууме.

Преимущества способа получения стали в электропечах:

1) создание высокой температуры в плавильном пространстве печи дает возможность быстро проводить плавку;

2) получать сталь и сплавы любого состава;

3) использование известкового шлака, способствует хорошему очищению металла от вредных примесей серы и фосфора;

4) возможность ведения плавки при всех режимах и условиях производства;

5) создание воздушной среды или вакуума в печи способствует хорошему раскислению и дегазации стали.

1) значительный расход электроэнергии и электродов;

2) высокая стоимость получения стали.

В электропечах получают высоколегированные жаростойкие, жаропрочные и конструкционные стали и сплавы с особыми свойствами. В обычных сталеплавильных печах трудно, а иногда и невозможно получить металл, который удовлетворял бы возросшим потребностям современной техники. Поэтому большое развитие получают различные специальные способы производства высококачественных сплавов и сталей. К ним относятся плазменный, электрошлаковый, вакуумный, и другие. наиболее перспективны методы внепечной обработки стали: обработка жидкой стали в вакууме, продувка стали газами, обработка стали жидкими синтетическими шлаками.

Выбор способа производства стали зависит от ряда технических, экономических и географических факторов. Предпочтение отдается тому способу производства, который позволяет получить сталь необходимого состава и высокого качества при меньшей ее себестоимости.

В) Этапы выплавки стали

Первый этап. Нагрев ванны жидкого металла и расплавление шихты.

Температура металла не высокая, происходит процесс окисления железа примесей, образование оксида железа, а именно марганца, кремния и фосфора.

Самая важная задача этапа — это удаление фосфора. Для этого желательно провести плавку в основной печи. Должна быть не высокая температура ванны и шлака.

Второй этап. Кипение металлической ванны, которое начинается по мере прогрева к более высоким температурам. Следовательно, при повышении температуры быстрее протекает реакция окисления углерода, которая происходит с поглощением теплоты:

Для того что бы, произошли окисления углерода в металл необходимо ввести малое количество руды.

Для удаления серы также создаются условия. В стали сера находится в виде сульфида, который тоже растворяется в главном шлаке. Если температура высокая, то количество сульфида железа растворяется в шлаке больше и взаимодействует с оксидом кальция:

Третий этап. Следовательно, сталь раскисляется в восстановлении оксида железа, который растворён в жидком металле.

Существуют два способа раскисления стали: осаждающее и диффузионное.

Принцип осаждающего раскисления заключается в том, что большее количество в ней кислорода переводят в нерастворимые оксиды элементов — раскислителей.

Читайте также: Все о лечении медью. Магические свойства меди

Диффузионное раскисление взаимодействует со специальным шлаком и за счёт этого происходит процесс снижения концентрации кислорода в расплаве стали.

Стали выплавляют в зависимости от степени раскисления:

При полном раскислении в печи и ковше получается спокойная сталь.

Полуспокойная сталь раскисляется промежуточно между спокойной и кипящей. Кипящая же сталь раскисляется в печи не полностью.

18. Производство стали в мартеновских печах, виды мартеновских процессов.

Мартеновское производство — это процесс получения стали методом окислительной плавки в мартеновских печах.

Мартеновская печь — пламенная регенеративная печь с горизонтальным рабочим пространством. Для вы­плавки стали в мартеновской печи может применяться как жидкий, так и твердый чугун. В отличие от кисло­родного конвертора для выплавки стали в мартеновской печи недостаточно того тепла, которое выделяется в ре­зультате экзотермических реакций окисления примесей чугуна. Поэтому в печь подводится дополнительное теп­ло, получаемое в результате сжигания топлива в рабо­чем пространстве. В качестве топлива применяют природный газ, мазут, а также смесь доменного и коксового (образующегося при производстве кокса) газов.

Сущность мартеновского процесса состоит в переработке чугуна и металлического лома на паду отражательной печи. В мартеновском процессе в отличие от конвертерного не достаточно тепла химических реакций и физического тепла шихтовых материалов. Для плавление твердых шихтовых материалов, для покрытия значительных тепловых потерь и нагрева стали до необходимых температур в печь подводиться дополнительное тепло, получаемое путем сжигания в рабочем пространстве топлива в струе воздуха, нагретого до высоких температур.

Для обеспечение максимального использования подаваемого в печь топлива (мазут или предварительно подогретые газы) необходимо, чтобы процесс горения топлива заканчивался полностью в рабочем пространстве. В связи с этим в печь воздух подается в количестве, превышающем теоретически необходимое. Это создает в атмосфере печи избыток кислорода. Здесь также присутствует кислород, образующийся в результате разложения при высоких температурах углекислого газа и воды.

Таким образом, газовая атмосфера печи имеет окислительный характер, т. е. в ней содержится избыточное количество кислорода. Благодаря этому металл в мартеновской печи в течение всей плавки подвергается прямому или косвенному воздействию окислительной атмосферы.

Для интенсификации горения топлива в рабочем пространстве часть воздуха идущего на горение, может заменяться кислородом. Газообразный кислород может также подаваться непосредственно в ванну (аналогично продувке металла в конвертере).

В результате этого во время плавки происходит окисление железа и других элементов, содержащихся в шихте. Образующиеся при этом оксиды металлов FeO, Fe2O3, MnO, CaO, P2O5, SiO2 и др. Вместе с частицами постепенно разрушаемой футеровки, примесями, вносимыми шихтой, образуют шлак. Шлак легче металла, поэтому он покрывает металл во все периоды плавки.

Шихтовые материалы основного мартеновского процесса состоят, как и при других сталеплавильных процессах, из металлической части (чугун, металлический лом, раскислители, легирующие) и неметаллической части (железная руда, мартеновский агломерат, известняк, известь, боксит).

Чугун может применятся в жидком виде или в чушках. Соотношение количества чугуна и стального лома в шихте может быть различным в зависимости от процесса, выплавляемых марок стали и экономических условий.

По характеру шихтовых материалов основной мартеновский процесс делиться на несколько разновидностей, наибольшее распространение из которых получили скрап-рудный и скрап-процессы.

При скрап-рудном процессе основную массу металлической шихты (от 55 до 75 %) составляет жидкий чугун. Этот процесс широко применяется на заводах с полным металлургическим циклом.

При скрап-процессе основную массу металлической массы шихты (от 55 до 75 %) составляет металлический лом. Чугун (25 — 45 %), как правило, применяется в твердом виде. Таким процессом работают заводы, на которых нет доменного производства.

Железные руды

Железные руды представляют собой горные породы, из которых при данном уровне развития техники, экономически целесообразно извлекать железо. Верхняя зона земной коры мощностью около 16 км содержит в среднем 4,9% Fe, входящего в состав более 350 минералов горных пород. Такие широко распространенные горные породы как гранит, базальт содержат 3 – 9% Fe. Однако, в настоящее время столь бедные железом породы, пока не используются. Железо в земной коре в чистом виде не встречается, а находится обычно в соединениях с кислородом, так как обладает сравнительно большим сродством к кислороду.
В природе в большинстве случаев, железо встречается в виде:

• магнитной окиси железа Fe3 О4 (магнитный железняк или магнетит);
• безводной окиси железа Fe2 O3 (красный железняк или гематит);
• водной окиси железа Fe2 O3 ⋅ nH2 O (бурый железняк или гетит);
• соединения железа с двуокисью углерода FeСO3 .

Каталог

• Главная
• Техническая информация
• Металлы и сплавы
• Производство чугуна и стали

Металлы и сплавы по химическому составу делятся на цветные (медь, алюминий, свинец, бронза, латунь и др.) и черные (железо, сталь, чугун). В чистом виде металлы используются редко, а в основном — в виде сплавов.
Чугун и сталь это сплавы железа с углеродом

, в которых неизбежно наличие примесей других химических элементов:

Сталь: Fe
+ С (< 2%) + примеси (относительно немного);
Чугун: Fe
+ С (> 2%) + примеси (больше, чем у стали).
Что общего и в чем различия (табл. 1.3) между этими сплавами?

Основа одна — железо. Главное отличие заключается в том, что чугун имеет повышенное содержание углерода (свыше 2% в чугунах и до 2% в сталях) Граница

между этими сплавами проходит по содержанию углерода в сплаве. Так же больше во многих чугунах марганца, серы, фосфора и кремния.

Стали чаще всего более твердые, прочные и износостойкие. Чугуны же более хрупкие, но обладают хорошими литейными свойствами. Сталь является производной от чугуна., т.к. производство её в основном двух стадийное: из железных руд сначала получают чугун, далее из чугуна и стального лома получают сталь.

Таблица 1.3 Сравнительные показатели чугунов и сталей.

№	Наименование показателей	Чугун	Сталь
1	Содержание углерода, %	> 2%	< 2%
2	Содержание S, P, Mn, Si	Много *	меньше
3	Структура	ледобурит,….	аустенит,феррит,…
4	Хрупкость	более хрупкий *
5	Твердость	более твердая *
6	Прочность	выше *
7	Ковкость	выше *
8	Литейные свойства	выше
9	Изготовляемые детали	станины, корпуса,	валы, шестерни,…
10	Технология изготовления	литье и механ. обраб.	прокатка и мех. обр.

Железо в руде находится в виде окислов, оксидов, карбонатов и прочих химических соединений. Кроме того, в руде много (до 30… 60%) пустой породы: кварцит (песок), глинистые вещества и др.

Основные железные руды:

1. Магнитный железняк Fe O — оксид (до 65% железа). (Соколовское и Сарбайское месторождения, Курская магнитная аномалия)

2. Красный железняк Fe O — оксид (до 60% железа). ( Криворожское месторождение, Курская магнитная аномалия)

3. Бурый железняк n Fe O х mH 2 O — карбонат (до 55% железа). (Лисаковское месторждение)

4. Шпатовый железняк Fe C O 3 — углекислая соль (до 40% железа). ( Криворожское месторождение)

Почти половина разведанных мировых запасов железа находится на территории государств СНГ. Добывалось и производилось чугуна и стали в бывшем СССР больше всех в мире. Причинами этого «достижения» были: несовершенство конструкций и низкая надежность машин и оборудования; низкое качество выплавляемых чугунов и сталей; огромные территории; большая протяженность дорог и коммуникаций; низкая эффективность сельскохозяйственного производства, строительных и дорожных работ. Всё это требовало намного больше металла, чем в других странах. И кроме того, зарытого металла в земле на стройках, брошенного на свалках, в лесах, болотах и на полях было больше всех в мире.

В историческом плане производство черных металлов развивалось по следующим этапам:

1. Сыродутный процесс (1500 лет до н. э.). Производительность процесса очень низкая, получали за 1 час всего до 0,5… 0,6 кг железа. В кузнечных горнах железо восстанавливалось из руды углём при продувке воздухом (рис. 1.19) с помощью кузнечных мехов.

Сначала при горении древесного угля образовывалась окись углерода

которая и восстанавливала чистое железо из руды

Читайте также: Швеллер: виды, производство и область применения

C O + Fe Ù Fe + C O2.

