Технологии производства чугуна постоянно совершенствуются

Содержание

Технологии производства чугуна постоянно совершенствуются

Чугун является сплавом железа, содержащим углерод. Его состав может кроме них включать марганцевые, фосфорные, кремниевые, серные и др. компоненты. Изначально материалами для производства чугуна служат железосодержащие руды, топливные материалы, флюсы. Как правило, в виде сырья для производств чугуна применяются железняки, имеющие в составе от 30 до 70% железа и прочих химических веществ в пустой породе, а также вредных серо- и фосфоросодержащих соединений. Топливным материалом для производства чугуна служит кокс, представляющий собой результат сухой, то есть без участия воздуха, переработки каменного коксугля. Применяемые флюсы, чаще всего это кварц, доломит, песчаники и известняки, позволяют снизить температуру расплавления пустой породы, а также привести ее вместе с золой от топлива к шлаку.

Доменное производство чугуна

Наибольшее применение нашел в производстве чугуна доменный процесс. Он включает ряд физических, физико-химических, а также механических проявлений, наблюдаемых в действующей доменной печи. Помещенные в эту печь исходные компоненты (кокс, железосодержащие материалы с флюсами) при прохождении всех операций преобразуются в сплав чугуна, выделяющиеся доменные газы со шлаками. Задача доменного производства чугуна – создание этого сплава из железосодержащих компонентов посредством их переплавления в доменных печах в очень высокой температуре.

Поэтому доменный цех – один из важнейших в структуре завода по производству чугуна. Помимо этого производство чугуна в доменной печи – основа для изготовления стали, прокатных изделий – конечной продукции металлургического цикла других предприятий. Часть чугуна является товарным продуктом, поставляемым в твердом виде в форме небольших слитков (чушек). Их получают на разливочных машинах, установленных в стороне от доменного цеха в специальном разливочном отделении. Другая часть чугуна идет на производство сталей. Газ, получаемый в ходе процесса производства чугуна, используют в мартеновском и коксохимическом производствах в металлургии. Он служит основным топливом нагревательных устройств прокатных цехов, доменных воздухонагревателей.

Чугунное литье металлов

Чугун выплавляется в печах, куда помещаются, чередуясь слоями, железосодержащие компоненты с флюсами, топливом. От воздействия своей массы они спускаются в низ печи, куда в особые отверстия подается подогретый воздух под определенным давлением. Он поддерживает нужные условия горения загруженного кокса. Технологический процесс производства чугуна предполагает восстановление железа, а также других элементов из их окислов. В процессе восстановления кислород отнимают от окислов и получают из них компоненты или окислы меньшего содержания кислорода.

Одним из ведущих способов производства чугуна считается восстановление железа от действия окиси углерода. Она образуется от сгорания в горне печи природного газа. Еще стоит отметить, что восстановление железа, предусмотренное технологией производства чугуна для данных печей, осуществляется постепенно, в процессе поэтапного извлечения кислорода из окислов. Доменный процесс предполагает, что в процессе восстановления железа участвуют как окиси углерода, так и непосредственно сам твердый углерод.

Литейное производство чугуна

Определенное количество железа также восстанавливается с помощью водорода. В схеме производства чугуна восстановление железа от действия водорода или окиси углерода считается непрямым (то есть косвенным), а восстановление с помощью твердого углерода называют прямым. На самом деле восстановление железа в данном случае осуществляется двумя стадиями. К моменту достижения железорудным составом зоны распада доменной печи, где установилась температура около 1000°С и больше, окислы железа успевают частично восстановиться непрямым путем в зоне, где действуют менее высокие температуры. В результате их прямого разложения углеродом получается полное восстановление железа.

Производство высокопрочного чугуна

При производстве высокопрочного чугуна большое место отводится науглероживанию железа. Чугун с такими характеристиками образуется, когда восстановленное в доменной печи из рудного материала железо принимает в себя много углерода и прочих элементов. Начало процесса науглероживания железа характеризуется его образованием в губчатом состоянии на участке печи, где действует температура до 500°С. Только что восстановленное железо выступает в качестве катализатора, способствующего распаду окиси углерода на два компонента: двуокись и сажистый углерод. В итоге распада окиси углерода от температуры 550-650°С получаются карбиды железа, прочих металлов. Наделенный особой активностью, сажистый углерод активно вступает в химическое взаимодействие с частицами железа.

При температуре в 1000°С и больше карбид железа распадается на железо с углеродом. С ростом количества углерода температура в процессе плавления становится существенно ниже. Так, чистое железо расплавляется при температуре от 1539°С, а сплав его с углеродом способен плавиться уже от 1147°С. Плавление сплава происходит в зонах доменных печей, где действуют высокие температуры, то есть внизу шахты. Образующийся жидкий сплав и есть чугун. При стекании вниз он, омывая раскаленные части кокса, еще больше науглероживается.

Производство чугуна

Науглероживание металла завершается ниже уровня шлаковой летки – в металлоприемнике. Здесь на соотношение углерода с металлом оказывает влияние содержание других компонентов. Итоговое наполнение углеродом при производстве серого чугуна, например, может зависеть от стойкости карбидов, которая в большой степени определяется содержащимися в чугуне примесями. Например, примесь марганца способствует науглероживанию металла, так как он входит в состав карбида, растворяющегося в чугуне. Аналогичное действие оказывают ванадий, хром, титан. Кремний с фосфором или сера препятствуют образованию карбидов. Из-за этого ферромарганец и зеркальные чугуны всегда содержат больше углерода, чем чугуны передельные, ферросилиций или полученные в литейном производстве чугуны.

В ходе плавления восстанавливается не только само железо, но и ряд различных элементов, находившихся в рудной массе. В составе шихтовых материалов в печи, помимо окислов железа, поступают еще окислы и отдельные химические элементы, такие как марганец, хром, ванадий, титан, свинец, медь, цинк, мышьяк и др. Они в полностью или частично восстановленном виде вместе с частицами серы попадают в чугун и влияют на его свойства в худшую или в лучшую сторону. В основах производства чугуна считается, что чаще всего ценными примесями служат кремний с марганцем, а вредоносными – сера с фосфором.

Наличие в чугуне серных компонентов можно уменьшить до оптимального предела путем внедоменного обессеривания. Если выдержать чугун с 2% марганца в ковше-чугуновозе или миксере, то некоторый объем серы в различных ее соединениях с марганцем перейдет из состава металла в шлак. Это возможно благодаря уменьшению растворяемости данного соединения в металлах от снижения температуры. Подобное обессеривание в ковше чугуна может достичь 60%. Кроме этого существуют еще методы внедоменного обессеривания чугунов. В производствах чугуна в мире довольно часто в этих целях используют обессеривающие присадки, такие как известь, кальцинированная сода или металлический магний.

Особенности процесса производства чугуна

В процессе плавления в горн с общей смесью стекает расплавленный шлак. Благодаря его плотности, меньшей, чем у чугуна, он всплывает поверх него. Это явление наблюдается в районе распара печи. Первоначальный шлак получается от сплавления находившихся в пустых породах руд, а также флюсах окислов. При стекании вниз, в процессе накапливания шлак значительно меняется по составу. Благодаря реакциям с компонентами не полностью прогоревшего кокса, расплавляющегося чугуна в нем получают восстановление из своих окислов марганец с железом, а кроме того растворяются соединения серы, зола и кокс.

