Паливо.

У процесі виробництва чавуну використовують деревне вугілля, кокс, природний і домновий гази, а останнім часом практикують використання подрібненого вугілля.

До палива, як і до руди, ставлять певні вимоги: велика міцність, відсутність крихкості, оскільки дрібні кусочки палива перешкоджають руху пічних газів і сповільнюють процес відновлення заліза зі сполук.

Після згоряння палива залишається попіл (після згоряння деревного вугілля) або жужелиця (після згоряння кам'яного вугілля). Якісним вважається таке паливо, після згоряння якого залишається їх менше. Паливо повинно містити якомога меншу кількість шкідливих домішок (фосфору, сірки тощо). Під час згоряння палива домішки (деякі повністю, інші частково) переходять у чавун. Крім того, паливо має бути дешевим, оскільки вартість палива позначається на собівартості чавуну.

У процесі варіння чавуну паливо є не лише джерелом теплової енергії, а й відновлює залізо з його сполук, а також навуглецьовує відновлене залізо, і таким чином утворюється чавун.

З усіх видів палива, які в наш час використовуються для отримання чавуну, першість належить коксу. Кокс у середньому містить 10-13% жужелиці та 0,5 - 2% сірки.

Природний газ уперше у світовій практиці впроваджено на Дніпропетровському металургійному заводі в 60-х роках XX ст. Він не містить шкідливих домішок і після згоряння не залишає твердих решток, що має місце під час згоряння твердого палива: деревного вугілля, коксу. Чавун, отриманий із використанням природного газу, якісніший.

Домновий газ - це побічна продукція, яку отримують в процесі варіння чавуну. Після очищення від пилу, який містить залізо та сполуки сірки, домновий газ використовують для нагрівання різних типів печей. Порівняно з коксом і природним газом це дешевий вид палива. Відповідно це позначається також на собівартості чавуну та інших видів продукції.

Деревне вугілля використовують в незначній кількості, а до. 1709 р., коли англієць Абрахам Дербі вперше використав кокс, це був основний і єдиний вид палива. Чавун, отриманий із використанням деревного вугілля, дуже якісний, але і дуже дорогий.

Певну кількість руди, палива та флюсу називають шихтою.

28.2. Технологічна система виробництва чавуну.

Чавун варять у печах-домнах, які є складовою частиною одного з елементів технологічної системи виробництва чавуну.

Технологічна система, схему якої зображено на рис. 38, складається з шести елементів.

В агрегаті кожного елемента відбуваються певні фізико-механічні або фізико-хімічні процеси, внаслідок яких сировина перетворюється на чавун.

Для підвищення продуктивності домнових печей, зменшення витрати палива та поліпшення якості чавуну руду спеціально готують до перероблення: подрібнюють вальцями або у млинах (елемент /); сортують отримані куски руди за розмірами на решетах і ситах (елемент 2); збагачують промиванням водою, гравітацією, магнетацією, флотацією у спеціальних машинах-сепараторах (елемент 3); грудкують на грануляторах (елемент 4); виготовляють офлюсований агломерат на агломераційних машинах (елемент 5). Підготовлену руду (куски розміром 20-40 мм), паливо і флюси, взяті у певній кількості, пошарове завантажують у домнову піч, де внаслідок фізико-хімічних процесів сировина перетворюється на чавун (елемент 6).

Замість руди і вапняку можна використовувати офлюсований агломерат, який виготовляють спіканням порошкової зволоженої маси, що складається з руди, коксу та вапняку.

Використання офлюсованого агломерату зменшує витрати коксу та вапняку, разом з тим збільшує техніко-економічні показники роботи домнової печі.

28.2.1. Будова та принцип роботи домнової печі.

Першу в Україні домнову піч розпалили в 1800 р. на Луганському чавуноливарному заводі, а перший чавун зварили в 1873 р. на Юзівському (нині Донецькому) металургійному заводі.

Домнова піч (домна) - це піч стовбурного типу (рис. 39). Висота печі значно перевищує діаметр поперечного перерізу. Зовні піч окута сталлю, усередині викладена вогнетривкою цеглою. Сучасні домнові печі за висотою поділяють на такі частини: 1 - колошник; 2 - стовбур; 3 - розпар; 4 - заплечки; 5 - горно; 6 - черінь.

Домна працює за принципом зустрічних потоків: шихта рухається згори вниз, а гарячі потоки газу, який утворився внаслідок згоряння палива, - назустріч, тобто знизу вгору.

Зволожене, збагачене киснем (до 30%) і нагріте повітря, необхідне для горіння палива, вдувають у піч через фурми (від нім. - форма), розміщені у верхній частині горна печі. Залежно від розміру печі їх може бути до 60. Повітря нагрівають у повітронагрівниках. Біля кожної печі є по три-чотири повітронагрівники. Впровадження високотемпературного (1200-1300°С) дуття поліпшило техніко-економічні показники печей: збільшилась продуктивність, зменшилась витрата палива.

Домна працює безперервно протягом п'яти-десяти років, потім її ставлять на капітальний ремонт. Шихту у піч завантажують певними порціями (колошами) через засипний апарат, який розміщено у верхній частині печі - колошнику. Періодично льотками, які розташовані у горні, випускають чавун і шлак. Домновий газ із печі виходить безперервно газовивідними трубами, розташованими у верхній частині печі.

28.3. Продукція домнової печі.

28.3.1. Шлак і вода.

У процесі перероблення залізної руди в домновій печі отримують чавун, шлак, домновий газ, домновий пил. Чавун - основна продукція, а шлак, домновий газ - побічна. У металургійній промисловості варять переробний, ливарний і спеціальний чавуни (див. розділ 19.2).

Спеціалісти металургійної промисловості підрахували, що майже половина руди переходить у шлак. Так, домнова піч об'ємом 3000 м3 за добу перероблює 8500 т шихти, а видає 5000-5500 т чавуну.

Шлаком називають речовину, яка утворилася внаслідок взаємодії породи, попелу чи жужелиці, деяких домішок і флюсів.

Шлак випускають з печі через льотки в ковші - шлаковози. Ще донедавна гори відвалів шлаку забруднювали довкілля. Тепер шлак почали використовувати для виготовлення будівельних матеріалів: шлакової цегли, блоків, шлаковати тощо. Більшу частину шлаку після гранулювання використовують для виробництва цементу. Із шлаку виробляють мінеральні добрива, які знижують кислотність ґрунтів, оскільки містять СаО.

Вода, в якій охолоджували шлак, містить розчинену сірку. Вона має цілющі властивості. Цю воду використовують для лікування робітників-металургів.

28.3.2. Домновий газ і пил.

Під час згоряння 1 т коксу утворюється близько 5000 м³ газу. Домновий газ містить значну кількість горючих речовин: до 30% СО і 4% Н₂. Після очищення від пилу і шкідливих речовин домновий газ використовують як паливо для нагрівання повітронагрівників, домнових та інших печей.

Використовують також тиск домнового газу. Так, на домні «Криворіжсталь» поставили турбіну, що виробляє електроенергію, якою повністю забезпечують піч. Для нормальної роботи печі тиск газу під колошником має становити близько 0,25 МПа.

Домновий пил містить до 50% заліза. Його використовують у процесі агломерації залізних руд.

28.4. Показники роботи домнової печі та шляхи їх поліпшення.

Основними показниками роботи домнової печі є продуктивність, питома витрата палива, собівартість чавуну.

Продуктивністю домни називають кількість чавуну (у тоннах), виплавленого за добу.

Для порівняння продуктивності печей різного об'єму введено коефіцієнт використання корисного об'єму (к.в.к.о.) печі:

К.В.К.О. = .

де V - корисний об'єм печі (від рівня засипання шихти до череня); Р - середньодобова продуктивність печі.

Чим меншим буде цей показник, тим ліпше піч працює, більша її продуктивність і навпаки. На кращих металургійних підприємствах к.в.к.о. = 0,5-0,7.

Продуктивність праці визначають кількістю чавуну (у тоннах), виплавленого одним робітником-металургом за рік.

Питома витрата палива є важливим показником домнової печі. Цей показник визначає кількість палива, витраченого на отримання 1 т чавуну. У кращих домнах на отримання 1 т чавуну витрачають близько 550 кг коксу.

Собівартість чавуну враховує вартість сировини, палива, води, амортизацію основних фондів і заробітну платню працівників-металургів тощо. Основну частку собівартості чавуну становлять сировина: руда, флюси та паливо (понад 92%). Найдешевшим є переробний чавун. На виробництво 1 т переробного чавуну витрачається найменше палива. Найбільше палива витрачається на отримання легованих чавунів та феросплавів.

Поліпшення показників роботи домнової печі досягають вдосконаленням конструкції домни, ретельним підготовленням сировини (ліпшим збагаченням руди, палива, використанням офлюсованого агломерату тощо), підвищенням температури дуття повітря, збагаченого киснем, механізацією та автоматизацією процесу чавуноваріння.