В результате длительной продувки воздухом из кусочков руды получались практически без примесей кусочки чистого железа, которые сваривались между собой кузнечным способом в полосу, которые далее использовались для производства необходимых человеку изделий. Это технически чистое железо содержало очень мало углерода и мало примесей (чистый древесный уголь и хорошая руда), поэтому оно хорошо ковалось и сваривалось и практически не корродировало. Процесс шел при относительно невысокой температуре (до 1100…1350 °С),металл не плавился, т. е. восстановление металла шло в твердой

фазе. В результате получалось ковкое (кричное) железо. Просуществовал этот способ до XIV века, а в несколько усовершенствованном виде до начала XX века, но был постепенно вытеснен кричным переделом.

Отсюда следует, что исторически самым первым сварщиком металлов был кузнец, а самый первый способ сварки- это кузнечная сварка.

2. С увеличением размеров сыродутных горнов и интенсификацией процесса возрастало содержание углерода в железе, температура плавления этого сплава (чугуна) оказывалась ниже, чем у более чистого железа и получалась часть металла в виде расплавленного чугуна, который как отход производства вытекал из горна вместе со шлаком.

В XIV век в Европе был разработан двухступенчатый способ получения железа (маленькая домна, далее кричной процесс). Производительность увеличилась до 40 …50 кг/час железа. Использовалось водяное колесо для подачи воздуха. Кричный передел -это процесс рафинирования чугуна (снижение количества C, Si, Mn) с целью получения из чугуна кричного (сварочного) железа.

3.В конце XVIII века в Европе начали использовать минеральное топливо в доменном процессе и в пудлинговом процессе. При пудлинговом процессе каменный уголь сгорает в топке, газ проходит через ванну, расплавляет и очищает металл. В Китае даже раньше, в X-ом веке, выплавляли чугун, а далее получали сталь процессом пудлингования. Пудлингование- это очистка чугуна в пламенной печи.

При очистке железные зерна собираются в комья. Пудлиновщик ломом много раз переворачивает массу и делит ее на 3…5 частей –криц. В кузнице или прокатной машине свариваются зерна и получают полосы и другие заготовки. Используются уже паровые машины вместо водяного колеса. Производительность возрастает до 140 кг сварочного железа в час.

4.В конце XIX века — почти одновременно внедряются три новых процесса получения стали: бессемеровский, мартеновский и томасовский. Производительность плавки стали возрастает резко (до 6 тн/час).

В середине XX века: внедряются кислородное дутье, автоматизация процесса и непрерывная разливка стали.

При сыродутном, кричном и пудлинговом процессах железо не плавилось (технический уровень того времени не давал возможность обеспечить температуру его плавления). Продувка кислородом расплавленного металла в бессемеровском конверторе из -за резкого увеличения поверхности соприкосновения металла с окислителем (кислородом) в тысячу раз ускоряет химические реакции по сравнению с пудлинговой печью.

В сыродутном и кричном процессах получали одностадийным методом ковкое, сварочное железо (малоуглеродистую сталь), причём имеющее небольшое количество примесей, поэтому весьма стойкое к коррозии. Сейчас в стадии развития находится одностадийный процесс производства стали: обогащение руд (получение окатышей, содержащих 90… 95% железа) и выплавка стали в электропечи.

Современное производство чугуна и сталей выполняется по следующей схеме (рис. 1.20).

Производство чугуна

Чугун выплавляется в домнах. Это сложное инженерное сооружение, работающее непрерывно в течение 5..10 лет.

Печь работает по принципу противотока. Сверху загружается руда, флюсы и кокс, а снизу подается воздух.. Кокс служит для нагревания и расплавления руды, а также участвует в восстановлении железа из окислов руды. В коксе должно быть минимум серы и фосфора. Флюсы (известняки, кремнеземы.) необходимы для получения шлаков При сгорании топлива образуется окись углерода, которая и является главным восстановителем железа. Восстановление железа происходит от высших окислов к низшим и, в конечном итоге, к металлу:

Fe2 O3 ® Fe3 O4 ® Fe O ® Fe

окисью углерода СО и твердым углеродом С. Восстановление марганца, кремния и других элементов выполняется также коксом.

Продуктами доменного производства являются:

чугун передельный, содержащий 4…4,5% С, 0,6…0,8 % Si, 0,25…1,0% Mn, до 0,3 % S и до 0,05% Р;

чугун литейный, содержащий Si около 3% ;

ферросплавы: ферросилиций (9 …13% Si) и ферромарганец (70 …75 % Mn), предназначенные для раскисления и легирования сталей;

шлаки, используемые для производства шлаковаты, шлакоблоков, цемента.

Производство стали.

Чтобы получить сталь из чугуна надо уменьшить в нем количество углерода, марганца, серы и фосфора. Сталь получают в кислородных конверторах, мартеновских печах и электропечах.

Конвертор (рис. 1.21) —это сосуд грушевидной формы, футированный внутри огнеупорным кирпичом и подвешенный на двух кронштейнах.

Жидкий чугун (1250…1400 °С), полученный в домне, с помощью ковша заливают в конвертор, Для получения шлака добавляют в конвертор железную руду и известь, боксит и плавиковый шпат. В конвертор снизу подается воздух, или сверху –кислород. Процесс получения стали проходит быстро, при этом отчетливо видны три периода (рис. 1.22).

В первые 4 …5 минут процесса окисляется железо

Далее, образовавшаяся окись железа окисляет кремний и марганец:

Si + FeO ® SiO2 + Fe,

Mn+ FeO ® MnO2 + Fe.

Кремний и марганец окисляются также и кислородом:

При окислении углерода, кремния, марганца и др. примесей выделяется большое количество тепла, температура расплава увеличивается, а окислы образуют шлак.

После того, как выгорят почти полностью Si и Mn наступает второй период бурного выгорания углерода

характерный тем, что пока окись углерода. горит

над горловиной. будет яркое пламя.

Третий период наступает, когда над горловиной появляется бурый дым- признак того, что начало окисляться железо и процесс получения стали завершен.

Кислород вдувается в конвертор сверху (давление до 1,2 МПа) на зеркало жидкого металла. Температура при продувке кислородом выше, чем при продувке воздухом, поэтому кроме расплавленного чугуна можно использовать до 30% железного скрапа и железной руды. При продувке кислородом в сплаве уменьшается содержание азота, время продувки сокращается по сравнению с продувкой воздухом в 2 раза и увеличивается производительность конвертора.

Мартеновское производство менее производительное, чем конверторное., но лучше регулируется процесс, используются чугунные чушки и металлолом. Мартен это регенеративная пламенная печь. Газ сгорает над плавильным пространством, где создается температура 1750… 1800 °С. Газ и воздух предварительно подогреваются (до 1200…1250 °С) в регенераторах. За счет тепла сгоревших газов, выходящих в трубу. Два регенератора: один работает, а другой накапливает тепловую энергию. Для интенсификации процесса ванну продувают кислородом. Раскисление ванны проводят ферросилицием и феромарганцем в ванне, а окончательное –алюминием и ферросилицием в сталеразливочном ковше.

Сталь высокого качества выплавляют в дуговых и индукционных электропечах. Процесс примерно такой же как и в мартеновской печи, но температура выше, поэтому можно получать в электропечах тугоплавкую сталь, содержащую хром, вольфрам и др. Два периода при выплавке электростали: окислительный (выгорают Si, Mn, C, Fe) за счет кислорода, воздуха и оксидов шихты; восстановительный — раскисление стали, удаление серы. Для этого вводят флюс, состоящий из извести и плавикового шпата.

Индукционная плавка применяется обычно для переплавки сталей и получения высоколегированных и специальных сталей в условиях вакуума или специальной регулируемой атмосферы.

Характеристика видов углеродистого металла

Диаграмма железо-углерод показывает, из чего состоит чугун. Кроме железа, присутствует углерод в виде графита и цементита.

Состав сплава чугуна имеет разновидности:

• Белый. Присутствующий здесь углерод находится в химически связанном состоянии. Металл прочный, но хрупкий, поэтому плохо поддается механической обработке. В промышленности используется в виде отливок. Свойство материала позволяют вести его обработку абразивным кругом. Сложность вызывает процесс сварки, поскольку есть вероятность появления трещин из-за неоднородности структуры. Применение нашел в областях, связанных с сухим трением. Обладает повышенной жаростойкостью и износостойкостью.
• Половинчатый. Обладает повышенной хрупкостью, поэтому не нашел широкого применения.
• Серый. ГОСТ 1412–85 указывает, какой процент примесей содержит в своем составе этот металл: 3,5% углерода, 0,8% марганца, 0,3% фосфора, 0,12% серы и до 2,5% кремния. Присутствующий в пластинчатой форме углерод создает низкую ударную вязкость. Характеристика вида указывает, что на сжатие материал работает лучше, чем на растяжение. При достаточном нагреве обладает неплохой свариваемостью.
• Ковкий. Ферритовая основа такого вида обеспечивает ему высокую пластичность. В изломе имеет черный, бархатистый цвет. Получается из белого, который томится длительное время при температуре 800−950 градусов.
• Высокопрочный. Отличие от других видов заключается в присутствии графита шаровидной формы. Получается из серого после добавления в него магния.

Читать также: Мини металлоискатель своими руками

Различия между чугуном и сталью

Чтобы понять, чем отличается сталь от чугуна, нужно рассмотреть их характеристики. Отличительной особенностью чугуна является количество углерода. Минимальное содержание его составляет 2,14%. Это основной показатель, по которому можно отличить этот материал от стали.

Содержание железа в стали составляет 45%, а процентное содержание углерода до 2. Для определения различий на глаз нужно обратить внимание на цвет. Сталь имеет светлый оттенок, а чугун темный.

Определить же процентное содержание примесей может только химический анализ. Если сравнивать температуру плавления чугуна и стали, то у чугуна она ниже и составляет 1150−1250 градусов. У стали — в районе 1500.

Чтобы отличить материал, нужно провести следующие действия:

• Изделие опускается в воду и определяется объем вытесненной воды. У чугуна плотность меньше. Она составляет 7,2г/см3. У стали — 7,7−7,9 г / см3 .
• К поверхности прикладывается магнит, который к стали притягивается лучше.
• При помощи шлифовальной машинки или напильника натирается стружка. Затем она собирается в бумагу и вытирается об нее. Сталь не оставит следов.

Безводная окись железа

Безводная окись железа в рудах представлена минералом гематитом. Руду, содержащую в основном гематит называют красным железняком, являющимся продуктом выветривания магнитных железняков или в значительной степени окисленным магнетитом. Руды бывают кусковатые, иногда пылевидные. В плотных породах цвет гематита меняется от стального до стально-черного. Для пылевидных руд характерен красный цвет. Красный железняк содержит 50 – 60% Fe, и обычно в таких рудах содержится мало серы и фосфора. Пустая порода таких руд обычно состоит из SiO2 и Al2 O3.

Вредные примеси

Вредными примесями являются сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец, медь. Сера придает металлу красноломкость, снижая его механические свойства. Фосфор вызывает в металле хладноломкость, ухудшая свойства металла при низких температурах. Мышьяк понижает свариваемость металла, ухудшает механические свойства. Кроме того, является сильным ядом и присутствие его недопустимо в металлоизделиях, применяемых в пищевой промышленности (емкости для варки пищи, консервные банки). Цинк и свинец не растворяются в чугуне, поэтому они не могут влиять на его качество. Однако, цинк при плавке возгоняется и пары его, проникая в швы кладки, приводят к увеличению ее объема и разрушению кожуха печи. Свинец также способствует разрушению футеровки печи. Медь понижает свариваемость металла и придает ему красноломкость.

Однако, в некоторых случаях, фосфор и медь могут являться полезными примесями. Например, при выплавке некоторых марок стали.

Пустая порода руд преимущественно состоит из SiO2 , Al2O3, СаО и MgО, которые находятся в виде различных соединений. Для доменной плавки желательно, чтобы отношение (СаО + MgО) / (SiO2 + Al2O3) ≈ 1. В этом случае снижается или отпадает совсем потребность во флюсе, увеличивается подвижность доменных шлаков. В природе такие руды встречаются очень редко и называются самоплавкими.

Магнитная окись железа

Магнитная окись железа в рудах представлена минералом магнетитом. Руду, содержащую в основном магнетит, называют магнитным железняком. Магнетит можно рассматривать как закись-окись железа FeO ⋅ Fe2 О3. Под действием влаги и кислорода атмосферы закись железа в молекуле FeO ⋅ Fe2 О3 реагирует с кислородом воздуха, переходя в безводную окись железа Fe2 О3.

Образовавшийся минерал по составу является гематитом, но отличается кристаллической решеткой и называется мартитом. Поэтому магнетит в природных условиях всегда окислен. Для характеристики окисленности магнетита принято пользоваться отношением Feобщ / FeFeO . В чистом магнетите это отношение равно 3,0. Обычно к магнитным железнякам относят руды, в которых это отношение меньше 3,5. При отношении равном 3,5 – 7,0, руды относят к полумартитам, а при отношении, большим 7 – к мартитам.

Магнитный железняк встречается обычно в виде крепких кусковых руд. Он содержит: 55 – 60 % Fe, 0,02 – 2,5 % S, 0,02 – 0,7 % Р и обычно кислую пустую породу (SiO2 , Al2 О3). Магнетит характеризуется высокой магнитной восприимчивостью, и поэтому магнитные железняки можно обогащать электро-магнитным способом.

Преимущества чугуна

Ключевые достоинства чугуна видно сразу, если проанализировать те области, где используется данный сплав и изучить качественные характеристики материала. Среди основных преимуществ можно выделить следующие:

1. Широкий спектр применения.
2. Приемлемая стоимость и относительная простота производственного процесса.
3. Замечательные литьевые характеристики.
4. Высокая прочность.
5. Чугун легко поддается ковке.
6. Отличается длительным сроком службы.

Технология выплавки чугуна

Исходными материалами для производства чугуна являются руды, топливо и флюсы. Основным видом сырья служат железные руды, содержащие химические соединения железа с кислородом и пустые породы из глинозема (Al2O3), оксидов кальция и магния (СаО, MgO) и др.

Ценность железной руды определяется содержанием в ней железа. Наличие вредных примесей (серы, фосфора и др.) обусловливает ухудшение качества получаемого чугуна и необходимость дополнительных затрат по их удалению.

В Украине добываются железные руды: красный железняк (Fe2O3) с содержанием железа 55-60% (Криворожское месторождение) и бурый железняк (2Fe2O3 3H2O) с содержанием железа 35-50% (Керченское месторождение).

Железные руды кроме основного компонента содержат никель, ванадий, кобальт и другие элементы, которые при доменной плавке переходят в чугун, легируют его и улучшают физико-химические свойства.

Источниками тепла для расплавления руды служит топливо – кокс, который получают из коксующихся углей путем их нагрева в специальных печах до 1000-1100 градусов без доступа воздуха. Кокс также участвует в химических реакциях производства чугуна.

В число сырых материалов при выплавке чугуна входят флюсы – минеральные вещества, добавляемые в шихту для снижения температуры плавления пустой породы и удаления в виде шлака ненужных компонентов (золы, серы, пустой породы).

Руда, топливо и флюсы, взятые в определенных дозах (по массе), называются шихтой. Для получения высококачественного чугуна необходима соответствующая подготовка шихтовых материалов.

Подготавливаемая к плавке руда должна иметь требуемый состав и определенный размер кусков (20-40 мм), поэтому крупные куски подвергают дроблению, а мелкие и пылевидные фракции – окускованию.

При низком содержании в руде железа её подвергают обогащению (бедные железные руды Криворожских ГОКов) в основном путем магнитной сепарации в сочетании с обжигом и флотацией.

В настоящее время более 25% железных руд проходят предварительную подготовку к плавке с тем, чтобы в доменную печь поступало железорудное сырье определенной крупности, равномерного химического состава, с высоким содержанием железа и хорошей восстановимостью. Чем тщательнее подготовлена руда к плавке, тем ниже расход топлива и выше качество чугуна.

Основными видами подготовки железных руд являются обогащение руд и окускование рудной мелочи. Наиболее распространенные способы окускования – агломерация и производство окатышей (окомкование).

Агломерация руд заключается в том, что в шихту вводят флюсы и другие полезные добавки и путем сжигания топлива в слое спекаемого материала получают пористый, прочный и хорошо восстанавливаемый в доменной печи материал – офлюсованный агломерат.

С развитием способов обогащения руд и увеличением удельного веса концентрата в общем объеме сырья начал применяться новый способ подготовки руды – окомкование.

Сущность процесса состоит в окатывании частиц исходной шихты и последующем обжиге полученных окатышей размером 25-30 мм, которые содержат 70-95 % железа, однородны по составу и имеют высокую механическую прочность.

Доменная печь (рис. 7.1) представляет собой шахтную печь круглого сечения, заключенную в металлический цельносварной корпус толщиной 25-30 мм в верхней и 35-50 мм в нижней части. Изнутри печь выложена (футерована) огнеупорным кирпичем.

Современная доменная печь состоит из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна. В верхней части печи на колошнике установлен засыпной аппарат 1, служащий для засыпки шихтовых материалов, и газоотводные трубы 2, по которым отводится доменный газ.

Нижняя часть – горн имеет цилиндрическую форму. В верхней части горна расположены фурмы 3, через которые в печь подаются подогретый до 1000-1200 градусов воздух и природный газ.

Нижняя часть горна, в которой собирается чугун и шлак, называют лещадью. Выше ее находится летка 5 для выпуска чугуна, а на высоте 3-3,5 м шлаковая летка 4.

Обе летки забиваются огнеупорной массой, а перед выпуском чугуна пробиваются.

Сущность доменного процесса заключается в восстановлении оксидов железа, что обеспечивается непрерывным взаимодействием опускающихся шихтовых материалов и восходящего потока горючих газов, образующихся при горении кокса в горне.

При нагревании шихты происходит удаление влаги и разложение карбонатов, а оксиды железа под действием газов СО, Н2 и твердого углерода кокса постепенно превращаются в железо по схеме F2O3, F3O4, FeO, Fe.

Основной и важнейший процесс в горне доменной печи – сжигание углерода кокса. В результате горения кокса выделяется необходимое для процесса тепло, образуются восстановительные газы и освобождается объем, что способствует движению шихты сверху вниз.

В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Постоянно контактируя с доменным газом и раскаленным коксом, губчатое железо, восстановленное из кусков агломерата, окатышей или руды, постепенно насыщается углеродом.

При 1135 градусах в железе может растворяться 4,3% углерода.

Науглероживание железа, т.е. насыщение его углеродом, в основном, происходит в области заплечиков печи. Здесь образуются капли сплава FeC, которые струйками стекают в горн печи.

При движении вниз жидкий металл соприкасается с кусками раскаленного кокса, происходит растворение углерода в железе, концентрация углерода повышается до 3,5-4,5%. Кроме углерода в расплав железа переходят восстановленные частично кремний, марганец, фосфор и сера.

Этот многокомпонентный сплав железа назван чугуном. В зависимости от состава шихты в чугуне могут быть также хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк.

Выпуск продуктов плавки производится раздельно: чугуна – через каждые 1,5-2 часа, шлака – 1 час. Чугун выпускается в чугуновозные ковши и транспортируется для разлива в чушки или для дальнейшей переработки в сталеплавильные цехи. Доменная печь работает непрерывно в течение 10-12 лет, после чего подвергается капитальному ремонту.

Материальный баланс доменной плавки

Составление материального баланса плавки основывается на фундаментальном законе химии – законе сохранения вещества, открытом М.В. Ломоносовым, согласно которому масса всех веществ, вступающих в реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

Для проектируемых печей при составлении баланса пользуются данными, полученными в расчетах шихты, колошникового газа и дутья. Баланс обычно сходится с небольшой неувязкой порядка 0,5–1,0 %. В качестве примера ниже представлен материальный баланс доменной плавки:

Задано, кг

Природного газа 95,2

Получено, кг

Газа сухого 2461,0

Влаги и пыли 73,0

Влаги восстановления 67,0

Продукция доменного производства

Основным продуктом доменного производства является чугун – сплав железа с углеродом (2-4,5%) и другими элементами (марганцем, кремнием, фосфором, серой и др.). Все виды чугуна, выплавляемые в доменных печах, по назначению делятся на передельный, литейный и специальный чугун.

Около 85% всего выплавляемого чугуна приходится на передельный (белый) чугун, в котором содержится 3,2-4,5% С, 0,3-1,2% Si, 0,2-1% Mn, 0,15-0,2% P и 0,02-0,07% S. Такой чугун отличается повышенной твердостью, хрупкостью и поэтому используется для производства стали.

Литейный (серый) чугун характеризуется повышенным содержанием кремния (до 4%), обладает хорошими литейными свойствами и применяется для изготовления различных деталей. Разновидностью литейных чугунов является природно-легированные чугуны, получаемые из руд, содержащих ванадий, хром, никель и др. Такие чугуны являются хорошим конструкционным материалом.

Специальные чугуны – это сплавы с высоким содержанием одного или двух неосновных их компонентов. Так, ферросилиций содержит более 13% кремния, ферромарганец до 75% марганца. Эти доменные ферросплавы применяют для раскисления и легирования сталей.

В результате плавки, кроме чугуна, получаются некоторые побочные продукты: шлак, доменный газ и колошниковая пыль. Доменный шлак – это сплав пустой породы, флюсов и золы кокса, он используется как строительный материал. Из него изготавливают шлакобетонные блоки, шлаковату.

Большая часть шлака гранулируется и служит сырьем для изготовления цемента. Доменный газ после очистки его от пыли используется в доменном цехе в воздухонагревателях и для работы воздуходувных машин. Колошниковая пыль улавливается и используется при производстве агломерата.

Маркировка чугунов.

Серые чугуны маркируют буквами СЧ (серый чугун) и цифрами (например, СЧ12, СЧ15, СЧ18, СЧ21, СЧ23, СЧ24, СЧ32, СЧ36, СЧ40), показывающими среднее временное сопротивление при растяжении (кгс/мм2). Например, чугун марки СЧ12 имеет qв≥12 кгс/мм2 (120МПа), СЧ40- qв =40 кгс/мм2 (400 МПа).

Высокопрочные и ковкие чугуны маркируют соответсвенно буквами ВЧ и КЧ и цифрами (например, ВЧ40-10, ВЧ45-5, ВЧ50-2,5, КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3), при этом первые две цифры указывают на средний qв, а следующие на относительно удлиненные.

Специальные чугуны имеют обозначения в маркировке, указывающие их значение. Например, антифрикционные (А) чугуны АСЧ-1, АСЧ-2, АКЧ-1, АВЧ-1 предназначены для работы в паре с термообработанным (нормализованным или закаленным) валом, АСЧ-3, АКЧ-2 и АВЧ-2 – в паре с сырым (в состоянии поставки) валом.

