Технологическая система производства черных металлов (стр. 2 из 5)

2.1.1 Технологические мероприятия подготовки шихты. Железную руду после добычи измельчают и подвергают богащению, т.е. отделяют пустую породу от основной. Различают следующие способы обогащения:

- магнитный, основанный на ферромагнитных свойствах основной породы магнитного железняка.

-флотационный, основанный на различной смачиваемости основной и пустой породы водой, в которую добавлено поверхностно-активное вещество(например пенообразователи).

- гравитационный, основанный на различной скорости осаждения основной породы и пустой в воде из-за различия в плотностях.

После обогащения руду подвергают агломерации, т.е. обжигу в присутствии коксовой пыли (коксик). В ходе агломерации из руды удаляется большая часть вредных примесей (в виде газообразных и летучих оксидов) и частичное восстановление железа. Спекшийся агломерат дробят на куски около 60 - 80 мм в поперечнике. В случае проведения агломерации в присутствии флюсов получается офлюсованный агломерат. Технологически, для проведения доменного процесса удобен агломерат в виде окатышей.

Кокс - продукт пиролиза (нагрев без доступа воздуха) коксующихся углей, в ходе которого из толщи угля удаляются органические и неорганические соединения, причем в угле образуются поры, что обеспечивает развитую поверхность, необходимую для интенсивного протекания доменного процесса. Образующиеся в ходе коксования коксовые газы являются смесью ценных химических соединений и в дальнейшем используются после разделения. Кокс для использования в доменном процессе дробят на куски 40 - 60 мм в поперечнике. Кокс необходим в доменном процессе как топливо, опосредованный и непосредственный восстановитель, а также науглераживающий компонент.

Флюсы необходимы для удаления вредных примесей. Последние, реагируя с флюсами в ходе доменного процесса, превращаются в нерастворимый в расплавленном чугуне шлак. Флюсы представляют собой минералы - известняк(CaCO3) и доломит(CaCO3*MgCO3) - которые после добычи дробятся на соответствующие куски.

Доменный процесс.

Суть доменного процесса заключается в ступенчатом восстановлении железа из его оксидов (основа железной руды), удалении вредных примесей с помощью флюсов и насыщении железа углеродом. Доменный процесс проводят в доменной печи, относящейся к печам шахтного типа высотой до 30м и диаметром ~ 3м. Печь состоит из 5-ти частей, выложена изнутри огнеупорным кирпичем и обшита в нижней части стальным листом; имеется система водяного охлаждения. Каждая из частей печи, имеет свое специальное назначение и связана с друг с другом. Примерное соотношение размеров частей и их технологическое назначение рассматривается на нижерасположенной схеме.

1-колошник – служит для порционной загрузки шихты и очистки от пыли доменных газов.

2-шахта - в ней происходят основные процессы восстановления железа из его оксидов.

3-распар – самая широкая часть печи, в которой самая высокая температура и происходят процессы окончательного восстановления железа и насыщения его углеродом

4 -заплечики – в них находятся расположенные по окружности фурмы, через которые вдуваются раскаленные воздух, природный газ и водяные пары.

5-горн - в нем скапливаются расплавленные чугун (внизу) и шлак (вверху), которые

периодически выпускаются через летки (нижнюю и верхнюю). Кокс в кислороде воздуха сгорает с выделением большого количества тепла; образующийся углекислый газ (СО2) реагирует при высоких температурах с коксом (С), давая угарный газ (СО). Последний является хорошим восстановителем и ступенчато превращает оксид железа (руду) в губчатое железо, которое, насыщаясь углеродом, плавится и стекает в горн в виде чугуна. В нижней части шахты и распаре температура настолько высокая, что происходит и прямое восстановление железа углеродом кокса.

С + О2 СО2 + Q СО2 + С СО

CO CO CO

Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe

CO2 -CO2 -CO2

+С, -СО

Кокс является источником тепла, опосредованным восстановителем, непосредственным восстановителем и науглераживающим компонентом. Так - как кокс является самой дорогой частью шихты и затраты на него составляют ~ 50% затрат по сырью, то экономия его - основная часть технологических мероприятий, связанных с подготовкой шихты и проведением доменного процесса.

2.1.2 Мероприятия, связанные с экономией кокса, как топлива.

1.Обогащение железной руды. Кокс не тратится на нагрев пустой породы; уменьшаются транспортные затраты.

2.Вдувание природного газа. Газ, будучи дешевле, сгорает с выделением тепла.

3.Утилизация тепла. Вдуваемые в доменную печь газовые потоки нагреваются в специальных печах – кауперах, за счет тепла и теплотворной способности доменных газов, которые сжигаются в печах - кауперах.

2.1.3 Мероприятия, связанные с экономией кокса, как восстановителя.

1.Агломерация железной руды. Частичное восстановление железа происходит за счет дешевого коксика – отхода коксового производства. Кроме того, уменьшается потребность во флюсах, что повышает съем чугуна с единицы объема печи.

2.Вдувание природного газа – сгорая, газ образует СО2 – источник основного восстановителя – СО.

2.2. Технологические основы производства стали.

Сталь – железо, с содержанием углерода до 2%, содержащее мало вредных примесей (P, S, Si) c возможным наличием легирующих добавок. В качестве легирующих добавок используются различные элементы, изменяющие свойства стали.

Методы передела чугуна в сталь.

Суть передела чугуна в сталь является в удалении лишнего углерода, удалении вредных примесей и раскислении полученной стали (удалении оксида железа).

2.2.1 Кислородно-конверторный метод передела чугуна в сталь. Кислородный конвертор представляет собой кувшинообразный сосуд, выложенный изнутри огнеупорным кирпичом, обшитый снаружи стальным листом и способный наклоняться с помощью поворотного механизма. Конвертор имеет летку для выпуска стали и шлака и горловину, через которую загружают шихту и опускают медную водоохлаждаемую фурму для вдувания кислорода. Исходным сырьем служит передельный чугун, стальной скрап (металлолом), флюсы.

Перед началом процесса конвертор наклоняют, заливают расплавленный чугун, засыпают скрап и флюсы. Затем его переводят в вертикальное положение, опускают фурму и начинают вдувать кислород. Железо чугуна при температуре плавления реагирует с кислородом (горит), образуя оксид железа с выделением большого количества тепла, которого достаточно для поддержания шихты в расплавленном состоянии. Оксид железа растворяется в шихте и реагирует с избытком углеродом чугуна, окисляя его до СО. Вредные примеси (S, P) окисляются до оксидов и, реагируя с флюсами, превращаются в нерастворимый в стали шлак. Через 30 – 50 минут дутье кислорода прекращают, фурму поднимают и проводят раскисление, т.е. удаляют образовавшийся избыток FeO, который существенно ухудшает качество стали. Раскисление проводят, добавляя ферромарганец, ферросилициум, а потом – алюминий. В зависимости от технологии раскисления различают сталь «спокойную» и «кипящую». При изготовлении «кипящей» стали, дутье кислорода прекращают раньше, и удаление углерода происходит за счет накопившегося FeO. Выделяющиеся при этом пузырьки СО создают впечатление, что сталь кипит. Раскисление проводят в изложнице, куда добавляют ферросилициум. “Кипящая” сталь дешевле, более пластична и легко поддается механической обработке, однако легко корродирует и не обладает хорошей прочностью. Производительность конвертора достигает 250-350 тонн стали за 30-50 минут.

O2 Fe + O2 FeO + Q FeO + C Fe + CO

FeO + Mn(Si, Al) Fe + MnO(SiO2, Al2O3)

Флюсы

S(P) + O2 SO2(P2O5) Шлак