4.2.1 Сырьевые материалы и их подготовка к плавке. В качестве сырья для получения железа используют руды, которые делят на четыре типа: 1. Красные железняки – гематит – Fe2O3; 2. Магнитные железняки – магнетит – Fe3O4; 3. Бурые железняки – гидроксиды железа – Fe2O3 nH2O; 4. Сидериты – FeCO3. Пустая порода большинства руд состоит в основном из SiO2, и в меньшем количестве присутствуют Al2O3, CaO, MgO. В железных рудах есть в небольших концентрациях полезные (Mn, V, Cr, Ni) и вредные (S, P, As, Zn) примеси. Качество руды или ее металлургическая ценность, определяющая затраты доменного цеха на проплавку рудного материала зависит от содержания (количество пустой породы), состава пустой породы, содержания вредных и полезных примесей. Современное доменное производство предъявляет к железорудным материалам повышенные требования по гранулометрическому и химическому составу, по содержанию примесей, по прочности и пр. В состав шихты доменной плавки входит руда (большей частью в форме агломерата или окатышей) и отходы других производств, содержащие повышенное количество железа: колошниковая пыль, скрап, окалину, пиритные огарки (отходы сернокислотного производства) и др. От тщательности подготовки сырьевых материалов зависит производительность печи, расход кокса и качество получаемого чугуна. Основной целью подготовки сырья к доменной плавке является доведение содержания железа в рудной части шихты до 64-67 %. Поэтому практически все добываемые железные руды подвергаются полному комплексу подготовки: дробление, измельчение, грохочение, классификация, обогащение, усреднение, окускование. Подготовка основной массы руды начинается с ее обогащения, перед которым руда проходит стадии дробления и измельчения. Размер кусков измельченной руды определяется способом ее дальнейшей переработки. Для доменной плавки руда должна иметь крупность 40-100 мм, для агломерации – 6-10 мм, для обогащения до 0,1 мм. Размеры кусков руды, поступающей с рудников, достигает 1 м и более.
То, что зарабатывают фермеры, не строя свои галереи на скале, теряется из-за огромных затрат на деревообработку и потери угля. В то же время производство шахты увеличивается, а себестоимость снижается. Поэтому необходимо перемещать центр тяжести фермы в районы, которые до сих пор мало известны, расположенные к востоку от бывших добывающих скважин. Подземные дворы отходят от обнажений без, однако, уголь исчезает. Помимо общей трансформации, скромные ежедневные улучшения способствуют снижению себестоимости и упрощению циркуляции углей.
В дополнение к усилиям по оснащению нижних работ рельсами метод оплаты до дня, успешно принятый на скважине Роберта, затем обобщается на всю операцию. Сокращение себестоимости, регулярное, но очень медленное с момента восстановления, может, наконец, ускориться. Поскольку наиболее ценные угли предназначены для коксования, первые меры, направленные на сокращение потребления, осуществляются доменными печами. Несколько решений имеют значение. Мощные машины мощностью 100 л.с. позволяют получить более полное сгорание кокса.