Жаростойкие чугуны маркируются буквами ЖЧ, цифрами показывающими в процентах среднее содержание основного (Cr, Si, Al) легирующего элемента (например, ЖЧХ-20, ЖЧХ-22).

Основные направления в совершенствовании доменного производства

Важнейшими технико-экономическими показателями работы доменных печей служат коэффициент использования полезного объема (КИПО) и удельный расход кокса. Первый показатель определяется отношением полезного объема печи (м3) к ее среднесуточной производительности (т). Чем выше производительность печи, тем ниже коэффициент использования полезного объема.

Этот показатель равен в среднем 0,5…0,7, а на некоторых печах доведен до 0,4. Второй показатель – удельный расход кокса – также характеризует экономичность доменного процесса.

Это объясняется тем, что стоимость кокса составляет более половины стоимости чугуна. Снижение обоих показателей дает большой экономический эффект.

Один из путей повышения экономичности производства чугуна – улучшение подготовки шихтовых материалов и интенсификация процесса плавки. Так, применение офлюсованного агломерата позволяет повысить производительность труда на 10…30%, уменьшить расход кокса примерно на 20%. Замена агломерата окатышами дополнительно увеличивает выплавку чугуна на 5…8% и несколько уменьшает расход кокса.

Интенсифицируют плавку повышением давления на колошнике (способствует более равномерному распределению давления газа по сечению печи, более полному восстановлению железа); обогащением дутья кислородом (повышает температуру горения, ускоряет процессы восстановления кремния, марганца); вдуванием в горн природного газа и угольной пыли (уменьшает расход кокса на 10…15%, ускоряет восстановительные процессы).

Большое значение имеет механизация и автоматизация таких процессов как регулирование температуры в рабочем пространстве печи, дозирование подачи шихтовых материалов, воздуха и др. В последние годы для управлений процессом плавки начали применять электронно-вычислительные машины.

Состав и структура, а также особенности производства чугуна

Чугун – это важный продукт черной металлургии, от которого зависит эффективность работы многих отраслей промышленности. Основные особенности и способы его производства рассмотрим в этой статье.

Производство чугуна и стали — важная отрасль в жизни страны. И для начала мы поговорим про состав первого металла.

Чугун делают из железосодержащей руды. После производства чугун имеет следующий состав:

• Железо, в состав которого входит углерод.
• Марганцевую примесь.
• Серную примесь.
• Фосфорную примесь.
• Кремневую примесь.

Процентное содержание углерода в чугуне составляет примерно 2,14%.

Чугун бывает несколько видов: белый и серый. Каждый вид имеет индивидуальный состав и структуру.

Данное видео расскажет о составе чугуна и стали, а также нюансах их производства:

Благодаря особенностям состава белый чугун имеет светлый оттенок. Рассмотрим состав белого чугуна:

• Цементит (в этом состоянии здесь находится углерод).
• Перлит.
• Ледебурит.
• Кремний.
• Фосфор.
• Марганец.
• Сера.

Серый вид

В составе серого чугуна отсутствует один компонент (ледебурит). Серый чугун состоит из:

• Графита (в этом виде здесь представлена некоторая часть углерода).
• Перлита.
• Кремния.
• Фосфора.
• Марганца.
• Серы.

Углерод и иные компоненты

• Самый главный элемент в чугуне, конечно же, углерод. В зависимости от его количественного содержания получается материал различного сорта.
• После углерода, на втором месте стоит кремний. Его процентное содержание влияет на мягкость, текучесть и литейный свойства материала.
• Благодаря такому элементу, как марганец, чугун приобретает прочность.
• Наличие фосфора в материале делает его способным быстро образовывать трещины в холодных отливках. Кроме этого, эта примесь существенно снижает механические свойства чугуна. Из-за фосфора чугун получается твердым и очень прочным. Но такой чугун не используют для производства деталей, от которых требуется повышенная прочность.
• Самое вредная примесь – это сера. Ее наличие отрицательно влияет на тугоплавкость и жидкотекучесть материала.

Если разломить белый и серый чугун, то можно увидеть совершенно разные структуры.

Визуально структуру серого чугуна можно представить в виде металлической матрицы с кристаллами графита. Матрица может иметь совершенно разный вид. Различают:

• Ферритный вид (в составе структуры нет связанного углерода).
• Феррито-перлитный вид (есть связанный углерод в количестве до 0,8%).
• Перлитный вид (количество углерода 0,8%).

На структуры влияет температура. В случае быстрого охлаждения получается перлитная структура, а в случае медленного – ферритная.

Графит

В зависимости от формы графита различают:

• Ковкий чугун (кристаллы графита имеют хлопьевидную форму).
• Высокопрочный чугун (кристаллы графита имеют сферическую форму).
• Обыкновенный серый чугун (графит имеет пластинчатую форму).

Графит может включаться в структуру серого чугуна различным способом. В зависимости от этого чугун бывает:

• С гнездообразной структурой.
• С игольчатой структурой.
• С пластинчатой прямолинейной структурой.
• С пластинчатой завихренной структурой.

Если сравнивать между собой белый и серый чугун, то наиболее применяемым является серый. Белый чугун проблематично порезать, он трудно отливается. К тому же ему свойственны твердость и хрупкость.

Химический состав

Чугуны могут изготавливаться по назначению. В зависимости от назначения и определенного химического состава, чугуны бывают:

1. Высокопрочные. Высокопрочный чугун получают путем введения в серый чугун (состояние жидкое) специальных добавок. Его используют для очень ответственных деталей. Высокопрочным чугуном часто заменяют сталь.
2. Ковкие. Ковкий чугун получают из белого. Для производства применяют термообработку. Ковкий чугун обладает хорошей вязкостью, высокой пластичностью, повышенным сопротивлениям к ударам и растяжением.
3. Легированные. Легированный чугун содержит практически все элементы. То есть в его состав входит титан, хром, никель, сера. Материал отличается износостойкостью, твердостью и прочностью. Такой вид чугунов преимущественно используют для производства деталей машин с высокими механическими свойствами. В зависимости от преобладающего элемента чугуны бывают никелевые, хромистые и титановые.
4. Специальные (ферросплавы). В специальном чугуне присутствует высокое содержание нескольких элементов: это кремний и марганец. Такие чугуны в основном идут для плавки стали и позволяют удалить из стали вредную примесь (кислород).

Далее рассмотрены литейное, доменное и иные процессы в производстве чугуна, а также указаны исходные материалы для этого.

О производстве чугуна и стали расскажет данный видеоролик:

Для производства чугуна необходима огромная доменная печь. Габаритные размеры такой печи впечатляют: высота 30 метров, внутренний диаметр 12 метров.

• Самая широкая часть доменной печи носит название – распар.
• Нижнюю часть называют горном (через нее в печь попадает горячий воздух).
• Самая верхняя часть доменный печи называется шахта. Она имеет верхнее отверстие, которое носит название калашник. Калашник закрывается специальным затвором.

В основе работы доменной печи лежит противоток. Воздух подается снизу, а материалы (кокс, флюсы и руда) заправляются сверху. Кокс необходим для нагрева, расплавления и восстановления руды. Без флюса не сможет образоваться шлак. А руда – это основное сырье для производства чугуна.

Кроме доменной печи для производства чугуна обязательно потребуются:

• вагонетки,
• специальный кран,
• бункеры,
• транспортеры
• и другое, в условиях металлургического завода.

Совокупность веществ

В состав железной руды входит рудное вещество и пустая порода, которая состоит: из песчаника с примесью глинистых веществ, из кварцита, из известняка и из доломита. Под рудным веществом подразумевают карбонаты железа, окислы и силикаты.

В руде может присутствовать разное количество рудного вещества. В зависимости от этого она бывает богатая и бедная. Бедную руду отправляют на обогащение, а богатую сразу используют в производстве.

Железные руды бывают нескольких видов:

1. Бурый железняк. В состав входит железо в форме водных окислов. Общее процентное содержание железа составляет 25-50%. Пустая порода такого железняка может быть кремнисто-глиноземной и отличаться глинистостью.
2. Красный железняк. Материал имеет второе название – гематит. Железо в структуре этого железняка представлено в форме безводной окиси. В таком железняке очень мало вредных примесей, а самого железа содержится 45-55%. Цвет руды располагается в диапазоне от темно-красного до темно-серого.
3. Магнитный железняк. Железо представлено в форме закиси-окиси и составляет от общего количества 30-37%. У такой руды черный или темно-серый цвет. Пустая порода представляет собой кремнеземистую массу с другими окислами.
4. Шпатовый железняк. Имеет второе название сидерит. Цвет у этого вещества грязно-серый или желтовато-белый. Этот материал легко поддается восстановлению. Железняк достаточно легко окисляется и переходит в форму бурого известняка. Железо в шпатовом железняке представлено в форме углекислой соли.

В процессе производства чугуна используются марганцевые руды. Их закладывают в шихту для увеличения в чугуне количества марганца.

О том, какие вещества являются сырьем для производства чугуна, читайте ниже.

Расчет

Для производства чугуна в количестве одной тонны потребуется:

• Три тонны железистой руды.
• Одна тонна топливного кокса.
• Флюс (количество зависит в зависимости от типа руды).
• Двадцать тонн воды.

Далее рассмотрена технология производства чугуна.

Технологии

Технология производства чугуна состоит из следующих стадий:

1. Подготовка руды. Суть ее заключается в пересортировке руды по размеру кусков и химическому составу. Руду крупных размеров дробят на более мелкие части, а фракции в виде пыли или мелких частиц, наоборот, окусковывают. В основе процессе окускования лежит агломерация, в процессе которой происходит спекание шихты и образование пористого продукта. Так же на этом этапе проводят процедуру обогащения бедных руд. В процессе переработки большая часть пустой породы удаляется, содержание железа увеличивается.
2. Подготовка топлива. Кокс подвергают грохочению. В результате этого процесса удаляется ненужная мелочь, которая может привести к потери тепла в процессе плавки.
3. Подготовка флюсов. Флюс так же измельчают и отсеивают мелочь. После этого все материалы загружаются в печь.
4. Доменный процесс производства. Доменную печь заправляют коксом, затем агломератором (руда спеченная с флюсом) и снова коксом. Температура для выплавки поддерживается благодаря вдуванию подогретого воздуха. В горне сгорает кокс и образуется углекислый газ. СО2 проходит через кокс и образует СО. Окись углерода восстанавливает основную часть руды. При восстановлении железо становится твердым. Оно постепенно переходит в более горячую часть доменной печи, где растворяет внутри себя углерод. В результате образуется чугун. Жидкий чугун вытекает в специальные ковши, откуда его выливают в предназначенные для него формы или сборники-смесители.

Доменная печь работает в непрерывном режиме. Одновременно с производством чугуна восстанавливается марганец, кремний и другие примеси.

Кратко о производстве и производителях (изготовителях) чугуна в России и странах мира расскажет заключительный раздел статьи.

Доменное производство чугуна

На долю мировых производителей чугуна приходится около 900 млн. тонн продукции в год. Если сравнивать объемы производства, то лидирует: Китай (550 млн. тонн чугуна за год), затем Япония (уже 69 млн. тонн), после Россия (45 млн. тонн), Индия (29 млн. тонн в год) и Южная Корея (27 млн. тонн).

