Основные физико-химические процессы получения чугуна в современных доменных печахДоменная печь представляет собой шахтную печь круглого сечения объемом 2 тыс. м3 и более (рис. 1.1). Стальной кожух выложен изнутри огнеупорным материалом 3. Колошник цилиндрической формы служит для загрузки печи шихтой, доменный (колошниковый) газ удаляется через газоотводы 2. Горячий газ, нагревая шихту, охлаждается и в районе колошника имеет температуру всего 300...400°С. Агломерат, известняк и кокс подаются на колошник через засыпной аппарат 1.
Рис. 1.1. Схема доменной печи шахтного типа
Шахта печи представляет собой расширяющийся книзу конус, что обеспечивает свободное перемещение шихты сверху вниз по мере ее расплавления. В распаре шихта плавится и объем ее уменьшается, в заплечиках образуется губчатое железо. Заплечики, имеющие форму усеченного конуса, сужаются книзу. Это необходимо для удержания твердой шихты в распаре и шахте. Губчатое железо каплями стекает в горн, в процессе перемещения оно насыщается углеродом. Цилиндрический горн состоит из двух зон: верхней (фурменной) и нижней (металлоприемник). В верхней зоне установлены фурмы 4, через которые подается горячий воздух (дутье) и топливо (жидкое, пыле- или газообразное), температура здесь достигает 2000 °С. В нижней зоне собираются жидкий чугун и расплавленный шлак, которые выпускают через чугунную 6 и шлаковую 5 летки в ковши. Доменный процесс относят к восстановительному противоточному процессу. Совершается взаимодействие опускающихся сверху вниз шихтовых материалов с поднимающимся снизу вверх потоком нагретых восстановительных газов. При сжигании топлива в доменной печи первым процессом является сгорание углерода раскаленного кокса в небольших объемах вблизи фурм, при этом образуется диоксид углерода СО2. Вследствие воздействия высокой температуры и отсутствия твердого углерода кокса СО2 неустойчив, поэтому конечная стадия горения углерода может быть записана так: 2С + О2 - 2СО + Q. Так возникает конечный продукт горения кокса — оксид углерода СО. Второй процесс характеризуется восстановлением железа, марганца, кремния, фосфора, серы и других элементов. Восстановителями являются СО, Н2 (образующийся в результате воздействия углерода на влагу дутья в виде водяного пара) и твердый углерод С. Восстановление оксидов железа газами называется косвенным, а твердым углеродом — прямым.. Восстановленное в доменной печи железо активно поглощает углерод (науглероживается) и другие элементы, что приводит к образованию чугуна. Капли жидкого металла интенсивнее взаимодействуют также с углеродом при контакте с раскаленным коксом. Насыщенное углеродом железо имеет пониженную (до 1150... 1200 °С) в сравнении с чистым железом (1539 °С) температуру плавления, что повышает экономическую эффективность процесса. Жидкий чугун стекает вниз и собирается в горне. Пустая порода, известняк и кокс при опускании вниз попадают в зону более высоких температур и на уровне распара расплавляются и образуют жидкий шлак. В получаемом чугуне кроме железа содержатся полезные (Мn и Si) и вредные (S и Р) примеси. Марганец восстанавливается твердым углеродом. В чугун переходит лишь часть марганца шихты, некоторое количество в виде соединений МnО удаляется шлаком и в виде соединения Мn3 О4 — в газовую фазу доменной печи. Часть полученного кремния растворяется в чугуне, а часть остается в шлаке. Фосфор, как и железо, полностью восстанавливается в доменной печи и переходит в металл, Сера вносится в печь коксом (основная доля) и железорудными материалами. Часть серы удаляется в виде газов, большая же часть входит в состав шлака в виде СаS и FеS, последний растворяется в чугуне. Поэтому главная задача удаления серы из чугуна (десульфурация металла) заключаете в том, чтобы перевести ее в нерастворимые в железе соединения в присутствии шлака.
|