2. ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ - Металургія. - Конспект лекций
ГоловнаЗворотній зв'язок

Металургія.

2. ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ

2.1 Сировина для виробництва чавуну

Основною сировиною для виробництва заліза та сплавів на його основі (чавунів, сталей) є залізні руди. Залізною рудою називають корисні копалини, які містять залізо у вигляді оксидів або солей, з'єднаних породою. У рудах міститься 23-70% заліза, решта - порода, яка складається з кварцитів, пісковиків і глини. Наявність у рудах шкідливих домішок (фосфору та сірки) погіршує властивості чавуну. Для зменшення кількості шкідливих домішок потрібні додаткові затрати, а це впливає на собівартість чавуну.

Види залізних руд: магнітний залізняк; червоний залізняк; бурий залізняк; шпатовий залізняк; залізисті кварцити. У залізних рудах крім основного компонента, яким є залізо, містяться нікель; кобальт, ванадій та інші хімічні елементи.

Флюси. Для вилучення з шихти залишків породи, попелу, жужелиці та частково сірки використовують спеціальні речовини, які називають флюсами.

Паливо. У процесі виробництва чавуну використовують деревне вугілля, кокс, природний і доменний гази, а останнім часом практикують використання подрібненого вугілля.

Природний газ не містить шкідливих домішок і після згоряння не залишає твердих решток, що має місце під час згоряння твердого палива: деревного вугілля, коксу. Чавун, отриманий із використанням природного газу, якісніший.

Доменний газ - це побічна продукція, яку отримують в процесі варіння чавуну. Після очищення від пилу, який містить залізо та сполуки сірки, доменний газ використовують для нагрівання різних типів печей. Порівняно з коксом і природним газом це дешевий вид палива. Відповідно це позначається також на собівартості чавуну та інших видів продукції.

2.2. Технологічна система виробництва чавуну

Чавун варять у печах-домнах, які є складовою частиною одного з елементів технологічної системи виробництва чавуну.

Технологічна система, схему якої зображено на рис. 1, складається з шести елементів.

                                                                                                                       Флюси

           

                                                                                                                       

                                                                                   4                                   Доменний

                                                                                                                              газ

Руда             1                  2                 3                                          6              Шлак

                                                                                                                        Чавун

 

                                                                                   5

 

                                                                               

                                                                              Паливо

Рис. 1. Спрощена схема технологічної системи виробництва чавуну

 

Будова та принцип роботи доменної печі. .Доменна піч (домна) – це піч стовбурного типу (рис. 2). Висота печі значно перевищує діаметр поперечного перерізу. Зовні піч окута сталлю, усередині викладена вогнетривкою цеглою. Сучасні доменні печі за висотою поділяють на такі частини:

1 – колошник; 2 – стовбур; 3 – розпар; 4 – заплечки; 5 – горно; 6 – черінь.

Фізико-хімічні процеси чавуноваріння. Під час варіння чавуну в домні відбуваються такі процеси:

Рис. 2. Схема доменної печі

1.       Горіння палива. Завантажена в піч шихта опускається до рівня фурм і паливо згорає в потоці гарячого повітря, яке подають під тиском: C + O2 → СО2 + Q.

2.       Відновлення заліза. Залізо із сполук, в яких воно міститься в руді, відновлюється за допомогою оксиду вуглецю (СО), водню (Н2) і розжареного коксу (С). Оксиди заліза відновлюються послідовно від вищих оксидів до нижчих і далі до чистого металу:

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO→ Fe.

3.                Навуглецьовування заліза. У стовбурі печі за температур понад 400-500°С поряд із відновленням заліза відбувається його навуглецьовування. Процес навуглецьовування можна зобразити у вигляді реакцій, які проходять між залізом і навуглецювальним середовищем, яким є СО і С.

ЗFе + 2СО → Fe3С + СО2 + Q;

З Fe + 2СО Fe3С.

4. Відновлення домішок. У шихті разом з основними елементами – залізом і вуглецем - завжди містяться домішки, а також сполуки інших, не завжди бажаних елементів, таких як сірка, фосфор, магній, кремній тощо. Постійними корисними домішками, які поліпшують властивості чавуну, є магній і кремній, а шкідливими, що надають чавуну, а потім і сталі, крихкості, - сірка та фосфор. Відновлення магнію та кремнію відбувається за температури відповідно 1100 і 1450°С:

МnО + С  → Мn + СО - Q;

SіО2 + 2С → Sі + 2СО – Q.

Відновлені домішки Мn і Sі, розчиняються в залізі, входять до складу сплаву та поліпшують його властивості.

Сірка потрапляє в шихту разом із рудою, коксом або флюсами. Частина сірки окислюється у верхній частині печі та виноситься з печі разом із доменним газом, а частина - переходить у шлак:

FеS + СаО →FеО + СаS + – Q.

Решта сірки переходить у розплав, оскільки FеS добре розчиняється у ньому.

Фосфор потрапляє до шихти так само, як і сірка, тобто з рудою, коксом і флюсами. Він знаходиться, головним чином, у вигляді мінералів ЗСаО·Р2О5 і ЗFеО·Р2О2О. Фосфор відновлюється за допомогою оксиду вуглецю (СО), водню (Н2), а також твердого вуглецю (С) за температури 900-1100°С. Практично весь відновлений фосфор переходить у розплав.

Отриманий у доменній печі сплав, називають чавуном. Він складається з заліза, вуглецю та домішок: магнію, кремнію, фосфору, сірки тощо.

5. Утворення шлаку. У процесі складання шихти велику увагу приділяють кількості флюсів, оскільки склад шлаку впливає на хід фізико-хімічних процесів, які відбуваються в шихті, а також на вміст домішок у чавуні.

Оптимальним вважається шлак такого складу, %: 40-50 СаО, 38-40 SіО2, і 7-10 АІ2О3. Чим більша кількість СаО у шлакові, тим краще чавун очиститься від сірки.

 

3