Строение металлов (стр. 14 из 48)
При агломерации значительно выгорает сера, которая в шихте обычно находится в виде сульфида железа FeS2, называемого пиритом. Пирит в условиях агломерации выделяет серу по реакции:
3FeS2 + 02 = Fe304 + 6 S02
Известняк разлагается по реакции:
СаС03 → СаО + С02.
Полученная СаО соединяется с FeO, Si02, Fe203, образуя легкоплавкие соединения, имеющие температуру плавления 1200 - 1250 °С.
В настоящее время, получают в основном, офлюсованный агломерат. Основными преимуществами применения офлюсованного агломерата являются:
исключение из доменной плавки реакции разложения карбонатов СаСОз → СаО + С02, требующей тепла, а, следовательно, расхода кокса;
улучшение восстановительной способности газов в доменной печи вследствие уменьшения количества СО2, так как разложение карбонатов с выделением СО2 происходит вне доменной печи, при агломерации;
уменьшение числа материалов, загружаемых в доменную печь;
улучшение процесса шлакообразования, так как в офлюсованном агломерате оксиды плотно контактируют друг с другом. Применение офлюсо
ванного агломерата дает сокращение расхода кокса на 6 - 15%.
Получение окатышей. Процесс получения окатышей нашел применение в связи с расширяющимся использованием бедных руд и со стремлением к более глубокому обогащению, связанному с тонким измельчением железорудных концентратов.
Наиболее целесообразным способом окускования тонкоизмельченных концентратов является получение окатышей. Технология производства железорудных окатышей состоит из двух стадий:
получение сырых окатышей;
упрочняющего обжига.
Схема производства окатышей показана на рис. 3.12.
 |
Рис. 3. 1.2. Схема производства окатышей
1 - дозировочное отделение; 2 - смеситель; 3 - тарельчатый гранулятор; 4- обжиговая машина (I - зона сушки, II - зона обжига, III - зона охлаждения)
Состав шихты для получения окатышей включает три основные компонента: тонкоизмельченный рудный концентрат;
бентонит - особый сорт глины, повышающей пластичность и прочность окатышей; известняк.
Приготовленную шихту после тщательного смешивания направляют в грануляторы, в которых при увлажнении до 8 - 10% формируют окатыши определенного размера (шарики диаметром 10 - 20 мм).
Для обеспечения прочности окатыши подвергают упрочняющему обжигу при температуре порядка 1300 °С. Упрочнение окатышей при их обжиге достигается в результате припекания мелких рудных частичек друг к другу без образования жидкой фазы или при ее минимальном количестве. В процессе обжига окатышей происходит удаление большей части серы, диссоциация известняка, образование новых минералов.
Качество окатышей характеризуется гранулометрическим составом, прочностью и химическим составов. Высококачественные окатыши должны быть однородными по размерам (фракция 10 - 20 мм) и иметь достаточную прочность, чтобы выдерживать транспортировку, перегрузку и доменную плавку без значительных разрушений.
3.4. Топливо
Топливо, используемое для доменной плавки, выполняет три основные функции:
тепловую, являясь источником тепла при разогреве шихтовых материалов до высоких температур и обеспечивая интенсивное протекание химических реакций при плавлении чугуна и шлака;
химическую, являясь основным химическим реагентом-восстановителем оксидов железа и других элементов;
физическую, обеспечивая высокую газопроницаемость столба шихты.
Необходимо отметить, что физическая функция топлива предотвращает тяжелые расстройства хода доменной плавки. Поэтому топливо должно быть твердым, кусковым материалом, создающим высокую газопроницаемость в области высоких температур и обеспечивающим условия для противотока газа и расплавленных масс металла и шлака.
Для доменного процесса требуется прочное, неспекающееся твердое топливо. Оно занимает значительный объем доменной печи и большая его часть должна сохраниться твердой, кусковой и прочной до нижней части печи. К топливу предъявляют следующие основные требования:
высокая теплота сгорания и восстановительная способность в химических реакциях;
достаточная прочность и термостойкость, чтобы не образовывалось много мелочи при нагреве топлива и прохождении его через печь; неспекаемость в условиях доменного процесса;
достаточная чистота по содержанию вредных примесей — серы и фосфора.
Кроме того, твердое топливо должно содержать мало золы, особенно кремнезема и глинозема, требующих применения флюсов.
Топлива естественных видов не удовлетворяют этим требованиям. Поэтому для доменной плавки приходится специально изготовлять твердое топливо — древесный уголь, кокс.
Древесный уголь практически утратил свое значение из-за низкой прочности.
Кокс является единственным видом твердого топлива для доменной плавки во всей мировой практике черной металлургии.