• В Китае чугун и сталь производят на пяти комбинатах: Баотоусский, Баошанский, Шунганский, Аньшанский и Уханьский.
• Самыми крупными предприятиями России в области переработки чугуна считаются Магнитогорский, Челябинский комбинат, ООО «Уральская сталь», Череповецкий металлургический комбинат, Новокузнецком металлургическим комбинатом и другие.

Доменное изготовление чугуна подробно рассмотрено в этом видео:

Строим малый и большой бизнес на производстве чугуна

Химический состав чугуна близок к составу стали, но отличается от неё повышенным, более 2%, содержанием углерода. Так же в его состав обязательно входят кремний, марганец, фосфор и сера.

При выплавке стали из железной руды он является промежуточным продуктом производственного процесса, так как температура его плавления на 300 градусов ниже температуры плавления стали.

На следующем этапе процесса при повышении температуры плавки и удаления примесей из него получают сталь. Для этого используется около 85% всего выплавляемого чугуна.

В силу этих обстоятельств он стоит гораздо дешевле стали.

Высокое содержание углерода делает чугун хрупким и уязвимым для ударных воздействий. Но при этом он обладает большой устойчивостью при сжатии.Из-за его структуры изделия из этого материала не чувствительны к повреждениям своей поверхности и такие повреждения не ведут к деформации или разрушению всего изделия в целом.

Эти свойства обуславливают большую, чем у стали, лёгкость резки чугуна, особенно при обработке на токарном станке.Поэтому его часто применяют для изготовления деталей различных устройств, которые не подвергаются ударным и растягивающим воздействиям.История промышленного производства чугуна в России насчитывает без малого 300 лет.

В 20-и веке СССР занимал первое место в мире по выплавке чугуна и стали. За это время валовое производство черных металлов достигло в России вместе с Украиной 153 млн. тонн.После распада СССР выплавка сократилась более чем в два раза. В 2008 году в России выплавлялось 68, 5 млн. тонн.

Сейчас на долю России досталось четвертое место в рейтинге производителей черной стали после Китая, Японии и США.Особенность современного положения дел в чугунолитейной отрасли в России состоит в том, что она большей частью работает на экспорт, производя чугун главным образом в виде чушек, отправляемых за рубеж для дальнейшей обработки.

В результате сложилась ситуация, когда в России, несмотря на большой объём валового производства чугуна, существует постоянный дефицит готовых изделий из литейного чугуна.Благодаря этому в России создалась ниша для малого бизнеса, занимающегося фасонным литьём чугуна.

Следует сказать, что это производство относится к числу сложных и предъявляет высокие требования к технической грамотности и технологической дисциплине, как менеджеров, так и рядовых работников.

Постараемся дать в общих чертах представление об основных способах выделки чугуна и их привлекательности для малого бизнеса.

Доменный способ производства чугуна

Доменное производство имеет своей целью выплавку железа из руды, при этом в ходе плавки удаляются пустая порода и вредные примеси.
Принципиальная схема работы доменной печи остаётся неизменной со времён создания в России чугунолитейного производства.

• • Сама печь представляет собой сооружение с вертикальной рабочей камерой, внутренняя поверхность которой выложена огнеупорным кирпичом.
  • Шихта – сырьё для плавки, подаётся в верхнюю часть доменной печи, называемую колошником.

  Колошник оснащён газоотводами, через которые из доменной печи удаляется смесь из колошниковых газов и шихтовой пыли, скопившихся во время плавки. Затем смесь сепарируется, и пыль уходит в агломерацию, снова попадая в шихту, а газ применяется для использования на вспомогательных производствах.

  • Основная часть рабочей камеры – шахта, выполнена в виде усеченного конуса, расположенного основанием вниз.
  • Под шахтой расположена ёмкость цилиндрической формы – распар. В распаре происходит расплавление шихты, он опирается на столбы, которые укреплены непосредственно в фундаменте доменной печи.
  • Под распаром находится ещё одна ёмкость цилиндрической формы – горн. В верхней части горна имеется летка для выпуска шлака, а в нижней – летка для выпуска чугуна. Через летки во время плавки периодически происходит вывод чугуна и шлака из доменной печи.
  • Выше шлаковой летки расположены отверстия – фурмы, через которые производится подача кислорода, нагретого воздуха и прочих добавок.

  Выплавка в доменной печи происходит следующим образом:

  1. Поданный через фурмы кислород вступает в реакцию с содержащимся в шихте углеродом, температура горения при этом составляет до 2000 градусов.
  2. Расплавленное железо, освобожденное от сгоревшего углерода, скапливается в переходной камере конусообразной формы между горном и распаром – заплечиках. Здесь часть выделившегося из шихты углерода соединяется с железом, науглероживая его. Здесь же с железом соединяются освобожденные из шихты марганец с кремнием, сера, фосфор и другие элементы.
  3. Образовавшийся таким образом чугун стекает из заплечиков в горн, а расплавленный шлак скапливается над ним.
  4. Чугун и шлак выпускаются из доменной печи через соответствующие летки.
  5. Из летки расплавленный чугун, температура которого при этом составляет около 1500 градусов, по желобу попадает в раздаточный ковш.

  Выплавленный чугун делится в зависимости от его назначения на следующие виды:

  1. Передельный чугун, который в дальнейшем будет переделан в сталь.
  2. Литейный чугун, который характеризуется увеличенным содержанием кремния и уменьшенным содержанием серы, служит для выделки чугунного литья.
  3. Специальный (ферросплавный) чугун, в котором может быть увеличено содержание таких элементов, как марганец или хром, служит для производства специальных сталей.

  При разливе из раздаточного ковша, передельный чугун отправляется в миксер, откуда его отбирают для передела в сталь. Литейный же чугун заливается в формы для изготовления чугунных чушек.

  Объём доменной печи составляет от 1500 до 5000 м3, высота её может достигать нескольких десятков метровРабота доменной печи происходит в непрерывном режиме на протяжении нескольких лет, что требует постоянной подачи огромного количества шихты и топлива.

  При этом функционирование доменной печи обеспечивается сложной и высокоразвитой инфраструктурой, состоящей из вспомогательных производств и коммуникаций по транспортировке сырья и конечного продукта.

  Инвестиции, необходимые для организации доменного производства, исчисляются миллиардами рублей. Поэтому его организация под силу только крупным корпорациям.

  В силу всего вышесказанного можно резюмировать, что организация доменного производства чугуна слишком далеко выходит за рамки возможностей малого бизнеса.

  Переплавка чугуна в вагранке

  В отличие от доменной плавки, переплавка чугуна в вагранке при грамотном подходе способна приносить прибыль при относительно небольших вложениях и представляет несомненный интерес для малого бизнеса.Вагранка, как и домна, принадлежит к печам шахтного типа.

  В качестве топлива в ней используется кокс, в последнее время всё большее распространение получают вагранки, работающие на газе.Для достижения высокой температуры горения используется нагнетание воздуха в рабочую камеру.

  В отличие от доменной печи, где металл выплавляется из руды, в вагранке производится переплавка лома чугуна и чугунных чушек с последующим разливом расплава в формы для получения готовых изделий.

  

  Ввиду небольшого размера обслуживание таких печей на порядки проще, чем обслуживание домны. По этой же причине упрощен их ремонт и процедура остановки.

  Принципиальная схема вагранки, работающей на коксе, выглядит так:

  • Основной частью вагранки является металлический цилиндр — кожух, изготовленный из листов стали 6-12 мм. Внутренняя поверхность его выложена жаропрочным кирпичом или иным огнеупорным материалом, толщина которого равняется 200-300 мм.
  • Основанием для кожуха служит подовая плита, которая опирается на четыре колонны. Для удаления остатков чугуна при ремонте служит отверстие, расположенное в центре плиты, закрытое заслонкой.
  • Для загрузки кусков чугуна, кокса и присадок служит завалочное окно.
  • Часть рабочего пространства от подовой плиты до завалочного окна называется шахтой.
  • Часть пространства кожуха, находящаяся выше завалочного отверстия, называется трубой.
  • Нижняя часть шахты называется горном. В горне имеются фурмы для подачи воздуха или кислорода, а так же летки, чугунная и шлаковая.
  • Часть горна в районе фурм – плавильный пояс.
  • Розжиг производится через рабочее окно с помощью дров.

  Процесс плавки происходит таким образом:

  1. Через завалочное окно в шахту загружаются куски чугуна и кокса, а так же флюса и иных присадок.
  2. При сгорании кокса, температура горения которого повышается благодаря нагнетаемому через фурмы воздуху, происходит расплавление чугуна, который выходит через чугунную летку.
  3. Шлак, который в силу своей лёгкости плавает поверх чугуна, выходит сквозь шлаковую летку.
  4. Газообразная смесь, образовавшаяся при горении, уходя вверх по шахте, нагревает опускающуюся от завалочного окна шихту и уходит в трубу.

  Для облегчения заливки больших форм и выдерживания постоянного химического состава чугуна вагранки, как правило, оснащены еще одним горном – копильником, в котором накапливается выходящий из летки кожуха чугун.В этом случае раздача расплава производится из копильника.Рабочий цикл составляет от 10 до 20 часов, после чего вагранка гасится и производится ремонт жаропрочной облицовки её внутренней поверхности.

  Производительность такой печи может равняться от 0,2 до 25 т/час, соответственно, при диаметре шахты от 500 до 2000 мм, при полезной высоте шахты от 3 до 5 метров.

  Инвестиции, необходимые для начала производства по литью в вагранке

  Постараемся определить рентабельность, которой обладает литейное производство, при использовании вагранки производительностью 0,2-0,35 т/час.Потребляемая электроэнергия такой печи равна 2 кВт/ч.

  Она способна выплавлять чугун нескольких видов – литейный, модифицированный и рафинированный. Это происходит за счёт использования технологии ШПР – шлейфовой продувки расплава.

  За месяц такая печь способна производить 22 плавки с выходом готового продукта на одну плавку – 5400 кг. Что за месяц составит 118 т чугуна.Стоимость такой печи около 4500000 р.

  В эту цифру, кроме оборудования, входит стоимость его доставки и монтажа, а так же обучения сотрудников.Аренда производственных помещений и их подготовка к монтажу оборудования, а так же закупка инструмента, спецодежды и тому подобного – 45000 р.

  Итого, объём необходимых инвестиций равен 4950000 р.

  Текущие расходы

  На одну тонну чугуна расходуется:

  • 0,16 т кокса, что при цене 18000 р/т составляет 2880 р.
  • 0,05 т известняка, при цене 2 250 р/т составляет 112, 5р.
  • 0,025 т ферросилиция, при цене 30000 р/т составляет 750 р.
  • 0,2-0,3 т стального лома, при цене 12000р/т составляет 2400 р.
  • 0,7-0,8 т чугунного лома, при цене 9000 р/т составляет 8100 р.

  Таким образом, на одну тонну чугуна расходуется сырья на сумму 14 242,5 р., на 118 т чугуна потребуется сырьё на сумму 1680615 р.При трехсменной работе, когда в одну смену работают четыре человека, на зарплату им уйдет 630000 р. в месяц.Расходы на электроэнергию за месяц составят 880 кВт*4=5280 р.

  Итого сумма текущих расходов за месяц составит 2315895 р.

