целиком (РК 1)

1. Исходные материалы для выплавки чугуна в доменной печи. Подготовка исходных материалов к плавке.

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, топливо, флюсы.

Железные руды

В них железо находится в соединении с кислородом Fe2O3, Fe3O4, FeO. Железа в этих рудах 50% и ниже – 30%. Обогатительная фабрика – концентрат (60%).

Топливо

Топливом служит кокс, позволяющий получать необходимую температуру и создавать условия для восстановления железа из руды. В целях экономии часть кокса заменяют природным газом, мазутом, пылевидным топливом.

Флюс

Флюсом при выплавке чугуна является известняк CaCO3 илидоломитизированный известняк, содержащий CaCO3 и MgCO3, так как в шлаки должно входить достаточное определенное кол-во основных оксидов(CaO, MgO).

Подготовка к выплавке

Необходима для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. Цель подготовки – увеличение содержания железа в шихте и уменьшения в ней вредных примесей – серы, фосфора, повышения ее однородности по кусковатости и хим. составу.

Дробление и сортировка

Служат для получения кусков оптимальной для плавки величины. Дробление производится на щековых или конусных дробилках или на шаровых мельницах.

Обогащение руды

Реализация физических свойств минералов, входящих в ее состав: плотностей составляющих, магнитных, физико-химических свойств минералов.

Промывка водой отделяет плотные составляющие руды от пустой породы (песка, глины).

Гравитация (отсадка) – отделение руды от пустой породу при пропускании струи воды через дно вибрирующего сита, в котором лежит руда.

Окусковывание проводят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров. Есть два способа кускования: окатывание и агломерация.

2) Устройство доменной печи и ее основные свойства.

3). Физико – химические процессы доменной плавки.

Разделяют на:

Горение топлива, разложение компонентов шихты, восстановление железа, науглероживание железа, восстановление марганца, кремния и фосфора; шлакообразования.

Горение топлива

Вблизи фурм углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха,сгорает. Образуется газовый поток состоящий из СО, СО₂, N₂, H₂, CH₄ и др. температура в печи выше уровня фурм достигает 2000°С.

Восстановление железа

Известняк флюса диссоциирует по реакции CaCO₃ = CaO + CO₂. В результате взаимодействия оксидов железа с оксидом углерода и твердым углеродом кокса, происходит восстановление железа. Окись идет в несколько стадий Fe₂O₃Fe₃O₄FeOFe. Заканчивается при 1100…1200°С.

Науглероживание железа

Происходит при взаимодействии с оксидом углерода, коксом, сжатым углеродом. Это приводит к образованию жидкого расплава, который каплями стекает в горн. Капли протекая по кускам кокса насыщаются углеродом(4% и более), марганцем, кремнием и фосфором.

Марганец

MnO₂Mn₂O₃Mn₄O₃MnO (восстановление марганца). Проходит при температуре 1100 С.

Кремний

Содержится в руде в виде SiO₂, частично восстанавливается твердым углеродом и растворяется в железе. Другая его часть переходит в шлак. Восстанавливается при температуре не ниже 1450 С

Фосфор

Содержится в руде в виде соединений (FeO)₃ * P₂O₅ и (CaO)₃ * P₂O₅. При температурах выше 1000 С фофат железа восстанавливается оксидом углерода и твердым углеродом с образованием фосфида железа. При температурах выше 1300 С фосфор восстанавливается из фосфата кальция.

Образование шлака

Шлакообразование происходит в распаре после окончания процессов восстановления железа путем сплавления флюсов, добавляемых в печь для обеспечения жидкотекучести при температуре 1400…1500°С. Основные составляющие шлака: оксиды кремния(30…45%), оксиды кальция(40…50%), оксид алюминия(10…25%) и другие компоненты.

4). Продукты доменного производства:

Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах:

передельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах;

литейный, идущий для фассонных отливок;

Побочные продукты доменного производства:

доменный газ после очистки используется для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь;

доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов;

Оценка эффективности работы доменной печи:

Коэффициент полезного объема печи (КИПО)=отношению полезного объема доменной печи (V) к ее среднесуточной производительности (Р).

КИПО=V/P

Мероприятия по повышению эффективности работы доменной печи: хз

5). Прямое восстановление железа из руды. Схема процесса и получаемая продукция.

Реакция взаимодействия оксидов железа и твердым углеродом кокса – прямое восстановление железа. Реакция – эндотермическая (погл. теплота), протекают в нижней части домен. печи, где температура более высокая. Реакция происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте, и повышении температуры и происходит в несколько стадий:

Fe₂ O₃ +CO->Fe₃O₄ +CO₂

Fe₃ O₄ +CO->FeO +CO₂

FeO+CO->Fe+CO₂

Восстановление заканчивается при 1100-1200 град. Железо восстанавливается почти полностью, потери со шлаком <1%

6). Выплавка стали. Основные периоды плавки и процессы, происходящие при выплавке стали.