Технология производства чугуна

Равномерность работы доменных печей, качественное производство отливок из чугуна с его видом зависят от таких свойств шлака, как плавкость, вязкость, текучесть, температура плавления, серопоглотительная способность. Данные качества шлака продиктованы его химическим наполнением, минералогическими свойствами исходных шихтовых компонентов. Химическое содержание шлака предопределяет итоговый состав чугуна, этим объясняется тот факт, что для производства различных чугунов (литейного, передельного и др.) обычно выбирают шлак с определенными свойствами. Расплавленные шлаки и получаемый чугун поочередно выпускаются в особые отверстия – шлаковую и чугунную летки, сначала шлак, потом чугун.

Технология выплавки чугуна

Технология выплавки чугуна

Исходными материалами для производства чугуна являются руды, топливо и флюсы. Основным видом сырья служат железные руды, содержащие химические соединения железа с кислородом и пустые породы из глинозема (Al2O3), оксидов кальция и магния (СаО, MgO) и др.

Ценность железной руды определяется содержанием в ней железа. Наличие вредных примесей (серы, фосфора и др.) обусловливает ухудшение качества получаемого чугуна и необходимость дополнительных затрат по их удалению.

В Украине добываются железные руды: красный железняк (Fe2O3) с содержанием железа 55-60% (Криворожское месторождение) и бурый железняк (2Fe2O3 3H2O) с содержанием железа 35-50% (Керченское месторождение).

Железные руды кроме основного компонента содержат никель, ванадий, кобальт и другие элементы, которые при доменной плавке переходят в чугун, легируют его и улучшают физико-химические свойства.

Источниками тепла для расплавления руды служит топливо – кокс, который получают из коксующихся углей путем их нагрева в специальных печах до 1000-1100 градусов без доступа воздуха. Кокс также участвует в химических реакциях производства чугуна.

В число сырых материалов при выплавке чугуна входят флюсы – минеральные вещества, добавляемые в шихту для снижения температуры плавления пустой породы и удаления в виде шлака ненужных компонентов (золы, серы, пустой породы).

Руда, топливо и флюсы, взятые в определенных дозах (по массе), называются шихтой. Для получения высококачественного чугуна необходима соответствующая подготовка шихтовых материалов.

Подготавливаемая к плавке руда должна иметь требуемый состав и определенный размер кусков (20-40 мм), поэтому крупные куски подвергают дроблению, а мелкие и пылевидные фракции – окускованию.

При низком содержании в руде железа её подвергают обогащению (бедные железные руды Криворожских ГОКов) в основном путем магнитной сепарации в сочетании с обжигом и флотацией.

В настоящее время более 25% железных руд проходят предварительную подготовку к плавке с тем, чтобы в доменную печь поступало железорудное сырье определенной крупности, равномерного химического состава, с высоким содержанием железа и хорошей восстановимостью. Чем тщательнее подготовлена руда к плавке, тем ниже расход топлива и выше качество чугуна.

Основными видами подготовки железных руд являются обогащение руд и окускование рудной мелочи. Наиболее распространенные способы окускования – агломерация и производство окатышей (окомкование).

Агломерация руд заключается в том, что в шихту вводят флюсы и другие полезные добавки и путем сжигания топлива в слое спекаемого материала получают пористый, прочный и хорошо восстанавливаемый в доменной печи материал – офлюсованный агломерат.

С развитием способов обогащения руд и увеличением удельного веса концентрата в общем объеме сырья начал применяться новый способ подготовки руды – окомкование.

Сущность процесса состоит в окатывании частиц исходной шихты и последующем обжиге полученных окатышей размером 25-30 мм, которые содержат 70-95 % железа, однородны по составу и имеют высокую механическую прочность.

Доменная печь (рис. 7.1) представляет собой шахтную печь круглого сечения, заключенную в металлический цельносварной корпус толщиной 25-30 мм в верхней и 35-50 мм в нижней части. Изнутри печь выложена (футерована) огнеупорным кирпичем.

Современная доменная печь состоит из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна. В верхней части печи на колошнике установлен засыпной аппарат 1, служащий для засыпки шихтовых материалов, и газоотводные трубы 2, по которым отводится доменный газ.

Нижняя часть – горн имеет цилиндрическую форму. В верхней части горна расположены фурмы 3, через которые в печь подаются подогретый до 1000-1200 градусов воздух и природный газ.

Нижняя часть горна, в которой собирается чугун и шлак, называют лещадью. Выше ее находится летка 5 для выпуска чугуна, а на высоте 3-3,5 м шлаковая летка 4.

Обе летки забиваются огнеупорной массой, а перед выпуском чугуна пробиваются.

Сущность доменного процесса заключается в восстановлении оксидов железа, что обеспечивается непрерывным взаимодействием опускающихся шихтовых материалов и восходящего потока горючих газов, образующихся при горении кокса в горне.

При нагревании шихты происходит удаление влаги и разложение карбонатов, а оксиды железа под действием газов СО, Н2 и твердого углерода кокса постепенно превращаются в железо по схеме F2O3, F3O4, FeO, Fe.

Основной и важнейший процесс в горне доменной печи – сжигание углерода кокса. В результате горения кокса выделяется необходимое для процесса тепло, образуются восстановительные газы и освобождается объем, что способствует движению шихты сверху вниз.

В доменной печи железо восстанавливается почти полностью. Постоянно контактируя с доменным газом и раскаленным коксом, губчатое железо, восстановленное из кусков агломерата, окатышей или руды, постепенно насыщается углеродом.

При 1135 градусах в железе может растворяться 4,3% углерода.

Читать статью  Краткое описание технологии выплавки чугуна в доменном производстве

Науглероживание железа, т.е. насыщение его углеродом, в основном, происходит в области заплечиков печи. Здесь образуются капли сплава FeC, которые струйками стекают в горн печи.

При движении вниз жидкий металл соприкасается с кусками раскаленного кокса, происходит растворение углерода в железе, концентрация углерода повышается до 3,5-4,5%. Кроме углерода в расплав железа переходят восстановленные частично кремний, марганец, фосфор и сера.

Этот многокомпонентный сплав железа назван чугуном. В зависимости от состава шихты в чугуне могут быть также хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк.

Выпуск продуктов плавки производится раздельно: чугуна – через каждые 1,5-2 часа, шлака – 1 час. Чугун выпускается в чугуновозные ковши и транспортируется для разлива в чушки или для дальнейшей переработки в сталеплавильные цехи. Доменная печь работает непрерывно в течение 10-12 лет, после чего подвергается капитальному ремонту.

Материальный баланс доменной плавки

Составление материального баланса плавки основывается на фундаментальном законе химии – законе сохранения вещества, открытом М.В. Ломоносовым, согласно которому масса всех веществ, вступающих в реакцию, равна массе всех продуктов реакции.