Для дробления руд используют различного рода дробилки, а для измельчения – шаровые мельницы. Для сортировки материалов по крупности применяют грохоты различных конструкций, а для разделения по крупности материалов мельче 1 мм используют методы гидравлической классификации. Обогащение железных руд проводят для повышения содержания в сырье железа за счет удаления части пустой породы и для этого используют промывку, гравитацию, магнитную сепарацию и редко флотацию. Промывкой обогащают руды, пустая порода которых состоит из песчаных и глинистых включений и ее использование может повысить содержание железа в сырье на 2-9 %. Гравитационное обогащение представляет собой разделение руды в тяжелых жидких суспензиях, плотность которых больше плотности пустой породы и меньше плотности рудных минералов. Магнитное обогащение – самый распространенный способ обогащения железных руд в отечественной металлургии: с его помощью получают до 90 % железорудного концентрата. Для этого используются барабанные или ленточные сепараторы, в которых частицы с высокой магнитной восприимчивостью отделяются от пустой породы. Окускование железных руд и концентратов проводят перед доменной плавкой, так как в этих печах допускается переработка материала крупностью 10-100 мм. Для этого используют два метода – агломерацию и сухую грануляцию (окатывание). Агломерация является основным способом окомкования железных руд и концентратов, и сейчас доля агломерата в шихте достигает 75 %. Агломерация процесс окускования мелких материалов путем их спекания. Спекание происходит за счет частичного расплавления наиболее легкоплавких компонентов шихты, расплав которых смачивает и при последующем охлаждении сваривает частицы тугоплавкой породы в прочный кусковой и пористый материал – агломерат. Окатыванием или холодной (сухой) грануляцией называют операцию укрупнения пылевидных материалов, при которой материал за счет его непрерывного окатывания и слипания превращается в шаровидные гранулы (окатыши), сохраняющие свою форму и размеры при дальнейшей переработке. Перед окатыванием материал увлажняют, а иногда добавляют связующие добавки: известь, сульфит целлюлоз
Чтобы потреблять меньше угля, оба предпринимателя также работают над лучшими знаниями о железной руде. Использование более богатых минералов, чем те, которые использовались до приема, должно уменьшить массу кокса, необходимого для производства одной тонны чугуна, примерно на 200-250 кг. Что касается различных коксовых печей, то они имеют несколько вариантов, которые не способствуют получению обычного кокса и, следовательно, удовлетворительного внешнего вида для прокатки доменных печей.
Но вскоре был достигнут решительный прогресс. У них есть двойное преимущество в том, что дает более высокий выход кокса, позволяя использовать уголь менее жирным, чем в прошлом. Если усилия по увеличению производства будут успешными, надежды, связанные с улучшением условий труда, замедляют их влияние. Разрыв с предыдущей организацией не может быть радикальным. Во время разработки новых установок старые части месторождения остаются в эксплуатации. Две плотины установлены для ограничения газа в работах.
ный щелок сульфат натрия, и пр. В табл. 4.1. приведены составы руды Оленегорского месторождения и полученного из нее концентрата.
Таблица 4.1 - Химические составы руды и полученного концентрата
Мат Fe FeO Fe2O3 SiO2 CaO MgO Al2O3 P S ППП Руда Конц. 33,2 65,1 13,5 24,9 34,2 65,3 44,2 8,2 2,4 0,5 1,5 0,6 0,9 0,2 0,04 0,01 0,04 0,01 3,8 0,7
Из этой таблицы видно, что содержание железа в результате обогащения увеличилось в 2 раза, а количество пустой породы сократилось в 5,5 раз, благодаря чему во столько же раз сократится количество доменного шлака и расход топлива (кокса) на его плавление. 4.2.2 Доменное производство. Основным агрегатом для извлечения железа из руд является доменная печь (рисунок 4.1).
Но во время проверки герметичности стенок защитного кирпича директор угольной шахты совершает неловкость, которая для него смертельна. Вместо того, чтобы использовать свою лампу безопасности, он представляет собой голый фонарь, который вызывает взрыв сжатого газа за одной из плотин. Дыхание и насилие над струями кирпичей смертельно ранили его.
Он остается самым смертельным из периода Шнайдера. В двух последовательных катастрофах погибают не менее шестнадцати горняков. Пожар и наводнения в свою очередь поражают шахтеров. Первые мертвые должны быть осуждены 7 января. Двое несовершеннолетних, забытых во время оповещения, погибают от удушья. Только после дневной работы был установлен контакт между группой спасателей и двумя горняками, которые пробрались среди вод и осыпи. Восемь шахтеров все еще выпущены в течение следующих часов. 5 октября были обнаружены тела пропавших работников.
