Сущность и особенности производства чугуна. Основные пути и направления совершенствования и повышения экономической эффективности т

пустой  породы, а  в  некоторых  случаях  и  вредных  примесей.  Все  способы

обогащения  основаны  на  различии  физических  свойств  рудных  минералов  и

пустой  породы. В результате обогащения руды получают:

   1. концентрат – продукт, в котором  содержится большая часть   извлекаемого

      металла;

   2.  хвосты  –  отходы  при   обогащении   руды,   в   которых   содержится

      незначительное количество металла;

   3. промежуточный продукт, в котором   содержание  металла  больше,  чем  в

      хвостах и меньше, чем в концентрате.

   Промежуточный  продукт подвергают повторному  обогащению.

   В   зависимости  от  метода  обогащения  и  устройства  аппарата   степень

извлечения  железа при обогащении железных руд  может изменяться от 60  до  95

%. Различают  пять основных методов обогащения  руд:

   1. рудоотборка, основанная на различии  цвета  и  блеска  кусков  рудного

      минерала и пустой породы;

   2. промывка, основанная на разной  размываемости кусков  рудного   минерала

      и пустой породы;

   3. гравитационное обогащение –  разделение в жидкой среде  рудных минералов

      и пустой породы в зависимости  от плотности зерен;

   4.  флотация  –  метод  обогащения,  основанный   на   различии   физико-

      механических свойств поверхности   частиц  рудного  минерала  и  пустой

      породы;

   5.  магнитная  сепарация  (самый   распространенный   метод   обогащения),

      основанная на различии магнитных  свойств минерала и пустой  породы. 
 

                             1.4 Окуксование руд 
 

   Окуксованием  железных руд называются процессы  превращения  мелких  руд   и

концентратов  в кусковые материалы с целью  улучшения  хода  металлургических

процессов  в  печах  различного  типа  для  получения   металлов   из   руд.

Окуксование руд широко применяется в металлургии  черных и цветных  металлов.

В металлургии  черных  металлов  окуксованию  подлежат  все  мелкие  руды  и

концентраты, из  которых  получают  металл  в  доменном,  сталеплавильном  и

электрометаллургическом производствах.

   В  доменном производстве окуксованием  железорудного сырья достигают:

    1. уменьшения выноса газовым потоком  мелких фракций  руды  из  доменной

       печи;

    2. повышения газопроницаемости столба  шихтовых материалов;

    3.  улучшения  использования   тепловой  энергии   и   восстановительной

       способности газового потока;

    4. улучшения протекания процессов   восстановления,  шлакообразования  и

       перевода серы в шлак.

   В   итоге   окуксование    сырья    позволяет    значительно    увеличить

производительность  доменных  печей,  сократить  расход  кокса  и   повысить

качество  чугуна.

   Существует  три метода окуксования руд  и концентратов:

   1. агломерация (процесс спекания  мелких руд и концентратов  путем сжигания

      топлива в слое спекаемого  материала или  подвода   высокотемпературного

      тепла извне);

   2. окатывание (процесс получения из  концентрата сырых шаров диаметром  10

      – 25 мм и последующего их  обжига при температуре 1200 –  1350( С);

   3. брикетирование (процесс прессования  пылеватых  руд  и  концентратов  в

      куски одинаковой формы с добавкой  или без добавки связующих  веществ).

   В  черной металлургии наибольшее  распространение  получила  агломерация   и

окатывание  руд. 
 
 

                             2. Доменный процесс 
 
 

                2.1 Общая схема и сущность доменного  процесса 
 

   Доменный  процесс представляет собой совокупность  механических, физических

и  физико-химических  явлений,  протекающих  в  работающей  доменной   печи.

Загружаемые в доменную печь  шихтовые  материалы  –  кокс,  железосодержащие

компоненты  и флюс – в результате протекания доменного процесса  превращаются

в чугун, шлак и доменный газ.

   В   химическом  отношении  доменный  процесс  является   восстановительно-

окислительным:   из   оксидов   восстанавливается   железо,   а   окисляются

восстановители. Однако доменный процесс принято  называть  восстановительным,

так как  цель его состоит в восстановлении оксидов железа до металла.

   Агрегатом  для осуществления доменного  процесса служит печь шахтного  типа

(см. приложение 2). Рабочее  пространство  доменной  печи  в  горизонтальных

сечениях  имеет круглую  форму,  а  в  вертикальном  разрезе  –  своеобразное

очертание, называемое профилем.

