Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Підготовка залізних руд до плавлення

Вихідні матеріали, що застосовуються для одержання чавуну з руди

1. Вогнетривкі матеріали. -На самостійне опрацювання. - В.В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006. – 623 с. Сторінки 16-17.

2. Паливо. -В.В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006. – 623 с. Сторінки 17-18.

3. Залізні та марганцеві руди. -В.В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006. – 623 с. Сторінки 18-19.

4. Флюси. -В.В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006. – 623 с. Сторінка 19.

5. Підготовка залізних руд до плавлення. -На самостійне опрацювання. - В.В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006. – 623 с. Сторінки 19-21.

Будова доменної печі

1. Конструкція печі. -В.В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006. – 623 с. Сторінки 21-24.

2. Доменний процес, головні фізико-хімічні процеси, що відбуваються в доменній печі. -В.В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006. – 623 с. Сторінки 24-26.

3. Продукти доменного виробництва. -На самостійне опрацювання. - В.В. Попович. Технологія конструкційних матеріалів і матеріалознавство. Львів: Світ, 2006. – 623 с. Сторінки 26-27.


Чавун — це сплав заліза з вуглецем, у якому масова частка вуглецю становить від 2,14 до 6,67%. Крім заліза й вуглецю, у чавуні завжди є кремній, марганець, фосфор і сірка. Більша частка виплавленого чавуну використовується для виробництва сталі й лише незначна частка — для виготовлення виливків.


5.1.1. Вихідні матеріали, що застосовуються для одержання чавуну з руди


1. Вогнетривкі матеріали

Метали виплавляють у сучасних металургійних печах при високих температурах. Тому внутрішні стінки печей, а також ковшів та інших пристроїв, призначених для виплавлення й транспортування рідкого металу, викладають вогнетривкими матеріалами, які повинні захищати метал від теплових втрат, здатні витримувати значні навантаження при високих темпера­турах, раптові зміни температур і протистояти хімічній взаємо­дії з металом, шлаком та пічними газами.

Вогнетривкість матеріалу визначається в °С. Вогнетривкі матеріали можуть бути у вигляді цегли, фасонних виробів і порошків. Хімічний склад вогнетривких матеріалів визначає їх властивості й зумовлює поділ на кислі, основні та нейтральні.

Динас належить до кислих вогнетривів і містить 95...96 % Si02. Його вогнетривкість становить 1700... 1710 °С. Динасо­вою цеглою футерують кислі електропечі й мартенівські печі.

До основних вогнетривів належать магнезит, магнезитохроміт, доломіт та інші.

Магнезит містить 91…94 % MgO, має вищу за 2000 °С вогне­тривкість. Його застосовують для викладення дна та стін основ­них мартенівських та електроплавильних печей.

Магнезитохроміт містить близько 45 % MgO і 15...22 % Сr2О3, має вогнетривкість понад 2000°С й застосовується для викладення склепінь електросталеплавильних і мартенівських печей.

Доломіт (35...38 % MgO і 52...58 % СаО) має вогнетривкість в межах від 1800 до 1950 °С.

До нейтральних належать шамот і графітові вогнетриви.

Шамот складається із кремнезему Si02 та 39...43 % А1203, має вогнетривкість 1750 °С. Він є найдешевшим серед вогне­тривких матеріалів і застосовується для футерування доменних печей, ковшів для транспортування й розливання металу, по­вітронагрівачів.

Графітовий вогнетрив — графіт на глиняній або смоляній зв'язці, має вогнетривкість понад 2000 °С і використовується при викладенні дна доменних печей або електролізних ванн для отримання алюмінію.

Паливо

Для виплавлення металів із руд потрібна значна кількість теплоти, яку отримують від згоряння палива, через перетво­рення електричної енергії в теплову, а також від екзотермічних реакцій у металургійних печах.

Паливо в металургії є не тільки джерелом теплоти, але може брати участь у хімічних реакціях. До його складу входять пальні речовини (вуглець, водень), непальні речовини (зола, вода, азот) і шкідливі домішки (сірка, фосфор). Зола — мінеральна скла­дова палива, що містить оксиди Si02, А1203, СаО, MgO та ін. У високоякісному паливі дуже мало непальних речовин та шкідливих домішок. Металургійна промисловість використовує твер­де, рідке й газоподібне паливо. Найпоширенішим твердим паливом є кокс.

