Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 2 )

Горіння палива. Поблизу фурм природний газ і вуглець коксу, взаємодіючи з киснемо повітря, згоряють:

У результаті горіння виділяється велика кількість теплоти, у печі вище рівня фурм розвивається температура вище 2000 0С.

Продукти згоряння взаємодіють із розпеченим коксом по реакціях:

Утвориться суміш відбудовних газів, у якій окис вуглецю є головним відновлювачем заліза з його оксидів. Для збільшення продуктивності подавань у доменну піч повітря воложиться, що приводити до збільшення змістовідновлювача.

Гарячі гази, піднімаючись, віддають теплоту шихтовим матеріалам і нагрівають їх, прохолоджуючись до 300…4000З у колошника.

Шихта (агломерат, кокс) опускається назустріч потоку газів, і при температурі близько 570 0С починається відновлення оксидів заліза.

Відновлення заліза в доменній печі.

Закономірності відновлення заліза виявлені академіком

Відновлення заліза відбувається в міру просування шихти долілиць по шахті й підвищення температури від вищого оксиду до нижчого, у кілька стадій:

Температура визначає характер протікання хімічних реакцій.

Відновлювачами оксидів заліза є твердий вуглець, оксид вуглецю й водень.

Відновлення повторюємо вуглецем (коксом) називається прямимо відновленням, протікає в нижній частині печі (зона розпари), де більше високі температури, по реакції:

Відновлення газами ( і ) називається не прямимо відновленням, протікає у верхній частині печі при порівняно низьких температурах, по реакціях:

За рахунок і відновлюються всі вищі оксиди заліза до нижчого й 40...60 % металевого заліза.

При температурі 1000…11000C відновлене з рудій тверде залізо, взаємодіючи з оксидом вуглецю, коксом і золовим вуглецем, інтенсивно розчиняє вуглець. При насиченні вуглецем температура плавлення знижується й на рівні розпари й заплічок залізо розплавляється (при температурі близько 1300 0С).

Краплі залізовуглецевого сплаву, протікаючи по шматках коксу, додатково насичуються вуглецем (до 4%), марганцем, кремнієм, фосфором, які при температурі 1200 0C відновлюються з рудій, і сіркою, що втримується в коксі.

У нижній частині доменної печі утвориться шлаки в результаті сплавки окислів порожньої породи рудій, флюсів і золи палива. Шлаки утворюються поступово, його склад міняється в міру стікання в горно, де він скупчується на поверхні рідкого чавуну, завдяки меншій щільності. Склад шлаків залежить від складу застосовуваних шихтових матеріалів і виплавлюваного чавуну.

Чавун випускають із печі кожні 3...4 години через чавунну льотку 16, а шлаки – кожні 1,1…1,5години через жужільну льотку 17 (льотка – отвір у кладці, розташоване вище лещат).

Льотку відкривають бурильною машиною, потім закривають вогнетривкою масою. Зливають чавун і шлаки в чавуновозні ковші й шлаковозні чаші.

Чавун надходити в киснево-конвертерні або мартенівські цехи, або розливається в ізложниці розливочною машиною, де він твердіє у вигляді паць-злитків масою 45 кг.

Продукти доменної плавки

Основним продуктом доменної плавки є чавун

Передільний чавун призначається для подальшого переділу в сталь. На його частку доводити 90 % загального виробництва чавуну. Звичайно такий чавун містить 3,8...4,4 % вуглецю, 0,3...1,2 % кремнію, 0,2...1 % марганцю, 0,15...0,20 % фосфору, 0,03...0,07 % сірки.

Ливарний чавун застосовується після переплаву на машинобудівних заводах для одержання фасонних виливків.

Крім чавуну в доменних печах виплавляють

Феросплави – сплави заліза із кремнієм, марганцем і іншими елементами. Їх застосовують для розкислення й легування стали.

Побічними продуктами доменної плавки є шлаки й доменний газ.

Зі шлаків виготовляють шлаковату, цемент, добрива (намагаються одержати гранульовані шлаки, для цього його виливають на струмінь води).

Доменний газ після очищення використовується як паливо для нагрівання повітря, що вдмухається в піч.

Найважливіші техніко-економічні показники роботи доменних печей

1. Коефіцієнт використання корисного обсягу доменної печі (КВКО) – це відношення корисного обсягу печі V (м3) до її середньодобової продуктивності Р (т) виплавленого чавуну.

(м3/т)

Чим нижче КВКО, тім вище продуктивність печі. Для більшості доменних печей КВКО = 0,5...0,7 (для передових - 0,45)

2.Питома витрата коксу, ДО – це відношення витрати коксу за добу А(т) до кількості чавуну, виплавленого за цей же година Р(т).

Питома витрата коксу в доменних печах становить 0,5...0,7 (для передових - 0,36...0,4)

K – важливий показник, тому що вартість коксу становить більше 50% вартості чавуну.

ЛЕКЦІЯ

Виробництво сталі.

Процеси прямого одержання заліза з руд.

Під процесами прямого одержання заліза розуміють такі хімічні, електрохімічні або хіміко-термічні процеси, які дають можливість одержувати безпосередньо з рудій, минаючи доменну піч, металеве залізо у вигляді губки, криці або рідкого металу.

Такі процеси ведуться, не витрачаючи металургійний кокс, флюси, електроенергію (на підготовку стисненого повітря), а також дозволяють одержати дуже чистий метав.

Методи прямого одержання заліза відомі давно. Випробувано більше 70 різних способів, але лише деякі здійснені й притім у невеликому промисловому масштабі.

В останні роки інтерес до цієї проблеми виріс, що зв'язано, крім заміни коксу іншим паливом, з розвитком способів глибокого збагачення руд, що забезпечують не тільки високого змісту заліза в концентратах (70...72%), але й майже повне звільнення його від сірки й фосфору.

Одержання губчатого заліза в шахтних печах.

Схема установки для прямого відновлення заліза з руд і одержання металізованих окатишів

При одержанні губчатого заліза добуту руду збагачують і одержують окатиші. Окатиші з бункера 1 по гуркоті 2 надходять у короб 10 шихтозавалочної машини й звідти в шахтну піч 9, що працює за принципом протитоку. Просип від окатишів попадає в бункер 3 із брикетованим пресом і у вигляді окатишів знову надходити на гуркіт 2. Для відновлення заліза з окатишів у піч по трубопроводу 8 подають суміш природного й доменного газів, піддану в установці 7 конверсії, у результаті якої суміш розкладається на водень і оксид вуглецю . У відбудовній зоні печі В створюється температура 1000…11000C, при якій і відновлюють залізну руду в окатишах до твердого губчатого заліза. Зміст заліза в окатишах досягає 90...95%Для охолодження залізних окатишів по трубопроводу 6 у зону охолодження 0 печі подають повітря. Охолоджені окатиші 5 видаються на конвеєр 4 і надходять на виплавку стали в електропечах.

Відновлення заліза в киплячому шарі

Дрібнозернисту руду або концентрат поміщають на ґрати, через якові подають водень або інший відбудовний газ під тиском 1,5 МПа. Під тиском водню частки рудій перебувають у зваженому стані, роблячи безперервний рух і створюючи «киплячу», «псевдозжижену» кулю. У киплячому шарі забезпечується гарний контакт газовідновлювача із частками оксидів заліза. На одну тонну відновленого порошку витрата водню становить 600…650м3.

Одержання губчатого заліза в капсулах-тиглях.

Використовують карбідокремнієві капсули діаметром 500 мм і висотою 1500 мм. Шихта завантажується концентричними кулями. Внутрішня частина капсули заповнена відновлювачем – здрібненим повторюємо паливом і вапняком (10...15%) для видалення сірки. Друга куля – відновлювана здрібнена руда або концентрат, окалина, потім ще один концентричний куля – відновлювача й вапняку. Установлені на вагонетки капсули повільно переміщаються в тунельній печі довжиною до 140 м, де відбувається нагрівши, витримка при 1200 0C і охолодження протягом 100 часів.

Відновлене залізо одержують у вигляді товстостінних труб, їх чистять, дроблять і подрібнюють, одержуючи залізний порошок зі змістом заліза до 99 %, вуглецю - 0,1...0,2%.

Виробництво сталі

Сутність процесу

Сталі – залізовуглецеві сплави, що містять практично до 1,5% вуглецю, при більшому його змісті значно збільшуються твердість і крихкість сталей і смороду не знаходять широкого застосування.

Основними вихідними матеріалами для виробництва сталі є передільний чавун і сталевий лом (скрап).

Зміст вуглецю й домішок у сталі значно нижче, ніж у чавуні. Тому сутність будь-якого металургійного переділу чавуну в сталь - зниження змісту вуглецю й домішок шляхом їхнього вибірного окислювання й перекладу в шлаки й гази в процесі плавки.

Залізо окисляється в першу чергу при взаємодії чавуну з киснемо в сталеплавильних печах.