Продукты доменного производства.

К продуктам доменного производства относятся передельные чугуны, литейные чугуны и ферросплавы.

Содержание углерода в передельных и литейных чугунах составляет 3, 2—4, 5 % (по массе).

Ферросплавы имеют повышенное (более 10 %) содержание одного или нескольких элементов, таких как марганец, кремний, хром и др. В доменных печах выплавляют лишь ферромарганец, другие ферросплавы выплавляют в электропечах или получают внепечным методом. Из всего выплавляемого чугуна получают 85—90% передельного чугуна; 9—12% литейного чугуна; менее 1% ферросплавов.

По цвету излома чугуны делятся на серый и белый. Цвет зависит от структуры чугуна.

В сером чугуне весь углерод (или его большая часть) находится в виде графита, что и придает ему серый или темно-серый цвет. Серый чугун применяют исключительно как литейный. Для него характерно повышенное содержание кремния и пониженное содержание серы. Этот чугун при литье хорошо заполняет формы. Заготовки из него легко обрабатываются резанием. Из серого чугуна изготовляют блоки цилиндров двигателей, головки цилиндров, гильзы цилиндров, корпусы жидкостных насосов, картеры сцеплений, коробок передач, маховики, тормозные ци­линдры, тормозные барабаны и др.

В белом чугуне весь углерод находится в составе цементита или карбида железа Ре₃С, что и определяет белый цвет излома. В основном он используется для переработки в сталь. Находят применение также чугунные отливки с отбеленной поверхностью для изготовления деталей с высокой твердостью и износо­устойчивостью: прокатные валки, шары мельниц, лемехи плугов. Высокую твердость и износоустойчивость им придает цементит. В автомобилестроении белый чугун используется для изготовления деталей повышенной прочности на усталостность: коленчатые и распределительные валы, седла клапанов, зубчатые колеса масляного насоса, суппорты дисковых тормозных механизмов и др.

При выплавлении чугуна образуется доменный газ, примерно 3000 м³ на 1 т выплавленного чугуна, и шлак — до 0, 6 т. Доменный газ содержит 25—34 % СО, 1—3 % Н₂, азот и углекислый газ. Теплота сгорания доменного газа 3500—4000 кДж/м³. Доменный газ отводится с колошника, проходит очистку от пыли, захваченной из шихты; часть его (около 25 %) используется на подогрев доменной печи, остальное — на нагрев коксовых батарей, нагревательных печей в прокатных цехах, котлов и т. д.

Шлак из доменной печи по желобу стекает в ковш. Затем его гранулируют струей воздуха или пара над водяным бассейном. Из гранулированного шлака производят шлакобетон, шлаковый кирпич. При гранулировании паром из шлака получают шлаковую вату для тепловой изоляции.

 

Контрольные вопросы

1. Какой сплав называется чугуном?

2. Что такое низкоуглеродистая, среднеуглеродистая и высокоуглеродистая сталь?

3. Какие исходные материалы используют для получения чугуна?

4. Что такое доменная плавка?

5. Что такое коэффициент использования полезного объема доменной печи?

6. В чем заключается прямое получение железа из руд?

7. Назовите продукты доменного производства.

 

Производство стали

1.2.1 Общие сведения. Сталь содержит менее 2, 14 % углерода, меньше, чем в чугуне, кремния, марганца, серы фосфора и других примесей. Сталь отличается высокой прочностью, вязкостью, пластичностью, легко поддается механической и термической обработке. Исходный материал для получения стали: передельный чугун, металлический лом (скрап), железорудные окатыши, ферросплавы. В качестве флюсов используют известняк, известь, боксит, плавиковый шпат, марганцевую руду, кварцевый песок.

Сталь получается из чугуна путем удаления значительного количества углерода и примесей вследствие их окисления (выжигания). Особенно важно удалить вредные примеси серы и фосфора, которые придают стали хрупкость. В качестве окислителей используют кислород, воздух, окалину и железную руду.

Сталеплавильный процесс делится на три этапа:

1) окисление — удаление из чугуна избытка углерода, мар­ганца, кремния и фосфора;

2) рафинирование — очистка стали от вредных примесей (серы и фосфора);

3) раскисление — восстановление железа из FеО.

 

Технологическая схема сталеплавильного производства представлена на рисунке 1.3.

Сначала под действием кислорода образуется закись железа (FеО), которая, реагируя с кремнием, марганцем, фосфором, образует переходящие в шлак продукты и удаляется с газами. Закись железа взаимодействует с углеродом, получаются железо и углекислый газ.

В конце процесса плавки происходит раскисление, так как кислород, находящийся в стали, понижает ее механические свойства (повышается хрупкость). Поэтому в жидкий металл добавляют раскислители: ферросилиций, ферромарганец и алюминий.

Процесс раскисления идет с выделением теплоты:

2FеО+ Si → 2Fе + SiO₂

FеО+ Мn → Fе + MnО

ЗFеО+ 2Аl → ЗFе+ А1₂O₃

 

Используют такие сталеплавительные процессы, как конверторный, мартеновский, электросталеплавильный.

 

 

 

Рисунок 1.3 Технологическая схема сталеплавильного производства

1.2.2 Конвертерный способ получения стали. Конвертерный сталеплавительный процесс может осуществляться бессемеровским и кислородно-конверторным способами, которые основаны на использовании конвертера — стального сосуда, футерованного огнеупором. Он установлен на двух цапфах, которые дают возможность наклонять его для заливки чугуна и выпуска стали.

При получении стали в бессемеровском конвертере заполне­ние конвертера жидким чугуном и продувка его воздухом осуществляется через днище. Данный способ и его модификации (томасовский способ, русское бессемерование и т. д.) отличаются высокой производительностью и не требуют дополнительного топлива. В то же время полученная этим способом сталь имеет повышенное содержание фосфора, серы и азота, взятых из воздуха, что делает ее менее качественной.

При кислородно-конвертерном способе ( рисунок 1.4 ) для продувки используется технически чистый кислород, который под давлением 1, 6—1, 8 МПа подают в конвертер 3 через вертикальную трубчатую водоохлаждаемую фурму 4, не доходящую до металлической ванны. Достигается высокая температура за счет теплоты экзотермических реакций окисления примесей и расплавленного чугуна, что дает возможность перерабатывать чугун практически любого химического состава и добавлять в чугун скрап (железный лом).

Проникающий в чугун кислород окисляет железо, оксид железа вступает во взаимодействие с примесями, находящимися в чугуне.

При этом углерод выгорает:

FeО₂ + С → Fe + СО

 

1 — станина; 2 — опорное кольцо

с цапфами; 3 — стальной корпус

с футеровкой; 4 — кислородная фурма;

5 — рабочее пространство;

6 — выпускная летка для стали;

7 — опорные узлы станины;

8 — механизм поворота;

9 — расплав стали

 

Рисунок 1.4 Кислородный конвертер

 

Одновременно с кислородом в плавку вводят шлакообразующие материалы. Наличие в шлаке большого количества СаО и активное перемешивание металла и шлака при плавке обеспечивают удаление серы и фосфора, так как образуются соединения, растворимые в шлаке и не растворимые в металле ( CaS, Р₂О₅ · 4СаО ). Когда содержание углерода достигает заданного, подача кислорода прекращается.

Для улучшения качества стали, более глубокого обезуглероживания, увеличения доли скрапа в конвертер вместе с кислородом сверху и через донные отверстия подают природный газ, аргон и азот, парокислородную и аргонокислородную смесь, порошкообразный СаО. В конвертерах вместимостью 150—350 т плавка протекает за 25—50 мин.

Кислородно-конвертерный процесс производства стали является самым производительным. Данным способом выплавляется основная масса углеродистых и низколегированных сталей.

Весь процесс — загрузка (лома, чугуна, флюсов), продувка, раскисление, слив шлака и выпуск металла — занимает менее 1 ч.

Выплавка в кислородном конвертере отличается достаточно высокой точностью получения стали заданного содержания. Затраты энергии при этом способе по сравнению с мартеновским ниже на 27 %.

 

1.2.3 Выплавка стали в мартеновских печах. Мартеновская печь ( рисунок 1.5 ) представляет собой пламенную отражательную печь, в которой высокая температура ( 1750—1800°С ) достигается вследствие сгорания газа или мазута в плавильном пространстве. Этим способом получают стали различного химического состава (включая и низкоуглеродистые) путем переплава различных шихтовых материалов: отходов металлургического производства (стального скрапа), стального лома, чугуна. Целью является доведение до требуемого количества углерода, марганца, кремния и удаление вредных примесей. В мартеновской печи при высокой температуре происходит окисление загруженных в печь материалов и их взаимодействие с рудой и окалиной.

 

1 и 5 – подогревающие головки; 2 – газовые каналы; 3 – свод; 4 – плавильное пространство; 6 и 9 — регенераторы; 7 — подина; 8 – окна

Рисунок 1.5 Мартеновская печь

 

Процессы, происходящие в мартеновских печах, делятся на основные и кислые. Последние в настоящее время имеют ограниченное применение. По характеру шихтовых материалов основные мартеновские процессы бывают трех видов:

1) скрап-процесс с применением скрапа и твердого чугуна;

2) скрап-рудный процесс с использованием жидкого чугуна, скрапа и некоторого количества руды как носителя кислорода;

3) рудный процесс на жидком чугуне без скрапа или при малом его количестве с применением руды.

В основном для выплавления мартеновской стали используют скрап-рудный процесс.

Для ускорения плавления шихты применяют газокислородные горелки, подводящие кислород через водоохлаждаемые многосопловые головки.

