Новини освіти і науки:

G+

Тлумачний словник
Авто
Автоматизація
Архітектура
Астрономія
Аудит
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Винахідництво
Виробництво
Військова справа
Генетика
Географія
Геологія
Господарство
Держава
Дім
Екологія
Економетрика
Економіка
Електроніка
Журналістика та ЗМІ
Зв'язок
Іноземні мови
Інформатика
Історія
Комп'ютери
Креслення
Кулінарія
Культура
Лексикологія
Література
Логіка
Маркетинг
Математика
Машинобудування
Медицина
Менеджмент
Метали і Зварювання
Механіка
Мистецтво
Музика
Населення
Освіта
Охорона безпеки життя
Охорона Праці
Педагогіка
Політика
Право
Програмування
Промисловість
Психологія
Радіо
Регилия
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Технології
Торгівля
Туризм
Фізика
Фізіологія
Філософія
Фінанси
Хімія
Юриспунденкция

Доменне виробництво чавунів

Основи технологій чорної металургії. Виробництво чавуну: загальна характеристика і основні процеси

До чорної металургії відносять галузі промисловості, безпосередньо пов’язані з отриманням і використанням залізовуглецевих сплавів чавунів і сталей.

Чавуни та сталі- це сплави заліза з вуглецем, які містять у своєму складі легуючі елементи і домішки (Si, Mn, S і P та ін.)

Чавуни містять більше вуглецю (2,14-6,67 %) і домішок, більш крихкі, погано зварюються, але мають добрі ливарні властивості і дешевші за сталі. Їх отримують із залізних руд з використанням відходів промисловості (металобрухту, браку виготовлення виробів із чорних металів тощо).

Залізні руди - природні утворення мінералів з вмістом заліза від 25 % до 72 %, які технічно можливо й економічно доцільно переробляти на чавуни та сталі.

Традиційно сталь варили з чавунів, але дедалі ширше впроваджується технологія безчавунного виробництва сталі із металевих грудок.

Отримання чавунів та сталей ґрунтується на процесах відновлення (зниження ступеню окислення) заліза з його сполук (оксидів), в яких воно міститься (руди, чавун, шихта), з використанням вуглецю (СО), водню (Н2) і коксу (С) в потоці гарячого повітря розжареної печі.

Шихта -суміш сировинних компонентів (рудних концентратів, флюсу, коксу та інших) в певній пропорції, що використовуються у металургійних печах і забезпечують якісну плавку.

Оксиди заліза відновлюються послідовно від вищих до нижчих і далі до чистого металу за схемою:

Fe2O3→ Fe3O4→ FeO → Fe

Поряд із відновленням заліза у чавуно– та сталеплавильних печах відбувається його навуглецьовування, яке проходить між залізом і присутніми сполуками вуглецю (СО і С):

3Fe + 2СО = Fe3С + СО2+ Q (теплота)

3Fe +C = Fe3C

Отриманий цементит (Fe3C) - фазова складова залізовуглецевих сплавів, яка добре розчиняється у залізі і утворює з ним сплав.

Суть технології виробництва чавуну - виведення із залізних руд сторонніх домішок і насичення заліза вуглецем.

Сировина:

- залізні руди,

- - металодобавки (чавунний брухт, брак чавунного лиття),

- паливо та флюси.

Для підвищення ефективності доменного процесу, зменшення витрат палива і забезпечення якості чавуну, потрібно, щоб руда містила не менше 55% заліза, мінімум породи і шкідливих домішок (S та P), а також мала певні розміри.

Технологічні операцій по підготовці шихтових компонентів до плавки:

- подрібнення — великі шматки роздрібнюють до оптимальних розмірів і фракційного складу;

- збагачення — ручне і гравітаційне сортування, відокремлення домішкових складових з використанням ефектів різної їх намагнічуваності чи змочуваності (флотація);

- гранулювання—утворення грудок злипанням зволожених водою подрібненої руди, пилу, малих кількостей глини або вапняку з подальшим їх висушенням і спіканням;

- агломерація — спікання дрібних та порошкових речовин в агломерати, тобто грудки оптимального розміру.

Залізні руди, що використовуються для отримання чавуну:

- червоний залізняк (гематит) містить 55-60 % заліза у складі оксиду заліза Fe2O3;

- магнітний залізняк (магнетит) містить 45-72 % заліза у складі оксиду заліза Fe3O4;

- бурий залізняк (лимоніт) містить 30-55 % заліза у складі водного оксиду заліза Fe2O3∙nH2O;

- шпатовий залізняк (сидеріт, або болотна руда) містить 25-40 % заліза у складі карбонату заліза FeСО3;

- залізисті кварцити містять 30—40 % заліза у складі оксидів Fе2О3і Fе3О4.

У доменному виробництві як паливо використовують кокс, природний газ, доменний газ, а останнім часом - подрібнене вугілля.

Найбільше використовують кам’яновугільний кокс, у складі якого є шлаки (10—13 %) та сірка (0,5—2 %).

Найякісніший чавун отримують з використанням природного газу, оскільки газ не містить шкідливих домішок і після згорання не залишає твердих решток (як вугілля чи кокс).

Як флюси в доменному процесі використовують карбонатні мінерали вапняк або доломіт, які сприяють виведенню кремнезему (SiO2) — найбільш поширеного в залізних рудах, а також шлаків - сплавлених рештків породи, золи, палива та інших шкідливих домішок.

Останнім часом у шихті замість руди і вапняку використовують офлюсований агломерат, виготовлений спіканням порошкової зволоженої маси, що складається з руди, коксу та вапняку. Використання офлюсованого агломерату зменшує витрати коксу та вапняку і покращує техніко-економічні показники доменного виробництва.

В Україні вперше чавун зварили на Юзівському, нині Донецькому металургійному заводі в 1873 р. В наш час чавун виплавляють в доменних печах (домнах) шахтного типу висотою 30-50 м.

Сучасна домна викладена усередині вогнетривкою шамотною цеглою, а зовні корпус печі окутий товстолистовою сталлю. Піч охолоджують водою, яка поступає із спеціальних холодильних установок.

Процес плавки чавуну відбувається за принципом зустрічних потоків: згори вниз рухається потік шихти, а розжарені потоки газів, утворених при згорянні палива, підіймаються вгору - назустріч.

Впровадження останнім часом високотемпературного (1200-1300 °С) зволоженого і збагаченого киснем (до 30 %) повітряного дуття дає змогу поліпшити техніко - економічні показники доменного виробництва, збільшити продуктивність домен і зменшити витрати палива.

Доменну продукцію чавун і шлак випускають періодично через льотки. Доменний газ виходить із печі безперервно газовивідними трубами, які розташовані у верхній частині домни.

Доменна піч працює безперервно 6-10 років. Потім її ставлять на капремонт.

При виплавлянні чавуну в доменній печі мають місце такі основні процеси: горіння палива, відновлювання заліза, навуглецьовування заліза і утворення чавуну, відновлення домішок, утворення шлаків, доменного газу і пилу.

1. Горіння палива

Кисень дуття реагує з вуглецем палива з виділенням тепла

С + О2 = СО2+ Q

Температура в горні досягає 1800-1900 °С. Діоксид вуглецю (СО2) піднімається догори, досягає розжареного коксу і відновлюється, утворюючи оксид вуглецю:

СО2 + С = 2СО – Q

Якщо як паливо застосовують природний газ, то горіння протікає за реакціями:

СН4+ 2О2= СО2+ 2Н2О + Q

СО2 + С = 2СО + Q

2. Відновлення заліза

Залізо відновлюється в шахтній частині печі із рудних оксидів заліза оксидом вуглецю (СО) і воднем (частково), який утворюється від розкладання вологи повітря. Процеси відновлення йдуть послідовно від вищих оксидів до нижчих і до чистого заліза за реакціями:

3Fе2О3+ СО = 2Fе3О4+ СО2 + Q

Fе3О4+ СО = ЗFеО + СО2 + Q

FеО + СО = Fе + СО2 + Q

Fe2O3+ 3H2= 2Fe + 3H2O

В циліндричній частині печі – розпарі при температурах нижче температури плавлення (1539 °С) залізо відновлюється твердим вуглецем:

FеО + С = Fе + СО + Q

Отримане залізо має твердий стан і називається губчастим залізом.

