123274 (598572), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Специальные виды проката - коле­са и оси железнодорожных вагонов, кольца, зуб­чатые колеса, периодические профили и т. п. Пе­риодическим профилем называют прокатанную заготовку, форма и площадь сечения которой периодически изменяются вдоль оси.

Побочными продуктами металлурги­ческого производства являются коксовальный газ , а также доменный шлак и колошнико­вый газ.

Коксовый газ содержит 46-63 % водорода, 21- 27 % метана, 2-7 % оксила углерода, 4- 18 % азота. Он используется как топливо в коксовых и других печах, а также как сырье в химической промышленности.

Доменный (колошниковый) газ – побочный продукт при выплавке чугуна в доменных печах. Его используют на металлургических заводах в качестве топлива в чистом виде или в смеси с коксовым газом.

Доменным шлаком называют легко­плавкое соединение флюса (СаСО₃ - известняк) с пустой породой руды и золой топлива. Шлак используют для строительства дорог, из него из­готовляют шлаковату, шлакоблоки, цемент, а ко­лошниковый (доменный) газ после очистки от пыли используют как топливо для нагрева воз­духа. вдуваемого в доменную печь, а также в це­хах металлургических заводов.

Производство чугуна.

В настоящее время для выплавки чугуна используют лишь около 5 % сырой железной руды; 95 % всей руды до плавки подвергают предварительной подготовке.

Доменная печь работает нормально, если она загружена кусковым материалом оптимального размера. В металлургии применяют процессы получения кусковой шихты: агломерацию ( спекание); окатывание (производство окатышей).

Агломерацию — процесс окускования мелкой руды, концентратов и т. п. спеканием — наиболее часто прово­дят на машинах ленточного типа. Они представляют со­бой конвейер, состоящий из большого количества спекательных тележек, двигающихся по направляющим рельсам (рис.).

«Днищем» этих тележек служит колосниковая решет­ка. На нее загружается тонкий слой мелкого агломерата (постель), чтобы агломерируемая шихта не сыпалась книзу. Затем загружается тщательно перемешанная, ув­лажненная (7—9 %) и окомкованная шихта. Ее основ­ные железосодержащие компоненты следующие: мел­кая и пылеватая железная руда (крупность менее 10 мм), железорудный концентрат, возврат агломерата (менее 10 мм), колошниковая пыль (см. с. 38), иногда окалина, мелкая металлическая стружка и т. д. Топливом (4 – 6 % от массы шихты) служат коксик - мелкий кокс (менее З мм) и антрацитовый штыб (пыль).

Рис. . Схема агломерационной машины:

/~барабанный питатель для загрузки шихты; 2—направляющие рельсы;

3 — зажигательный горн; 4— спекательные тележки; 5— вакуум-камеры (экс­гаустеры)

Сущность агломерации поясняет схема, приведенная на рис. 3. После зажигания газовыми горелками начи­нается горение топлива, причем зона горения постепенно перемещается вниз. Воздух просасывается через слой шихты (200 - 350 мм) с помощью вакуумных устройств (эксгаустеров). В зоне горения при 1300 - 1500° С про­исходит спекание шихты в пористый продукт - агломе­рат. При нагревании образуются, а затем расплавляют­ся относительно легко­плавкие соединения. Об­разующиеся жидкие фа­зы обтекают, смачивают и связывают твердые час­тицы шихты. При после­дующем охлаждении жидкость затвердевает, обеспечивая образование прочных кусков агломе­рата.

При агломерации происходит частичное восстановле­ние окислов железа.

Fe₂O₃ + CO = FeO

FeO + CO = Fe + CO₂

Из руды на 85- 95% удаляется сера:

FeS₂ + 2O₂ = FeO + 2SO₂

Куски агломе­рата размером более 10 мм направляются в домен­ный цех. Более мелкий агломерат возвращается на переработку (возврат).

Рис. . Схема процесса спекания:

1 — колосниковая решетка; 2 — постель; 3—слой агломерируемой шихты; 5— зона горения и спекания; 5 — слой аг­ломерата

В нашей металлургии применяют только офлюсованный агломерат. Для его получения в шихту вводят мелкоизмельченный флюс – известняк. Применение офлюсованного агломерата улучшает условия образования шлака в доменной печи, ускоряет процесс плавки, уменьшает затраты топлива, приводит к значительному повышению производительности дменной печи ( на 25- 30 %) и снижению расхода кокса (до 20 % ).

Окатывание (производство окатышей).

Тонкоизмельченные концентраты обладают пониженной газопроницаемостью. Их спекание на агломерационных машинах оказалось малопроизводительным и экономически невыгодным. Эффективным способом окускования таких концентратов является окатывание.

Сзема производства окатышей из тонкоизмельченного концентрата ( меньше 0,5 мм) , известняка ( флюс) и возврата (отбракованых окатышей). Для лучшего окатывания шихту увлажняют ( 8- 10 %) и в ее состав добавляют небольшое количество связующего- бентонитовой глины и др.

Сырые окатыши диаметром 20- 30 мм получают во вращающихся барабанах или тарельчатых грануляторах ( рис ). Далее окатыши подвергают сушке ( 200 – 400 ^о С), а затем обжигу при 1300 – 1400 ⁰ С.

При нагреве до 1000- 1050 ^о С Fe₃O₄ окисляется до Fe₂O₃; при более высокой температуре происходит рекристаллизация: из мелких зерен Fe₂O₃ образуются крупные зерна и мостики между ними, что приводит к упрочнению окатыщей В офлюсованных окатышах упрочнение происходит такжк из –ща образования жидкой фазы.