Для проектируемых печей при составлении баланса пользуются данными, полученными в расчетах шихты, колошникового газа и дутья. Баланс обычно сходится с небольшой неувязкой порядка 0,5–1,0 %. В качестве примера ниже представлен материальный баланс доменной плавки:

Задано, кг

Природного газа 95,2

Получено, кг

Газа сухого 2461,0

Влаги и пыли 73,0

Влаги восстановления 67,0

Продукция доменного производства

Основным продуктом доменного производства является чугун – сплав железа с углеродом (2-4,5%) и другими элементами (марганцем, кремнием, фосфором, серой и др.). Все виды чугуна, выплавляемые в доменных печах, по назначению делятся на передельный, литейный и специальный чугун.

Около 85% всего выплавляемого чугуна приходится на передельный (белый) чугун, в котором содержится 3,2-4,5% С, 0,3-1,2% Si, 0,2-1% Mn, 0,15-0,2% P и 0,02-0,07% S. Такой чугун отличается повышенной твердостью, хрупкостью и поэтому используется для производства стали.

Литейный (серый) чугун характеризуется повышенным содержанием кремния (до 4%), обладает хорошими литейными свойствами и применяется для изготовления различных деталей. Разновидностью литейных чугунов является природно-легированные чугуны, получаемые из руд, содержащих ванадий, хром, никель и др. Такие чугуны являются хорошим конструкционным материалом.

Специальные чугуны – это сплавы с высоким содержанием одного или двух неосновных их компонентов. Так, ферросилиций содержит более 13% кремния, ферромарганец до 75% марганца. Эти доменные ферросплавы применяют для раскисления и легирования сталей.

В результате плавки, кроме чугуна, получаются некоторые побочные продукты: шлак, доменный газ и колошниковая пыль. Доменный шлак – это сплав пустой породы, флюсов и золы кокса, он используется как строительный материал. Из него изготавливают шлакобетонные блоки, шлаковату.

Большая часть шлака гранулируется и служит сырьем для изготовления цемента. Доменный газ после очистки его от пыли используется в доменном цехе в воздухонагревателях и для работы воздуходувных машин. Колошниковая пыль улавливается и используется при производстве агломерата.

Маркировка чугунов.

Серые чугуны маркируют буквами СЧ (серый чугун) и цифрами (например, СЧ12, СЧ15, СЧ18, СЧ21, СЧ23, СЧ24, СЧ32, СЧ36, СЧ40), показывающими среднее временное сопротивление при растяжении (кгс/мм2). Например, чугун марки СЧ12 имеет qв≥12 кгс/мм2 (120МПа), СЧ40- qв =40 кгс/мм2 (400 МПа).

Высокопрочные и ковкие чугуны маркируют соответсвенно буквами ВЧ и КЧ и цифрами (например, ВЧ40-10, ВЧ45-5, ВЧ50-2,5, КЧ30-6, КЧ33-8, КЧ35-10, КЧ37-12, КЧ45-6, КЧ50-4, КЧ56-4, КЧ60-3), при этом первые две цифры указывают на средний qв, а следующие на относительно удлиненные.

Специальные чугуны имеют обозначения в маркировке, указывающие их значение. Например, антифрикционные (А) чугуны АСЧ-1, АСЧ-2, АКЧ-1, АВЧ-1 предназначены для работы в паре с термообработанным (нормализованным или закаленным) валом, АСЧ-3, АКЧ-2 и АВЧ-2 – в паре с сырым (в состоянии поставки) валом.

Жаростойкие чугуны маркируются буквами ЖЧ, цифрами показывающими в процентах среднее содержание основного (Cr, Si, Al) легирующего элемента (например, ЖЧХ-20, ЖЧХ-22).

Основные направления в совершенствовании доменного производства

Важнейшими технико-экономическими показателями работы доменных печей служат коэффициент использования полезного объема (КИПО) и удельный расход кокса. Первый показатель определяется отношением полезного объема печи (м3) к ее среднесуточной производительности (т). Чем выше производительность печи, тем ниже коэффициент использования полезного объема.

Этот показатель равен в среднем 0,5…0,7, а на некоторых печах доведен до 0,4. Второй показатель – удельный расход кокса – также характеризует экономичность доменного процесса.

Это объясняется тем, что стоимость кокса составляет более половины стоимости чугуна. Снижение обоих показателей дает большой экономический эффект.

Один из путей повышения экономичности производства чугуна – улучшение подготовки шихтовых материалов и интенсификация процесса плавки. Так, применение офлюсованного агломерата позволяет повысить производительность труда на 10…30%, уменьшить расход кокса примерно на 20%. Замена агломерата окатышами дополнительно увеличивает выплавку чугуна на 5…8% и несколько уменьшает расход кокса.

Интенсифицируют плавку повышением давления на колошнике (способствует более равномерному распределению давления газа по сечению печи, более полному восстановлению железа); обогащением дутья кислородом (повышает температуру горения, ускоряет процессы восстановления кремния, марганца); вдуванием в горн природного газа и угольной пыли (уменьшает расход кокса на 10…15%, ускоряет восстановительные процессы).

Большое значение имеет механизация и автоматизация таких процессов как регулирование температуры в рабочем пространстве печи, дозирование подачи шихтовых материалов, воздуха и др. В последние годы для управлений процессом плавки начали применять электронно-вычислительные машины.

Состав и структура, а также особенности производства чугуна

Технология выплавки чугуна

Чугун – это важный продукт черной металлургии, от которого зависит эффективность работы многих отраслей промышленности. Основные особенности и способы его производства рассмотрим в этой статье.

Производство чугуна и стали — важная отрасль в жизни страны. И для начала мы поговорим про состав первого металла.

Чугун делают из железосодержащей руды. После производства чугун имеет следующий состав:

  • Железо, в состав которого входит углерод.
  • Марганцевую примесь.
  • Серную примесь.
  • Фосфорную примесь.
  • Кремневую примесь.

Процентное содержание углерода в чугуне составляет примерно 2,14%.

Чугун бывает несколько видов: белый и серый. Каждый вид имеет индивидуальный состав и структуру.

Данное видео расскажет о составе чугуна и стали, а также нюансах их производства:

Благодаря особенностям состава белый чугун имеет светлый оттенок. Рассмотрим состав белого чугуна:

  • Цементит (в этом состоянии здесь находится углерод).
  • Перлит.
  • Ледебурит.
  • Кремний.
  • Фосфор.
  • Марганец.
  • Сера.

Серый вид

В составе серого чугуна отсутствует один компонент (ледебурит). Серый чугун состоит из:

  • Графита (в этом виде здесь представлена некоторая часть углерода).
  • Перлита.
  • Кремния.
  • Фосфора.
  • Марганца.
  • Серы.

Углерод и иные компоненты

  • Самый главный элемент в чугуне, конечно же, углерод. В зависимости от его количественного содержания получается материал различного сорта.
  • После углерода, на втором месте стоит кремний. Его процентное содержание влияет на мягкость, текучесть и литейный свойства материала.
  • Благодаря такому элементу, как марганец, чугун приобретает прочность.
  • Наличие фосфора в материале делает его способным быстро образовывать трещины в холодных отливках. Кроме этого, эта примесь существенно снижает механические свойства чугуна. Из-за фосфора чугун получается твердым и очень прочным. Но такой чугун не используют для производства деталей, от которых требуется повышенная прочность.
  • Самое вредная примесь – это сера. Ее наличие отрицательно влияет на тугоплавкость и жидкотекучесть материала.

