I. Производство чугуна

Чугун - железоуглеродистый сплав с содержанием углерода от 2,14% до 6,67%.

Основные задачи:

1. Восстановление железа из окислов руды, растворение в нём других восстановленных элементов, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определённого химического состава.

2. Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нём золы кокса и удаление его из печи.

Материалы для доменного производства (шихта):

1. железные руды.

Содержат:

- железо (оксиды Fе₂О_3, Fe₃О₄, гидроокиси Fе₂О₃ · Н₂О, карбонаты FеСО₃,) Содержание железа в руде, предназначенной к переделу в чугун, должно составлять 30–60 %.

- пустая порода (в основном SiO₂, А1₂О₃, СаО, МgО).

Осуществляется подготовка руды к доменной плавке.

2. топливо:

- кокс (в основном)

Служит не только горючим для нагрева шихты и ее расплавления, но и химическим реагентом для восстановления железа из руды. Получают из коксующихся каменных углей после удаления из них летучих веществ.

- природный газ,

- мазут,

- доменный или колошниковый газ (является продуктом доменной плавки и используется далее как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в печь).

3. флюсы.

Служат для регулирования состава шлака с целью снижения температуры его плавления и удаления нежелательных примесей из металла. Такое регулирование - один из основных путей управления металлургическими процессами.

Доменный шлак – легкоплавкое соединение на основе пустой породы, золы топлива и флюсов (в жидком состоянии удаляется из печи).

Смесь агломерата, кокса, флюсов называется шихтой.

Устройство и работа доменной печи

Доменная печь - печь шахтного типа.

Доменная печь (рис. ) имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 1, шахты 2, распар 3, заплечики 4 и горна 5, лещадь 6.

Рис. Схема устройства доменной печи: загрузочное устройство , колошник 1 (колоша – порция шихты), шахта 2, распар 3, заплечики 4 и горна 5, лещадь 6.

 

Физико-химические процессы

1. Горение топлива.

Обеспечивает:

- расплавление шихты;

- образование основного восстановительного газа (СО);

- образование свободного объёма в результате газификации углерода кокса, что обеспечивает движение шихты сверху вниз.

В фурменной зоне происходит один из главных процессов доменной плавки – горение углерода кокса:

С + О₂ = СО₂ + Q

СО₂+ С = 2СО - Q

===============

2С + О₂ = 2СО+ Q

В результате горения выделяется большое количество теплоты, в печи выше уровня фурм развивается температура выше 2000 ⁰С.

2. Восстановление железа в доменной печи.

Обеспечивает:

- максимальное извлечение железа из руды в чугун путем восстановления железа из его оксидов.

Восстановление железа происходит от высшего оксида к низшему в несколько стадий (по мере продвижения шихты вниз и ее нагревания):

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe.

Характер протекания химических реакций определяется температурой.

Прямое восстановление - восстановление твердым углеродом (коксом). Протекает при наиболее высоких температурах в нижней части печи (зона распара):

FeO + C = Fe + CO - Q

Косвенное восстановление – восстановление газами ( и ). Протекает при сравнительно низких температурах в верхней части печи:

ЗFе₂Оз + СО = 2Fе₃О₄ + СО₂ + Q;

Fе₃О₄ + СО = ЗFеО + СО₂ + Q;

FeО+СО = Fе + СО₂ + Q.