Плавильное пространство 4 печи ограничено снизу подиной 7, сверху — сводом 3, с боков — стенками. По обе стороны плавильного пространства находятся подогревающие головки 1 и 5 с каналами, которые ведут к шлаковикам (на рисунке 1.5 не показаны). Шлаковики сообщаются с регенераторами 6 и 9, имеющими огнеупорную насадку для подогрева окислительного дутья и газового топлива. Поступающие по каналам 2 газы смешиваются и сгорают в рабочем пространстве длинным факелом. Периодически (через 10—15 мин) направление движения газов в регенераторах, головках и самом рабочем пространстве меняется на обратное. Такая схема обеспечивает постоянный подогрев поступающих газов и необходимую температуру в плавильном пространстве (до 1700°С ).

В передней стенке мартеновской печи находятся окна 8, через которые с рабочей площадки подают шихту, берут пробы стали и наблюдают за плавкой. Подина печи наклонена к задней стенке, в которой находится летка, закрытая во время плавки пробкой из огнеупорной массы. Для выпуска стали пробку пробивают снаружи.

Рабочий процесс в мартеновских пламенных отражательных печах делится на следующие этапы: загрузка и плавление шихты; кипение металлической ванны и доводка (рафинирование); раскисление металла.

На этапе загрузки и плавления шихты в окислительной среде частично окисляются железо и фосфор, почти полностью кремний и марганец, образуется первичный шлак. После образования шлака жидкий металл не контактирует с газами. Для поддержания в шлаке определенной концентрации FеО в печь добавляют руду.

Значительная часть фосфора при плавке переходит в шлак.

В мартеновских печах выплавляют конструкционные углеродистые и легированные стали.

Основным недостатком мартеновского процесса получения стали является его продолжительность (7—10 ч) и значительный расход топлива.

В связи с увеличением использования кислорода в металлургической промышленности мартеновские печи перестраивают на двухванные; при этом капитальные затраты в пять-шесть раз меньше, чем при строительстве новых мартеновских печей.

Рабочее пространство двухванной печи ( рисунок 1.6 ) разделяется водоохлаж-даемой перемычкой на две одинаковые ванны (А и Б). Каждая ванна имеет завалочные окна и летку. Свод печи съемный. Печь не имеет головок и регенераторов, как мартеновская, что значительно упрощает ее конструкцию, а следовательно, и ремонт. Из рабочего пространства газы проходят через шлаковики В и направляются для утилизации теплоты. Над серединой каждой ванны через свод пропущены кислородно-топливные горелки 2 и 4. Рядом с горелками имеются фурмы 3 для вдувания в ванну молотой извести.

Двуванная печь работает следующим образом: при продувке металла 7 кислородом в горячей ванне А в ванну Б загружают скрап, окатыши и известь 6. Одновременно через горелку 4 подают кислород для сжигания оксида углерода, выделяющегося из ванны А, в результате шихта в ванне Б разогревается.

 

1 – шлак; 2 и 4 – горелки; 3 – фурмы;

5 – рабочее пространство;

6 – окатыши и известь; 7 – металл;

А, Б – ванны; В – шлаковики

Рисунок 1.6 Двухванная мартеновская печь

 

По окончании плавки в ванне А сталь 7 и шлак 1 выпускают через летку; в это время производят заливку чугуна в ванну Б. Затем опускают горелку 4 до уровня шлака, клапаны газоотвода перекрывают, и газ идет в обратном направлении — из ванны Б через ванну А.

Для разогрева ванны в горелку 4 вместе с кислородом при необходимости можно подавать природный газ, а для выведения шлака — через фурмы 3 — известь. Когда ванна А освобождается, ее загружают огнеупорами (магнезитовым порошком), затем заваливают твердую шихту, и цикл повторяется.

При наличии в шихте более 50% жидкого чугуна тепловой баланс процесса позволяет вести работу без расходования топлива. При этом плавка аналогична кислородно-конвертерному процессу, но происходит она с менее интенсивной продувкой, используя теплоту газов, и дожиганием монооксида углерода для нагрева шихты в соседней ванне.

Двухванные печи могут работать и на твердой завалке, без жидкого чугуна. В этом случае соответственно увеличивается расход природного газа и кислорода.

Производительность двухванной печи примерно в два раза выше производительности мартеновской печи при одинаковом объеме. Наличие двух ванн значительно упрощает организацию работы, обеспечивает более равномерную загрузку завалочного и разливочного оборудования.

 

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Популярное:

1. II. Развитие мануфактурного производства.
2. Животные, птицы и сырые животные продукты.
3. Издержки производства. Экономические издержки. Внешние (бухгалтерские) и внутренние издержки. Нормальная прибыль.
4. Низкомолекулярные продукты расщепления
5. Основная цель CVP- анализа - установить, что произойдет с финансовыми результатами, если изменить объем производства.
6. Отраслевая структура экономики Состав общественного производства.
7. Понятие и классификация средств производства. Показатели оснащенности ими и эффективного использования основных и оборотных средств
8. Приостановление и возобновление производства.
9. Продукция прокатного производства.
10. Специализированные процессы кузнечно-штамповочного производства.
11. Структурная безработица – это безработица, связанная с изменениями спроса на товары и в технологии производства.