1 – скип; 2 – засыпной аппарат; 3 – кладка печи; 4 – система охлаждения; 5 – воздухопровод; 6 – отверстие для выпуска шлака; 7 – отверстие для выпуска чугуна; 8 – чугуновозный ковш; 9 – шлаковозный ковш
Рисунок 4.1 – Доменная печь
Верхняя часть печи называется колошником (К). Основной ча
стью печи по объему является шахта (Ш), представляющая собой усеченный конус. Самая широкая часть – распар (Р) переходит в заплечики (З), а самой нижней частью печи является горн (Г). В верхней части горна равномерно расположено 30-40 фурменных отверстий (Ф), через которые из кольцевого воздуховода подается в печь нагретый воздух. В нижней части горна расположены 2-4 отверстия для выпуска чугуна и шлака. Общая высота печи достигает 40-45 м, а диаметр распара – до 17 м. Загрузка доменной печи шихтой проводится скипами с помощью засыпного аппарата, который обеспечивает герметизацию печи от атмосферы. Шихта доменной печи состоит из трех компонентов в строго определенном соотношении: - железорудный материал – агломерат или окатыши; - кокс – главный источник тепла и реагент-восстановитель железа; - флюс – материал, снижающий температуру плавления пустой породы и золы кокса, в качестве которого чаще всего используют известняк СаСО3. Сущность доменного процесса заключается в том, что в верхней половине печи при умеренных температурах – 400-1100 С восстанавливаются оксиды железа из твердых кусков рудного материала. В расположенной ниже зоне с температурой 1100-1300 С – в так называемой зоне шлакообразования – происходит расплавление чугуна и пустой породы, которые стекают вниз и скапливаются в горне, разделяясь на две несмешивающиеся жидкие фазы. Доменный процесс противоточный: сверху вниз непрерывно опускаются материалы, а снизу вверх поднимается горячий газ, который нагревает шихту и участвует в восстановлении железа. Получение малоуглеродистого сплава железа (стали) в доменной печи невозможно, так как на всем пути движения железа до горна оно имеет непрерывный контакт с углеродом кокса и оксидом углерода доменного газа. Процесс плавки не прерывается, и доменная печь работает несколько лет. Современные доменные печи – высокопроизводительные агрегаты с высокой степенью механизации и автоматизации. Доменная печь объемом 5000 м3 имеет суточную производительность около 12000 т. чугуна (более 4 млн. т в год). 4.2.3 Химизм и механизм плавки. Доменная плавка является типичным восстановительным процессом. Условно все превращения
После исследования выяснилось, что галерея столкнулась с древними раскопками, в которых накопилась вода. Смутные воспоминания о бывших шахтерах вызвали внимание рабочих, но ни один план не подтвердил эти сведения. Однако шахтеры проводили зондирование во главе галерей, чтобы избежать неожиданных перебоев воды. Они также пробурили крепления на крыше галерей, но их внимание постепенно притуплялось низкой интенсивностью стока. После аварии и, несмотря на несколько предыдущих выступлений, главный инженер шахты Манес всегда осуждает присутствие женщин в подпольной работе.
в доменной печи можно разделить на несколько стадий, основными из которых являются: горение углерода, и, по мере опускания шихты – термическое разложение компонентов, восстановление оксидов, образование чугуна и шлакообразование. Все эти стадии протекают одновременно на разных уровнях печи. Горение топлива (кокса, углеводородов природного и коксового газов, мазута) происходит за счет кислорода, вдуваемого в печь через фурмы. Основное количество теплоты выделяется при горении кокса, в результате чего в районе фурм создается температура около 2000 С:
Они присутствуют, потому что мужской персонал слишком мал. Прошлые ограничения теперь только смягчают деятельность по добыче полезных ископаемых. Но дорогостоящие инвестиции, требуемые программой преобразования, поглощают значительную часть капитала, вложенного в восстановление Ле Крезо. Если уголь признается в больших количествах, эксплуатация не дает достаточного рабочего населения для быстрого повышения уровня добычи. В отличие от того, что заметно в Ле Крезо, в Бланзи и Эпинасе, в трех других крупных горнодобывающих операциях в регионе Саона и Луара, Монтчанин не имеет недвижимого имущества.