  Доходы

  Средняя цена за тонну литейного чугуна в чушках составляет около 37500 р/т. При месячной норме выпуска 118 т, общий доход за месяц составит 442500 рублей. Вычтя сумму текущих расходов, получим чистый доход в месяц равный 2 109 105 р.При такой доходности инвестиции полностью окупятся за три месяца.

  Следует отметить, что в этих расчётах речь шла о выпуске литейного чугуна в чушках, при литье готовых изделий, даже таких простых, как канализационные люки, стоимость готовой продукции повышается не менее чем в 2,5 раза.

  Организация такого производства требует дополнительных затрат для обустройства соответствующей формовки, но высокая его рентабельность с лихвой оправдывает все затраты.

  Аналогичным образом обстоят дела и с выпуском рафинированного и модифицированного чугуна.

  Заключение

  Сделаем несколько важных замечаний.Литейное производство относится к числу взрывоопасных и пожароопасных, кроме того, оно сопряжено с выбросом большого количества вредных веществ. Поэтому лицензирование его в России сопряжено с известными трудностями и затратами.

  Функционирование такого производства требует повышенной технологической дисциплины и неуклонного соблюдения правил техники безопасности.Характерным отличием литейного процесса является огромная роль, которую играет технически грамотный персонал, особенно это касается инженерно-технических работников.

  Поэтому к подбору их надо подходить с большой ответственностью и не скупиться на достойную оплату их труда.Так же следует отметить большие резервы рентабельности, которыми обладает литейное дело в России.

  

  В основном они базируются на внедрении новых технологий и развитии производственной инфраструктуры, а так же на расширении ассортимента выпускаемых изделий.Например, сейчас очень активно развивается внедрение новых видов форм, систем нагрева и поддува.

  Что касается ассортимента, то при работе вагранок, как правило, 10% выпускаемой продукции составляет стальное литьё, которое гораздо дороже чугунного. Зачастую вагранку используют так же для выплавки цветных металлов.

  В заключение надо сказать, что кроме шахтных печей, таких как домна и вагранка, производство чугуна и стали осуществляется и в других видах печей:

  • В индукционных печах нагревание металла происходит за счет электромагнитного поля, возникающего между индуктором и металлом, отделенным от него огнеупорной стенкой. Производство отливок из чугуна в индукционных печах тоже часто используются малым бизнесом, иногда они работают в связке с вагранками.
  • В дуговых печах нагрев происходит за счет электрической дуги большой мощности, температура которой достигает 3000 градусов. Дуга эта возникает между металлом и электродом. В таких печах осуществляется производство чугуна и стали в больших объемах.
  • В плазменных печах нагрев происходит потоком газа раскаленного в плазмотроне до 5000-15000 градусов. Они применяются для выплавки специальных сталей.

  3 Технология выплавки чугуна

  

  Чугун– сплав железа с углеродом ссодержанием углерода от 2, 14 до 6,67 мас.%. Кроме углерода чугун всегда содержиткремний до 4 мас. %, марганец – до 2 мас.%, а также серу и фосфор (вредные примеси).В процессе получения чугуна от серы ифосфора стремятся избавиться сиспользованием различных приемов.

  3.1 Подготовка руд к плавке

  Подготовка руд к доменной плавкеосуществляется для повышенияпроизводительности доменной печи,снижения расхода кокса и улучшениякачества чугуна. Цель этой подготовкисостоит в увеличении содержания железав шихте и уменьшении в ней вредныхпримесей – серы, фосфора, повышение ееоднородности по кусковатости и химическомусоставу. Метод подготовки добываемойруды зависит от ее качества.

  Первый этап – дробление и сортировкаруд по крупности для оптимизацииплавки. Куски руды дробят и сортируютна дробилках и классификаторах. Затемпроводятобогащениедля повышениясодержания железа, которое основано наразличных физических свойствах минералов(плотности, магнитной восприимчивостии т.д.). Применяют следующие способыобогащения:

  – Промывка руды водой– для отделенияплотных составляющих руды от рыхлойпороды (песка, глины).

  – Гравитация основана на отделениируды от пустой породы при пропусканииструи воды через дно вибрирующего сита,на котором лежит руда. При этом пустаяпорода вытесняется в верхний слой иуносится водой, а тяжелые рудные минералыопускаются вниз.

  – Магнитная сепарацияоснована наразличии магнитных свойств железосодержащихминералов и частиц пустой породы.Измельченную руду подвергают действиюмагнита, притягивающего железосодержащиеминералы, отделяя их от пустой породы.

  Следующая операция – окускование,которое производят для переработкиконцентратов, полученных послеобогащения, в куски необходимых размеров.С этой целью выполняют агломерацию иокатывание.Агломерация – спеканиешихты при 1300-15000С в агломерационныхмашинах.

  В результате из руды удаляетсявредные примеси (сера, частично мышьяк),карбонаты разлагаются, получаетсякусковой пористый материал – агломерат.Окатываниеприменяют дляобработки тонко измельченных концентратов.

  Шихта из измельченных концентратов,флюса и топлива увлажняется и приобработке во вращающихся барабанах, врезультате, приобретает форму шариков– окатышей диаметром до 30 мм. Окатышивысушивают и обжигают при 1200-13500Сна обжиговых машинах, после чего онистановятся прочными и пористыми.

  Приподаче агломерата и окатышей не надодобавлять флюс – известняк, повышаетсяпроизводительность доменной печи иснижается расход кокса.

  3.2 Устройство доменной печи и ее работа

  Чугун выплавляют в печах шахтного типа– доменных печах. Сущность процессаполучения чугуна в доменных печахзаключается в восстановлении железаиз его оксидов, входящих в состав руды,оксидом углерода, водородом и твердымуглеродом, выделяющимися при сгораниитоплива в печи.

  Доменная печь (рисунок 1) имеет стальнойкожух, выложенный внутри огнеупорнымшамотным кирпичом. Рабочее пространствопечи включает колошник 6, шахту 5, распар4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15.

  В верхнейчасти колошника находится засыпнойаппарат 8, через который в печь загружаютшихту.

  

  Шихту взвешивают, подают ввагонетки 9 подъемника, которыепередвигаются по мосту 12 к засыпномуаппарату 8 и, опрокидываясь, высыпаютшихту в приемную воронку 7 распределителяшихты.

  Рисунок1 – Устройство доменной печи

  При опускании малого конуса 10 засыпногоаппарата шихта попадает в чашу 11, а приопускании большого конуса 13 – в доменнуюпечь, что предотвращает выход газов издоменной печи в атмосферу. Для равномерногораспределения шихты в доменной печималый конус и приемная воронка послеочередной загрузки поворачиваются наугол, кратный 600.

  При работе печи шихтовые материалы,проплавляясь, опускаются, череззагрузочное устройство в печь подаютсяновые порции шихты в таком количестве,чтобы весь полезный объем печи былзаполнен.

  Полезный объемпечи –это объем, занимаемый шихтой от лещадидо нижней кромки большого конусазасыпного аппарата при его опускании.Современные доменные печи имеют полезныйобъем 2000 – 5000 м3.

  Полезная высотадоменной печи достигает 35 м.

  В верхней части горна находятся фурменныеустройства 14, через которые в печьпоступает нагретый воздух, необходимыйдля горения топлива. Воздух нагреваютдля уменьшения потерь теплоты и снижениярасхода кокса.

  Воздух поступает вдоменную печь из воздухонагревателя,внутри которого имеется камера сгоранияи насадка. Насадка выложена из огнеупорныхкирпичей, так что между ними образуютсявертикальные каналы.

  В камеру сгоранияк горелке подается очищенный от пылидоменный газ, который сгорает и образуетгорячие газы.

  Газы, проходя через насадку, нагреваютее и удаляются через дымовую трубу.Затем подача газа к горелке прекращаетсяи через насадку пропускается воздух,подаваемый турбовоздуходувной машиной.

  Воздух, проходя через насадку, нагреваетсядо температуры 1000 – 12000С и поступаетк фурменному устройству 14, а оттудачерез фурмы 2 – в рабочее пространство.

  

  Доменная печь имеет нескольковоздухонагревателей: в то время как водних насадка нагревается, в другихнасадка отдает теплоту холодномувоздуху, нагревая его. После охлаждениянасадки воздухом нагреватели переключаются.

  Современные доменные печи имеют общуювысоту до 80 м при соотношении полезнойвысоты к максимальному диаметру, равномуприблизительно 3 и полезным объемом до5600 м3. Доменная печь являетсяагрегатом непрерывного действия ипоэтому все процессы в ней механизированыи автоматизированы.

  Технологии производства чугуна постоянно совершенствуются

  

  Чугун является сплавом железа, содержащим углерод. Его состав может кроме них включать марганцевые, фосфорные, кремниевые, серные и др. компоненты. Изначально материалами для производства чугуна служат железосодержащие руды, топливные материалы, флюсы.

  Как правило, в виде сырья для производств чугуна применяются железняки, имеющие в составе от 30 до 70% железа и прочих химических веществ в пустой породе, а также вредных серо- и фосфоросодержащих соединений.

  Топливным материалом для производства чугуна служит кокс, представляющий собой результат сухой, то есть без участия воздуха, переработки каменного коксугля.

  Применяемые флюсы, чаще всего это кварц, доломит, песчаники и известняки, позволяют снизить температуру расплавления пустой породы, а также привести ее вместе с золой от топлива к шлаку.

  Доменное производство чугуна

  Наибольшее применение нашел в производстве чугуна доменный процесс. Он включает ряд физических, физико-химических, а также механических проявлений, наблюдаемых в действующей доменной печи.

  Помещенные в эту печь исходные компоненты (кокс, железосодержащие материалы с флюсами) при прохождении всех операций преобразуются в сплав чугуна, выделяющиеся доменные газы со шлаками.

  Задача доменного производства чугуна – создание этого сплава из железосодержащих компонентов посредством их переплавления в доменных печах в очень высокой температуре.

  Поэтому доменный цех – один из важнейших в структуре завода по производству чугуна. Помимо этого производство чугуна в доменной печи – основа для изготовления стали, прокатных изделий – конечной продукции металлургического цикла других предприятий. Часть чугуна является товарным продуктом, поставляемым в твердом виде в форме небольших слитков (чушек).

  Их получают на разливочных машинах, установленных в стороне от доменного цеха в специальном разливочном отделении. Другая часть чугуна идет на производство сталей. Газ, получаемый в ходе процесса производства чугуна, используют в мартеновском и коксохимическом производствах в металлургии.

  Он служит основным топливом нагревательных устройств прокатных цехов, доменных воздухонагревателей.

  Чугун выплавляется в печах, куда помещаются, чередуясь слоями, железосодержащие компоненты с флюсами, топливом. От воздействия своей массы они спускаются в низ печи, куда в особые отверстия подается подогретый воздух под определенным давлением.

  Он поддерживает нужные условия горения загруженного кокса. Технологический процесс производства чугуна предполагает восстановление железа, а также других элементов из их окислов.

  В процессе восстановления кислород отнимают от окислов и получают из них компоненты или окислы меньшего содержания кислорода.

  Одним из ведущих способов производства чугуна считается восстановление железа от действия окиси углерода. Она образуется от сгорания в горне печи природного газа.