Кокс отримують сухою перегонкою дрібних зерен коксівного вугілля розміром до 3 мм при температурі 900-1050 оС без доступу повітря протягом 15...17 год. Під час цього виді­ляються коксовий газ і багато цінних хімічних речовин у газо­подібному стані, а твердий залишок спікається у міцні пористі грудки — кокс. Він є цінним паливом, 08 % С, 8...12 % золи, до 5 % води, 0,5...2,0 % S, до 0,1 % Р і до 1 % летких речовин. Теплотворна здатність коксу — до 30МДж/кг.

Представником рідкого палива в металургії є мазут.

Мазут складається із 84...88 % С, 10...11 % Н2, 0.7...4 % S і 0,3 % золи, має теплотворну здатність 40...45 МДж/кг.

Газоподібне паливо застосовують у сталеплавильному й част­ково в доменному виробництвах. Найбільше значення мають природний, коксовий і доменний гази.

Природний газ містить 90...98 % вуглеводнів типу СН4, С2Н2 і до 1 % азоту, а його теплотворна здатність становить близько 35 МДж/м3.


3. Залізні та марганцеві руди

У природних умовах майже всі метали, крім платини, золо­та, срібла й самородної міді, перебувають у сполуках з іншими хімічними елементами.

Руда є гірською породою, з якої економічно вигідно вилуча­ти метал. Руда складається з рудної речовини, пустої породи й домішок. До рудної речовини входять сполуки металу: оксиди, гідроксиди та карбонати. Пуста порода звичайно містить піско­вик (Si02), глиняні речовини (А1203 • Si02 • 2Н20), рідше вапняк (СаС03) і доломіт (СаС03- MgC03). Шкідливі домішки — це фос­фор, сірка, арсен. У рудах, наприклад залізних, можуть бути також корисні домішки: марганець, хром, нікель, ванадій, воль­фрам, молібден.

Залізні руди. Найпоширенішими залізними рудами є заліз­няки: магнітний, червоний, бурий і шпатовий. За запасами за­лізних руд Україна посідає перше місце в світі

Магнітний залізняк Fe304 — мінерал від сірого до чорного кольору, містить 55...65 % заліза, дуже щільний і тому важко відновлюється, має магнітні властивості.

Червоний залізняк Ге203 має колір від червоного до темно-сірого, містить 55...60 % заліза, пористий, тому легко віднов­люється, має мало шкідливих домішок. Це найпоширеніша в світі руда. ї поклади маємо в Кривому Розі.

Бурий залізняк 2Fe203 • 3Н20 від жовтого до буро-жовтого кольору, містить 30...50 % заліза, найлегше відновлюється серед залізних руд. Руди бурого залізняку із багатьох басейнів мають значну кількість фосфору й сірки. Добувають бурий за­лізняк у Керчі.

Шпатовий залізняк FeC03 містить 30...40 % заліза. Колір руди від сірого до жовтого. Руда легко відновлюється.

Вміст заліза в промислових рудах має тенденцію до змен­шення, оскільки запаси багатих руд поступово вичерпуються.

Марганцеві руди. Марганець у рудній речовині є у вигляді оксидів і карбонатів: Мn02, Мn203, Мn304, МnС03. Пустою поро­дою є переважно глина й пісковик. Кількість марганцю в рудах становить 25...45 %. Україна за запасами марганцевих руд за­ймає перше місце в світі. Найбільші їх родовища в Нікополі — близько 30 % світових запасів.


4. Флюси

Флюсом називається матеріал, що утворює легкоплавку речовину з тугоплавких золи палива й пустої породи руд. Отри­мана речовина — шлак. Водночас флюси можуть знижувати кількість шкідливих домішок у металі. Густина шлаку мен­ша від густини металу, в зв'язку з чим шлак спливає на по­верхню металу й захищає його від атмосфери печі. Щоб уни­кнути взаємодії шлаку з футерівкою печі, в кислі печі вво­дять кислі флюси, а в основні печі — основні флюси. До кис­лих флюсів належить кварцевий пісок, в основі якого Si02, до основних — вапняк СаС03, або доломітизований вапняк, що містить СаС03 і MgC03. Здебільшого пуста порода руд має надлишок Si02. Тому для утворення шлаку додають основ­ний флюс. Найкращі за складом запаси вапняків є в Донбасі й у Криму.

