3. Назовите исходные материалы для доменного производства.

Это, так называемые сырые материалы или шúхта: 1. железная руда; 2. флюсы; 3. кокс.

Бедные железные руды, содержащие менее 30% Fe обогащают на обогатительных фабриках, удаляя различными методами пустую породу (в основном, песок и глину). Затем 1) спекают с флюсом, получают кусковой материал – агломерат или 2) путем окатывания влажной пылевидной рудной мелочи с флюсом получают, так называемые, окатыши размером ~30 мм, которые затем подсушивают и обжигают. При использовании агломерата и окатышей отпадает отдельная подача флюса.

4. Что такое железная руда?

Железная руда – это природное минеральное образование (горная порода), которое содержит железо в таких количествах, при которых ее технически и экономически целесообразно перерабатывать, т.е. извлекать железо. Железо в железной руде находится в виде различных оксидов железа: Fe₃O₄ (магнитный железняк, содержит до 70% железа), Fe₂O₃ (красный железняк, содержит до 60 % железа), водный оксид железа Fe₂O₃х3H₂O (бурый железняк, содержит до 30 % железа) или виде карбоната FeCO₃ (шпатовый железняк-сидерит, содержит до 40 % железа). К лучшим железным рудам относятся красные железняки благодаря низкому содержанию вредных примесей серы и фосфора и хорошей восстанавливаемости. Кроме оксидов руда содержит пустую породу, в состав которой входят кремнезем SiO₂ (песок), глинозем Al₂O₃ (глину), оксид кальция (CaO) и оксид магния MgO. Основными операциями подготовки руды к плавке являются дробление, сортировка, обогащение, обжиг и спекание. Цель обогащения – удаление пустой породы и повышение содержания железа. Для обогащения железных руд применяют промывку и магнитную сепарацию.

5. Что такое доменные флюсы, каково их назначение?

Доменные флюсы – это материалы, вводимые в шихту для понижения температуры плавления пустой породы и образования легкоплавкого сплава - шлака. Выбор флюсов зависит от химического состава пустой породы. Если в пустой породе присутствует песок и глина, то в качестве флюса используют известняк CaCO₃, реже доломит CaCO₃хMgCO_3. Если пустая порода содержит известняк, в качестве флюса используют песок SiO_2.

6. Что является основным видом топлива в доменном производстве.

Основным видом топлива в доменном производстве является кокс – твердый материал, содержащий 91-99,5% углерода. Кокс получают из каменного угля (так называемых коксующихся углей) путем коксования, т.е. нагрева до высоких температур без доступа воздуха. Кокс одновременно является топливом и восстановителем железа из железной руды в производстве чугуна.

7. Что такое шлак?

Шлак – это легкоплавкий сплав, формируется из пустой породы и флюсов при выплавке чугуна, также при выплавке стали.

8. Основной химический процесс, протекающий в доменной печи – восстановление железа из его окислов.

9. Косвенное или непрямое восстановление – это восстановление железа из его окислов оксидом углерода. Например: FeO + CO = Fe + СО₂ + Q. Суммарный тепловой эффект косвенного восстановления положителен. Этот процесс протекает в нижней части шахты доменной печи при сравнительно низких температурах. Косвенным путем восстанавливается 60-70% железа.

Прямое восстановление - это восстановление твердым углеродом кокса по реакции:

FeO + C = Fe + СО – Q. Эта реакция идет с большим поглощением тепла при высоких температурах (выше 900-1000 ⁰С) в зоне распара и верхней части заплечиков. Прямым восстановлением восстанавливается 30-40% (до 50%) железа.

10. Интенсификация доменного производства печи. Основные показатели работы доменной печи - коэффициент использования полезного объема (КИПО) и расход кокса на 1 тонну выплавленного чугуна. КИПО показывает отношение полезного объема печи V, м³ (от уровня чугунной летки до максимального уровня засыпки сырых материалов) к средней выплавке чугуна за сутки G, т, таким образом, КИПО = V/G, м³/т. Чем меньше значение КИПО, тем лучше работает доменная печь. Значения КИПО колеблются в пределах 0,4 – 0,7 и зависят от содержания железа в руде, подготовки шихтовых материалов, сорта выплавляемого чугуна. Стоимость кокса составляет 40-50% от стоимости чугуна. Удельный расход кокса зависит от качества шихты, температуры нагрева дутья и его обогащения кислородом. На доменных печах КИПО в среднем составляет 0,5 – 0,6. В России на самой производительной доменной печи достигнут КИПО 0,4 – 0,45. Интенсификация доменного процесса, а, следовательно, возможность уменьшения КИПО может быть осуществлена путем:

1) увеличения полезного объема печи,

2) обогащения дутья кислородом,

3) использования природного газа,

4) улучшения подготовки шихты,

5) замены железной руды агломератом и окатышами,

6) автоматизации всех процессов плавки.

10а. Производство литейного чугуна. На машиностроительных заводах литейный чугун поступает в виде отливок-чушек, которые переплавляют в специальных печах различной конструкции: в вагранках, электродуговых печах, индукционных печах, плазменных печах. Наибольшее распространение в виду простоты конструкции получила печь-вагранка.

Печь-вагранка – цилиндрическая печь шахтного типа. Печь загружают коксом на высоту, равную внутреннему диаметру вагранки. Затем загружают шихту: 1) литейный чугун, возврат собственного производства, стальной лом, ферросплавы; 2)кокс; 3) флюс для формирования шлака. В качестве флюса используют известняк. Первую порцию кокса разжигают, затем через фурмы подают воздушное дутье. Для снижения расхода кокса дутье подогревают до 350-550⁰С. Производительность современных вагранок 2,5 – 50,0 тонн/час жидкого чугуна.

11. Углеродистая сталь – это сплав железа с углеродом, содержащим углерода менее 2% (2,14%), обычно не более 1,3%. Постоянными примесями в стали являются марганец, кремний (полезные примеси), фосфор, сера (вредные примеси).

В строительстве, машиностроении, а также в других областях техники используют легированные стали, в которые специально вводят легирующие элементы (хром, кремний, марганец, никель, титан, ванадий, молибден и др.) для придания им необходимых механических или специальных свойств. (См. далее легированные стали).

Исходными металлическими материалами для получения стали являются передельный чугун, стальной лом и ферросплавы. Сталь по сравнению с чугуном содержит меньшее количество углерода и примесей. Поэтому передел чугуна в сталь заключается удалении избытка углерода и примесей с помощью окислительных процессов, которые протекают в сталеплавильных печах-агрегатах. Основными способами производства стали являются 1) кислородно-конвертерный, 2) мартеновский и 3) электроплавка.

12. Кислородно-конвертерное производство стали.

Кислородный конвертер – сталеплавильный агрегат грушевидной формы, с глухим дном, горловиной и боковым выпускным отверстием (леткой), расположенным у основания горловины. Сварной корпус изготовлен из листов котельной стали толщиной 100 мм. Рабочее пространство конвертера выложено (футеровано) огнеупорными смолодоломитовыми кирпичами, выпускное отверстие футеровано магнезитовыми блоками. Конвертер может поворачиваться в вертикальной плоскости. Сверху над конвертером расположена водоохлаждаемая фурма, через которую подается кислород. Фурма может перемещаться вверх-вниз. В режиме плавки фурма находится на расстоянии 300-800 мм от поверхности ванны. Кислород подается под давлением 0,8-1,0 Мпа. Расход кислорода зависит от емкости конвертера и интенсивности продувки и составляет 2,5 – 4,0 м³ на одну тонну металла в минуту. Длительность плки составляет 35 0 50 минут.