  

  Еще стоит отметить, что восстановление железа, предусмотренное технологией производства чугуна для данных печей, осуществляется постепенно, в процессе поэтапного извлечения кислорода из окислов.

  Доменный процесс предполагает, что в процессе восстановления железа участвуют как окиси углерода, так и непосредственно сам твердый углерод.

  Определенное количество железа также восстанавливается с помощью водорода. В схеме производства чугуна восстановление железа от действия водорода или окиси углерода считается непрямым (то есть косвенным), а восстановление с помощью твердого углерода называют прямым.

  На самом деле восстановление железа в данном случае осуществляется двумя стадиями. К моменту достижения железорудным составом зоны распада доменной печи, где установилась температура около 1000°С и больше, окислы железа успевают частично восстановиться непрямым путем в зоне, где действуют менее высокие температуры.

  В результате их прямого разложения углеродом получается полное восстановление железа.

  Производство высокопрочного чугуна

  При производстве высокопрочного чугуна большое место отводится науглероживанию железа. Чугун с такими характеристиками образуется, когда восстановленное в доменной печи из рудного материала железо принимает в себя много углерода и прочих элементов.

  Начало процесса науглероживания железа характеризуется его образованием в губчатом состоянии на участке печи, где действует температура до 500°С. Только что восстановленное железо выступает в качестве катализатора, способствующего распаду окиси углерода на два компонента: двуокись и сажистый углерод.

  В итоге распада окиси углерода от температуры 550-650°С получаются карбиды железа, прочих металлов. Наделенный особой активностью, сажистый углерод активно вступает в химическое взаимодействие с частицами железа.

  При температуре в 1000°С и больше карбид железа распадается на железо с углеродом. С ростом количества углерода температура в процессе плавления становится существенно ниже.

  

  Так, чистое железо расплавляется при температуре от 1539°С, а сплав его с углеродом способен плавиться уже от 1147°С. Плавление сплава происходит в зонах доменных печей, где действуют высокие температуры, то есть внизу шахты. Образующийся жидкий сплав и есть чугун.

  При стекании вниз он, омывая раскаленные части кокса, еще больше науглероживается.

  Науглероживание металла завершается ниже уровня шлаковой летки – в металлоприемнике. Здесь на соотношение углерода с металлом оказывает влияние содержание других компонентов. Итоговое наполнение углеродом при производстве серого чугуна, например, может зависеть от стойкости карбидов, которая в большой степени определяется содержащимися в чугуне примесями.

  Например, примесь марганца способствует науглероживанию металла, так как он входит в состав карбида, растворяющегося в чугуне. Аналогичное действие оказывают ванадий, хром, титан. Кремний с фосфором или сера препятствуют образованию карбидов.

  Из-за этого ферромарганец и зеркальные чугуны всегда содержат больше углерода, чем чугуны передельные, ферросилиций или полученные в литейном производстве чугуны.

  В ходе плавления восстанавливается не только само железо, но и ряд различных элементов, находившихся в рудной массе.

  В составе шихтовых материалов в печи, помимо окислов железа, поступают еще окислы и отдельные химические элементы, такие как марганец, хром, ванадий, титан, свинец, медь, цинк, мышьяк и др.

  Они в полностью или частично восстановленном виде вместе с частицами серы попадают в чугун и влияют на его свойства в худшую или в лучшую сторону. В основах производства чугуна считается, что чаще всего ценными примесями служат кремний с марганцем, а вредоносными – сера с фосфором.

  Наличие в чугуне серных компонентов можно уменьшить до оптимального предела путем внедоменного обессеривания. Если выдержать чугун с 2% марганца в ковше-чугуновозе или миксере, то некоторый объем серы в различных ее соединениях с марганцем перейдет из состава металла в шлак.

  Это возможно благодаря уменьшению растворяемости данного соединения в металлах от снижения температуры. Подобное обессеривание в ковше чугуна может достичь 60%. Кроме этого существуют еще методы внедоменного обессеривания чугунов.

  В производствах чугуна в мире довольно часто в этих целях используют обессеривающие присадки, такие как известь, кальцинированная сода или металлический магний.

  Особенности процесса производства чугуна

  В процессе плавления в горн с общей смесью стекает расплавленный шлак. Благодаря его плотности, меньшей, чем у чугуна, он всплывает поверх него. Это явление наблюдается в районе распара печи.

  Первоначальный шлак получается от сплавления находившихся в пустых породах руд, а также флюсах окислов. При стекании вниз, в процессе накапливания шлак значительно меняется по составу.

  Благодаря реакциям с компонентами не полностью прогоревшего кокса, расплавляющегося чугуна в нем получают восстановление из своих окислов марганец с железом, а кроме того растворяются соединения серы, зола и кокс.

  

  Равномерность работы доменных печей, качественное производство отливок из чугуна с его видом зависят от таких свойств шлака, как плавкость, вязкость, текучесть, температура плавления, серопоглотительная способность. Данные качества шлака продиктованы его химическим наполнением, минералогическими свойствами исходных шихтовых компонентов.

  Химическое содержание шлака предопределяет итоговый состав чугуна, этим объясняется тот факт, что для производства различных чугунов (литейного, передельного и др.) обычно выбирают шлак с определенными свойствами.

  Расплавленные шлаки и получаемый чугун поочередно выпускаются в особые отверстия – шлаковую и чугунную летки, сначала шлак, потом чугун.

  Конспект Исходное сырье для производства чугуна

  

  Железные руды содержат различные соединения железа, главным образом с кислородом, т. е. окислы железа. Кроме того, в рудах содержатся и другие минералы, не включающие соединений железа, пустая порода. Чаще всего железные руды представляют собой механическую смесь окислов железа с кремнеземистой и глиноземистой (содержащей SiO2 и А12О3) пустой породой.

  Железные руды для производства

  Различают следующие виды руд:

  1. магнитный железняк (РезО4) — магнетит; содержит Fe до 70%;
  2. красный железняк (Fе2О3) — гематит; содержит Fe до 65%;
  3. бурый железняк (Fe2O3 • пН2О) — лимонит; содержит Fe до 60%;
  4. природно-легированные руды, содержащие& кроме железа и другие металлы, например, хром и никель, титан и ванадий.

  Для производства чугуна из железных руд необходимо восстановить железо из окислов по следующей схеме: Fe2O3— Fe3O4 — FeO — Fe

  Процесс получения чугуна из железных руд называют доменным

  Читайте также: Осушитель воздуха для подвала своими руками

  Пустая порода часто содержит вредные примеси S и Р. Кроме того, в топливе (в коксе) также имеется примесь серы. Поэтому необходимо не только восстановить железо, но и отделить его от пустой породы и освободить, по возможности, от вредных примесей. В природе встречается очень мало руд, пустая порода которых была бы сравнительно легкоплавкой. Для отделения пустой породы к руде добавляют вещества, способные образовать легкоплавкие соединения с пустой породой. Эти вещества носят общее название плавней (флюсов). Они служат также для удаления вредных примесей, так как вступают с ними в соединения, которые переходят в шлак.

  

  К рудам, содержащим в качестве пустой породы кремнезем (SiO2) и глинозем (Аl2О3), добавляют известняк или доломитизированный известняк, содержащие в основном СаО и MgO. Кремнезем плавится лишь при очень высокой температуре—около 1700°, его соединения с глиноземом — при 1580—1780°. Известняк (СаСОз) разлагается уже при температуре около 900° на окись кальция (СаО) и углекислый газ (СО2). Однако температура плавления получающейся окиси кальция также очень высока—около 2000°. Соединения же окиси кальция с кремнеземом или глиноземом (силикаты и алюмосиликаты) плавятся при значительно более низкой температуре в пределах 1200— 1500°.

  Эти соединения являются отходами доменного процесса и называются доменными шлаками. Их удаляют из домны в расплавленном состоянии, а затем используют в строительстве.

  Топливо при выплавке чугуна необходимо и для восстановления железа, и для нагревания получающихся чугуна и шлаков до расплавления. При доменном процессе применяют преимущественно каменноугольный кокс, получаемый сухой перегонкой коксующихся видов каменного угля. При сгорании кокса сначала образуется СО2, а затем СО, которая является главным (реагентом в доменном процессе. Образуется СО по реакциям:

  C+O2 — CO2 , СО2+С — 2СО.

  Восстановление железа идет при высокой специальных печах, называемых доменными

  Особенности производства чугуна

  ⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

  В процессе плавления в горн с общей смесью стекает расплавленный шлак. Благодаря его плотности, меньшей, чем у чугуна, он всплывает поверх него. Это явление наблюдается в районе распара печи. Первоначальный шлак получается от сплавления находившихся в пустых породах руд, а также флюсах окислов. При стекании вниз, в процессе накапливания шлак значительно меняется по составу. Благодаря реакциям с компонентами не полностью прогоревшего кокса, расплавляющегося чугуна в нем получают восстановление из своих окислов марганец с железом, а кроме того растворяются соединения серы, зола и кокс.

  

  Равномерность работы доменных печей, качественное производство отливок из чугуна с его видом зависят от таких свойств шлака, как плавкость, вязкость, текучесть, температура плавления, серопоглотительная способность. Данные качества шлака продиктованы его химическим наполнением, минералогическими свойствами исходных шихтовых компонентов. Химическое содержание шлака предопределяет итоговый состав чугуна, этим объясняется тот факт, что для производства различных чугунов (литейного, передельного и др.) обычно выбирают шлак с определенными свойствами. Расплавленные шлаки и получаемый чугун поочередно выпускаются в особые отверстия – шлаковую и чугунную летки, сначала шлак, потом чугун.

  

  Топливо для плавки.

  Как было отмечено выше, в качестве топлива используют кокс. Но, помимо этого, допустимо использование мазута, угольной пыли и природного, а также коксового газов. Тем не менее практически всегда в качестве основного горючего применяют именно кокс. Это вещество, которое образуется при удалении летучих газов из угля при температуре от 900 до 1 200 градусов. Сегодня это единственный вид твердого топлива, который сохраняет свою исходную форму во время движения от колошника к горну. В принципе, к этому материалу выдвигаются жесткие требования, которые касаются механической прочности и жесткости, что нужно для восприятия больших нагрузок в нижней части доменной печи. Крайне важно выдерживать фракцию кокса. Слишком мелкие частицы способствуют газопроницаемости шихты, а слишком большие разрушаются и образуют мелкую фракцию. Помимо этого, необходимо соблюдать определенный процент влажности, что нужно для поддержания теплового режима.

  Руды для плавки.

  Читайте также: Челночные станки. Общее устройство и принцип работы

  В земной коре довольно много железа, однако в чистом виде оно не встречается, его всегда добывают с горными породами в виде различных соединений. Железной рудой можно называть только те породы, из которых с экономической точки зрения выгодно добывать железо посредством плавления в печи. В природе существуют богатые и бедные железные руды. Если говорить с точки зрения металлургической промышленности, то в руде есть ряд полезных добавок, которые необходимы при получении чугуна, – это хром, никель, марганец и другие. Есть и вредные включения: сера, фосфор, медь и т.п. Кроме того, железная руда может делиться на несколько групп в зависимости от минерала:

  • красный железняк – 70% железа, 30% кислорода;
  • магнитный железняк – 72,4% железа, 27,6% кислорода;
  • бурый железняк – до 60% железа;
  • шпатовый железняк – до 48,3 % железа

  

  Логично было бы сделать вывод, что доменное производство чугуна должно предусматривать использование руды из второй группы. Но самой распространенной является первая, поэтому ее чаще и применяют.