Сущность – снижение содержания С и примесей путем их избирательного окисления о перевода в шлак и газы. Основные материалы – передельный чугун и стальной лом. Так как в чугуне больше всего Fe – оно окисляется в первую очередь. Одновременно с Fe окисляются Si, P, C, Mn, и др. Оксид железа при высок температурах отдает свой кислород более активным компонентам

FeO+Si->SiO₂+Fe+Q FeO+Mn->MnO+Fe+Q

FeO+P->P₂O₅+Fe+Q FeO+C->CO+Fe-Q

В соответсвии с принципом Ле Шателье реакции с +Q, идут быстрее при низких температурах, реакции с –Q, при высоких. После расплавления шихты образуются 2 несмешивающиеся среды: жидкий металл и шлак. Причем компоненты(Mn, Si,..) растворимые в металле и шлаке будут разделяться в определенном соотношении для данной температуры. Т.о., изменяя состав шлака можно менять соотношение примесей в металле.

Этапы:

1-й этап:

Расплавление шихты, окисление железа, окисление примесей, удаление Р. Для этого проводят плавку в основной печи, где можно использовать шлак, содержащий CaO. Шлак должен обладать высокой основностью.

FeO+P₂O₅->(FeO₃)P₂O₅

(FeO₃)P₂O₅+CaO->(CaOP₂O₅)+Fe

2-й этап- Кипение:

Повышение температуры, окисление углерода. Частично удаляются неметаллические включения(прилипают к пузырькам CO). Удаление серы.

FeS+CaO->CaS+FeO

СаS не растворимо в железе, но растворимо в шлаке -> сера удаляется в шлак.

3-й этап Раскисление железа:

2 способа осаждающий и диффузионный. Осаждающий способ – введение в жидкую сталь растворимых раскислителей (Mn, Al,Si). В рез-те Fe восстанавливается, а MnO и др. удаляются в шлак.часть остается – свойства стали снижаются.

Диффузионный способ – раскисление шлака. Ферромарганец, ферросилиций и др. высыпают на шлак в мелкоразмельченном виде. Они восстанавливают оксид железа уменьшая его содержание в шлаке. При этом FeO в растворенный в стали переходит в шлак.

7). Выплавка стали в основных и кислых плавильных агрегатах. Возможность удаления вредных примесей.

Удаление примесей: путем отвода шлака с поверхности металла и нанесение нового путем подачи флюса требуемого состава. Этим путем можно удалить вредные примеси: фосфор, серу.

Первый этап – расплавление шихты и нагрев ванны жидкого металла.

Идет окисление Fe, образование оксида Fe, окисление примесей Si, P, Mn

2Fe+O2→2FeO+Q

Si+FeO→Fe+SiO2+Q; Mn+FeO→Fe+MnO+Q; 2P+5FeO→5Fe+P2O5

Удаление фосфора: плавкой в основной печи, с использованием основного оксида CaO, который способен поглощать из металла и удерживать P и S.

FeO+P2O5→(FeO)3P2O5; (FeO)3P2O5+CaO→Ca(CO)4P2O5+Fe

Для более полного удаления фосфора из металла убирают шлак содержащий фосфор, и наносят новый с добавками CaO.

Второй этап – кипение ванны

Нагрев ванны, более интенсивное окисление C. При кипении уменьшается содержание углерода до требуемого уровня, частично удаляются газы и неметаллические включения. Повышается качество металла.

Сера удаляется из стали в шлак: FeS+CaO→CaS+FeO;

В кислых печах: нет условий для уменьшения серы и фосфорав стали, поэтому в них можно выплавлять только стали с малым количеством серы и фосфора.

Третий этап – раскисление стали

Заключается в восстановлении оксида железа растворенного в жидком металле.

2 вида раскисления:

Осаждающее раскисление: в жидкую сталь вводят растворимые раскислители (FeMn, FeSi) Восстанавливается железо и образуются MnO, SiO2, Al2O3 удаляемые в шлак.

Диффузионное раскисление: раскислением шлака. FeMn, FeSi загружают на поверхность шлака. Образующиеся оксиды остаются в шлаке, восстановленное железо переходит в сталь, повышая ее свойства.

В кислых печах: процесс плавки происходит при кислом шлаке. Кол-во MnO и FeO в шлаке уменьшается. После выдержки содержание FeO резко уменьшается, окончательное раскисление проводится добавлением FeMn.

8). Выплавка стали в кислородном конвертере.

Кислородно-конвертерный процесс – выплавка стали из жидкого чугуна в конвертере с основной футировкой и продувкой кислородом через водоохлаждаемую форму.

Последовательность технологического процесса:

a). Конвертер наклоняют, загружают скрап

б). Заливают чугун при t=1250-1400 C

в). Конвертер поворачивают в вертикальное положение, вводят внутрь фурму, через нее кислород под давлением. Одновременно загружают в конвертер известь, боксит, железную руду. t=2400 C в зоне под фурмой. В первую очередь, окисляется железо. Происходит окисление Si, Mn, C в металле и обогащение его кислородом. Фосфор и сера удаляются из металла. Происходит кипение ванны. Подачу кислорода заканчивают, когда % содержания C соответствует заданному.

г). Из конвертера сталь выпускают в ковш

д). Сталь раскисляют в ковше.

9). Выплавка стали в мартеновской печи

Если в процессе плавки стали в шлаке преобладают основные оксиды – основной мартеновский процесс, если кислые – кислый.