С + О2 = СО2 + 393780 кДж.
Оксиды железа начинают восстанавливаться после нагревания до 250-400 С. Восстановление Fe2O3 до металлического железа происходит в диапазоне температур 570-900 С последовательно через промежуточные оксиды:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + 111 кДж/кг Fe Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 – 125 кДж/кг Fe FeO + CO = Fe + CO2 + 244 кДж/кг Fe По мере удаления от фурм начинает развиваться эндотермическая реакция
Адольф Шнайдер не намерен умножать расходы, которые непосредственно не предназначены для модернизации его заводов. С другой стороны, он рассчитывает воспользоваться тем пылом, который сопровождает развитие горнодобывающей деятельности во второй половине года. Предыдущий отряд Бланзи из концессии Монтениса также выступает за спрос.
В конце концов, сформировалось новое общество с целью усиления тогда не признанного в то время депозита Монтчанина. Макет концессий на добычу более тесно связан с геологической реальностью и учитывает прогресс, достигнутый этой дисциплиной с начала века.
СО2 + С = 2СО – 2970 кДж/кг Fe.
Если восстанавливался FeO, то конечным результатом идущих последовательно вышеуказанных реакций будет их алгебраическая сумма
FeO + C = Fe + CO – 2726 кДж/кг Fe.
Эту последнюю реакцию, в результате которой образуется оксид углерода и железо, называют реакцией прямого восстановления. Реакции, конечным газообразным продуктом которых является диоксид углерода, называют реакциями косвенного восстановления железа. Следовательно, домну можно разбить на две зоны: - верхнюю, до горизонта с температурой около 1000 С, в которой идет косвенное восстановление железа, и
Без предварительной предосторожности разделение концессии не было бы свободным от опасностей, поскольку угольная шахта на заводе еще не в состоянии удовлетворить все потребности различных служб. В шестой главе операционной компании говорится, что. Цена за гектолит будет на 25 сантимов выше себестоимости.
Удержание Монтчанина также проявляется в другой форме, которая показывает, насколько относительна независимость горной промышленности. В отчете, прилагаемом к проекту конституции общества Гуйер де Монтчанин, показан оптимизм, который появляется в таком виде: Угольная шахта Монтчанин - одна из самых красивых угольных шахт во Франции.
Нижнюю, где идет прямое восстановление железа. К моменту достижения шихтой горизонта с температурой 11001200 ºС значительное количество железа уже восстановлено, и в дальнейшем идет процесс науглероживания железа
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2.
Благодаря этому процессу в доменной печи невозможно получение малоуглеродистого сплава (стали), но образовавшийся высокоуглеродистый сплав железа с углеродом – чугун – имеет температуру плавления 1300 С, что на 230 С ниже, чем у железа. На различных горизонтах печи в железо переходит в небольших количествах кремний, марганец, фосфор, сера, а также ванадий, хром, никель и др. элементы. Готовый чугун в жидком виде собирается в металлоприемнике горна под слоем шлакового расплава. Шлакообразование начинает активно протекать после окончания процессов восстановления железа в области распара. Шлак образуется из оксидов пустой породы, золы кокса и добавляемых флюсов, которые при температуре 1400-1450 С обеспечивают жидкотекучесть шлаков. Шлак располагается над слоем чугуна и на 90 % состоит из CaO, SiO2 и Al2O3, а также небольших количеств FeO, MnO, MgO, CaS и других шлакообразующих компонентов.