Підготовка залізних руд до плавлення

Техніко-економічні показники роботи доменної печі знач­ною мірою залежать від складу залізної руди. Тому попередньо її спеціально обробляють, щоб підвищити вміст заліза й досяг­нути однорідності за хімічним складом. Для цього застосову­ють: подрібнення, просіювання, збагачення та грудкування.

Руду подрібнюють на грудки потрібної величини на спеці­альних дробарках різних конструкцій. Процес енергомісткий, отже, й дорогий.

Після подрібнення руду просіюють або осаджують у воді, щоб розділити її на різні фракції за розмірами грудок. Для виплавлення у доменній печі розмір грудок становить 10... 80 мм, для агломерації — 5...8 мм, для магнітного збагачення — 0,1 мм.

Збагачують руду (на вміст заліза) шляхом промивання, маг­нітної сепарації тощо.

Промивання сильним струменем води відокремлює від руди частинки піску й глини, так що частка заліза зростає на 2...3 %.

Магнітна сепарація — головний спосіб збагачення залізних руд. Вона зводиться до притягування електромагнітом із тонко подрібненої руди частинок, які мають магнітні властивості, й подальшого їх відокремлення від пустої породи.

Агломерація полягає в спіканні дрібних частинок руди, флюсу та коксу при температурі 1300...1500°С на агломераційних ма­шинах, під час якого пуста порода руди й флюс у вигляді вап­няку частково розплавляються, виділяються шкідливі доміш­ки (сірка, арсен), розкладаються карбонати й утворюються шмат­ки пористого офлюсованого матеріалу — агломерату. Під час цього руда частково відновлюється до Fe304 і незначною мірою — до FeO.

Грудкування застосовують, щоб отримати грудки завбіль­шки 5...40 мм зі зволоженої тонкорозмеленої суміші залізної руди, флюсу й твердого палива в спеціальному пристрої, що обертається. Для кращого злипання між собою частинок сумі­ші додають незначну кількість (1...2 %) високоякісної глини — бентоніту. Грудки висушують і обпалюють при 1200... 1300 °С з метою надання їм високої міцності й пористості. Порівняно з агломератом, грудки міцніші й тому менше руйнуються під час транспортування.

Використання агломерату й грудок для виплавлення чавуну дає змогу уникнути подачі в доменну піч флюсу, підвищує її продуктивність і зменшує витрати коксу.


5.1.2. Будова доменної печі


1. Конструкція печі

Доменна піч є шахтною піччю безперервної дії і використо­вується для виплавлення чавуну.

Вона має сталевий кожух 5 (рис. 5.1), викладений зсередини футерівкою 6 переважно з шамотної цегли. Робочий простір печі складається з колошни­ка 9, шахти 4, розпару 3, заплечиків 12 і горна 13.

Колошник — це верхня частина доменної печі. Він має за­сипний апарат для завантаження шихти та газовивідні труби 8, що відводять з печі доменний газ. Засипний апарат складається з чаші 10, малого конуса 11 і великого конуса 7. Шихтові мате­ріали (офлюсований агломерат, кокс та ін.) подають у засипну чашу. Під час опускання малого конуса вони зсипаються на ве­ликий конус. Великий конус опускається, коли малий конус за­критий, і шихтові матеріали потрапляють у шахту. Неодночасне відкривання конусів запобігає виходу газів із печі в атмосферу.

Шахта має вигляд зрізаного конуса, повернутого великою ос­новою вниз, що полегшує вільне опускання шихтових матеріалів. У шахті йде теплообмін між гарячим газом, що рухається вго­ру, і шихтовими матеріалами, що опускаються вниз. Під час цього залізо відновлюється, навуглецьовується та плавиться.

Розпар — найширша частина печі, де плавиться пуста поро­да руд і частина флюсу, утворюючи шлак, а в твердому стані залишається кокс і решта флюсу.

Заплечики мають форму зрізаного конуса, повернутого ве­ликою основою вгору. Така форма пов'язана зі зменшенням об'єму матеріалів внаслідок переходу їх у рідкий стан.

 


Рисунок 5.1. Схема конструкції (а) і профіль доменної печі:

1 – жолоба для чавуну; 2 – фурма; 3 – розпар; 4 – шахта; 5 – кожух; 6 – футерівка;

7 великий конус; 8 – газовивідна труба; 9 – колошник; 10 – чаша;

11 – малий конус; 12 – заплечики; 13 – горн; 14 – жолоб для шлаку


Рисунок 5.2. Схема доменної печі і допоміжних агрегатів при ній:

1 – вагон-ваги; 2 – рейки; 3 – засипний агрегат; 4,5 – отвір для подачі повітря;

6 – димова труба; 7 – насадка; 8 – камера спалювання; 9 - отвір для подачі доменного газу;

10 – повітронагрівач; 11 – шлаковіз; 12 – чавуновіз; 13 – скіпова вагонетка; 14 – бункер


Між заплечиками і горном рівномірно розташовані по колу охолоджувані водою мідні труби 2 — фурми, крізь які подаєть­ся у простір печі під тиском до 0,25 МПа гаряче повітря, необ­хідне для горіння палива. Нагріте повітря зменшує витрату палива й інтенсифікує доменний процес.

Горно має форму циліндра. У верхній його частині згоряє паливо, у нижній — закінчується утворення шлаку й нагрома­джується рідкий чавун і шлак. Чавун періодично випускають по жолобу 1 в міру його нагромадження в горні, а шлак випус­кають по жолобу 14.

Висота печі більш ніж утричі перевищує її діаметр, завдяки чому тепловий коефіцієнт корисної дії печі сягає 85 %. Для підвищення тривкості футерівки її охолоджують водою, що циркулює в холодильниках.

До допоміжних агрегатів доменної печі належать транспортні засоби: для шихтових матеріалів 13 (рис. 5.2), чавуну 12 і шлаку 11, а також бункери 14, вагони-ваги 1, повітронагрівачі 10 тощо.

Шихтові матеріали надходять на рудний двір, звідки їх по­дають вагоном-вагою в бункер, а з бункера — у скіпову вагонет­ку 13. Вагонетка рухається по рейках 2 і перекидається над засипним апаратом 3 доменної печі. Тепер вагонетку заміню­ють транспортером безперервної дії.

Повітронагрівач — це теплообмінний апарат циліндричної форми заввишки 40 м. Він складається зі сталевого кожуха, викладеного вогнетривкою цеглою. Повітронагрівач розділено вертикальною стіною на камеру спалювання 8 і теплообмінний простір із насадкою 7, що має вертикальні канали. В камеру спалювання через отвір 9 потрапляє очищений від пилу домен­ний газ і через отвір 5 — повітря. Продукти спалювання прохо­дять по каналах насадки, нагрівають її й виходять через димову трубу 6. Коли насадка нагрілася, припиняється подача доменного газу та повітря в камеру спалювання, а крізь отвір 4 вдувається холодне повітря, яке, проходячи через насадку, нагрівається до температури 1000...1200 °С, а в деяких випадках — до 1350 °С.

Звідси нагріте повітря по теплоізольованих трубах прямує у фурми доменної печі. Тоді інший повітронагрівач перемикають на ре­жим нагрівання. Доменна піч має три-чотири повітронагрівачі.

У сучасних доменних печах повітря, що подається у фурми, збагачують киснем до 30%. У печах поряд з коксом використо­вують природний газ і кам'яновугільний порошок. Надмірне збагачення дуття киснем економічно невиправдане. Наприклад, в Японії частка кисню, що подається в доменні печі, дуже мала, а продуктивність доменних печей вища, ніж в Україні.

Розплавлений чавун і шлак розливають у ковші — чавуно­вози 12 і шлаковози 11, які рухаються по залізничних рейках.


2. Доменний процес, головні фізико-хімічні процеси,




©2015 studenchik.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.