Технология производства чугуна

Агломерируемую шихту  увлажняют (4—6 %) и тщательно перемешивают во вращающихся барабанах; при этом шихта окомковывается, что повышает ее газопроницаемость. После зажигания газовыми горелками топлива начинается его горение. Воздух для горения просасывается через слой шихты с помощью вакуумных устройств (эксгаустеров); остаточное давление 6— 10 кПа.

Зона горения постепенно перемещается вниз до постели (колосников). В этой зоне при 1300—1500 °С происходит спекание шихты в пористый продукт — агломерат. После сортировки на грохоте куски крупностью 10— 40 мм используют для плавки, менее 10 мм направляют на переработку (возврат).

Достоинства офлюсованного  агломерата: высокая пористость и  прочность кусков агломерата, что улучшает условия доменной плавки; введение флюса — извести — в состав агломерата имеет очевидные преимущества по сравнению с традиционным способом — загрузкой известняка в кусках (до 80 мм) отдельными порциями (колошами). Применение офлюсованного агломерата ускоряет процесс плавки, приводит к повышению производительности доменных печей к снижению расхода кокса.

Таким образом, по существу агломерация не только «окусковывание», а один из оптимальных способов подготовки мелкого железорудного сырья и флюсов к доменной плавке.

Окатывание (производство окатышей) начали применять в 1945—55 гг. для окускования тонкоизмельченных  концентратов (0,5 мм). Такие концентраты имеют пониженную газопроницаемость; при их агломерации заметно понижается скорость спекания и производительность машин. Кроме того, горно-обогатительные комбинаты (ГОК) нередко значительно удалены от металлургических заводов. Перевозка концентратов экономически невыгодна и сложна (замерзание). Окатыши более прочны, чем агломерат, и меньше разрушаются при перевозке.

Производство окатышей включает две основные технологические  операции: формирование сырых окатышей и их упрочнение. Сырые окатыши получают во вращающихся барабанах (4—8 мин) , конусных или тарельчатых грануляторах (рис. 4.2.); диаметр барабанов до 3 м, длина до 11 м, производительность до 50 т/ч.

Шихта состоит из концентрата мелких окатышей; для офлюсованных окатышей добавляют мелкоизмельченный известняк (12 %); влажность шихты 8—10 %. Для улучшения формирования и упрочнения сырых окатышей в шихту добавляют бентонитовую глину (1—2 %) и другие добавки.

 

Рисунок 4.2. Схема образования окатышей в тарельчатом грануляторе: 1 — вращающаяся чаша, 6 — 10 мин; 2 — скребки; 3 — механизм изменения угла наклона чаши.

 

 

Для упрочнения окатышей их сушат при 300—500 °С, затем подогревают до 800— 1200 °С и обжигают при 1200—1350 °С. Эти операции наиболее часто выполняют на машинах конвейерного типа, по устройству аналогичных агломерационным машинам; их производительность до 2 млн. т/год. Окатыши меньше 10 мм возвращаются на переработку.

Металлизация окатышей (агломерата), т. е. частичное восстановление в них железа, чрезвычайно перспективное  направление в металлургии.. Окатыши с р = 80 — 95 % непосредственно используют для выплавки стали (см. 60). Все возрастающее значение получает подготовка .сырых материалов к доменной плавке:

3. Устройство доменной  печи

Схема устройства доменной печи показана на рис. 4.3.

Стенки печи выкладывают  из огнеупорных материалов, преимущественно  из шамотного кирпича. Шамот получают из обожженной и сырой глины; это нейтральный по химическим свойствам (50 — 60 % SiO₂, 30 — 45 % А1₂О₃), наиболее распространенный и дешевый огнеупорный материал. Толщина шамотной кладки в шахте до 700 мм, заплечиках до 350 мм. Кладка печи снаружи . заключена в стальную броню (кожух) толщиной до 40 мм. Для уменьшения нагрузки на нижнюю часть печи, ее верхнюю часть, начиная от распара, сооружают на стальном кольце с опорными колоннами. Нижнюю часть горна выкладывают из особо огнеупорных материалов — графитизированных блоков и др. с толщиной стенок до 1500 мм. Дли повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливают металлические водяные холодильники (примерно на 3/4 высоты печи).