Если разломить белый и серый чугун, то можно увидеть совершенно разные структуры.

Визуально структуру серого чугуна можно представить в виде металлической матрицы с кристаллами графита. Матрица может иметь совершенно разный вид. Различают:

  • Ферритный вид (в составе структуры нет связанного углерода).
  • Феррито-перлитный вид (есть связанный углерод в количестве до 0,8%).
  • Перлитный вид (количество углерода 0,8%).

На структуры влияет температура. В случае быстрого охлаждения получается перлитная структура, а в случае медленного – ферритная.

Графит

В зависимости от формы графита различают:

  • Ковкий чугун (кристаллы графита имеют хлопьевидную форму).
  • Высокопрочный чугун (кристаллы графита имеют сферическую форму).
  • Обыкновенный серый чугун (графит имеет пластинчатую форму).

Графит может включаться в структуру серого чугуна различным способом. В зависимости от этого чугун бывает:

  • С гнездообразной структурой.
  • С игольчатой структурой.
  • С пластинчатой прямолинейной структурой.
  • С пластинчатой завихренной структурой.

Если сравнивать между собой белый и серый чугун, то наиболее применяемым является серый. Белый чугун проблематично порезать, он трудно отливается. К тому же ему свойственны твердость и хрупкость.

Химический состав

Чугуны могут изготавливаться по назначению. В зависимости от назначения и определенного химического состава, чугуны бывают:

  1. Высокопрочные. Высокопрочный чугун получают путем введения в серый чугун (состояние жидкое) специальных добавок. Его используют для очень ответственных деталей. Высокопрочным чугуном часто заменяют сталь.
  2. Ковкие. Ковкий чугун получают из белого. Для производства применяют термообработку. Ковкий чугун обладает хорошей вязкостью, высокой пластичностью, повышенным сопротивлениям к ударам и растяжением.
  3. Легированные. Легированный чугун содержит практически все элементы. То есть в его состав входит титан, хром, никель, сера. Материал отличается износостойкостью, твердостью и прочностью. Такой вид чугунов преимущественно используют для производства деталей машин с высокими механическими свойствами. В зависимости от преобладающего элемента чугуны бывают никелевые, хромистые и титановые.
  4. Специальные (ферросплавы). В специальном чугуне присутствует высокое содержание нескольких элементов: это кремний и марганец. Такие чугуны в основном идут для плавки стали и позволяют удалить из стали вредную примесь (кислород).

Далее рассмотрены литейное, доменное и иные процессы в производстве чугуна, а также указаны исходные материалы для этого.

О производстве чугуна и стали расскажет данный видеоролик:

Для производства чугуна необходима огромная доменная печь. Габаритные размеры такой печи впечатляют: высота 30 метров, внутренний диаметр 12 метров.

  • Самая широкая часть доменной печи носит название – распар.
  • Нижнюю часть называют горном (через нее в печь попадает горячий воздух).
  • Самая верхняя часть доменный печи называется шахта. Она имеет верхнее отверстие, которое носит название калашник. Калашник закрывается специальным затвором.

В основе работы доменной печи лежит противоток. Воздух подается снизу, а материалы (кокс, флюсы и руда) заправляются сверху. Кокс необходим для нагрева, расплавления и восстановления руды. Без флюса не сможет образоваться шлак. А руда – это основное сырье для производства чугуна.

Кроме доменной печи для производства чугуна обязательно потребуются:

  • вагонетки,
  • специальный кран,
  • бункеры,
  • транспортеры
  • и другое, в условиях металлургического завода.

Совокупность веществ

В состав железной руды входит рудное вещество и пустая порода, которая состоит: из песчаника с примесью глинистых веществ, из кварцита, из известняка и из доломита. Под рудным веществом подразумевают карбонаты железа, окислы и силикаты.

В руде может присутствовать разное количество рудного вещества. В зависимости от этого она бывает богатая и бедная. Бедную руду отправляют на обогащение, а богатую сразу используют в производстве.

Железные руды бывают нескольких видов:

  1. Бурый железняк. В состав входит железо в форме водных окислов. Общее процентное содержание железа составляет 25-50%. Пустая порода такого железняка может быть кремнисто-глиноземной и отличаться глинистостью.
  2. Красный железняк. Материал имеет второе название – гематит. Железо в структуре этого железняка представлено в форме безводной окиси. В таком железняке очень мало вредных примесей, а самого железа содержится 45-55%. Цвет руды располагается в диапазоне от темно-красного до темно-серого.
  3. Магнитный железняк. Железо представлено в форме закиси-окиси и составляет от общего количества 30-37%. У такой руды черный или темно-серый цвет. Пустая порода представляет собой кремнеземистую массу с другими окислами.
  4. Шпатовый железняк. Имеет второе название сидерит. Цвет у этого вещества грязно-серый или желтовато-белый. Этот материал легко поддается восстановлению. Железняк достаточно легко окисляется и переходит в форму бурого известняка. Железо в шпатовом железняке представлено в форме углекислой соли.

В процессе производства чугуна используются марганцевые руды. Их закладывают в шихту для увеличения в чугуне количества марганца.

О том, какие вещества являются сырьем для производства чугуна, читайте ниже.

Расчет

Для производства чугуна в количестве одной тонны потребуется:

  • Три тонны железистой руды.
  • Одна тонна топливного кокса.
  • Флюс (количество зависит в зависимости от типа руды).
  • Двадцать тонн воды.

Далее рассмотрена технология производства чугуна.

Технологии

Технология производства чугуна состоит из следующих стадий:

  1. Подготовка руды. Суть ее заключается в пересортировке руды по размеру кусков и химическому составу. Руду крупных размеров дробят на более мелкие части, а фракции в виде пыли или мелких частиц, наоборот, окусковывают. В основе процессе окускования лежит агломерация, в процессе которой происходит спекание шихты и образование пористого продукта. Так же на этом этапе проводят процедуру обогащения бедных руд. В процессе переработки большая часть пустой породы удаляется, содержание железа увеличивается.
  2. Подготовка топлива. Кокс подвергают грохочению. В результате этого процесса удаляется ненужная мелочь, которая может привести к потери тепла в процессе плавки.
  3. Подготовка флюсов. Флюс так же измельчают и отсеивают мелочь. После этого все материалы загружаются в печь.
  4. Доменный процесс производства. Доменную печь заправляют коксом, затем агломератором (руда спеченная с флюсом) и снова коксом. Температура для выплавки поддерживается благодаря вдуванию подогретого воздуха. В горне сгорает кокс и образуется углекислый газ. СО2 проходит через кокс и образует СО. Окись углерода восстанавливает основную часть руды. При восстановлении железо становится твердым. Оно постепенно переходит в более горячую часть доменной печи, где растворяет внутри себя углерод. В результате образуется чугун. Жидкий чугун вытекает в специальные ковши, откуда его выливают в предназначенные для него формы или сборники-смесители.
Читать статью  2.4 Процессы восстановления в доменной печи

Доменная печь работает в непрерывном режиме. Одновременно с производством чугуна восстанавливается марганец, кремний и другие примеси.

Кратко о производстве и производителях (изготовителях) чугуна в России и странах мира расскажет заключительный раздел статьи.

Доменное производство чугуна

На долю мировых производителей чугуна приходится около 900 млн. тонн продукции в год. Если сравнивать объемы производства, то лидирует: Китай (550 млн. тонн чугуна за год), затем Япония (уже 69 млн. тонн), после Россия (45 млн. тонн), Индия (29 млн. тонн в год) и Южная Корея (27 млн. тонн).

  • В Китае чугун и сталь производят на пяти комбинатах: Баотоусский, Баошанский, Шунганский, Аньшанский и Уханьский.
  • Самыми крупными предприятиями России в области переработки чугуна считаются Магнитогорский, Челябинский комбинат, ООО «Уральская сталь», Череповецкий металлургический комбинат, Новокузнецком металлургическим комбинатом и другие.

Доменное изготовление чугуна подробно рассмотрено в этом видео:

Строим малый и большой бизнес на производстве чугуна

Технология выплавки чугуна

Химический состав чугуна близок к составу стали, но отличается от неё повышенным, более 2%, содержанием углерода. Так же в его состав обязательно входят кремний, марганец, фосфор и сера.

При выплавке стали из железной руды он является промежуточным продуктом производственного процесса, так как температура его плавления на 300 градусов ниже температуры плавления стали.

На следующем этапе процесса при повышении температуры плавки и удаления примесей из него получают сталь. Для этого используется около 85% всего выплавляемого чугуна.

В силу этих обстоятельств он стоит гораздо дешевле стали.

Высокое содержание углерода делает чугун хрупким и уязвимым для ударных воздействий. Но при этом он обладает большой устойчивостью при сжатии.Из-за его структуры изделия из этого материала не чувствительны к повреждениям своей поверхности и такие повреждения не ведут к деформации или разрушению всего изделия в целом.

Эти свойства обуславливают большую, чем у стали, лёгкость резки чугуна, особенно при обработке на токарном станке.Поэтому его часто применяют для изготовления деталей различных устройств, которые не подвергаются ударным и растягивающим воздействиям.История промышленного производства чугуна в России насчитывает без малого 300 лет.

В 20-и веке СССР занимал первое место в мире по выплавке чугуна и стали. За это время валовое производство черных металлов достигло в России вместе с Украиной 153 млн. тонн.После распада СССР выплавка сократилась более чем в два раза. В 2008 году в России выплавлялось 68, 5 млн. тонн.

Сейчас на долю России досталось четвертое место в рейтинге производителей черной стали после Китая, Японии и США.Особенность современного положения дел в чугунолитейной отрасли в России состоит в том, что она большей частью работает на экспорт, производя чугун главным образом в виде чушек, отправляемых за рубеж для дальнейшей обработки.

В результате сложилась ситуация, когда в России, несмотря на большой объём валового производства чугуна, существует постоянный дефицит готовых изделий из литейного чугуна.Благодаря этому в России создалась ниша для малого бизнеса, занимающегося фасонным литьём чугуна.

Следует сказать, что это производство относится к числу сложных и предъявляет высокие требования к технической грамотности и технологической дисциплине, как менеджеров, так и рядовых работников.

Постараемся дать в общих чертах представление об основных способах выделки чугуна и их привлекательности для малого бизнеса.

Доменный способ производства чугуна

Доменное производство имеет своей целью выплавку железа из руды, при этом в ходе плавки удаляются пустая порода и вредные примеси.
Принципиальная схема работы доменной печи остаётся неизменной со времён создания в России чугунолитейного производства.

    • Сама печь представляет собой сооружение с вертикальной рабочей камерой, внутренняя поверхность которой выложена огнеупорным кирпичом.
    • Шихта – сырьё для плавки, подаётся в верхнюю часть доменной печи, называемую колошником.

    Колошник оснащён газоотводами, через которые из доменной печи удаляется смесь из колошниковых газов и шихтовой пыли, скопившихся во время плавки. Затем смесь сепарируется, и пыль уходит в агломерацию, снова попадая в шихту, а газ применяется для использования на вспомогательных производствах.

    • Основная часть рабочей камеры – шахта, выполнена в виде усеченного конуса, расположенного основанием вниз.
    • Под шахтой расположена ёмкость цилиндрической формы – распар. В распаре происходит расплавление шихты, он опирается на столбы, которые укреплены непосредственно в фундаменте доменной печи.
    • Под распаром находится ещё одна ёмкость цилиндрической формы – горн. В верхней части горна имеется летка для выпуска шлака, а в нижней – летка для выпуска чугуна. Через летки во время плавки периодически происходит вывод чугуна и шлака из доменной печи.
    • Выше шлаковой летки расположены отверстия – фурмы, через которые производится подача кислорода, нагретого воздуха и прочих добавок.

    Выплавка в доменной печи происходит следующим образом:

    1. Поданный через фурмы кислород вступает в реакцию с содержащимся в шихте углеродом, температура горения при этом составляет до 2000 градусов.
    2. Расплавленное железо, освобожденное от сгоревшего углерода, скапливается в переходной камере конусообразной формы между горном и распаром – заплечиках. Здесь часть выделившегося из шихты углерода соединяется с железом, науглероживая его. Здесь же с железом соединяются освобожденные из шихты марганец с кремнием, сера, фосфор и другие элементы.
    3. Образовавшийся таким образом чугун стекает из заплечиков в горн, а расплавленный шлак скапливается над ним.
    4. Чугун и шлак выпускаются из доменной печи через соответствующие летки.
    5. Из летки расплавленный чугун, температура которого при этом составляет около 1500 градусов, по желобу попадает в раздаточный ковш.

    Выплавленный чугун делится в зависимости от его назначения на следующие виды:

    1. Передельный чугун, который в дальнейшем будет переделан в сталь.
    2. Литейный чугун, который характеризуется увеличенным содержанием кремния и уменьшенным содержанием серы, служит для выделки чугунного литья.
    3. Специальный (ферросплавный) чугун, в котором может быть увеличено содержание таких элементов, как марганец или хром, служит для производства специальных сталей.

    При разливе из раздаточного ковша, передельный чугун отправляется в миксер, откуда его отбирают для передела в сталь. Литейный же чугун заливается в формы для изготовления чугунных чушек.

    Объём доменной печи составляет от 1500 до 5000 м3, высота её может достигать нескольких десятков метровРабота доменной печи происходит в непрерывном режиме на протяжении нескольких лет, что требует постоянной подачи огромного количества шихты и топлива.

    При этом функционирование доменной печи обеспечивается сложной и высокоразвитой инфраструктурой, состоящей из вспомогательных производств и коммуникаций по транспортировке сырья и конечного продукта.

    Инвестиции, необходимые для организации доменного производства, исчисляются миллиардами рублей. Поэтому его организация под силу только крупным корпорациям.

    В силу всего вышесказанного можно резюмировать, что организация доменного производства чугуна слишком далеко выходит за рамки возможностей малого бизнеса.

    Переплавка чугуна в вагранке

    В отличие от доменной плавки, переплавка чугуна в вагранке при грамотном подходе способна приносить прибыль при относительно небольших вложениях и представляет несомненный интерес для малого бизнеса.Вагранка, как и домна, принадлежит к печам шахтного типа.

    В качестве топлива в ней используется кокс, в последнее время всё большее распространение получают вагранки, работающие на газе.Для достижения высокой температуры горения используется нагнетание воздуха в рабочую камеру.

    В отличие от доменной печи, где металл выплавляется из руды, в вагранке производится переплавка лома чугуна и чугунных чушек с последующим разливом расплава в формы для получения готовых изделий.

    Ввиду небольшого размера обслуживание таких печей на порядки проще, чем обслуживание домны. По этой же причине упрощен их ремонт и процедура остановки.

    Принципиальная схема вагранки, работающей на коксе, выглядит так:

    • Основной частью вагранки является металлический цилиндр — кожух, изготовленный из листов стали 6-12 мм. Внутренняя поверхность его выложена жаропрочным кирпичом или иным огнеупорным материалом, толщина которого равняется 200-300 мм.
    • Основанием для кожуха служит подовая плита, которая опирается на четыре колонны. Для удаления остатков чугуна при ремонте служит отверстие, расположенное в центре плиты, закрытое заслонкой.
    • Для загрузки кусков чугуна, кокса и присадок служит завалочное окно.
    • Часть рабочего пространства от подовой плиты до завалочного окна называется шахтой.
    • Часть пространства кожуха, находящаяся выше завалочного отверстия, называется трубой.
    • Нижняя часть шахты называется горном. В горне имеются фурмы для подачи воздуха или кислорода, а так же летки, чугунная и шлаковая.
    • Часть горна в районе фурм – плавильный пояс.
    • Розжиг производится через рабочее окно с помощью дров.

    Процесс плавки происходит таким образом:

    1. Через завалочное окно в шахту загружаются куски чугуна и кокса, а так же флюса и иных присадок.
    2. При сгорании кокса, температура горения которого повышается благодаря нагнетаемому через фурмы воздуху, происходит расплавление чугуна, который выходит через чугунную летку.
    3. Шлак, который в силу своей лёгкости плавает поверх чугуна, выходит сквозь шлаковую летку.
    4. Газообразная смесь, образовавшаяся при горении, уходя вверх по шахте, нагревает опускающуюся от завалочного окна шихту и уходит в трубу.

    Для облегчения заливки больших форм и выдерживания постоянного химического состава чугуна вагранки, как правило, оснащены еще одним горном – копильником, в котором накапливается выходящий из летки кожуха чугун.В этом случае раздача расплава производится из копильника.Рабочий цикл составляет от 10 до 20 часов, после чего вагранка гасится и производится ремонт жаропрочной облицовки её внутренней поверхности.

    Производительность такой печи может равняться от 0,2 до 25 т/час, соответственно, при диаметре шахты от 500 до 2000 мм, при полезной высоте шахты от 3 до 5 метров.

    Инвестиции, необходимые для начала производства по литью в вагранке

    Постараемся определить рентабельность, которой обладает литейное производство, при использовании вагранки производительностью 0,2-0,35 т/час.Потребляемая электроэнергия такой печи равна 2 кВт/ч.

    Она способна выплавлять чугун нескольких видов – литейный, модифицированный и рафинированный. Это происходит за счёт использования технологии ШПР – шлейфовой продувки расплава.

    За месяц такая печь способна производить 22 плавки с выходом готового продукта на одну плавку – 5400 кг. Что за месяц составит 118 т чугуна.Стоимость такой печи около 4500000 р.

    В эту цифру, кроме оборудования, входит стоимость его доставки и монтажа, а так же обучения сотрудников.Аренда производственных помещений и их подготовка к монтажу оборудования, а так же закупка инструмента, спецодежды и тому подобного – 45000 р.

    Итого, объём необходимых инвестиций равен 4950000 р.

    Текущие расходы

    На одну тонну чугуна расходуется:

    • 0,16 т кокса, что при цене 18000 р/т составляет 2880 р.
    • 0,05 т известняка, при цене 2 250 р/т составляет 112, 5р.
    • 0,025 т ферросилиция, при цене 30000 р/т составляет 750 р.
    • 0,2-0,3 т стального лома, при цене 12000р/т составляет 2400 р.
    • 0,7-0,8 т чугунного лома, при цене 9000 р/т составляет 8100 р.

    Таким образом, на одну тонну чугуна расходуется сырья на сумму 14 242,5 р., на 118 т чугуна потребуется сырьё на сумму 1680615 р.При трехсменной работе, когда в одну смену работают четыре человека, на зарплату им уйдет 630000 р. в месяц.Расходы на электроэнергию за месяц составят 880 кВт*4=5280 р.

    Итого сумма текущих расходов за месяц составит 2315895 р.

    Доходы

    Средняя цена за тонну литейного чугуна в чушках составляет около 37500 р/т. При месячной норме выпуска 118 т, общий доход за месяц составит 442500 рублей. Вычтя сумму текущих расходов, получим чистый доход в месяц равный 2 109 105 р.При такой доходности инвестиции полностью окупятся за три месяца.

    Следует отметить, что в этих расчётах речь шла о выпуске литейного чугуна в чушках, при литье готовых изделий, даже таких простых, как канализационные люки, стоимость готовой продукции повышается не менее чем в 2,5 раза.

    Организация такого производства требует дополнительных затрат для обустройства соответствующей формовки, но высокая его рентабельность с лихвой оправдывает все затраты.

    Аналогичным образом обстоят дела и с выпуском рафинированного и модифицированного чугуна.

    Заключение

    Сделаем несколько важных замечаний.Литейное производство относится к числу взрывоопасных и пожароопасных, кроме того, оно сопряжено с выбросом большого количества вредных веществ. Поэтому лицензирование его в России сопряжено с известными трудностями и затратами.

    Функционирование такого производства требует повышенной технологической дисциплины и неуклонного соблюдения правил техники безопасности.Характерным отличием литейного процесса является огромная роль, которую играет технически грамотный персонал, особенно это касается инженерно-технических работников.

    Поэтому к подбору их надо подходить с большой ответственностью и не скупиться на достойную оплату их труда.Так же следует отметить большие резервы рентабельности, которыми обладает литейное дело в России.

    В основном они базируются на внедрении новых технологий и развитии производственной инфраструктуры, а так же на расширении ассортимента выпускаемых изделий.Например, сейчас очень активно развивается внедрение новых видов форм, систем нагрева и поддува.

    Что касается ассортимента, то при работе вагранок, как правило, 10% выпускаемой продукции составляет стальное литьё, которое гораздо дороже чугунного. Зачастую вагранку используют так же для выплавки цветных металлов.

    В заключение надо сказать, что кроме шахтных печей, таких как домна и вагранка, производство чугуна и стали осуществляется и в других видах печей:

    • В индукционных печах нагревание металла происходит за счет электромагнитного поля, возникающего между индуктором и металлом, отделенным от него огнеупорной стенкой. Производство отливок из чугуна в индукционных печах тоже часто используются малым бизнесом, иногда они работают в связке с вагранками.
    • В дуговых печах нагрев происходит за счет электрической дуги большой мощности, температура которой достигает 3000 градусов. Дуга эта возникает между металлом и электродом. В таких печах осуществляется производство чугуна и стали в больших объемах.
    • В плазменных печах нагрев происходит потоком газа раскаленного в плазмотроне до 5000-15000 градусов. Они применяются для выплавки специальных сталей.