Исходным сырьем для получения кокса являются особые сорта каменных углей, называемых коксующимися. Подготовка углей к коксованию заключается в дроблении, обогащении для снижения зольности и усреднении.
Кокс получают сухой перегонкой каменных углей в коксовых печах, представляющих собой узкую камеру шириной около 0,5 м, высотой 4 - 5 м и длиной около 15 м, объединенных в батареи (рис. 3.13. Число печей в батареи может достигать 60 - 70 штук.
Рис. 3.13. Схема коксовой батареи
1 - регенераторы; 2 - обогревательные простенки; 3 - обводной канал; 4 – отверстия для загрузки шихты; 5 - камера коксования
Подготовленная шихта загружается в камеру через специальные отверстия. Обогрев печи осуществляется с боков через стенки огнеупорного кирпича путем сжигания газа в обогревательных простенках.
Для повышения температуры коксования воздух, используемый для сжигания газа и газ, предварительно нагревают до 900 - 1000 °С в регенераторах, расположенных под печами. Горение газа происходит в простенке, за счет этого осуществляется нагрев стенок двух соседних камер до температуры 1350 - 1400 °С. Продукты сгорания через обводной канал попадают в другой простенок, опускаются по нему, обогревая две другие стенки камер, и, проходя через регенераторы, нагревают их и уходят в дымовую трубу. Периодически происходит смена направления движения газов. Через нагретые регенераторы попадают воздух и газ, а через остывшие - продукты сгорания.
Загруженная шихта нагревается в камерах примерно до 1000 °С. Продолжительность коксования составляет около 15 часов. Затем полученный коксовый пирог специальным выталкивателем выталкивают из печи и тушат водой или инертными газами.
В процессе коксования из 1 тонны угольной шихты получают около 700 кг кокса, 300 - 350 м3 коксового газа и около 20 кг смолы. Смола и газ являются ценным химическим сырьем, из которого производят лаки, краски, удобрения и другие продукты. Очищенный коксовый газ применяют в металлургических печах в качестве топлива.
В последнее время для экономии кокса при доменной плавке в печь вдувают природный газ, мазут, угольную пыль. Достоинством применения указанных видов топлива является то, что они способствуют улучшению процесса восстановления оксидов железа путем обогащения доменного газа реагентами-восстановителями (СО и Н2).
3.5. Флюсы
Флюсы вводят в доменную печь для перевода пустой породы рудной части шихты и золы кокса в шлак, обладающего определенными физическими свойствами.
Температура плавления оксидов, входящих в состав пустой породы руд составляет от 1700 до 2800 °С. Это значительно выше температуры шлака в доменной печи (1450 - 1600 °С). Кроме того, для обеспечения хорошей текучести некоторые оксиды необходимо нагревать значительно выше температуры плавления. Однако, при определенном соотношении оксидов, входящих в состав пустой породы (SiO2, А12Оз, CaO, MgO), образуются легкоплавкие соединения, которые имеют температуру плавления около 1300°С и характеризуются хорошей текучестью при 1450 - 1600°С.
Для удаления серы из металла необходимо, чтобы шлаки, получаемые в доменной печи, содержали определенное количество основных оксидов (СаО и MgO). Например, необходимо, чтобы в шлаках отношение (СаО + MgO) / (Si02 + А12Оз) составляло около 1, а отношение Si02 / А12Оз было равно от 2 до 4.
В зависимости от состава пустой породы руды применяются основные, кислые или глиноземистые флюсы. В большинстве случаев добываемые руды содержат пустую кислую породу и имеют приемлемое соотношение Si02 и А12Оз. Поэтому, обычно применяют основной флюс в виде известняка, состоящего из карбоната кальция СаСОз или доломитизированного известняка, содержащего кроме СаСОз еще MgC03.
В настоящее время известняк вводят при окусковании железных руд или железорудных концентратов. Это приводит к улучшению показателей доменной плавки, так как уменьшается расход тепла на процесс разложения карбонатов, который осуществляется на стадии окускования (агломерации или получении окатышей).
3.6. Продукция черной металлургии.
Основной продукцией черной металлургии являются передельный чугун, литейный чугун, доменные ферросплавы, стальные слитки и прокат.
Передельный чугун, используемый для передела на сталь, содержит 4,0-4.4 % С; до 0,6-0,8% Si; до 0,25-1,0% Mn; 0,15-0,3% Р и 0,03-0,07% S. Некоторые марки чугуна, предназначенные для передела в сталь в конвертерах, имеют пониженное до 0,07% содержание фосфора. До 90% всего выплавляемого чугуна приходится на чугун передельный.
Литейный чугун, предназначенный для производства фасонных отливок способами литья на машиностроительных заводах, имеет повышенное содержание кремния (до 2,75-3,25%).