Производство чугуна.
Исходные материалы.
Железные руды.
Главный исходный материал для
производства чугуна в доменных
печах – железные руды. К ним
относят горные породы, содержащие
железо в таком количестве, при
котором выплавка становится
экономически выгодной.
Железная руда
состоит из рудного вещества
и пустой породы. Рудным веществом
чаще всего являются окислы, силикаты
и карбонаты железа. А пустая
порода обычно состоит из кварцита
или песчаника с примесью глинистых
веществ и реже – из доломита
или известняка.
В зависимости
от рудного вещества железные
руды бывают богатыми, которых
используют непосредственно, и
бедными, которых подвергают обогащению.
В доменном производстве применяют разные
железные руды. Красный железняк (гематит)
содержит железо в виде безводной окиси
железа. Она имеет разную окраску( от темно-красной
до темно-серой). Руда содержит много железа(45-65
%) и мало вредных примесей. Восстановимость
железа из руды хорошая. Бурый железняк
содержит железо в виде водных окислов.
В нем содержится 25- 50% железа. Окраска
меняется от желтой до буро-желтой. Пустая
порода железняка глинистая иногда кремнисто-глиноземистая.
Магнитный железняк
содержит 40-70% железа в виде закиси-окиси
железа. руда обладает хорошо выраженными
магнитными свойствами, имеет темно-серый
или черный с различными оттенками цвет.
Пустая порода руды кремнеземистая с примесями
других окислов. Железо из магнитного
железняка восстанавливается труднее,
чем из других руд.
Шпатовый железняк
(сидерит) содержит железо в
виде углекислой соли. В этом
железняке содержится 30-37 % железа. Сидерит
имеет желтовато-белый и грязно-серый
цвет. Он легко окисляется и
переходит в бурый железняк. Из
всех железных руд он обладает
наиболее высокой восстановимостью.
Марганцевые руды
содержат 25-45% марганца в виде
различных окислов марганца. Их
добавляют в шихту для повышения
в чугуне количества марганца.
Производство чугуна
в доменной печи.
Выплавка чугуна
производится в огромных доменных
печах, выложенных из огнеупорных
кирпичей достигающих 30 м высоты
при внутреннем диаметре около
12 м. Верхняя ее половина носит
название шахты и заканчивается
наверху отверстием – калашником,
которая закрывается подвижной колонкой
– кколашниковым затвором. Самая широкая
часть печи называется распаром, а нижняя
часть – горном. Через специальные отверстия
в горне(фурмы) в печать вдувается горячий
воздух или кислород. Доменную печь загружают
сначала коксом, а затем послойно агломератом
и коксом. Агломерат – это определенным
образом подготовленная руда, спеченная
с флюсом. Горение и необходимая для выплавки
чугуна температура поддерживаются вдуванием
в горн подогретого воздуха или кислорода.
Последний поступает в кольцевую трубу,
расположенную вокруг нижней части печи,
а из нее по изогнутым трубкам через фурмы
в горн. В горне кокс сгорает, образуя СО2,
который, поднимаясь вверх и проходя сквозь
слои наколенного кокса, взаимодействует
с ним и образует СО. Образовавшийся оксид
углерода и восстонавливает большую часть
руды, переходя снова в СО2. Процесс восстановления
руды происходит главным образом в верхней
части шахты. Его можно выразить суммарным
уравнением: Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2. Пустую породу
в руде образуют, главным образом диоксид
кремния SiO2. Это – тугоплавкое вещество.
Для превращения тугоплавких примесей
в более легкоплавкие соединения к руде
добавляются флюс . Обычно в качестве флюса
используют CaCo3. При взаимодействии его
с SiO2 образуется CaSiO2, легко отделяющийся
в виде шлака. При восстановлении руды
железо получается в твердом состоянии.
Постепенно оно опускается в более горячую
часть печи – распар - и растворяет в себе
углерод; образуется чугун. Последний
плавится и стекает в нижнюю часть горна,
а жидкие шлаки собираются на поверхности
чугуна, предохраняя его от окисления.
Чугун и шлаки выпускают по мере накопления
через особые отверстия, забитые в остальное
время глиной. Выходящие из отверстия
печи газы содержат до 25% СО. Их сжигают
в особых аппаратах-кауперах, предназначенных
для предварительного нагревания вдуваемого
в печь воздуха. Доменная печь работает
непрерывно. По мере того как верхние слои
руды и кокса опускаются, в печь добавляют
новые их порции. Смесь руды и кокса доставляется
подъемниками на верхнюю площадку печи
и загружается в чугунную воронку, закрытую
снизу колошниковым затвором. При опускании
затвора смесь попадает в печь. Работа
печи продолжается в течение нескольких
лет, пока печь не потребует капитального
ремонта. Процесс выплавки может быть
ускорен путем применения в доменных печах
кислорода. При вдувании в доменную печь
обогащенного кислородом воздуха предварительный
подогрев его становится излишним, а значит,
отпадает необходимость в громоздких
и сложных кауперах и весь процесс упрощается.