    3 Технология выплавки чугуна

    Технология выплавки чугуна

    Чугун– сплав железа с углеродом ссодержанием углерода от 2, 14 до 6,67 мас.%. Кроме углерода чугун всегда содержиткремний до 4 мас. %, марганец – до 2 мас.%, а также серу и фосфор (вредные примеси).В процессе получения чугуна от серы ифосфора стремятся избавиться сиспользованием различных приемов.

    3.1 Подготовка руд к плавке

    Подготовка руд к доменной плавкеосуществляется для повышенияпроизводительности доменной печи,снижения расхода кокса и улучшениякачества чугуна. Цель этой подготовкисостоит в увеличении содержания железав шихте и уменьшении в ней вредныхпримесей – серы, фосфора, повышение ееоднородности по кусковатости и химическомусоставу. Метод подготовки добываемойруды зависит от ее качества.

    Первый этап – дробление и сортировкаруд по крупности для оптимизацииплавки. Куски руды дробят и сортируютна дробилках и классификаторах. Затемпроводятобогащениедля повышениясодержания железа, которое основано наразличных физических свойствах минералов(плотности, магнитной восприимчивостии т.д.). Применяют следующие способыобогащения:

    Промывка руды водой– для отделенияплотных составляющих руды от рыхлойпороды (песка, глины).

    Гравитация основана на отделениируды от пустой породы при пропусканииструи воды через дно вибрирующего сита,на котором лежит руда. При этом пустаяпорода вытесняется в верхний слой иуносится водой, а тяжелые рудные минералыопускаются вниз.

    – Магнитная сепарацияоснована наразличии магнитных свойств железосодержащихминералов и частиц пустой породы.Измельченную руду подвергают действиюмагнита, притягивающего железосодержащиеминералы, отделяя их от пустой породы.

    Следующая операция – окускование,которое производят для переработкиконцентратов, полученных послеобогащения, в куски необходимых размеров.С этой целью выполняют агломерацию иокатывание.Агломерация – спеканиешихты при 1300-15000С в агломерационныхмашинах.

    В результате из руды удаляетсявредные примеси (сера, частично мышьяк),карбонаты разлагаются, получаетсякусковой пористый материал – агломерат.Окатываниеприменяют дляобработки тонко измельченных концентратов.

    Шихта из измельченных концентратов,флюса и топлива увлажняется и приобработке во вращающихся барабанах, врезультате, приобретает форму шариков– окатышей диаметром до 30 мм. Окатышивысушивают и обжигают при 1200-13500Сна обжиговых машинах, после чего онистановятся прочными и пористыми.

    Приподаче агломерата и окатышей не надодобавлять флюс – известняк, повышаетсяпроизводительность доменной печи иснижается расход кокса.

    3.2 Устройство доменной печи и ее работа

    Чугун выплавляют в печах шахтного типа– доменных печах. Сущность процессаполучения чугуна в доменных печахзаключается в восстановлении железаиз его оксидов, входящих в состав руды,оксидом углерода, водородом и твердымуглеродом, выделяющимися при сгораниитоплива в печи.

    Доменная печь (рисунок 1) имеет стальнойкожух, выложенный внутри огнеупорнымшамотным кирпичом. Рабочее пространствопечи включает колошник 6, шахту 5, распар4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15.

    В верхнейчасти колошника находится засыпнойаппарат 8, через который в печь загружаютшихту.

    Шихту взвешивают, подают ввагонетки 9 подъемника, которыепередвигаются по мосту 12 к засыпномуаппарату 8 и, опрокидываясь, высыпаютшихту в приемную воронку 7 распределителяшихты.

    Рисунок1 – Устройство доменной печи

    При опускании малого конуса 10 засыпногоаппарата шихта попадает в чашу 11, а приопускании большого конуса 13 – в доменнуюпечь, что предотвращает выход газов издоменной печи в атмосферу. Для равномерногораспределения шихты в доменной печималый конус и приемная воронка послеочередной загрузки поворачиваются наугол, кратный 600.

    При работе печи шихтовые материалы,проплавляясь, опускаются, череззагрузочное устройство в печь подаютсяновые порции шихты в таком количестве,чтобы весь полезный объем печи былзаполнен.

    Полезный объемпечи –это объем, занимаемый шихтой от лещадидо нижней кромки большого конусазасыпного аппарата при его опускании.Современные доменные печи имеют полезныйобъем 2000 – 5000 м3.

    Полезная высотадоменной печи достигает 35 м.

    В верхней части горна находятся фурменныеустройства 14, через которые в печьпоступает нагретый воздух, необходимыйдля горения топлива. Воздух нагреваютдля уменьшения потерь теплоты и снижениярасхода кокса.

    Воздух поступает вдоменную печь из воздухонагревателя,внутри которого имеется камера сгоранияи насадка. Насадка выложена из огнеупорныхкирпичей, так что между ними образуютсявертикальные каналы.

    В камеру сгоранияк горелке подается очищенный от пылидоменный газ, который сгорает и образуетгорячие газы.

    Газы, проходя через насадку, нагреваютее и удаляются через дымовую трубу.Затем подача газа к горелке прекращаетсяи через насадку пропускается воздух,подаваемый турбовоздуходувной машиной.

    Воздух, проходя через насадку, нагреваетсядо температуры 1000 – 12000С и поступаетк фурменному устройству 14, а оттудачерез фурмы 2 – в рабочее пространство.

    Доменная печь имеет нескольковоздухонагревателей: в то время как водних насадка нагревается, в другихнасадка отдает теплоту холодномувоздуху, нагревая его. После охлаждениянасадки воздухом нагреватели переключаются.

    Современные доменные печи имеют общуювысоту до 80 м при соотношении полезнойвысоты к максимальному диаметру, равномуприблизительно 3 и полезным объемом до5600 м3. Доменная печь являетсяагрегатом непрерывного действия ипоэтому все процессы в ней механизированыи автоматизированы.

    Технологии производства чугуна постоянно совершенствуются

    Технология выплавки чугуна

    Чугун является сплавом железа, содержащим углерод. Его состав может кроме них включать марганцевые, фосфорные, кремниевые, серные и др. компоненты. Изначально материалами для производства чугуна служат железосодержащие руды, топливные материалы, флюсы.

    Как правило, в виде сырья для производств чугуна применяются железняки, имеющие в составе от 30 до 70% железа и прочих химических веществ в пустой породе, а также вредных серо- и фосфоросодержащих соединений.

    Топливным материалом для производства чугуна служит кокс, представляющий собой результат сухой, то есть без участия воздуха, переработки каменного коксугля.

    Применяемые флюсы, чаще всего это кварц, доломит, песчаники и известняки, позволяют снизить температуру расплавления пустой породы, а также привести ее вместе с золой от топлива к шлаку.

    Доменное производство чугуна

    Наибольшее применение нашел в производстве чугуна доменный процесс. Он включает ряд физических, физико-химических, а также механических проявлений, наблюдаемых в действующей доменной печи.

