Производство чугуна. Доменный процесс

История развития производства черных металлов см СоколовР.С. Химическая технология. Т.2. с 47-50.

Сырьем доменного процесса является:

1) железные руды;

2) флюсы;

3) топливо;

4) воздух

5) иногда марганцевые руды.

Домна с полезным объемом 2700 м³ потребляет за сутки

8000 т подготовленной руды,

2700 т кокса,

2200 т флюсов,

0,6 млн м³ природного газа,

0,5 млн м³ кислорода,

8 млн м³ воздуха

Из этого производится 4500 т чугуна,

3500 т шлака,

12 млн м³ доменного газа.

Примеси S придают красноломкость – хрупкость при ковке и прокате, поэтому содержание серы должно быть не более 0,15 %.

Примеси Р придают хладноломкость – хрупкость при обычной температуре, остальные примеси изменяют физико-химические свойства чугуна.

Сырье.

1) железные руды:

магнитный железняк(магнитит) Fe в виде Fe₃O₄ , содержание Fe 50-60%

хорошо выражены магнитные свойства и прочность руды, поэтому возможно обогащение на электромагнитных сепараторах;

красный железняк (гематит) Fe в виде Fe ₂O₃ , содержание Fe 51-66%, но много примесей серы и фосфора;

бурый железняк – смесь гидрооксидов железа Fe(OH)₂•Fe(OH)₃ , содержит 37-555 железа, руды рыхлые, легко восстанавливаются;

шпатовый железняк (сидерид) – это FeCO₃ содержит 30-40% железа, но применение ограничено . так как бедный железом;

отходы, содержащие железо шлаки от производства стали (Fe 10-15%),сварочные шлаки (Fe 45-50%), железная окалина (Fe 51-66%), пиритный огарок после производства H₂SO₄.

Крупные месторождения железных руд:

Курская магнитная аномалия, Кустанай, Урал, Кривой Рог, Керченское месторождение, Кольский полуостров, Сибирь, Дальний Восток.

2) флюсы:

нужны для образования из пустой породы и кокса легкоплавких сплавов, которые не смешиваются с чугуном и образуют плавающий шлак. От флюсов зависит плавка и качество чугуна. В качестве флюсов используют известняк (CaCO₃) и доломит (CaCO₃•MgCO₃). Для производства 1 т чугуна необходимо 400-800 т известняка.

3) топливо:

основной вид топлива в доменном процессе – кокс, а также используется природный газ, за счет него расход кокса уменьшается на 15-20%;

4) воздух:

перед подачей воздух нагревают до 700-800ºС, даже до1000ºС, обогащают кислородом на 26-27% по объему, увлажняют и подают под давлением до 3,5 атм.

Подготовка сырья

Предварительная подготовка сырья имеет большое значение для увеличения производительности доменной печи и снижения расхода топлива. Сырье должно быть определенных размеров частиц: руда – 3-10 см, известняк – 3-8 см, кокс – 4-8 см, та как мелкие куски понижают производительность печи и ведут к потерям, поэтому руду подвергают дроблению, грохочению, сортировке.

Для повышения %-ного содержания железа, руду обогащают мокрой гравитации и электромагнитным сепарированием и подвергают обжигу, чаще бурый и красный железняки.

Усреднение руды (по качеству) осуществляют с целью приблизить неодинаковый состав отдельных порций материалов к среднему значению, чаще используют укладку сырья тонкими слоями в штабели, из которых затем забирают материал экскаватором.

Окусковывание руды производят с целью получения кускового материала необходимых размеров. Применяют два способа окусковывания:

- агломерацию,

- окатывание.

Агломерация – это процесс спекания руд и пыли в крупные пористые куски. Мелкую руду, пыль смешивают с мелким коксом или антрацитом, добавляют мелко измельченные флюсы и увлажняют. Полученную смесь загружают слоем толщиной 20-25 см в агломерационную машину для спекания

Агломерационная машина представляет собой ленту с плотно прилегающими друг к другу прямоугольными тележками – паллетами, днища которых – колосниковые решетки. Горелка сверху прокаливает агломерат до t =700-800ºС . воздух через отверстия паллет проходит в камеры разряжения, за счет этого происходит разогрев до t =1600ºС. Производительность агломерационной машины 2500 т в сутки.

Схема агломерационной машины

1- бункер;

2- шнек;

3- горелка;

4- паллеты;

5-камеры

разряжения;

6- решетка;

При окатывании шихту из измельченных концентратов руды, флюсов, кокса увлажняют и при обработке во вращающихся барабанах она приобретает форму шариков-окатышей диаметром ≈30 мм. Их высушивают и обжигают при t = 1200-1350ºС.

Устройство и работа доменной печи

Выплавку чугуна производят в доменных печах или домнах. Это сложное сооружение высотой 80 м, объемом 5000 м ³ с внутренней обкладкой из огнеупорного кирпича, снаружи имеется стальной кожух (для прочности). Для стойкости огнеупора он охлаждается водой, внутри кладки находится система холодильников и теплообменных труб.

Сверху располагается засыпной аппарат, при помощи которого осуществляется герметичная загрузка и равномерное распределение шихты.

Ковш для загрузки называется скип, он поднимается по наклонному мосту, сырье загружается отдельными порциями через каждые 5-10 мин по мере опускания шихты.

Строение доменной печи

Верхняя часть печи - колошник.

Средняя часть - шахта.

Расширенная часть - распар.

Суживающаяся - заплечики.

Ниже цилиндрический горн.

Горн имеет 12- 20 отверстий для подачи воздуха и природного газа, чуть выше дна находится отверстие для отпуска чугуна – чугунного лётка, заделанного огнеупорным материалом, а повыше – лётка для выпуска шлака.

Высота шахты – 50 м, полезная высота – 35 м. диаметр ≈ 12 м.,

полезный V = 3200 м³

Засыпной аппарат,

Газоотводы,

Огнеупорная кладка,

Трубы холодильника,

Стальной кожух,

Воздухопровод,

Лётка для чугуна,

Лека для шлака,

Фундамент.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: