Материалы, применяемые в доменном производстве

Чугуном называется сплав железа с углеродом, содержащий от 2 до 6, 67% углерода. Наибольшее применение имеют чугуны с содержанием углерода от 2, 8 до 3, 5%. Получают чугун в доменных печах металлургических заводов, основным технологическим агрегатом которых является высокая шахтная печь, называемая домной.

Исходными материалами для доменного производства являются: железные и марганцевые руды (соединение железа, марганца и других элементов); топливо, флюсы.

Промышленной рудой называют горную породу, из которой при данном уровне техники целесообразно извлекать металлы или их соединения.

Лишь немногие металлы встречаются в природе в чистом виде. Большинство их добывается из руд, в состав которых входят минералы, содержащие металл или его соединения, и пустая порода, в состав которой входят различные примеси. Пустая порода состоит в основном из кремнезема 8Ю₂, глинозема А1₂О₃, извести СаО, известняка СаСО. Получение металлов из руд сводится к выделению их из этих соединений и освобождению от пустой породы.

Руды, как правило, называют по одному или нескольким металлам, которые в них содержатся, например, железные, марганцевые, хромовые, комплексные.

Железные руды содержат железо в виде соединений, к ним относятся: магнитный железняк, содержит магнитную окись железа Ре₃О₄ (55-60% Ре); красный железняк, содержит Ре₂О₃ (55-60% Ре); бурый железняк, содержит гидраты окислов железа 2Ре₂Оз * ЗН₂О и Ре2О₃*Н₂О (37-55% Ре); шпатовый железняк, содержит РеСО₃ (30-40% Ре). В зависимости от содержания добываемого материала руды бывают богатые (45-50% и более Ре) и бедные, их специально обрабатывают- обогащают.

Флюсы. Флюсом называется материал, загружаемый в плавильную печь для образования легкоплавкого соединения с пустой породой руды, концентрата, золой топлива. Это соединение называется шлаком. Обычно шлак имеет меньшую плотность, чем металл, и поэтому он всплывает на поверхность, откуда сливается. При плавке чугуна в доменных печах в качестве флюса используют известняк СаСОз, доломитизированный известняк, содержащий СаСОз и М§СО₃.

Топливо. В качестве топлива в доменном процессе используется главным

образом твердое топливо каменйоугольный кокс (в мировом производстве

чугуна более 99%). Он не только источник тепла, содержащийся в нем углерод

(80-90%) является активным восстановителем в химических реакциях, протекающих при выплавке чугуна. Кокс должен быть более близким к чистому углероду, кусковатым, обладать достаточной механической прочностью и пористостью для обеспечения хорошего проникновения воздуха и газов через слой плавильных материалов. Кроме того, кокс должен содержать минимальное количество вредных примесей, особенно серы и фосфора. При доменной плавке часть кокса заменяют природным газом, мазутом или пылевидным топливом.

Под готовка руд к плавке

Для поддержания устойчивого режима работы доменной печи, повышения ее производительности железные руды подвергают предварительной обработке. К подготовительным операциям в основном относятся: дробление и сортировка по крупности; обогащение; окускование.

Дробление и сортировка руды по крупности производится с целью получения кусков руды определенной величины, обеспечивающей оптимальную площадь соприкосновения поверхности руды с газами. Куски руды дробят и сортируют на специальных агрегатах- дробилках и классификаторах.

Обогащение- удаление из руды части пустой породы. После обогащения руду подразделяют на концентрат (более 60% Ре) и хвосты- отходы с небольшим содержанием металла. Способы обогащения руд основаны на использовании различных физических свойств минералов, входящих в состав руды: плотностей ее составляющих, магнитной восприимчивости, физико-химических свойств поверхностей минералов. Наиболее распространенными способами обогащения являются: промывка руды, гравитация, магнитная сепарация, окускование, агломерация, окатывание.

Устройство доменной печи

 

Доменная печь выложена высококачественным шамотным кирпичом, а снаружи покрыта сварным кожухом из листовой стали толщиной 20-25 мм вверху и 35-40 мм- внизу.

В колошник через засыпное устройство специальной конструкции,
обеспечивающее равномерную загрузку шихты, подаются сырые материалы,
включающие железные руды, агломерат, окатыши, флюсы и кокс. Загрузка
производится каждые 5-10 минут, по мере того как в колошнике освобождается
место в результате опускания столба материалов. Засыпной приемный аппарат
включает два поочередно опускающихся конуса, при загрузке

предотвращающих утечку доменных газов в атмосферу.

В шахте, распаре и заплечиках осуществляются основные физико-химические процессы доменной плавки. В зоне заплечиков материалы расплавляются, чем и объясняется геометрическая форма этой части домны, связанная с уменьшением объема расплавленных материалов.

Горн в верхней части снабжен водоохлаждаемыми медными фурмами (от 18 до 36 штук) - приспособлениями для подачи горячего воздуха. В верхней части горна происходит сжигание кокса, а в нижней - собираются продукты плавки -чугун и шлак, которые периодически выпускаются через специальные выходы - летки.

Кладка колошника и шахты печи заключена в стальной кожух с коробчатыми холодильниками для циркуляции воды. Кладка горна и заплечиков заключена для прочности в стальную броню с плитовыми холодильниками.