4.3. Технологія виплавки чавуну

Доменна піч (рис. 4.1) являє собою шахтну піч круглого перетину, укладену в металевий суцільнозварний корпус товщиною 25-30 мм у верхній і 35-50 мм у нижній частині. Зсередини піч обкладена (футерована) вогнетривкою цеглою.

Сучасна доменна піч складається з колошника, шахти, розпару, заплічників і горна. У верхній частині печі на колошнику встановлений засипний апарат 1, що служить для засипання шихтових матеріалів, і газовідводні труби 2, через які відводиться доменний газ.

Нижня частина – горн має циліндричну форму. У верхній частині горна розташовані фурми 3, через які в піч подаються підігріте до 1000-1200ºС повітря і природний газ. Нижня частина горна, в якому збирається чавун і шлак, називають лещаддю. Вище неї розташований ливник 5 для випускання чавуну, а на висоті 3-3,5 м – шлаковий ливник 4. Обидва ливники забиваються вогнетривкою масою, а перед випусканням чавуну пробиваються.

Сутність доменного процесу полягає у відновленні оксидів заліза, яке забезпечується безупинною взаємодією шихтових матеріалів, що опускаються, і висхідного потоку пальних газів, що утворюються при горінні коксу в горні.

При нагріванні шихти відбувається видалення вологи і розкладання карбонатів, а оксиди заліза під дією газів СО, Н₂ і твердого вуглецю коксу поступово перетворюються в залізо за схемою

F₂O₃ F₃O₄ FeO Fe.

Основний і найважливіший процес у горні доменної печі – спалювання вуглецю коксу. У результаті горіння коксу виділяється необхідне для процесу тепло, утворюються відновні гази і звільняється об’єм, що сприяє руху шихти згори вниз. У доменній печі залізо відновлюється майже цілком. Постійно контактуючи з доменним газом і розпеченим коксом, губчате залізо, відновлене зі шматків агломерату, окатишів або руди, поступово насичується вуглецем. При 1135ºС у залізі може розчинятися 4,3% вуглецю.

Навуглецювання заліза, тобто насичення його вуглецем, в основ­ному, відбувається в зоні заплічників печі. Тут утворюються краплі сплаву FeС, що цівками стікають у горн печі. При русі вниз рідкий метал стикається зі шматками розпеченого коксу, відбувається розчинення вуглецю в залізі, концентрація вуглецю підвищується до 3,5-4,5%. Крім вуглецю в розплав заліза переходять частково відновлені кремній, марганець, фосфор і сірка. Цей багатокомпонентний сплав заліза називають чавуном. Залежно від складу шихти в чавуні можуть бути також хром, нікель, ванадій, титан, мідь і миш’як.

Випускання продуктів плавки здійснюється роздільно: чавуну – через кожні 1,5-2 години, шлаку – через 1 годину. Чавун випускається в чугуновозні ковші й транспортується для розливу в чушки або для подальшої переробки в сталеплавильні цехи. Доменна піч працює безупинно протягом 10-12 років, після чого піддається капітальному ремонту.

4.4. Матеріальний баланс доменної плавки

Упорядкування матеріального балансу плавки грунтується на фундаментальному законі хімії – законі зберігання речовини, відкритому М.В. Ломоносовим, відповідно до якого маса всіх речовин, що вступають у реакцію, дорівнює масі всіх продуктів реакції.

Для печей, що проектуються, при упорядкуванні балансу користуються даними, отриманими в розрахунках шихти, колошникового газу і дуття. Баланс звичайно збігається з невеличкою непогодженістю порядку 0,5-1,0 %. Як приклад нижче поданий матеріальний баланс доменної плавки:

,

Задано, кг Отримано, кг

Агломерату 130,0 Чавуну 1000,0

Окатишів 615,0 Шлаку 420,0

Коксу 480,5 Газу сухого 2461,0

Дуття 1700,3 Вологи і пилюки 73,0

Природного газу 95,2 Вологи відновлення 67,0

Разом 4021,0 Разом 4021,0