   Важнейшим   условием   осуществления   доменного   процесса   в   рабочем

пространстве  печи является непрерывное встречное  движение  и  взаимодействие

опускающихся  шихтовых материалов,  загружаемых  в  печь  через  колошник,  и

восходящего потока газов, образующегося в горне  при горении  углерода  кокса

в нагретом до 1000 – 1200( С воздухе (дутье), который  нагнетается в  верхнюю

часть горна  через расположенные по  его  окружности  фурмы.  К  дутью  может

добавляться технический кислород, природный  газ, водяной пар.

   Кокс  поступает в горн нагретым  до 1400 – 1500( С. В зонах горения  углерод

кокса взаимодействует  с  кислородом  дутья.  Образующийся  в  зонах  горения

диоксид углерода при высокой температуре  и  избытке  углерода  неустойчив  и

превращается  в оксид углерода.  Таким  образом,  за  пределами  зон  горения

горновой  газ  состоит  только  из  оксида  углерода,  азота  и   небольшого

количества  водорода,  образовавшегося  при  разложении  водяных  паров  или

природного  газа. Смесь этих газов, нагретая до 1800 – 2000( С ,  поднимается

вверх  и  передает  тепло  материалам,  постепенно   опускающимся   в   горн

вследствие  выгорания кокса, образования  чугуна  и  шлака  и  периодического

выпуска их из доменной печи. При этом газы охлаждаются  до 200 –  450(  С,  а

оксид углерода, отнимая кислород из оксидов железа, превращается частично  в

диоксид углерода, содержание которого в доменном  газе  на  выходе  из  печи

достигает 14 – 20 %.

   Шихтовые  материалы  загружают  в   доменную  печь  при  помощи  засыпного

аппарата  отдельными порциями –  подачами.  Они  располагаются  на  колошнике

чередующимися слоями кокса, руды или агломерата и  флюса  при  работе  на  не

полностью офлюсованном агломерате. Загрузку подач  производят  через  5  –  8

мин. по мере освобождения пространства на колошнике  в  результате  опускания

материалов.

   В  процессе нагревания опускающихся  материалов происходит удаление  из  них

влаги и  летучих веществ кокса и разложение  карбонатов.  Оксиды  железа  под

действием восстановительных газов постепенно переходят  от  высших  степеней

окисления к низшим, а затем – в  металлическое  железо  по  схеме:  Fe2O3  (

Fe3O4 ( FeO ( Fe.

   Свежевосстановленное  железо  заметно  науглераживается  еще  в   твердом

состоянии. По мере науглераживания  температура  плавления  его  понижается.

При температуре 1000 – 1100( С восстановление железа почти  заканчивается  и

начинают  восстанавливаться более  трудновосстановимые  элементы  –  кремний,

марганец  и фосфор. Науглероженное железо, содержащее около 4  %  углерода  и

некоторое количество кремния, марганца и фосфора, плавится  при  температуре

1130 – 1150( С и стекает в виде капель  чугуна  в  горн.  В  нижней  половине

шахты начинается  образование  жидкого  шлака  из  составных  частей  пустой

породы  руды и флюса.  Понижению  температуры  плавления  шлака  способствуют

невосстановленные оксиды железа и  марганца.  В  стекающем  вниз  шлаке  под

действием  возрастающей  температуры  постепенно  расплавляется  вся  пустая

порода  и флюс, а после сгорания кокса  – и зола.

   При   взаимодействии  жидких  продуктов   плавки  с  раскаленным  коксом  в

заплечиках  и горне происходит усиленное  восстановление кремния,  марганца  и

фосфора из их оксидов, растворенных в шлаке. Здесь же  поглощенная  металлом

в ходе плавки  сера  переходит  в  шлак.  Железо  и  фосфор  печи  полностью

восстанавливаются и переходят в чугун, а степень  восстановления  кремния  и

марганца  и полотна удаления  из  чугуна  серы  в  большой  мере  зависят  от

температурных условий, химического состава шлака  и его количества.

   Жидкие  чугун и шлак разделяются   в  горне  благодаря  различным   удельным

массам. По мере скопления их в горне чугун  выпускают через  чугунную  летку,

а шлак –  через шлаковые летки (верхний  шлак)  и  чугунную  летку  во  время

выпуска чугуна (нижний шлак).

   Все   перечисленные  процессы  протекают   в  доменной  печи  одновременно,

оказывая  взаимное влияние. 
 

         2.2 Распределение и движение газов  и шихты в доменной печи 
 
 

Газовый поток 
 

   Высокопроизводительная  и экономичная работа доменной  печи в  значительной

мере зависит  от того, как организовано  движение  и  распределение  газов  и

шихты в  ее рабочем пространстве. Движение газов и распределение  их  в  печи