4.2 Технологія виробництва чорних металів.

Вивчення даного питання доцільно розпочати з розгляду технології виплавки чавуну.

Чавун виплавляють із залізних руд пірометалургійним способом у доменних печах, використовуючи для цього тверде паливо (кокс) і флюси.

До основних залізних руд належать звичайний залізняк Fe2О3 (містить 50–66 % заліза), магнітний залізняк Fe3 О4 (містить 50–70 % заліза), бурий залізняк Fe2О3 * nH2O (містить 30–50 % заліза), шпатовий залізняк FeCO3 (містить 30–40 % заліза). У невеликих кількостях використовують також марганцеві руди MnO3, MnO2, Mn2O3. Окрім перелічених руд, у доменному процесі використовують такі високопродуктивні напівфабрикати, як офлюсований агломерат і офлюсовані окатиші, а також прокатну окалину, металобрухт і колошниковий пил.

Основним флюсом доменного процесу є вапняк CaCO3, а паливом – кокс, природний газ, мазут, вугільний пил.

Далі більш детально зупиніться на будові (рис. 4.1) та роботі доменної печі.

Рис. 4.1. Схема роботи доменної печі:

1 – вагон-терези для шихти;

2 – воронка для засипання шихти у скіпові вагонетки;

3 – скіпова вагонетка для подавання колош з бункера;

4 – верхня точка засипного апарата;

5 – приймальна воронка засипного апарата;

6 – малий конус;

7 – воронка великого конуса;

8 – великий конус;

9 – газо очищувач колошникових газів;

10 – повітронагрівач;

11 – камера горіння з насадками для нагрівання повітря, що подається у доменну піч;

12 – димова труба.

Доменна піч – це спеціальна металева споруда, обкладена всередині вогнетривкою цеглою. Вона складається (зверху вниз) з колошникового пристрою, шахти, розпару, заплечників і горна.

Для виплавки чавуну в домну завантажують шихту – суміш певного співвідношення руди, палива та флюсів. Окремі порції шихти називаються колошами. Шихта завантажується в домну періодично у міру того, як згорає паливо і виходять чавун і шлак (додаток М).

Для підтримання горіння палива в доменну піч через фурми вдувається повітря під тиском до 0,3 МПа. Витрата повітря на виплавку 1 т чавуну в сучасних доменних печах становить до 3 000, а на великих печах – до 7 000 м 3 /хв.

Для інтенсифікації процесу виплавки та більш економічної витрати палива повітря нагрівають до 1 000–1 200 °С у повітронагрівачах регенеративного типу.

Головними характеристиками доменної печі є: корисний об’єм V к у метрах кубічних і річна продуктивність у мільйонах тонн чавуну. Більшість діючих доменних печей мають корисний об’єм 1 300–5 000 м3.

Зверніть увагу на те, що домна працює за принципом зустрічних потоків: шихта рухається згори вниз, а гарячі потоки газу, який утворився внаслідок згоряння палива, – назустріч, тобто знизу вгору. Плавка чавуну триває 4–8 годин, який випускають з горна через чавунну льотку, а шлак через шлакову льотку – через 30–40 хвилин.

Для безперебійної роботи довкола печі на подвір’ї розташовані обслуговуючі служби: рудний двір, підйомні та завантажувальні механізми, ливарні двори, нагрівачі повітря (каупери), вітродувні машини, машини (гармати) для закриття та відкорковування льоток, а також різноманітні прилади та пристрої для контролю роботи й управління процесами плавки.

Розглядаючи технологію виробництва чавуну, більш детально ознайомтесь з процесами, які відбуваються в домні під час варіння чавуну: горіння палива; відновлення заліза та інших хімічних елементів, які містяться в шихті, зїх сполук; навуглецювання заліза (додаток Н).

Далі, вивчаючи це питання, зупиніться на розгляді продуктів доменного виробництва. Головними продуктами доменного виробництва є чавун і феросплави, побічними – шлак і колошниковий газ. Залежно від хімічного складу, будови та призначення виплавлені в доменній печі чавуни поділяють на переробні, ливарні та спеціальні.

Переробний чавун – такий, що йде на переробку в сталь. Марки П1 і П2. Це так звані білі чавуни, тому що на зламі вони мають сріблясто-білий колір. У білому чавуні весь вуглець знаходиться в складі карбіду заліза Fe3С.

Ливарний чавун. Після застигання перетворюється в чушки, які відправляють на машинобудівні заводи, де в ливарних цехах їх розплавляють, заливають у спеціальні форми і отримують виливки, що служать заготівками при виготовленні багатьох деталей машин.

Спеціальні чавуни, або феросплави – це сплави заліза із значним вмістом кремнію, марганцю й інших елементів. До них належать: феросиліцій (9–13 % Sі), феромарганець (70–75 % Мn), дзеркальний чавун (10–25 % Мn) та інші. Їх застосовують для розкислення та легування сталі. Головну масу серед продуктів доменного виробництва становлять переробні чавуни – 75–80 %. На частку ливарних чавунів випадає 15–20 % і феросплавів – 1–2 %.

Доменний газ. У доменному процесі при виплавці 1 т чавуну утворюється близько 3 000 м3 доменного газу. Він містить у собі пил, СО, Н2, N, СО2 і має високу теплоту згоряння. Після очищення від пилу доменний газ частково використовується у доменному процесі, попередньо пройшовши через повітронагрівачі регенеративного типу, а також для нагрівання коксових батарей, як палива та при виготовленні агломерату.

Шлак. Шлак, який утворюється в обсязі 0,6 т на 1 т чавуну, з доменної печі жолобом стікає в ківш. Потім його гранулюють струмом повітря або пари над водяним басейном. Нині доменний шлак майже повністю використовують. Наприклад, у будівництві: для одержання шлакопортландцементу, шлакобетону, шлакової цегли, шлаковати, пемзи, шлакоблоків, шлакового литва та ін. Повне використання доменного шлаку істотно підвищує економіку чорної металургії.