3. Навуглецьовування заліза і утворення чавуну

Губчасте залізо, що утворилося після відновлення, — це твердий пористий продукт. В інтервалах температур від 400-500 °С до 1 100-1200 °С починається і продовжується насичення заліза вуглецем:

3Fе + С = Fе3C

3Fe + 2 CO = Fe3C + CO2 + Q

Навуглецьоване залізо розплавляється, переходить у рідкий стан, розчиняє відновлені домішки і стікає до горна домни. В горні збирається рідкий, залізовуглецевий сплав — чавун.

4. Відновлення домішок

У доменній шихті разом із залізом і вуглецем - основними елементами, що утворюють чавун, завжди присутні домішки, які є корисними або шкідливими для властивостей чавуну.

Корисні домішки кремнію (Si) і мангану (Мn) відновлюються із оксидів (SiO2, MnO2та ін.) і переходять у чавун.

Шкідливими домішками у чавуні є фосфор (Р) і сірка (S). Відновлений фосфор практично повністю переходить у чавун. Відновлена сірка частково окислюється до сірчастого газу (SO2) і виходить разом з доменним газом, частково утворює сполуки, які переходять до шлаку, а деяка частка утворює сірчасте залізо (FeS), що розчиняється у чавуні.

5. Утворення шлаку

При температурі близько 900 °С вапняк розпадається з утворенням оксиду кальцію і діоксиду вуглецю:

СаСОз = СаО + СО2

Оксид кальцію при температурах вище 1000 °С взаємодіє з кремнеземом SіО2, глиноземом А1₂О₃ та іншими складовими породи і коксової золи. Утворюється шлак, який плавиться в розпарі та заплечиках і стікає у горно, та спливає на поверхню чавуну. Чавун із печі випускають у ковші — чавуновози, у виливниці. Шлак випускають у шлаковози.

Продуктами доменного виробництва є чавуни, шлак, доменний газ і доменний пил.

Основний продукт - чавуни.

Чавуни (за призначенням):

- Переробний білий чавун є сировиною для переробки його в сталь. Частка переробного чавуна становить близько 90 % всього, що виробляється. В ньому вуглець перебуває у вигляді цементиту Fе3С, що надає переробному чавуну білого кольору, твердості і низької пластичності. Шляхом відпалу з нього отримують ковкий чавун.

- Ливарний (сірий) чавун є важливим конструкційним матеріалом, має добрі ливарні властивості, добре обробляється металорізальними інструментами, але досить крихкий, погано витримує ударні навантаження.. Широко застосовується в машинобудуванні, будівництві тощо. З нього виробляють корпусні деталі машин, станини, санітарно — технічне обладнання, труби і таке інше.

Із ливарного чавуну одержують модифікований (високоміцний), додаючи до розплаву модифікатори (манган та ін.). Модифікований чавун має підвищену міцність, пластичність і ударну в’язкість.

- Спеціальні чавуни - феросплави. До них належать феросиліцій і феромарганець, їх використовують для розкислення і легування сталей.

- Леговані чавуни одержують з руд, що мають включення легуючих елементів (Сг, Nі, Sі), або легуванням чавуну в процесі плавки. Вони мають підвищену міцність та корозієстійкість, краще працюють в агресивних і високотемпературних середовищах.

Шлак - розплавлена суміш породи, попелу, рудних домішок, флюсів та ін. Його застосовують для виробництва будівельних матеріалів, мінеральних добрив і т. д.

Доменний газ містить значну кількість горючих газів (СО, Н2), має теплотворну здатність до 950 кал/м3. Після очищення від колошникового пилу використовується в домнах для нагріву дуттьового повітря, а також як паливо.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Сировинна база металургії України	\|	Киснево-конвертерне отримання сталі

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.006 сек.