5.Сырье для доменного производства получения чугуна, его характеристика и подготовка к плавке

Железные руды являются основным исходным сырьем для выплавки чугуна. Важнейшими рудными минералами железа являются магнитный железняк Fe₃O₄, красный железняк Fe₂O₃, бурый железняк 2Fe₂O₃*3H₂O. Руды, содержащие железа свыше 50%, считаются богатыми. Флюсы предназначены для обеспечения плавки руды и для связывания пустой породы. В качестве флюсов при производстве чугуна применяют обычно известняк и кремнезем. Топливо при выплавке чугуна принимает участие в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в процессе плавки. Основным видом топлива доменных печей является каменноугольный кокс. К основным операциям подготовки руды следует отнести дробление, классификацию, обогащение и агломерацию. Дробление, или измельчение руды производят для увеличения поверхности реагирующих веществ, поскольку чем она больше, тем более интенсивно протекают хим.превращения. Сперва путем разделения на ситах отбирают частицы, размеры которых удовлетворяют конечной цели измельчения (размер кусков руды 50-80мм). Чаще для дробления используют щековые дробилки. Главными частями дробилки являются две массивные плиты –подвижная и неподвижная щеки, изготовленные из высокопрочных сортов стали. Классификацией сырья называют процесс его сортировки на отдельные фракции по крупности кусков. Для классификации руду пропускают через грохоты, представляющие собой металлические сита с ячейками различной величины. Сита расположены под небольшим углом друг над другом и совершают возвратно-поступательные движения. Обогащение сырья предназначено для отделения руды от пустой породы. Для обогащения железных руд обычно применяют метод магнитной сепарации, основанный на различии магнитных свойств руды и частиц пустой породы. Чаще используют сепараторы ленточного типа. Рудная мелочь, которая отделяется в процессе классификации руды, непригодна к плавке в доменных печах. Поэтому возникает необходимость окусковывания мелких руд до требуемых размеров. Для этого в металлургии используют агломерацию. Исходными материалами для агломерации служат рудная мелочь и колошниковая пыль. Эти материалы смешивают с мелким коксом и известняком и затем спекают при 1300-1400⁰С. В результате образуется агломерат.

6.Устройство доменной печи и физико-химич. Сущность доменного процесса

Сырьём являются железные руды, флюсы, топливо (кокс). Исходные материалы доменной плавки, взятые в необходимых соотношениях, называются шихтой. Шихта послойно загружается в доменную печь. Доменная печь представляет собой вертикальную плавильную печь шахтного типа. Объем печи, занятый шихтовыми материалами и продуктами плавки, наз. полезным объемом. Доменные печи имеют высоту до 35м и полезный объем 3000-5000 м³. Шихту загружают в печь через колошник. В нижнюю часть печи через фурмы под давлением вдувается подогретый до 900-1000⁰С воздух. Топливо, встретившись с горячим воздухом, начинает гореть. Образовавшийся в результате горения углекислый газ (С+О₂=СО₂) поднимается вверх и восстанавливается углеродом кокса: СО₂+Скокс=2СО. Восстановление руды оксидом углерода происходит по реакциям: 3Fe₂O₃+CO=2Fe₃O₄+CO₂; Fe₃O₄+CO=3FeO+CO₂; FeO+CO=Fe+CO₂. В верхних частях печи оксид углерода СО распадается с выделением сажистого углерода: 2CO=CO₂+Cсаж. Образовавшийся сажистый углерод проникает через поры и трещины внутрь кусков руды и восстанавливает железо: FeO+Cсаж=Fe+CO, происходит науглероживание восстановленного железа по реакциям: 3Fe+2CO=Fe₃C+CO₂, 3Fe+C=Fe₃C. Образовавшийся карбид железа Fe₃C растворяется в металле и постепенно образует сплав железа с углеродом, наз. чугуном. В ходе доменной плавки также происходит процесс шлакообразования. Шлак выпускается в расплавленном состоянии через шлаковую лётку. Шлак используют для получения различных строительных материалов. Образующаяся в ходе плавки смесь различных газов наз. колошниковым газом. Он удаляется через газоотводы в колошнике. После очистки от пыли колошниковый газ используется как топливо для различных производственных целей.