Производство чугуна

Производство  чугуна.            

  Исходные материалы.  

     Железные руды. Главный исходный материал для производства чугуна в доменных печах – железные руды. К ним относят горные породы, содержащие железо в таком количестве, при котором выплавка становится экономически выгодной.     

 Железная руда состоит  из рудного вещества и пустой  породы. Рудным веществом чаще  всего являются окислы, силикаты  и карбонаты железа. А пустая  порода обычно состоит из кварцита  или песчаника с примесью глинистых  веществ и реже – из доломита  или известняка.    

 В зависимости от  рудного вещества железные руды  бывают богатыми, которых используют  непосредственно, и бедными, которых  подвергают обогащению.    

 В доменном производстве  применяют разные железные руды.     

 Красный железняк (гематит) содержит железо в виде безводной окиси железа. Она имеет разную окраску( от темно-красной до темно-серой). Руда содержит много железа(45-65 %) и мало вредных примесей. Восстановим ость железа из руды хорошая.    

 Бурый железняк содержит железо в виде водных окислов. В нем содержится  25- 50% железа. Окраска меняется от желтой до буро-желтой. Пустая порода железняка глинистая иногда кремнисто-глиноземистая.     

 Магнитный железняк содержит 40-70% железа в виде закиси-окиси железа.

руда обладает хорошо выраженными  магнитными свойствами, имеет темно-серый  или черный с различными оттенками  цвет. Пустая порода руды кремнеземистая с примесями других окислов. Железо из магнитного железняка восстанавливается  труднее, чем из других руд.    

 Шпатовый железняк (сидерит) содержит железо в виде углекислой соли. В этом железняке содержится 30-37 % железа. Сидерит имеет желтовато-белый и грязно-серый цвет. Он легко окисляется и переходит в бурый железняк. Из всех железных руд он обладает наиболее высокой восстановимостью.    

 Марганцевые руды содержат 25-45% марганца в виде различных окислов марганца. Их добавляют в шихту для повышения в чугуне количества марганца.

Производство  чугуна в доменной печи. 

    Выплавка чугуна производится  в огромных доменных печах,  выложенных из огнеупорных кирпичей  достигающих 30 м высоты при  внутреннем диаметре около 12 м.      

Верхняя ее половина носит  название шахты и заканчивается наверху отверстием – калашником, которая закрывается подвижной колонкой – кколашниковым затвором. Самая широкая часть печи называется распаром, а нижняя часть – горном. Через специальные отверстия в горне(фурмы) в печать вдувается горячий воздух или кислород.     

 Доменную печь загружают  сначала коксом, а затем послойно  агломератом и коксом. Агломерат  – это определенным образом  подготовленная руда, спеченная  с флюсом. Горение и необходимая  для выплавки чугуна температура  поддерживаются вдуванием в горн  подогретого воздуха или кислорода.  Последний поступает в кольцевую трубу, расположенную вокруг нижней части печи, а из нее по изогнутым трубкам через фурмы в горн. В горне кокс сгорает, образуя СО2, который, поднимаясь вверх и проходя сквозь слои наколенного кокса, взаимодействует с ним и образует СО. Образовавшийся оксид углерода и восстонавливает большую часть руды, переходя снова в СО2.     

 Процесс восстановления  руды происходит главным образом  в верхней части шахты. Его  можно выразить суммарным уравнением:

Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2    

 Пустую породу в руде образуют, главным образом диоксид кремния SiO2.

Это – тугоплавкое вещество. Для превращения тугоплавких  примесей в более легкоплавкие соединения к руде добавляются флюс . Обычно в качестве флюса  используют  CaCo3.  При  взаимодействии его с SiO2  образуется  CaSiO2, легко  отделяющийся в виде шлака.    

 При восстановлении  руды железо получается в твердом  состоянии. Постепенно оно опускается  в более горячую часть печи  – распар - и растворяет в себе  углерод; образуется чугун. Последний  плавится и стекает в нижнюю  часть горна, а жидкие шлаки  собираются на поверхности чугуна, предохраняя его от окисления.  Чугун и шлаки выпускают по  мере накопления через особые  отверстия, забитые в остальное  время глиной.      

 Выходящие из отверстия  печи газы содержат до 25% СО. Их сжигают в особых аппаратах-кауперах, предназначенных для предварительного нагревания  вдуваемого в печь воздуха. Доменная печь работает непрерывно. По мере того  как верхние слои руды и кокса опускаются, в печь добавляют новые их порции. Смесь руды и кокса доставляется подъемниками  на верхнюю площадку печи и загружается в чугунную воронку, закрытую снизу колошниковым затвором. При опускании затвора смесь попадает в печь. Работа печи продолжается в течение нескольких лет, пока печь не потребует капитального ремонта.    

 Процесс выплавки может  быть ускорен путем применения  в доменных печах кислорода.  При вдувании в доменную печь  обогащенного кислородом воздуха  предварительный подогрев его  становится излишним, а значит, отпадает  необходимость в громоздких и  сложных кауперах и весь процесс  упрощается. Вместе с тем производительность  печи повышается и уменьшается  расход топлива. Такая доменная  печь дает в 1,5 раза больше  железа и требует кокса на  ¼ меньше чем обычная.