Получение чугуна

Основным аппаратом для извлечения железа из железных руд является доменная печь. Общая высота внутреннего пространства печи составляет 25-30 м, а с учетом фундамента и загрузочных устройств может достигать 70 м. Доменная печь относится к типу шахтных печей, то есть ее рабочее пространство вытянуто в вертикальном направлении. Горизонтальное сечение домны – это окружность.

Рис.10 Доменная печь

1 - колошник; 2 - шахта; 3 распар; 4 заплечики; 5 - горн; 6 большой конус; 7 - кольцевая труба для дутья; 8 - фурменный рукав; 9 -фурма для дутья; 10 - чугунная летка; 11 - шлаковая летка; 12 - шлаковый желоб; 13 - колонна шахты; 14 - огнеупорная футеровка; 15 - металлическая защита колошника; 16 - металлический кожух печи; 17 - вертикальный холодильник; 18 - горизонтальные коробчатые холодильники; 19 - кладка горна; 20 - желоб для чугуна и шлака, уходящего при выпуске чугуна; 21 - скимер

В вертикальном сечении домна состоит из 5 зон. Верхняя часть печи, через которую проводят загрузку шихты называется колошник. Основной частью по объему является шахта.

(перегородка для отделения шлака от чугуна); 22 - перевал; 23 -желоб для отвода чугуна; 24 - фундамент печи

Самая широкая часть домны – распар, который через заплечики переходит в регорн. В верхней части заплечиков находятся фурмы для подачи воздуха. В горне находятся отверстия (летки) для слива чугуна и шлака.

Во время доменной плавки идут следующие процессы:

H₂O_ж → H₂O_п

С + O₂ → CO₂ + Q

CO₂ + C → 2CO + Q

3Fe₂O₃ + CO → 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO → 3FeO + CO₂

FeO + CO → Fe + CO₂

CaCO₃ → CaO + CO₂ - Q

2CaO + SiO₂ → 2 CaO * SiO₂

Домна работает непрерывно, загрузку шихты и слив чугуна и шлака проводят периодически.

В домну через фурмы подается воздух, нагретый до температуры 1000⁰С. Попадая в слой кокса, воздух быстро расходуется на взаимодействие с углеродом кокса и уже на расстоянии 2 м от фурм газ не содержит кислорода. Поскольку горение кокса в доменной печи происходит при недостатке кислорода, конечным продуктом горения является не углекислый газ, а окись углерода. Образовавшийся газ с температурой 2000⁰С поднимается вверх. Нагревая шихту, газ охлаждается и выходит из печи через колошник с температурой 200-300⁰С. При движении через шихту газ участвует в восстановительных процессах, в результате чего часть СО превращается в СО₂.

В результате доменного процесса образуется чугун, который имеет следующий состав:

Fе - 91-94 %; C - 3, 5-4, 5 %; 1-5 % примеси (соединения серы, фосфора, марганца и т.д.)

Особенностью доменной плавки является то, что чугун скапливается под слоем шлака и шлак является регулятором состава чугуна. Выпуск чугуна и шлака проводится через 1-2 часа.

Выплавляемые в доменной печи чугуны в зависимости от способа дальнейшего использования делятся на 3 группы:

передельные – основное количество. Направляются в сталеплавильное производство;

литейные – используются в литейном производстве. Основной особенностью литейных чугунов является высокое содержание кремния и фосфора. Эти примеси повышают жидкотекучесть.

специальные – используются для определенных целей.