 

Рисунок 4.3. Разрез (а) и профиль рабочего пространства доменной печи (б):

1 — чугунная летка; 2 — горн; 3 — заплечики; 4 — распар; 5— шахта; 6 — колошник; 7 — засыпной  аппарат; 8 - горизонт образования  чугуна; 9 — горизонт образования шлака; 10 — зона горения кокса; 11 — слой шлака; 12 — шлаковая летка; 13 — расплавленный чугун.

 

Современные крупные  доменные печи имеют полезный объем  примерно 2000—3000 м³; на Криворожском заводе работает одна из- крупнейших в мире печей объемом 5000 м³. Крупные печи экономически более выгодны. Доменная печь работает непрерывно (до ремонта) 5—10 лет.

Для выплавки I т чугуна в среднем расходуется около 1,8 т офлюсованного агломерата, 500 кг кокса. Печь объемом 3000 м³ расходует в сутки примерно 8500 т шихтовых материалов и выплавляет около 5000 т чугуна в сутки. Поэтому в печь загружают шихтовые материалы по мере необходимости, непрерывно подают воздушное дутье и удаляют доменные газы; периодически выпускают чугун и шлак. Шихтовые материалы: офлюсованный агломерат, кокс и др. загружают сверху при помощи засыпного (загрузочного) аппарата; шихту задают отдельными порциями (колошами) по мере опускания уровня проплавляемых материалов. Расплавленный чугун выпускают по мере его накопления в горне через чугунную летку (в печах объемом 3000—5000 м³ имеется 3—4 летки). Летки расположены на 500—1000 мм выше уровня лещади (пода) горна; «мертвый слой» чугуна предохраняет лещадь от разрушения при стекании струй и капель расплавленного чугуна.

Расплавленный шлак выпускают  через две (иногда одну) шлаковые летки; они расположены выше оси чугунных леток на 1,5—2 м. Доменный (колошниковый) газ непрерывно удаляется через специальные газоотводы.

Значение дутья очень  велико. Изменение его параметров за последние годы явилось одним  из главных направлений совершенствования  и интенсификации доменной плавки. Крупнейшими усовершенствованиями явилось обогащение воздуха кислородом и повышение температуры дутья. Значительный эффект дало повышение избыточного давления газов под колошником примерно до 0,20—0,25 МПа, что способствует уменьшению скорости движения газов, улучшению теплообмена и интенсификации физико-химических процессов. Наибольший эффект дает комплексное использование этих мер в случае применения природного газа (комплексное дутье): производительность печей повысилась примерно на 40—50 %, расход кокса снизился на 25—30 %.

4. Доменный процесс

Доменная печь работает по принципу противотока. Шихтовые материалы  постепенно опускаются вниз. Навстречу  им — снизу -Вверх — движется поток горячих газов, образующихся при сгорании топлива.

Горение топлива. В районе воздушных фурм (верхняя часть горна) происходит полное сгорание кокса. При этом выделяется большое количество тепла и в фокусе горения развивается температура 1800—2000 °С. Эти продукты сгорания не являются конечными. Они взаимодействуют с раскаленным коксом. Образуется смесь восстановительных газов, в которой СО является главным восстановителем железа из его оксидов.

Восстановление железа в доменной печи происходит последовательно  — от высших оксидов к низшим (принцип А. А. Байкова). Восстановителями являются оксид углерода СО₂, твердый углерод и водород. Восстановление твердым углеродом принято называть прямым, газами — косвенным восстановлением.

Прямое восстановление твердым углеродом происходит при  температурах выше 950—1000 °С в зоне распара печи.

Оптимальное соотношение между прямым и косвенным восстановлением (определяющее минимальный расход кокса) зависит от конкретных условий доменного процесса: температуры воздушного дутья, количества природного газа и других факторов.

В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Потери со шлаком составляют 0,2—1 %.

Науглероживание железа. Образование  металлического железа начинается при 400—500 °С (в верхней части шахты печи) и заканчивается при 1300—1400 °С (в распаре). При этих температурах восстановленное железо с Т_ал = 1539 °С находится в твердом состоянии в виде губчатой массы. Однако уже в шахте печи наряду с восстановлением железа происходит и его науглероживание и образуется сплав железа с углеродом.

Эта реакция итоговая; процесс протекает  в две стадии: 2СО - С_(сажа)+ СО₂; 3Fe+ С_(сажа) – Fe₂C и получает развитие при 400—700 °С; содержание углерода в сплаве достигает 0,8—1 %. При температуре выше 900 С науглероживание может происходить и по другому механизму: сажа растворяется в высокотемпературной модификации Fe, образуя твердый раствор углерода в железе — аустенит.

