Производство чугуна в доменных печах

2.1. Производство чугуна в доменных печах. Физико – химический процесс получения чугуна. Продукты доменного производства. Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топ­ливо, флюсы.

Комплексные руды используют для выплавки природно-легированных чугунов.

Флюсом при выплавке чугуна в до­менных печах является известняк СаСО₃ или доломитизированный из­вестняк, содержащий СаСО₃ и MgCO₃.

Подготовка руд к доменной плавке осуществляется для повышения про­изводительности доменной печи, сни­жения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Цель этой подготов­ки— увеличение содержания железа в шихте и уменьшение в ней примесей — серы, фосфора, повышение ее однородности по кусковатости и хи­мическому составу. Метод подготовки добываемой руды зависит от ее ка­чества.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа—доменных печах. Сущность про­цесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива в печи.

Горение топлива. углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорает. В ре­зультате горения выделяется теплота и образуется газовый поток, содер­жащий СО, СО₂, N₂, H₂, СН₄ и др. При этом в печи несколько выше уровня фурм развивается температура выше 2000° С.Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при тем­пературе ~ 570° С начинается восста­новление оксидов железа.

Люди также интересуются этой лекцией: Лекция 16 - Аварии  на радиационно-опасных объектах.

Восстановление железа в доменной печи. В результате взаимодействия ок­сидов железа с оксидом углерода и тве­рдым углеродом кокса, а также с во­дородом происходит восстановление железа. Восстановление газами назы­вают косвенным, а восстановление тве­рдым углеродом — прямым. Реакции косвенного восстановления—экзотер­мические (сопровождаются выделением теплоты), они происходят главным об­разом в верхних горизонтах печи. Ре­акции прямого восстановления — эндо­термические (сопровождаются поглоще­нием теплоты), они протекают в ниж­ней части доменной печи, где тем­пература более высокая.

Восстановление железа из руды в до­менной печи происходит по мере про­движения шихты вниз по шахте печи и повышения температуры в несколько стадий от высшего оксида к низшему: Fe₂O₃->Fe₃O₄->FeO->FeО пускаясь, шихта достигает зоны в печи, где температура 1000—1100° С. При этой температуре восстановленное из руды твердое железо, взаимодейст­вуя с оксидом углерода, коксом и са­жистым углеродом, интенсивно раство­ряет углерод, вследствие чего темпе­ратура плавления железа понижается и на уровне распара и заплечиков оно расплавляется. Капли железоуглероди­стого сплава, протекая по кускам кокса, насыщаются углеродом (4% и более), марганцем, кремнием, фосфором, ко­торые при температуре 1000—1200° С восстанавливаются из руды, а также серой, содержащейся в коксе.

Продукты доменной плавки. Чугун — основной продукт доменной плавки. В доменных печах получают чугун различного химического состава в за­висимости от его назначения.

Передельный чугун выплавляют для передела его в сталь в конвертерах или мартеновских печах.

Литейный чугун используют на ма­шиностроительных заводах при произ­водстве фасонных отливок. Кроме чугуна в до­менной печи выплавляют ферросплавы доменные — сплавы железа с кремнием, марганцем и другими элементами. Их применяют для раскисления и легирова­ния стали.

Побочные продукты доменной плав­ки — шлак и доменный газ. Из шлака изготовляют шлаковату, цемент, шлакоситаллы, а доменный газ после очистки используют как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь.