Технологія чавуну

Виробництво чавуну є найважливішою галузею промисло­вості України. Відомо, що продаж металу був і залишається голо­вною статтею експорту нашої держави. З чавуну відливають ста­нини верстатів, супорти, зубчасті колеса, циліндри, корпуси еле­ктродвигунів, плити, деталі швейних, друкарських, лічильних, сільськогосподарських, текстильних та інших машин. Чавуном називають сплав заліза з вуглецем більше ніж 2,14%.

Чавун виробляють у домнових печах розплавленням шихти, яка складається із залізної руди, палива та флюсів, з використан­ням гарячого повітря. З руди відновлюється залізо і сполучається з вуглецем та іншими елементами.

Рудою називають мінеральні утворення, що складаються зі сполук одного або кількох металів, які економічно вигідно добу­вати промисловим способом. Основними залізними рудами є магнітний залізняк (магнетит)

червоний залізняк (гематит) бурий залізняк або шпатовий залізняк (сидерит) .

Відрізняють руди багаті та бідні (залежно від кількості рудної складової), легко- та важковідновлювані. Відновлення руд залежить від густини та хімічного складу мінералів. Легковіднов-люваними є руди, які мають крихку дірчасту структуру; щільні руди належать до важковідновлюваних. Пуста порода не вносить технологічних ускладнень у переробку. Такі елементи, як фос­фор, сірка, арсен ускладнюють переробку і забруднюють метал.

У металургійному виробництві застосовують тверде, рідке й газоподібне паливо — кам'яне й деревне вугілля, кокс і торф, нафту, мазут тощо. Газоподібне паливо — це різні горючі гази: природний, генераторний, коксувальний, оксид вуглецю, гази, що утворюються внаслідок підземної газифікації вугілля, тощо. Для домнових печей паливом є кокс — продукт сухої перегонки кам'яного вугілля, домновий, коксувальний і природний газ, а також деревне вугілля.

Флюсами називають матеріали, які вступають у взаємодію з пустою породою і золою, утворюючи з ними легкоплавкі ком-

плексні сполуки (шлаки). Флюси в залежності від хімічного скла­ду поділяють на основні й кислі. До основних флюсів належать вапняк, доломіт, основні мартенівські шлаки. Кислими є кварц,

пісковик, бідні залізні руди з піщано-глинистою породою та інші речовини, що містять кремнезем.

Для стабілізації домнового процесу перед плавкою руди флюс і кокс попередньо обробляють: сортують за хімічним складом (усереднюють, змішуючи руди різного хімічного складу), роздрібнюють, сортують за розміром, збагачують, випалюють, брикетують або агломерують, обкочують.

Найефективнішими вихідними матеріалами для домнового процесу є агломерат і обкатиші. Агломерація — процес спікання дрібних фракцій руди, рудного пилу, дрібнороздрібненого коксу та вапняку. Продукт спікання називають офлюсованим агломератом. Виробництво чавуну з застосуванням агломерату підвищує про­дуктивність печей на 12% та скорочує витрату коксу на (3...5)%. Об­катиші відрізняються від агломерату кулеподібною формою, підви­щеною механічною міцністю та більшою концентрацією заліза.

Домнова піч (див. рис. 5.1) — це вертикальна піч шахтного ти­пу, що складається з двох зрізаних конусів, які стикаються своїми основами.

Домнова піч складається з колошника З із засипним апаратом 1 і газовідвідними трубами 2, шахти 4, розпару 5, заплечиків 6, горна 7 і фундаменту 11. Дно горна 10 називається подом, або ле-щаддю. На самому дні горна є отвір, який називають чавунною льоткою 12. Вище від чавунної льотки, але з протилежного боку, є шлакова льотка 9. Льотки призначені для випускання через них з печі чавуну та шлаку. Льотки за допомогою спеціального при­строю забивають вогнетривкою глиною, а коли треба випускати чавун або шлак з печі, в них знову пробивають отвори діаметром (50...60) мм. На верхній частині горна є отвори 8, які називають фурменими. Вони необхідні для розміщення в них мідних або ча­вунних фурм, які сполучені з кільцеподібною трубою та каупера­ми (повітропідігрівниками).

Верхню частину печі, призначену для завантаження, назива­ють колошником. Частину печі, що розширюється, від колошника до найширшої частини конуса називають шахтою, а найширшу частину —розпаром. Конусну частину печі між розпаром і гор­ном називають заплечиками, а горном — нижню циліндричну час­тину доменної печі. Зовнішні стіни кладки печі закриті листовою сталлю — кожухом 15. Внутрішні стінки мають кладку з вогнет­ривкої шамотної цегли 14 і охолоджуються водою за допомогою спеціальних холодильників 13. Таку вогнетривку кладку назива-

ють футеровкою. Вона повинна бути особливо якісною на ділян­ках горна й заплечиків, де досягається найвища температура.

Повітропідігрівник 10 (див. рис. 5.2) будують з вогнетривкої цегли і зовні покривають сталевим кожухом. Це звичайна башта діаметром (6...10) м і заввишки до 60 м з вертикальною камерою горіння та насадкою 11. Насадка нагрівається, коли крізь неї про­ходять розжарені гази, що утворюються від спалювання колошни­кового газу в камері згоряння. Гази, які подаються з колошника, проходять газоочищення 9, нагрівають насадку каупера і виходять через димову трубу 12. При нагріванні насадки до потрібної тем­ператури подавання колошникового газу припиняють і через роз­жарену насадку в зворотному напрямі нагнітають повітря, яке нагрівається і під тиском надходить у доменну піч. Піч обслугову­ють три-чотири повітропідігрівники, які працюють по черзі.

Для виплавлення чавуну залізну руду, паливо та флюси заван­тажують у домнову піч у певному співвідношенні. Таку суміш на­зивають шихтою. Шихту завантажують порціями. Всі операції за­вантажування механізовано й автоматизовано, і шихта надходить через приймальну воронку 5 малого конуса б, воронку 7 великого конуса 8 порціями по (4...8) т у міру плавлення руди та випускан­ня чавуну. Шихту спочатку подають у вагон-терези 1, потім через воронку 2 — у скіпові вагонетки 3, які рейками нахиленого підіймача піднімаються до верхньої точки 4 засипного апарата.

Рис 5.3. Схема технологічного процесу виплавки чавуну

Домнові печі мають підіймальні та завантажувальні ме­ханізми, повітродувні машини, мостові крани, приймальні бунке­ри, ковші, нагромаджувані (міксери), машини для забивання та розкривання ливників, прилади для контролювання та автомати­зованої виплавки.

Виплавка чавуну (див. рис. 5.3) має такі стадії: горіння вугле­цю палива, розкладання компонентів шихти, відновлення заліза з його оксидів, вуглецювання відновленого заліза та утворення чавуну і шлаків. Чавун і шлак, які утворилися в печі, випускають через ливники: чавун — через (1,5...2) год, шлак — через одну го­дину. Чавун виливають у спеціальний ківш місткістю (60... 100) т для вивезення його з домнового цеху на подальшу переробку. Більшу частину чавуну зливають у ковші місткістю (600...2500) т для його стабілізації за хімічним складом і температурою, част­кового вигоряння з нього сірки. Шлак використовують як будівельний матеріал для виготовлення цегли, брущатки, шла­коблоків, шлаковати тощо. Більшу частину його гранулюють і використовують як сировину для виготовлення цементу. Домно-вий колошниковий газ після очищення від пилу використовують як теплоносій. Колошниковий пил використовують для вироб­ництва агломерату.

Головні напрями удосконалення домнового виробництва — збільшення потужності печей, поліпшення їх конструкції та якості шихтових матеріалів, застосування самоплавкого офлюсо­ваного агломерату, зволоженого повітря та збагаченого киснем повітря, природного газу, підвищення температури дуття.