    Помещенные в эту печь исходные компоненты (кокс, железосодержащие материалы с флюсами) при прохождении всех операций преобразуются в сплав чугуна, выделяющиеся доменные газы со шлаками.

    Задача доменного производства чугуна – создание этого сплава из железосодержащих компонентов посредством их переплавления в доменных печах в очень высокой температуре.

    Поэтому доменный цех – один из важнейших в структуре завода по производству чугуна. Помимо этого производство чугуна в доменной печи – основа для изготовления стали, прокатных изделий – конечной продукции металлургического цикла других предприятий. Часть чугуна является товарным продуктом, поставляемым в твердом виде в форме небольших слитков (чушек).

    Их получают на разливочных машинах, установленных в стороне от доменного цеха в специальном разливочном отделении. Другая часть чугуна идет на производство сталей. Газ, получаемый в ходе процесса производства чугуна, используют в мартеновском и коксохимическом производствах в металлургии.

    Он служит основным топливом нагревательных устройств прокатных цехов, доменных воздухонагревателей.

    Чугун выплавляется в печах, куда помещаются, чередуясь слоями, железосодержащие компоненты с флюсами, топливом. От воздействия своей массы они спускаются в низ печи, куда в особые отверстия подается подогретый воздух под определенным давлением.

    Он поддерживает нужные условия горения загруженного кокса. Технологический процесс производства чугуна предполагает восстановление железа, а также других элементов из их окислов.

    В процессе восстановления кислород отнимают от окислов и получают из них компоненты или окислы меньшего содержания кислорода.

    Одним из ведущих способов производства чугуна считается восстановление железа от действия окиси углерода. Она образуется от сгорания в горне печи природного газа.

    Еще стоит отметить, что восстановление железа, предусмотренное технологией производства чугуна для данных печей, осуществляется постепенно, в процессе поэтапного извлечения кислорода из окислов.

    Доменный процесс предполагает, что в процессе восстановления железа участвуют как окиси углерода, так и непосредственно сам твердый углерод.

    Определенное количество железа также восстанавливается с помощью водорода. В схеме производства чугуна восстановление железа от действия водорода или окиси углерода считается непрямым (то есть косвенным), а восстановление с помощью твердого углерода называют прямым.

    На самом деле восстановление железа в данном случае осуществляется двумя стадиями. К моменту достижения железорудным составом зоны распада доменной печи, где установилась температура около 1000°С и больше, окислы железа успевают частично восстановиться непрямым путем в зоне, где действуют менее высокие температуры.

    В результате их прямого разложения углеродом получается полное восстановление железа.

    Производство высокопрочного чугуна

    При производстве высокопрочного чугуна большое место отводится науглероживанию железа. Чугун с такими характеристиками образуется, когда восстановленное в доменной печи из рудного материала железо принимает в себя много углерода и прочих элементов.

    Начало процесса науглероживания железа характеризуется его образованием в губчатом состоянии на участке печи, где действует температура до 500°С. Только что восстановленное железо выступает в качестве катализатора, способствующего распаду окиси углерода на два компонента: двуокись и сажистый углерод.

    В итоге распада окиси углерода от температуры 550-650°С получаются карбиды железа, прочих металлов. Наделенный особой активностью, сажистый углерод активно вступает в химическое взаимодействие с частицами железа.

    При температуре в 1000°С и больше карбид железа распадается на железо с углеродом. С ростом количества углерода температура в процессе плавления становится существенно ниже.

    Так, чистое железо расплавляется при температуре от 1539°С, а сплав его с углеродом способен плавиться уже от 1147°С. Плавление сплава происходит в зонах доменных печей, где действуют высокие температуры, то есть внизу шахты. Образующийся жидкий сплав и есть чугун.

    При стекании вниз он, омывая раскаленные части кокса, еще больше науглероживается.

    Науглероживание металла завершается ниже уровня шлаковой летки – в металлоприемнике. Здесь на соотношение углерода с металлом оказывает влияние содержание других компонентов. Итоговое наполнение углеродом при производстве серого чугуна, например, может зависеть от стойкости карбидов, которая в большой степени определяется содержащимися в чугуне примесями.

    Например, примесь марганца способствует науглероживанию металла, так как он входит в состав карбида, растворяющегося в чугуне. Аналогичное действие оказывают ванадий, хром, титан. Кремний с фосфором или сера препятствуют образованию карбидов.

    Из-за этого ферромарганец и зеркальные чугуны всегда содержат больше углерода, чем чугуны передельные, ферросилиций или полученные в литейном производстве чугуны.

    В ходе плавления восстанавливается не только само железо, но и ряд различных элементов, находившихся в рудной массе.

    В составе шихтовых материалов в печи, помимо окислов железа, поступают еще окислы и отдельные химические элементы, такие как марганец, хром, ванадий, титан, свинец, медь, цинк, мышьяк и др.

    Они в полностью или частично восстановленном виде вместе с частицами серы попадают в чугун и влияют на его свойства в худшую или в лучшую сторону. В основах производства чугуна считается, что чаще всего ценными примесями служат кремний с марганцем, а вредоносными – сера с фосфором.

    Наличие в чугуне серных компонентов можно уменьшить до оптимального предела путем внедоменного обессеривания. Если выдержать чугун с 2% марганца в ковше-чугуновозе или миксере, то некоторый объем серы в различных ее соединениях с марганцем перейдет из состава металла в шлак.

    Это возможно благодаря уменьшению растворяемости данного соединения в металлах от снижения температуры. Подобное обессеривание в ковше чугуна может достичь 60%. Кроме этого существуют еще методы внедоменного обессеривания чугунов.

    В производствах чугуна в мире довольно часто в этих целях используют обессеривающие присадки, такие как известь, кальцинированная сода или металлический магний.

    Особенности процесса производства чугуна

    В процессе плавления в горн с общей смесью стекает расплавленный шлак. Благодаря его плотности, меньшей, чем у чугуна, он всплывает поверх него. Это явление наблюдается в районе распара печи.

    Первоначальный шлак получается от сплавления находившихся в пустых породах руд, а также флюсах окислов. При стекании вниз, в процессе накапливания шлак значительно меняется по составу.

    Благодаря реакциям с компонентами не полностью прогоревшего кокса, расплавляющегося чугуна в нем получают восстановление из своих окислов марганец с железом, а кроме того растворяются соединения серы, зола и кокс.

    Равномерность работы доменных печей, качественное производство отливок из чугуна с его видом зависят от таких свойств шлака, как плавкость, вязкость, текучесть, температура плавления, серопоглотительная способность. Данные качества шлака продиктованы его химическим наполнением, минералогическими свойствами исходных шихтовых компонентов.

    Химическое содержание шлака предопределяет итоговый состав чугуна, этим объясняется тот факт, что для производства различных чугунов (литейного, передельного и др.) обычно выбирают шлак с определенными свойствами.

    Расплавленные шлаки и получаемый чугун поочередно выпускаются в особые отверстия – шлаковую и чугунную летки, сначала шлак, потом чугун.

    Источник https://promplace.ru/dobycha-i-poluchenie-metallov-staty/proizvodstvo-chuguna-1441.htm

    Источник http://kievuz.ru/tehnologiya-vyplavki-chuguna.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *