Основные продукты доменного производства и область применения
Получение чугунов производится доменным процессом (рисунок 1.1). Загружаемая сверху в домну продукция называется шихтой.
Шихта:
Состоит из руды, топлива и флюса основным материалом для получения железоуглеродистых сплавов является руда.
Руды:
1) магнитный железняк Fe3O4 (Fe – 60¸70 %);
2) красный железняк Fe2O3 (Fe – 50¸60 %);
3) бурый железняк Fe2O3 × 3Н2О (Fe – 35¸50 %);
4) шпатовый железняк FeСO3 (Fe – 30¸45 %).
Топливо: кокс, жидкое топливо, газообразное топливо.
Расход кокса составляет порядка 40¸50 % себестоимости чугуна.
В состав шихты также входят флюсы (известняк, плавиковый шпат, серый доломит и т.д.), которые вводятся – для сплавления пустой породы и золы топлива.
Обычно на одну тонну чугуна расходуется до 2 т необогащенной руды и 0,7¸0,5 т кокса; расход флюса в пределах 0,2¸0,5 т; до 25 м3 воды на охлаждение кладки стенок (стальные трубы в чугунных пустотелых плитах).
Суточная производительность доменных коксовых печей составляет до 3000¸5000 т в сутки. В Череповце (построенная в 1977 г.) доменная печь наиболее крупная в Европе V = 2700 м3 и в ней выплавляется до 5 т чугуна в сутки. Полная высота домны до 60 м.
Домна футерована шамотным нейтральным огнеупором (кирпичом) толщиной dст до 1200 мм, в области колошника домна внутри облицована керамическими или чугунными отбеленными плитами.
Воздух попадает в фурмы через кольцевой воздухопровод. Дно горна называется лещадью для накопления чугуна и шлака.
Загрузка механизированная производится сверху скопом через колошник.
Корпус из толстого котельного железа.
Чугун выпускается 4-6 раз в сутки через чугунную летку. далее закрывают огнеупорной глиной (пневматической или паровой пушкой).
Основные физико-химические процессы проходящие в доменной печи направлены на восстановление Fe из его окислов по следующей последовательной схеме:
Fe2О3 ® Fe3О4 ® FeО ® Fe
При t ³ 1530° Fe плавится и в виде капель опускается вниз на подину, при этом оно науглероживается 3Fe + 2СО = Fe3С + СО2 ® чугун белый. Пустая порода, зола, флюс превращаются в порошок (в одну массу) и образуется шлак:
На 2 кг чугуна получается 0,5¸0,7 кг шлака.
Рисунок 1.1 – Доменный цех
Продукты доменного производства
Выплавленный в домнах чугун используется, как:
I. Предельный белый чугун (80-85 % всех выплавляемых чугунов): используется для выплавления из него сталей, содержит С = 2¸4,5 %, Si = 0,2¸2,0 % – способствует получению серого чугуна, то есть графитизирующий компонент; Мn = 2¸3,5 % – отбеливающий компонент; S £ 0,08 % – вредная примесь, так как (понижает прочность, увеличивает хрупкость, густотекучесть и пузырчатость чугуна); Р = 0,1¸1,2 % – понижает прочность, увеличивает хрупкость и жидкотекучесть.
Предельные чугуны делятся на:
1) Мартеновские марки М1 и М2;
2) Бессемеровские марки Б1 и Б2;
3) Томасовские марки Т1 и Т2.
II. Литейный чугун (15¸20 %) – из которого путем литья получаются те или иные промышленные и бытовые изделия, после соответствующей термической обработки.
При замедлении скорости охлаждения с высоких температур идет процесс графитизации
Fe3С ® F3e + Сграф.
Химический состав литейных чугунов состоит из:
С = 2¸4,3 %; Mn £ 1,3 %; Si = 1,25¸4,25 % – графитизирующий компонент.
Р £ 0,1¸1,2 %; S £ 0,08 %.
Чугун устойчив к вибрации, не чувствителен к нагревам и обладает хорошими литейными свойствами. Хорошо обрабатывается резанием, не чувствителен к чистоте обработки поверхности и в 1,5 раза дешевле стали.
1. Простые серые чугуны – наименее прочные, так как С (графит) имеет форму пластинки (трещин): получают из отливок белого чугуна при очень малой скорости охлаждения температур выше нижней критической Асm.
2. Ковкие – углерод находится в виде хлопьевидной формы.
Отжиг на ковкий чугун наиболее дорогостоящая операция (длится до 5 суток при температуре 950-1050°С). Предварительная закалка с 850-950°С – ускоряет превращение белого чугуна в ковкий и ~ 0,015% Аl на 25–30% сокращает время отжига.
Содержат минимальное количество углерода в пределах С = 2,2¸3,0 %. кремния – Si = 0,7¸1,5 .
Чугуны не куются, то есть не подвергаются обработке давлением.
3. Модифицированный или высокопрочный чугун, в котором С (графит) находится в шаровидной форме.
III. Доменный шлак – используется для получения строительных материалов: цемента, гравия, шлакоблоков, спец.кирпичей и шлаковаты (изоляционные материалы).
IV. Доменный (колошниковый) газ – смесь различных газов или газовых соединений: используется для отопления ими различных тепловых агрегатов, для чего предварительно очищают от пыли (грубая – сухая, полутонкая и тонкая – мокрая газоочистка).