С повышением содержания углерода температура плавления  сплава значительно понижается. При 1,8—2 % С она составляет 1200—1150°С, и примерно в зоне распара начинается плавление сплава. Стекая каплями в горн, расплав омывает куски раскаленного кокса и дополнительно интенсивно науглероживается.

Образование чугуна. При стекании жидкого сплава в горн и в самом горне в нем растворяются восстановленные Mn, Si и другие примеси и образуется сложный по составу железоуглеродистый сплав — чугун (3,7—4 % С). Его конечный состав устанавливается в горне и в значительной мере зависит от состава, свойств и количества шлака. В составе чугуна всегда есть постоянные примеси: полезные — Мn и Si и вредные — Р и S. В чугуне могут быть и другие полезные примеси — никель, хром, ванадий и др. Они попадают в доменную печь в виде соответствующих примесей используемой железной руды.

 

Блок-схема производства передельного чугуна

 

Стадии:

1. Подготовка сырьевых материалов;
2. Агломерация;
3. Восстановление шихты

 

5. НТД на передельный чугун. Нормируемые показатели качества в соответствии с требованиями стандартов

НТД на передельный чугун:

ГОСТ 805-80 Чугун передельный. Технические условия

ГОСТ 1284-82 Чушки из передельного чугуна. Технические условия

ГОСТ 20799-88 Масла индустриальные. Технические условия

ГОСТ 14192-88 Металлопродукция. Транспортирование и хранение

ГОСТ 2604-77 Чугун передельный. Методы определения твердости

ГОСТ 27809-88 Техника безопасности при проведении испытаний

ГОСТ 7565—81 Чугун, сталь к сплавы. Метод отбора проб для определения химического состава

ГОСТ 22536.1—88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения общего углерода и графита

ГОСТ 22536.2—87 Стать углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения серы

ГОСТ 22536.3—88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения фосфора

ГОСТ 22536.4—88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения кремния

ГОСТ 22536.5—87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения марганца

ГОСТ 22536.6—88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения мышьяка

ГОСТ 22536.7—88 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения хрома

ГОСТ 22536.8—87 Стать углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения меди

ГОСТ 22536.10—8S Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения алюминия

ГОС Г 22536.11—87 Сталь углеродистая и чугун нелегированный. Методы определения титана

ГОСТ 22536.14—88 Сталь и чугун. Методы спектрографического анализа

ГОСТ 27611—88 Чугун. Метод фотоэлектрического спектрального анализа

Нормируемые показатели качества в соответствии с требованиями ГОСТ 805-80 «Чугун передельный. Технические условия.»

ГОСТ 805-80 «Чугун передельный. Технические условия» распространяется на передельный чугун, предназначенный для дальнейшего передела в сталь или переплавки и чугунолитейных цехах при производстве отливок.

В зависимости от массовой доли кремния и назначения изготовляют:

- передельный чугун для сталеплавильного производства марок П1. П2;

- передельный чугун для литейного производства марок ПЛ1, ПЛ2;

- передельный фосфористый чугун марок ПФ1, ПФ2, ПФЗ;

- передельный высококачественный чугун марок ПВК.1, ПВК2, ПВКЗ.

Передельный чугун должен изготовляться в соответствии с  требованиями настоящего стандарта по технологической документации, утвержденной в установленном порядке.

Химический состав передельного чугуна для сталеплавильного и литейного производства приведен в таблице 5.1, передельного фосфористого — в таблице 5.2, передельного высококачественного — в таблице 5.3.

 

 

Таблица 5.1. Химический состав передельного чугуна для сталеплавильного и литейного производства

 

Таблица 5.2. Химический состав передельного фосфористого чугуна

 

Таблица 5.3. Химический состав передельного высококачественного чугуна

 

 

Передельный чугун марок ПЛ1 и  ПЛ2 должен поставляться с указанием мамоной доли углерода.

Передельный чугун, выплавлг.нный из медесодержащих руд, должен изготовляться с массовой доле меди не более 0,3 %.

Передельный чугун изготовляется в чушках без пережимов, с одним или двумя пережимами. Толщина чушки в месте пережима должна быть не более 50 мм.

Масса чушки должна быть не более 18, 30, 45, 55 кг.