После охлаждения окатыши сортируют на грохоте; фракция < 10 мм возвращается на перработку (возврат)

Устройство доменной печи

Сущность доменной плавки сводится к раздельной загрузке в верх­нюю часть печи, называемой колошником, агломерата, кокса и флю­сов, располагающихся в шахте печи слоями и выгрузкой продуктов плавки ( чугун и шлак) из нижней части печи через летки, а через верх удаляются газы. При нагревании шихты за счет горения кокса, которое обеспечивает вдуваемый в горн горя­чий воздух, в печи идут сложные физико-химические процессы, и шихта постепенно опускается навстречу поднимающимся горячим газам. В результате взаимодействия компонентов шихты и газов в нижней части печи, называемой горном, образуются два несмеши­вающихся жидких слоя — чугун и шлак.

На рис. показана схема доменной печи. Два наклонных подъемника с опрокидывающимися скипами доставляют агломерат, кокс и другие добавки на высоту 50 м к засыпному устройству доменной печи, состоящему из двух поочередно опускающихся конусов.

В верхней части горна расположены фурменные отверстия (16— 20 шт.), через которые в печь под давлением около 300 кПа (3 ат) подается обогащенный кислородом воздух при температуре 900—1200 °С.

Жидкий чугун выпускают каждые 3 - 2 ч (а в крупных печах ежечастно) поочередно через две или три летки, которые для этого вскры­вают с помощью электробура. Выливающийся из печи чугун направляется по желобам литейного двора в чугуновозные ковши, расположенные на железнодорожных платформах. Шлак, выливающийся с чугуном, предварительно отделяют от чугуна в желобах с помощью перекры­вающих затворов и направляют в шлаковозы. Кроме того, часть шлака иногда выпускают из доменной печи до выпуска чугуна через шлаковую летку. После выпуска чугуна летку забивают пробкой из огнеупорной глины с помощью электромагнитной пушки.

Печь монтируют в прочном сварном стальном кожухе, интенсивно охлаждаемом водой. Внутри печь выкладывают высококачественным шамотным кирпичом, а отдельные части печи изготовляют из прес­сованных углеродистых блоков.

Рис. . Схема доменной печи 2700 м³ и ее примерный суточный баланс:1 — чугунная летка; 2 — шлаковая летка; 3 — фурменный прибор; 4 — лещадь; 5 — чугу-нопоз; 6 — шлаковозы; 7 — газоотводы; 8 — засыпное устройство; 9 — фундамент; 10 — воздухопривод дутья

Условно процесс, протекающий в доменной печи, можно разде­лить на следующие этапы:

горение углерода топлива;

разложение компонентов шихты;

восстановление окислов;

науглероживание же­леза;

шлакообразование.

Горение углерода топлива происходит главным образом возле фурм, где основная масса кокса, нагреваясь, встречается с нагретым до температуры 900—1200 °С кислородом воздуха, поступаю­щим через фурмы. Образовавшаяся при этом углекислота вместе с азотом воздуха, поднимаясь, встречается с раскаленным коксом и взаимодействует с ним по реакции СО ₂ + С = 2СО.

Эта реакция обратима, причем ее равновесие сдвигается вправо при повышении температуры и влево при понижении.

Восстановление окислов может происходить окисью углерода, углеродом и водородом. Главная цель доменного процесса - вос­становление железа из его окислов. Восстановление окислов железа идет ступенчато по следующей схеме: Fе₂О₃ → Fе₃O₄→ FeO → Fe.

Главную роль в восстановлении окислов играет окись углерода:

Эта реакция практически необратима, протекает легко при очень низкой концентрации СО в газовой фазе. Для развития следующей реакции вправо необходимы температура не ниже 570 °С и значи­тельный избыток СО в газах:

Fе₃O₄ + СО = 3 FeO + СО ₂ + Q.

Затем происходит образование твердой железной губки по реакции

Науглероживание железа происходит за счет взаимодействия твердого губчатого железа с печными газами, содержащими значи­тельное количество СО:

Образование сплава железа с углеродом, имеющего температуру плавления ниже, чем чистое железо, приводит к формированию ка­пель жидкого чугуна, которые, стекая в нижнюю часть печи через слой раскаленного кокса, еще более насыщаются углеродом.

Шлакообразование активно развивается при прохождении шихты в области распара после окончания процессов восстановления окис­лов железа в доменной печи. Шлак состоит из окислов пустой породы и золы кокса, а также флюса, специально добавленного в печь, чтобы обеспечить достаточную жидкотекучесть шлака при температуре 1400—1450 °С. Основные составляющие доменного шлака — кремнезем (30—45 %), окись кальция (40—50 %), глинозем (10— 25 %).

Шлаки, получаемые в доменной печи, в последние годы широко используют в промышленности, перерабатывают на цемент и другие строительные материалы (шла­ковую вату для теплоизоляции, шлаковые блоки и др.).

В верхней части печи из шихты отделяются газообразные про­дукты реакций и азот воздуха. Газы, выделяющиеся из доменной печи, называют обычно колошниковыми. Газ со­стоит из 26—32 % окиси углерода, 9—14 % двуокиси углерода и 54—58 % азота.

Восстановление других элементов

В доменную печь с шихтовыми материалами попадают марганец, кремний, сера и другие элементов в виде различных химических соединений. Эти элементы частично или полностью восстанавливаются и входят в состав чугуна, улучшая или ухудшая его свойства.

Марганец: Высшие окислы марганца восстанавливаются до закиси марганца (Mn) окисью углерода, аналогично окислам железа:

Характеристики

Список файлов книги