Это утверждение немного чрезмерно, но связано с интересом, вызванным недавним открытием большой угольной сваи. Уроковые экспедиции утроились в годы, предшествовавшие созданию их общества. Отходы первых лет эксплуатации уступили место «применению более консервативных принципов месторождения и более подходящим для обеспечения их экономической дезинтеграции при предоставлении желаемых гарантий в интересах безопасности рабочих». Тем не менее, геология Монтчанина не лишена некоторых мучений для фермеров.
Они полностью смущены особым характером разных слоев. Уголь появляется как очень нерегулярные кластеры, образующие четки. Следовательно, они не дают первым трудам всю необходимую целеустремленность. Часто, после нескольких метров в контакте с углем, шахтеры теряют след слоя, жертву удушения, складку. Поэтому трудно определить размер месторождения. Следовательно, сокращение производственных издержек, следовательно, омрачается дополнительными расходами на хранение и ухудшением содержания топлива на открытом воздухе.
Исходными материалами для производства чугуна являются руды, топливо и флюсы. Основным видом сырья служат железные руды, содержащие химические соединения железа с кислородом и пустые породы из глинозема (Al 2 O 3), оксидов кальция и магния (СаО, MgO) и др.
Ценность железной руды определяется содержанием в ней железа. Наличие вредных примесей (серы, фосфора и др.) обусловливает ухудшение качества получаемого чугуна и необходимость дополнительных затрат по их удалению.
Вскоре проблема стихает без улучшения финансовой ситуации. После истощения кластера периоды непроизводительной работы в стерильных породах продлеваются до тех пор, пока угольная нить снова не уступит более мощной линзе. Сохранение стабильной клиентуры остается почти недостижимой целью. Это связано с большим количеством капитала, чтобы сбрасывать несколько скважин и атаковать месторождение в нескольких точках, что ограничивает чрезмерно резкие колебания производства. Однако после открытия массы Кеттеля огромной массы угля, который еще неизвестен во Франции, на плите шахты едва хватает угля.
В Украине добываются железные руды: красный железняк (Fe 2 O 3) с содержанием железа 55-60% (Криворожское месторождение) и бурый железняк (2Fe 2 O 3 3H 2 O) с содержанием железа 35-50% (Керченское месторождение).
Железные руды кроме основного компонента содержат никель, ванадий, кобальт и другие элементы, которые при доменной плавке переходят в чугун, легируют его и улучшают физико-химические свойства.
Напротив, он аккумулирует и продает плохо. Кроме того, быстро данные свидетельствуют о трудностях сохранения эксплуатации за пределами креозиновых обхватов. После многообещающих начинаний эксплуатация снова становится зависимой от потребностей Ле Крезо.
Строительство железной дороги, соединяющей завод Ле Крезо с каналом дю Центр, является еще одним фактором, препятствующим стремлению к эмансипации, проявляющейся в первые годы существования общества Монтханин-хуйер. Это важный фактор его открытия, окончательно устраняющий его из-за его неустойчивости за счет снижения себестоимости сырья и, в меньшей степени, топлива, приобретенного за его пределами. Этот канал образует небольшой, низкий судоходный поток, который поставляет Канал дю Центр. По оценкам Кост, железная дорога может уменьшить количество признаков более чем на 80%.
Источниками тепла для расплавления руды служит топливо – кокс, который получают из коксующихся углей путем их нагрева в специальных печах до 1000-1100 градусов без доступа воздуха. Кокс также участвует в химических реакциях производства чугуна.
В число сырых материалов при выплавке чугуна входят флюсы – минеральные вещества, добавляемые в шихту для снижения температуры плавления пустой породы и удаления в виде шлака ненужных компонентов (золы, серы, пустой породы).
После того, как линия введена в оборот, путешествие по-прежнему довольно живописное, из-за двух склонов, которые отмечают маршрут. Склон находится в направлении Ле Креузот-Мончанин, тогда как трасса предназначена в первую очередь для снабжения завода различными материалами и, в меньшей степени, только для продажи продукции. Начиная с Монтчанина, быки стреляли по конвоям более двух километров. Наклонный реверс, животные оттаиваются и помещаются в подвижную конюшню, в конце конвоя. После поездки на 2, 5 километра поезд больше не приводится в движение своей силой.
Руда, топливо и флюсы, взятые в определенных дозах (по массе), называются шихтой. Для получения высококачественного чугуна необходима соответствующая подготовка шихтовых материалов. Подготавливаемая к плавке руда должна иметь требуемый состав и определенный размер кусков (20-40 мм), поэтому крупные куски подвергают дроблению, а мелкие и пылевидные фракции – окускованию. При низком содержании в руде железа её подвергают обогащению (бедные железные руды Криворожских ГОКов) в основном путем магнитной сепарации в сочетании с обжигом и флотацией.
С каналами Бриар и Линг, Мелун и Париж доступны. Он предназначен для одновременного приема восьми лодок. Это связано с тем, что количество сырья и металлопродукции, выгружаемых в Монтчанине, испытывает значительный рост, что является симптомом динамизма в процессе восстановления.
Сырье, вторичная проблема
Процветание завода не может происходить только из сталелитейной промышленности. Напротив, эта деятельность, историческая деятельность, находится в момент возобновления, рассматриваемого как бремя, которое должно быть ограничено мало. То, что получено от местных руд, не подходит для ориентации, которую Адольф Шнайдер намерен дать своему заводу. Предпочтительнее приобретать шотландские копии, даже берришонны. В результате количество руды, отправленной в Ле Крезо, остается скромным, и это тем более, что производство чугуна ограничено несколькими тысячами тонн в год.
В настоящее время более 25% железных руд проходят предварительную подготовку к плавке с тем, чтобы в доменную печь поступало железорудное сырье определенной крупности, равномерного химического состава, с высоким содержанием железа и хорошей восстановимостью. Чем тщательнее подготовлена руда к плавке, тем ниже расход топлива и выше качество чугуна.
Скромность производства подтверждает отсутствие интереса двух менеджеров к массовому производству обычных стальных изделий. Железная руда не является одной из основных проблем, хотя низкое качество чугуна и, в лучшем случае, утюги также несут ответственность за неудачи, с которыми сталкиваются предыдущие компании. Однако местные ресурсы железной руды не являются незначительными. Предполагаемая посредственность минеральной среды не полностью объясняет слабость производства чугуна. Они представляют собой оолиты, небольшие конкреции, похожие на микроны зерен неправильного вида.
Основными видами подготовки железных руд являются обогащение руд и окускование рудной мелочи. Наиболее распространенные способы окускования – агломерация и производство окатышей (окомкование). Агломерация руд заключается в том, что в шихту вводят флюсы и другие полезные добавки и путем сжигания топлива в слое спекаемого материала получают пористый, прочный и хорошо восстанавливаемый в доменной печи материал – офлюсованный агломерат. С развитием способов обогащения руд и увеличением удельного веса концентрата в общем объеме сырья начал применяться новый способ подготовки руды – окомкование. Сущность процесса состоит в окатывании частиц исходной шихты и последующем обжиге полученных окатышей размером 25-30 мм, которые содержат 70-95 % железа, однородны по составу и имеют высокую механическую прочность.
Технология выплавки чугуна
Доменная печь (рис. 7.1) представляет собой шахтную печь круглого сечения, заключенную в металлический цельносварной корпус толщиной 25-30 мм в верхней и 35-50 мм в нижней части. Изнутри печь выложена (футерована) огнеупорным кирпичем.
Современная доменная печь состоит из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна. В верхней части печи на колошнике установлен засыпной аппарат 1, служащий для засыпки шихтовых материалов, и газоотводные трубы 2, по которым отводится доменный газ.
Нижняя часть – горн имеет цилиндрическую форму. В верхней части горна расположены фурмы 3, через которые в печь подаются подогретый до 1000-1200 градусов воздух и природный газ. Нижняя часть горна, в которой собирается чугун и шлак, называют лещадью. Выше ее находится летка 5 для выпуска чугуна, а на высоте 3-3,5 м шлаковая летка 4. Обе летки забиваются огнеупорной массой, а перед выпуском чугуна пробиваются.
Сущность доменного процесса заключается в восстановлении оксидов железа, что обеспечивается непрерывным взаимодействием опускающихся шихтовых материалов и восходящего потока горючих газов, образующихся при горении кокса в горне.
При нагревании шихты происходит удаление влаги и разложение карбонатов, а оксиды железа под действием газов СО, Н 2 и твердого углерода кокса постепенно превращаются в железо по схеме F 2 O 3 , F 3 O 4 , FeO, Fe.
Основной и важнейший процесс в горне доменной печи – сжигание углерода кокса. В результате горения кокса выделяется необходимое для процесса тепло, образуются восстановительные газы и освобождается объем, что способствует движению шихты сверху вниз. В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Постоянно контактируя с доменным газом и раскаленным коксом, губчатое железо, восстановленное из кусков агломерата, окатышей или руды, постепенно насыщается углеродом. При 1135 градусах в железе может растворяться 4,3% углерода.
Науглероживание железа, т.е. насыщение его углеродом, в основном, происходит в области заплечиков печи. Здесь образуются капли сплава FeC, которые струйками стекают в горн печи. При движении вниз жидкий металл соприкасается с кусками раскаленного кокса, происходит растворение углерода в железе, концентрация углерода повышается до 3,5-4,5%. Кроме углерода в расплав железа переходят восстановленные частично кремний, марганец, фосфор и сера. Этот многокомпонентный сплав железа назван чугуном. В зависимости от состава шихты в чугуне могут быть также хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк.
Выпуск продуктов плавки производится раздельно: чугуна – через каждые 1,5-2 часа, шлака – 1 час. Чугун выпускается в чугуновозные ковши и транспортируется для разлива в чушки или для дальнейшей переработки в сталеплавильные цехи. Доменная печь работает непрерывно в течение 10-12 лет, после чего подвергается капитальному ремонту.
Материальный баланс доменной плавки
Составление материального баланса плавки основывается на фундаментальном законе химии – законе сохранения вещества, открытом М.В. Ломоносовым, согласно которому масса всех веществ, вступающих в реакцию, равна массе всех продуктов реакции.
Для проектируемых печей при составлении баланса пользуются данными, полученными в расчетах шихты, колошникового газа и дутья. Баланс обычно сходится с небольшой неувязкой порядка 0,5–1,0 %. В качестве примера ниже представлен материальный баланс доменной плавки:
Задано, кг
Агломерата 130,0
Окатышей 615,0
Кокса 480,5
Дутья 1700,3
Природного газа 95,2
Итого 4021,0
Получено, кг
Чугуна 1000,0
Шлака 420,0
Газа сухого 2461,0
Влаги и пыли 73,0
Влаги восстановления 67,0
Итого 4021,0
Продукция доменного производства
Основным продуктом доменного производства является чугун – сплав железа с углеродом (2-4,5%) и другими элементами (марганцем, кремнием, фосфором, серой и др.). Все виды чугуна, выплавляемые в доменных печах, по назначению делятся на передельный, литейный и специальный чугун.
Около 85% всего выплавляемого чугуна приходится на передельный (белый) чугун, в котором содержится 3,2-4,5% С, 0,3-1,2% Si, 0,2-1% Mn, 0,15-0,2% P и 0,02-0,07% S. Такой чугун отличается повышенной твердостью, хрупкостью и поэтому используется для производства стали.
Литейный (серый) чугун характеризуется повышенным содержанием кремния (до 4%), обладает хорошими литейными свойствами и применяется для изготовления различных деталей. Разновидностью литейных чугунов является природно-легированные чугуны, получаемые из руд, содержащих ванадий, хром, никель и др. Такие чугуны являются хорошим конструкционным материалом.