  Подготовка руды к плавке.

  Нельзя добыть железную руду из земли и тут же забросить ее в загрузочное устройство доменной печи. Сначала необходимо несколько улучшить технико-экономические показатели, что позволит использовать для получения чугуна относительно бедные руды, которых в земной коре значительно больше. К примеру, увеличение железа в руде всего на 1% приводит к экономии кокса на 2% и к увеличению производительности ДП на 2,5%. На первом этапе руда дробится на фракции, а дальше проходит грохочение. Последнее мероприятие необходимо для разделения железной руды по крупности. Дальше идет усреднение, где выравнивается химический состав. Один из самых важных и сложных этапов – обогащение. Суть процесса заключается в удалении пустых пород с целью увеличения содержания в руде железа. Обычно обогащение проходит в два этапа. Заключительным этапом является окускование, которое нужно для улучшения протекания плавки в доменной печи.

  4.Устройство доменной печи.

  Конструкция печи

  Верхняя часть доменной печи называется колошником. Он оборудован газоотводами, служащими для удаления колошникового газа. Сюда посредством специального засыпного аппарата загружается сырье.

  Под колошником располагается шахта, имеющая вид усеченного конуса, расширяющегося книзу. Такая форма позволяет упростить процесс поступления в нее сырья из колошника. В шахте специальным образом подготавливается исходное сырье из окислов руды восстанавливается железо.

  Самая широкая часть доменной печи носит название распар. Здесь плавится пустая порода флюса и руды, за счет чего из них получается шлак.

  Следующая часть печи представляет собой усеченный конус, расширяющийся кверху. Называется она заплечики. В этом отделении конструкции заканчивается шлакообразование, оставляя в нем некоторое количество флюса и твердого топлива.

  Горение поступившего сверху топлива происходит в горне. Он также служит для накопления чугуна и шлака, которые находятся в жидком состоянии.

  Чтобы происходило сжигание топлива, необходим горячий воздух. Он поступает в печь от воздухонагревателей посредством кольцевого воздуховода, проходя через фурмы. Дно горна, носящее наименование лещадь, располагается на массивном фундаменте из железобетона. Здесь происходит накапливание шлака и чугуна. По окончании процесса плавки чугун и шлак выпускаются по специальным желобам через летки, предназначенные для этого, в ковши.

  Читайте также: Как повысить разряд слесарю, сварщику, токарю и прочим работникам

  Воспользуйтесь поиском по сайту:

  Строение доменной печи

  Доменная печь состоит: из колошника 1, куда при опускании колошникового затвора 2 поступают руда, плавень и топливо, шахты 3, в которой протекают реакции восстановления железа, «распара» 4, где заканчивается шлакообразование, и «заплечиков» 5, по которым загруженные материалы постепенно опускаются в горн 6, превращаясь в расплавленный чугун и расплавленный шлак. Горн выкладывают из высококачественного шамотного кирпича; снаружи он покрыт стальными листании и охлаждается водой.

  Доменная печь имеет стальной сварной кожух. Топливо сгорает у (воздушных фурм 7, к которым через кольцевую воздушную трубу 8 и отходящие от нее рукава подводится нагретый воздух. В нижней части горна имеется чугунная летка» 10 — отверстие для выпуска чугуна.

  Выше расположена «шлаковая летка» 11 для выпуска шлака. Горячие газы, образующиеся в печи, отводят через газопроод 12, очищают их и используют для подогрева воздуха, подаваемого в печь, и для других нужд завода (для нагревания мартеновских печей, в которых идет передел чугуна на сталь).

  Руду, плавень (флюс) и кокс загружают в доменную печь сверху чередующимися слоями. По мере сгорания кокса и расплавления слоев, находящихся внизу, вся масса в печи постепенно опускается, сверху же загружают все новые порции материалов. Горение в доменной печи поддерживается воздухом, который вдувают под давлением около 1,5 ати, предварительно нагревая до 800—900°. Подогревают воздух в особых воздухо­нагревателях (устаревшее название «каупер»), представляющих собой круглую башню со стальным кожухом и внутренней кладкой из огнеупорного кирпича с вертикальными каналами.

  Отходящие из доменной печи газы содержат значительное количество окиси углерода (СО). При горении она выделяет большое количество тепла. Газы очищают от пыли в специальном устройстве и направляют в воздухонагреватель, где СО сгорает, нагревая огнеупорную кладку. Затем в воздухонагреватель нагнетают воздух. Проходя через нагретые каналы огнеупорной кладки, воздух подогревается, газы же из доменной печи в это время направляются в другой воздухонагреватель.

  Переплавка чугуна в вагранке

  В отличие от доменной плавки, переплавка чугуна в вагранке при грамотном подходе способна приносить прибыль при относительно небольших вложениях и представляет несомненный интерес для малого бизнеса. Вагранка, как и домна, принадлежит к печам шахтного типа. В качестве топлива в ней используется кокс, в последнее время всё большее распространение получают вагранки, работающие на газе. Для достижения высокой температуры горения используется нагнетание воздуха в рабочую камеру. В отличие от доменной печи, где металл выплавляется из руды, в вагранке производится переплавка лома чугуна и чугунных чушек с последующим разливом расплава в формы для получения готовых изделий. Ввиду небольшого размера обслуживание таких печей на порядки проще, чем обслуживание домны. По этой же причине упрощен их ремонт и процедура остановки.

  

  Принципиальная схема вагранки, работающей на коксе, выглядит так:

  • Основной частью вагранки является металлический цилиндр — кожух, изготовленный из листов стали 6-12 мм. Внутренняя поверхность его выложена жаропрочным кирпичом или иным огнеупорным материалом, толщина которого равняется 200-300 мм.
  • Основанием для кожуха служит подовая плита, которая опирается на четыре колонны. Для удаления остатков чугуна при ремонте служит отверстие, расположенное в центре плиты, закрытое заслонкой.
  • Для загрузки кусков чугуна, кокса и присадок служит завалочное окно.
  • Часть рабочего пространства от подовой плиты до завалочного окна называется шахтой.
  • Часть пространства кожуха, находящаяся выше завалочного отверстия, называется трубой.
  • Нижняя часть шахты называется горном. В горне имеются фурмы для подачи воздуха или кислорода, а так же летки, чугунная и шлаковая.
  • Часть горна в районе фурм – плавильный пояс.
  • Розжиг производится через рабочее окно с помощью дров.

  Процесс плавки происходит таким образом:

  1. Через завалочное окно в шахту загружаются куски чугуна и кокса, а так же флюса и иных присадок.
  2. При сгорании кокса, температура горения которого повышается благодаря нагнетаемому через фурмы воздуху, происходит расплавление чугуна, который выходит через чугунную летку.
  3. Шлак, который в силу своей лёгкости плавает поверх чугуна, выходит сквозь шлаковую летку.
  4. Газообразная смесь, образовавшаяся при горении, уходя вверх по шахте, нагревает опускающуюся от завалочного окна шихту и уходит в трубу.

  Для облегчения заливки больших форм и выдерживания постоянного химического состава чугуна вагранки, как правило, оснащены еще одним горном – копильником, в котором накапливается выходящий из летки кожуха чугун. В этом случае раздача расплава производится из копильника. Рабочий цикл составляет от 10 до 20 часов, после чего вагранка гасится и производится ремонт жаропрочной облицовки её внутренней поверхности. Производительность такой печи может равняться от 0,2 до 25 т/час, соответственно, при диаметре шахты от 500 до 2000 мм, при полезной высоте шахты от 3 до 5 метров.

  

  Огнеупорные материалы для металлургических печей

  В доменных, сталеплавильных и других промышленных печах создаются высокие температуры (1580° и выше).

  Материалы, из которых сооружена печь, должны выдерживать действие этих температур, не расплавляясь и не давая значительных деформаций. Внутренняя часть печи подвергается, кроме того, действию расплавленного чугуна и стали, а также расплавленных шлаков (основных или кислых). Материалы, футерующие (облицовывающие) желоба, по которым выпускают чугун, сталь или шлаки, а также ковши (в которых перевозят расплавленные шлаки, чугун и сталь), тигли для плавки, сифоны для разливки и т. п. должны выдерживать резкую смену температур. Поэтому для футеровки металлургических печей применяют специальные огнеупорные матeриалы.

  Большое значение имеет химическая стойкость огнеупоров по отношению к разъедающему действию газов, шлаков и т. п., зависящая от химического состава и, отчасти, от их плотности. Этo свойство настолько важно, что оно положено в основу классификации огнеупорных материалов (помимо деления по степени огнеупорности). Различают следующие виды огнеупоров:

  1. кислые (кремнекислые динасовые), применяемые для сводов печей и для кладки пода, при образовании в печах кислых шлаков;
  2. основные (магнезитовые, доломитовые, хромомагнезитовые), хорошо сопротивляющиеся действию основных шлаков, но вступающие во взаимодействие с кислыми продуктами плавки;
  3. полукислые, глиноземистые (шамотные) и графитовые; шамотные огнеупоры наиболее дешевы и широко применяются для футеровки доменных печей; графитовые материалы идут для тиглей и т. п.

  Шамотный кирпич и шамотные изделия изготовляют из смеси шамота и огнеупорной глины, формуя и обжигая их. Шамотом называют предварительно обожженную огнеупорную глину. Огнеупорность шамотных изделий колеблется в пределах от 1580 до 1730°.

  Динасовый кирпич и изделия получают путем обжига измельченных кварцевых или кварцитовых пород с известковой связкой; огнеупорность их не ниже 1690—1710°. Динас более прочен, чем шамот, но при нагреве заметно увеличивается в объеме, сохраняя его и после охлаждения материала. Динасовый кирпич применяется для кладки сводов металлургических печей.

  Магнезитовые огнеупорные материалы магнезитовый кирпич, магнезитовый металлургический порошок изготовляют из обожженного магнезита, состоящего в основном из MgO. Магнезитовые материалы реагируют как основания. Огнеупорность магнезитового кирпича — около 2000°. К этой же группе материалов относятся огнеупоры, изготовляемые из обожженных доломитов, также обладающие высокой огнеупорностью.

  Доломит применяется в металлургии в виде кирпича или порошка для наварки пода сталеплавильных печей.

  Восстановление окислов железа

  Главная задача доменного процесса – восстановление железа из его оксидов. Основную роль в восстановлении железа играют окись углерода и атомарный сажистый углерод, которые образуются в результате доменного процесса.

  Зоны реакций восстановления и их температуры в доменной печи показаны на рисунке 2.

  Рисунок 2 – Схема восстановления окислов железа при производстве чугуна в доменной печи

  Восстановление окислов железа идет в следующей последовательности:

  Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe

  Основными реакциями восстановления

  Источник https://metalc-office.ru/metally/tehnologiya-proizvodstva-chuguna.html

  Источник http://kievuz.ru/tehnologiya-vyplavki-chuguna.html

  Источник https://ltruck-service.ru/oborudovanie/proizvodstvo-chuguna.html

  Похожие записи:

  1. Доменный процесс
  2. Доменная плавка: подготовка железных руд
  3. Производство стали и чугуна: процесс получения и используемые материалы
  4. Состав и структура, а также особенности производства чугуна