Раздел 3 Подготовка руд к плавке и

Раздел № 3. Подготовка руд к плавке и производство чугуна Тема 2: Производство чугуна.

Помимо тепла, вносимого нагретым дутьем, основным источником тепла для нагрева шихты и газов, расплавления чугуна и шлака, обеспечения процессов восстановления и компенсации теплопотерь является тепло, выделяющееся в верхней части горна при сгорании топлива (кокса и его заменителей: природного газа, нефтепродуктов и угольной пыли). Горячие газообразные продукты сгорания движутся из горна вверх, отдавая тепло опускающимся вниз холодным шихтовым материалам, нагревая их, при этом сами охлаждаются. По мере отдаления от горна к верху температура в печи понижается с 1400— 1600 до 200— 350 о. С на выходе из колошника.

Распределение температуры газов по высоте и сечению доменной печи 3

Изменение температуры газов по высоте печи 1 — на периферии печи; 2, 3 — в промежуточной зоне; 4 — в центре 4

Удаление влаги Шихта, загружаемая в доменную печь, содержит гигроскопическую влагу (например, в коксе 0, 5— 5 %), а иногда гидратную влагу. Гигроскопическая влага легко испаряется на колошнике, и для ее удаления не требуется дополнительного тепла, так как температура колошниковых газов выше температуры испарения влаги. Гидратная влага появляется лишь при загрузке в печь железных руд, например бурого железняка. Гидраты железа разлагаются при 400— 1000 °С с поглощением тепла. 5

Разложение карбонатов Карбонаты могут поступать в доменную печь в виде известняка Са. СО 2 (в настоящее время при производстве чугуна практически не используется), с карбонатной железной рудой (Fe. CO 3) и марганцевой рудой (Mn. CO 3). При нагреве карбонаты разлагаются на СО 2 и оксид кальция с поглощением при этом тепла, что вызывает увеличение расхода кокса. Ca. CO 3=Ca. O+CO 2 -Q 6

Восстановление оксидов железа Железо поступает в доменную печь в виде оксидов. Основная задача доменного процесса — обеспечение как можно более полного извлечения железа из этих оксидов путем их восстановления. Поскольку при температурах ниже 570 о. С оксид Fe. O неустойчив и разлагается (на Fe и Fe 2 O 3), схема восстановления имеет вид: 7

Восстановителями оксидов железа в доменной печи служат углерод, оксид СО и водород. Восстановление углеродом принято называть прямым восстановлением, а газами — косвенным. Реакции косвенного восстановления оксидом углерода следующие: при температуре > 570 о. С при температуре <570 °С

Реакции прямого восстановления углеродом протекают с образованием СО и требуют значительных затрат тепла:

Косвенное восстановление водородом, содержание которого в атмосфере доменной печи может достигать 8 — 12 %, протекает по следующим реакциям:

В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Степень восстановления железа составляет 0, 99— 0, 998, а это означает, что 99— 99, 8 % железа переходит в чугун и лишь 0, 2— 1, 0 % переходит в шлак.

Марганец в рудах находится главным образом в виде Mn. O, Mn 2 O 3 и Mn 3 O 4. Восстановление марганца из оксидов протекает ступенчато от высших оксидов к низшим:

При выплавке передельных чугунов степень восстановления марганца составляет 55— 65 %, остальная часть марганца остается в шлаке в виде Mn. O.

Кремний присутствует в рудах главным образом в виде кремнезема, а в агломерате — в виде силикатов железа и кальция. Сродство кремния к кислороду очень велико, поэтому он может восстанавливаться в печи только прямым путем по следующей реакции: При выплавке передельного чугуна восстанавливается 2— 8 % кремния шихты (остальной остается в шлаке в виде Si. O 2.

Фосфор поступает в доменную печь в основном с агломератом и железными рудами в виде фосфатов: Образующиеся при этих реакциях фосфор и фосфид железа активно растворяются в жидком железе, таким образом практически весь фосфор шихты переходит в чугун.

Основную часть серы (70— 90 %) в доменную печь вносит кокс, а остальную — агломерат и окатыши. Часть серы уносится из печи с доменным газом (не более 5— 10 % общего ее содержания в шихте). Остальная сера распределяется между металлом и шлаком по реакциям.

Влияние основности шлака и температуры на коэффициент распределения серы между шлаком и чугуном 17

Восстанавливаемое во всем объеме печи железо получается в твердом виде, поскольку температура его расплавления (1539 °С) выше температур, имеющихся в доменной печи; при этом восстановленное из твердых кусков шихты железо получается в виде твердой губки. Формирование чугуна из твердого восстановленного железа заключается в его науглероживании (1), расплавлении (2) и растворении (3) в нем других восстановленных элементов (обычно это марганец, кремний, фосфор и сера). Применительно к современной доменной плавке примерное содержание углерода в чугуне (%) можно определить по следующей формуле:

Помимо чугуна, в доменной печи образуется шлак, в который переходят невосстановившиеся оксиды элементов, т. е. Са. О, Mg. O, Al 2 O 3 , Si. O 2 и небольшое количество Mn. O и Fe. O. Ca. O Si. O 2 Al 2 O 3 38 - 48 38 - 42 6 -20 Mg. O 2 -12 Fe. O Mn. O S 0. 2 - 0. 6 0. 1 -2 0. 6 -2. 5 Состав шлака, его физические свойства, основность и количество оказывают существенное влияние на ход доменной плавки и показатели работы печи.

Количество шлака на 1 т выплавляемого чугуна (выход шлака) колеблется на разных заводах в пределах от 330— 400 до 600— 900 кг. Это количество, как и состав шлака, оказывает большое влияние на ход плавки и конечные показатели процесса. В современных условиях доменной плавки уменьшение выхода шлака на 100 кг на 1 т чугуна дает экономию кокса 20— 25 кг/т чугуна и увеличивает производительность печи на 3— 4%.