ИТС 26-2017 Производство чугуна, стали и ферросплавов

     2.3.5 Выплавка чугуна

Выплавляемые в доменной печи чугуны, кроме железа и углерода содержат кремний, марганец, фосфор, серу и другие элементы, количество которых зависит от состава шихты и температурных условий плавки. Восстановителями являются окись углерода (CO), водород () и твердый углерод (C), которые, как восстановители, ведут себя по-разному при различных температурах по высоте печи. Источником газообразных восстановителей является углерод кокса, сгорающий в струе горячего дутья в фурменном очаге, по реакции

.

Образующийся оксид углерода () при температуре в горне печи 1600°C-2300°C взаимодействует с углеродом кокса по реакции

.

При наличии влаги в дутье вода также взаимодействует с углеродом по реакции

.

Таким образом, в горне печи присутствуют три вида восстановителя (C, CO и ) по отношению к оксидам шихты. Восстановление оксида железа происходит по реакциям:

;

     
;

     
*.

________________

* Формула соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.

Аналогично эти реакции описываются с участием водорода. В доменной печи только 50%-80% всех оксидов железа в опускающихся полурасплавленных массах восстанавливается оксидом углерода и водородом. Остальная часть восстанавливается в горне печи из жидкого шлака твердым углеродом по реакции

.

В горне печи температура продуктов плавки равна 1500°C-1600°C. При этой температуре практически завершаются процессы восстановления оксидов шлака с участием углерода кокса. Также завершается образование карбидов железа. В чистом от примесей чугуне содержание углерода составляет 4,3%-4,4%. Марганец и хром образуют устойчивые карбиды и повышают содержание углерода в чугуне.

По мере опускания рудной части в горн печи и последовательного восстановления оксидов железа до металла, в зоне первичного шлакообразования в средней части шахты печи происходит постепенное разделение материалов на металл и шлаковую часть. При науглероживании свежевосстановленного металлического железа до 2,0% температура его плавления снижается с 1535°C до 1330°C и этот сплав чугуна стекает в горн, где содержание углерода при контакте чугуна с коксом увеличивается до 4,3%-4,6%, а температура плавления понижается до 1150°C.

Аналогично меняются состав и свойства первичного шлака по мере опускания его в горн печи, где в его состав войдет зола кокса. Доменная шихта рассчитывается таким образом, чтобы вязкость (жидкотекучесть) конечного шлака, состоящего в основном из оксидов , , CaO, MgO, была достаточной для свободного выхода его из печи во время выпуска чугуна. В большинстве случаев это достигается при основности шлака по , равной 0,8-1,0.

Разная удельная плотность металла и шлака обуславливает их разделение в горне печи на два слоя. При накоплении в горне достаточного количества жидких продуктов плавки производят их выпуск через чугунную летку. Число выпусков чугуна в сутки на доменной печи составляет от 6 до 12. При совместном выходе чугуна и шлака их разделение происходит в скиммерном устройстве главного горнового желоба. Чугун сливают в чугуновозный ковш и отправляют в сталеплавильный цех, а шлак - в шлаковую чашу для переработки или сразу гранулируют на припечной гранустановке. Температура чугуна при выпуске его из печи составляет примерно 1480°C, а шлака - 1530°C. Для снижения выброса газов на литейный двор во время выпусков продуктов плавки транспортные желоба делают укрытыми и производят очистку аспирационных газов от пыли.

Выплавленный жидкий чугун поставляется в кислородно-конвертерный цех в чугуновозных ковшах вместимостью 70-100 т чугуна или в ковшах миксерного типа вместимостью до 500 т чугуна (см. рисунок 2.34).

1 - футерованная емкость; 2 - опорный подшипник

     
Рисунок 2.34 - Чугуновозный ковш миксерного типа