Производство чугуна

 Восстановление железа и  др. элементов. В доменной печи Cu, As, Р, подобно Fe, восстанавливаясь, почти полностью переходят в чугун. Полностью восстанавливается и Zn, который затем возгоняется, переходит в газы и отлагается в порах кладки, вызывая её разрушение. Те элементы, которые образуют более прочные соединения с кислородом, чем Fe, восстанавливаются частично или совсем не восстанавливаются: V восстанавливается на 75—90%, Mn на 40—75%, Si и Ti в небольших количествах, Al, Mg и Ca не восстанавливаются. 

 Восстановление поступающих  в доменную печь окислов Fe2O3 и Fe3O4 происходит путём последовательного отщепления кислорода по реакциям: 

 3Fe2O3 + CO (H2) = 2Fe3O4 + CO2 (H2O), 

Fe3O4 + CO (H2) = 3FeO + CO2 (H2O). 

 Закись железа FeO восстанавливается до Fe газами (косвенное восстановление) и углеродом (прямое восстановление). 

 FeO + CO (H2) = Fe + CO2 (H2O), 

 FeO + C = Fe + CO. 

 Высшие окислы марганца MnO2, Mn2O3 и Mn3O4 восстанавливаются газами с выделением тепла. В дальнейшем MnO восстанавливается до Mn только углеродом с затратой тепла примерно в 2 раза большей, чем при восстановлении Fe. Si также восстанавливается только С при высоких температурах по эндотермической реакции: 

 SiO2 + 2C + Fe = FeSi + 2CO. 

 Степень восстановления Si и Mn зависит в основном от расхода кокса; на каждый процент повышения содержания Si в чугуне расход кокса увеличивается на 5—7%, что увеличивает количество горячих газов в печи, вызывая перегрев шахты. Обогащение дутья кислородом, обеспечивая высокий нагрев горна, уменьшает количество образующихся газов, а следовательно, и температуру в шахте печи. 

 Сера в доменном процессе. S вносится в доменную печь  в основном коксом и переходит  в газы в виде паров (SO2, H2S и др.), но большая часть остаётся в шихте (в виде FeS и CaS); при этом FeS растворяется в чугуне. Для удаления S из чугуна необходимо перевести её в соединения, нерастворимые в чугуне, например в CaS: 

FeS + CaO = CaS + FeO.

Это достигается образованием в доменной печи жидкоподвижных шлаков с повышенным содержанием СаО. Восстановительная среда благоприятно влияет на этот процесс, т.к. снижает содержание FeO в шлаке. Степень обессеривания достаточно высока, и только в некоторых случаях чугун дополнительно обессеривается вне доменной печи различными реагентами. 

 Образование чугуна и шлака. Восстановленное в доменной печи Fe частично науглероживается в твёрдом, а затем в жидком состояниях. Содержание C в чугуне зависит от температуры чугуна и его состава. Шлак состоит из невосстановившихся окислов SiO2, AI2O3 и СаО (90—95%), MgO (2—10%), FeO (0,1—0,4%), MnO (0,3—3%), а также 1,5—2,5% S (главным образом в виде CaS). Для характеристики шлаков пользуются обычно показателем основности CaO/SiO2 или (СаО + MgO)/SiO2. Основность CaO/SiO2 для разных условий плавки колеблется в пределах 0,95—1,35%. При выплавке чугуна на коксе с повышенным содержанием S (донецкий кокс) работают на шлаках с верхним пределом основности и стремятся обеспечить содержание MgO в шлаке 6—8% и более, улучшая его жидкоподвижность.  

 Работа доменной печи начинается с её задувки. При этом горн и заплечики загружаются коксом, а шахта — так называемой задувочной шихтой. В полностью загруженную печь подаётся нагретое дутьё (уменьшенное количество), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12—24 ч, после чего количество дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через несколько дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности. 

 Непрерывная работа (кампания) доменной печи от задувки до  выдувки (остановки на капитальный ремонт) продолжается 5—6, а в некоторых случаях 8—10 лет и более, в течение которых печь 1—2 раза останавливается на так называемый средний ремонт для замены изношенной кладки шахты. Выплавка чугуна на мощных печах за одну кампанию достигает 5—8 млн. т чугуна и более. 

 Управление работой (ходом) доменной  печи заключается в регулировании (в соответствии с качеством  сырых материалов и видом выплавляемого  чугуна) состава шихты, количества, температуры и влажности дутья, а также величины подачи или последовательности загрузки отдельных компонентов шихты и уровня засыпи. Ход доменной печи контролируется измерительными приборами, регистрирующими основные параметры загрузки, дутья, колошникового газа, температуру кладки печи на разных горизонтах. 

 Получили распространение плавка  с вдуванием дополнительных видов  топлива, обогащением дутья кислородом  и работа с повышенным давлением  колошниковых газов. При повышении  давления на колошнике уменьшается  перепад давлений между низом  и верхом доменной печи; это обусловливает более ровный сход шихты, улучшает восстановительную работу газов, уменьшает вынос пыли. 

Доменное производство характеризуется высокой степенью автоматизации. На современной доменной печи автоматически осуществляются все операции шихтоподачи: набор компонентов шихты с отсевом мелочи, взвешивание, транспортировка на колошник и загрузка в печь по заданной программе. Автоматически поддерживаются оптимальный уровень засыпи и распределение шихтовых материалов на колошнике, давление колошникового газа, расход воды на охлаждение, температура и влажность дутья, а также содержание в нём кислорода и расход природного газа. Автоматизировано переключение воздухонагревателей и управление режимом их нагрева. Автоматические анализаторы обеспечивают непрерывную регистрацию состава колошникового газа и дутья. Внедряются системы автоматического регулирования подачи дутья и природного газа как по общему расходу, так и по отдельным фурмам.  

 Новые доменные печи оснащаются  системами централизованного контроля и управления, которые обеспечивают усреднение показателей приборов и подсчёт комплексных показателей работы печи. Ведутся работы по комплексной автоматизации Д. п., в том числе управления тепловым режимом доменной печи с помощью ЭВМ.

 

 

Рис. 1. Современный доменный цех: 1 — доменная печь; 2 — чугунная лётка; 3 — чугуновозы; 4 — газоотводы; 5 — литейные дворы; 6 — воздухонагреватели; 7 — дымовая труба; 8 — воздухопроводы холодного и горячего дутья; 9 — пункт управления; 10 — пылеуловитель; 11 — аппараты тонкой газоочистки; 12 — скиповой подъёмник; 13 — бункерная эстакада; 14 — газопроводы грязного и чистого газа; 15 — лифт; 16 — агломерационная фабрика.

 

 

 

 

Список литературы:

1. БСЭ. – М. – 1970.
2. Сборник трудов по теории доменной плавки, сост. М. А. Павлов, т. 1, М., 1997;
3. Леонидов Н. К., Усовершенствование конструкций доменных печей, М., 1991;
4. Готлиб А. Д., Доменный процесс, 2 изд., М., 1999.