Історія освоєння та сучасні методи обробки металів (стр. 5 из 5)
Fе2О3 ® Fе3O4® FеО ® Fе
При невисоких температурах проходить непряме відновлення руди окислом вуглецю:
ЗFе2О3 + СО = 2Fе2O4 + СО2 + 12136 кал (50,7 кДж)
2Fе3O4 + 2СO = 6FеО + 2СО2 – 16528 кал (69,2 кДж)
6FеО + 6СО = 6Fе + 6СО2 + 23616 кал (99,1 кДж)
При високих температурах (>950 °С) в нижній частині печі проходить пряме відновлення заліза за рахунок сажистого вуглецю, який осаджується в порах матеріалів:
FеО + С = Fе + СО – 37284 кал (155,5 кДж)
Газами відновлюється близько 60% заліза, яке отримується в доменній печі, а твердим вуглецем – близько 40%. Крім заліза, в доменній печі відновлюється кремній, марганець, сірка, фосфор та інші елементи. Відновлення кремнію і марганцю проходить при високих температурах (близько 1450°С) твердим вуглецем і потребує великих витрат тепла і палива:
SiO2 + 2С = Si + 2СО – 152568 кал (639,5 кДж)
МnО + С = Мn + СО – 65584 кал (275,8 кДж)
Сірка, як шкідливий домішок чавуна, повинна бути якнайповніше видалена із нього. В доменну піч сірка попадає разом з шихтою (є в коксі, руді і флюсах). Близько 10–16% сірки вивітрюється з газами у верхніх горизонтах печі. Для видалення сірки забезпечують надлишок вапна в шлаках і високу температуру в горні. Сірка видаляється за реакцією.
FeS + СаО = СаS + FеО + 4380 кал (18,4 кДж)
Сульфід кальцію, який утворився, не розчиняється в чавуні, переходить в шлак і разом з ним виводиться з печі. Додатково сульфід кальцію видаляється після випускання його з доменної печі за рахунок взаємодії сірки з марганцем, якого для цього повинно бути в чавуні достатньо:
FeS + Мn = Fе + МnS + 21700 кал (90,9 кДж)
Фосфор також є шкідливою домішкою чавуна, але його видалення з рідкого чавуна в умовах доменної плавки є затрудненим. Фосфор, який потрапив в доменну піч разом з шихтою, розчиняється в чавуні і запишається в ньому.
Безпосередньо після відновлення в доменній печі отримується тверде пористе губчате залізо з високою температурою плавлення 1539°С. При його взаємодії з окисом вуглецю утворюється карбід заліза (цементит) Fе3С:
ЗFе + 2СО = Fе3С + СО2 + 36220 кал (150,4 кДж)
Цементит розчиняється в залізі, навуглецьовує його до 4,3% і понижує температуру плавлення до 1140…1150°С. Навуглецьоване низькоплавке залізо розплавляється, краплинами стікає в горн і по шляху розчиняє кремній, марганець, сірку, фосфор та інші елементи. Сплав, який утворився і є чавун – головний продукт доменної плавки.
Шлакоутворення повинно проходити після закінченняпроцесів відновлення заліза з руди, так як інакше легкоплавкий холодний шлак стікає в низ печі, захолоджує її, порушує нормальний хід плавки і призводить до зміни хімічного складу чавуна і шлаку. Узгодження процесів відновлення і шлакоутворення досягається підтриманням визначеного хімічного складу і температури плавлення шлаків, а також регулювання всього ходу плавки.
Утворення шлаку починається після опускання шихти приблизно до розпаду при температурі 1200°С, коли пуста порода сплавляється з флюсами (вапном). При стіканні шлаку вниз він збіднюється окислами заліза і марганцю, збагачується вапном і набуває заданого складу.
Продуктами доменного виробництва є чавун, шлак і доменний газ.
Чавун, як головний продукт, виплавляють трьох видів: передільний, ливарний і спеціальний (феросплави). Передільний чавун іде на переплавку при виробництві сталі його відсоток складає близько 80%. Ливарний чавун застосовується для отримання фасонних виливок і його виплавляється близько 16% від виробництва всього чавуна. Він має підвищений вміст кремнію, який покращує ливарні властивості чавуна.
Доменні феросплави застосовуються у виробництві сталі як присадки і як розкислювачі, в сталеплавильних печах і при виробництві чавуна в вагранках. Їх виплавляють приблизно 4% від всього виробництва чавуна. Феросплави відрізняються від передільного і ливарного чавуна підвищеним вмістом марганцю і кремнію. Розрізняють три види феросплавів: феросиліцій, з вмістом 10…15% кремнію, феромарганець, з 70…80% марганцю і дзеркальний чавун, з 10…25% марганцю.
Другим по значимості продуктом доменного виробництва є доменні шлаки, які після отримання гранулюють водою для отримання дрібнозернистої маси. Отримані шлаки використовуються для виготовлення цементу, цегли, шлакоблоків та інших будівельних матеріалів.
Третім продуктом доменного виробництва є доменний газ, який після очищення від пилу використовують як газоподібне паливо в повітронагрівачах, для опалення різних печей, нагрівання ковшів тощо.
Доменні печі працюють безперервно протягом 5…6 років, після чого їх зупиняють на капітальний ремонт. Основною причиною зупинки на ремонт є вигорання вогнетривкої футеровки. Для визначення часу зупинки домни на ремонт служить радіоактивний ізотоп 60Со, який замуровують в вогнетривку кладку в найненадійнішому місці під час будівництва або капітального ремонту печі. Періодично до даного місця підносять лічильник Гейгера, за допомогою якого виявляють
- випромінювання. Послаблення такого випромінювання або відсутність його зовсім говорить про те, що ізотоп 60Со відійшов разом із чавуном і кладка вигоріла до критично-можливого місця, що є сигналом для зупинки печі на капітальний ремонт.