Специальные чугуны – это сплавы с высоким содержанием одного или двух неосновных их компонентов. Так, ферросилиций содержит более 13% кремния, ферромарганец до 75% марганца. Эти доменные ферросплавы применяют для раскисления и легирования сталей.
В результате плавки, кроме чугуна, получаются некоторые побочные продукты: шлак, доменный газ и колошниковая пыль. Доменный шлак – это сплав пустой породы, флюсов и золы кокса, он используется как строительный материал. Из него изготавливают шлакобетонные блоки, шлаковату. Большая часть шлака гранулируется и служит сырьем для изготовления цемента. Доменный газ после очистки его от пыли используется в доменном цехе в воздухонагревателях и для работы воздуходувных машин. Колошниковая пыль улавливается и используется при производстве агломерата.
Маркировка чугунов.
Серые чугуны маркируют буквами СЧ (серый чугун) и цифрами (например, СЧ12, СЧ15, СЧ18, СЧ21, СЧ23, СЧ24, СЧ32, СЧ36, СЧ40), показывающими среднее временное сопротивление при растяжении (кгс/мм 2). Например, чугун марки СЧ12 имеет q в ≥12 кгс/мм 2 (120МПа), СЧ40- q в =40 кгс/мм 2 (400 МПа).
Высокопрочные и ковкие чугуны маркируют соответсвенно буквами ВЧ и КЧ и цифрами (например, ВЧ40-10, ВЧ45-5, ВЧ50-2,5, КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3), при этом первые две цифры указывают на средний q в, а следующие на относительно удлиненные.
Специальные чугуны имеют обозначения в маркировке, указывающие их значение. Например, антифрикционные (А) чугуны АСЧ-1, АСЧ-2, АКЧ-1, АВЧ-1 предназначены для работы в паре с термообработанным (нормализованным или закаленным) валом, АСЧ-3, АКЧ-2 и АВЧ-2 – в паре с сырым (в состоянии поставки) валом.
Жаростойкие чугуны маркируются буквами ЖЧ, цифрами показывающими в процентах среднее содержание основного (Cr, Si, Al) легирующего элемента (например, ЖЧХ-20, ЖЧХ-22).
Основные направления в совершенствовании доменного производства .
Важнейшими технико-экономическими показателями работы доменных печей служат коэффициент использования полезного объема (КИПО) и удельный расход кокса. Первый показатель определяется отношением полезного объема печи (м 3) к ее среднесуточной производительности (т). Чем выше производительность печи, тем ниже коэффициент использования полезного объема.
Этот показатель равен в среднем 0,5…0,7, а на некоторых печах доведен до 0,4. Второй показатель – удельный расход кокса – также характеризует экономичность доменного процесса.
Это объясняется тем, что стоимость кокса составляет более половины стоимости чугуна. Снижение обоих показателей дает большой экономический эффект.
Один из путей повышения экономичности производства чугуна – улучшение подготовки шихтовых материалов и интенсификация процесса плавки. Так, применение офлюсованного агломерата позволяет повысить производительность труда на 10…30%, уменьшить расход кокса примерно на 20%. Замена агломерата окатышами дополнительно увеличивает выплавку чугуна на 5…8% и несколько уменьшает расход кокса.
Интенсифицируют плавку повышением давления на колошнике (способствует более равномерному распределению давления газа по сечению печи, более полному восстановлению железа); обогащением дутья кислородом (повышает температуру горения, ускоряет процессы восстановления кремния, марганца); вдуванием в горн природного газа и угольной пыли (уменьшает расход кокса на 10…15%, ускоряет восстановительные процессы).
Большое значение имеет механизация и автоматизация таких процессов как регулирование температуры в рабочем пространстве печи, дозирование подачи шихтовых материалов, воздуха и др. В последние годы для управлений процессом плавки начали применять электронно-вычислительные машины.