Производство чугуна

Исходными материалами для производства чугуна являются руды, топливо и флюсы. Руда, топливо и флюсы, взятые в определенных дозах (по массе), называются шихтой.

Получение железа из железной руды производится в две стадии. Оно начинается с подготовки руды-измельчения и нагревания. Руду измельчают на куски диаметром не более 10 см. Затем измельченную руду прокаливают для удаления воды и летучих примесей. На второй стадии железную руду восстанавливают до железа с помощью оксида углерода в доменной печи. Восстановление проводится при температурах порядка 700°С.

Шихтовые материалы в определенной последовательности слоями загружают в доменную печь. Через фурменные отверстия в доменную печь поступает горячий воздух. Сгорание кокса происходит с образованием диоксида углерода: С+0₂=СО₂. При высокой температуре и наличии раскаленного кокса диоксид углерода преобразуется в его оксид: С0₂+С=2СО.

По мере выгорания кокса шихтовые материалы перемещаются вниз, а навстречу им снизу вверх движется мощный поток раскаленных газов, в котором шихта высушивается и прогревается. При температурах 500...900°С происходит основной процесс плавки — восстановление железа из руды. Восстановление оксидов железа оксидами углерода принято называть косвенным восстановлением. Параллельно идет процесс восстановления железа твердым углеродом раскаленного кокса, называемый прямым восстановлением.

Железо плавится при 1540 °С. Расплавленное железо вместе с расплавленным шлаком стекает в нижнюю часть печи. Расплавленный шлак плавает на поверхности расплавленного железа. Периодически из печи выпускают на соответствующем уровне каждый из этих слоев. Доменная печь работает круглосуточно, в непрерывном режиме.

Основным продуктом доменного производства является чугун, представляющий сплав железа с углеродом (2...4,5%) и другими элементами (марганцем, кремнием, фосфором, серой и др.). Исходя из химического состава и назначения, различают передельный, литейный и специальный чугуны.

Около 85...90 % всего выплавляемого чугуна приходится на передельный (белый) чугун, который отличается повышенной твердостью, хрупкостью и используется в основном для производства стали.

Литейный (серый) чугун характеризуется повышенным содержанием кремния (до 4%), способствующего выделению углерода в виде графита. Такой чугун обладает хорошими литейными свойствами и применяется для изготовления различных деталей.

Производство стали

Сталь – это сплав железа с углеродом, где содержание углерода колеблется от 0,01 до 2 %. Кроме углерода, она содержит марганец, кремний, серу, доля которых в стали незначительна. Стали обладают высокой механической прочностью, сравнительно легко обрабатываются давлением, резанием, хорошо свариваются и являются поэтому конструкционным материалом.

Для выплавки стали используются следующие шихтовые материалы: чугун (жидкий или твердый); стальной и чугунный лом; железная руда; металлизованные окатыши; ферросплавы; флюсы.

Основу шихты составляет чугун (55%) и металлолом (45%). В качестве шихты используется твердый (если на заводе отсутствует доменный цех) или жидкий чугун.

В сталеплавильном производстве в качестве флюсов используются известняк, известь, боксит, плавиковый шпат; окислителями служат железная руда, окалина, кислород, агломерат и др.

Применяется газообразное топливо – доменный, генераторный, коксовый, природный газ; жидкое – мазут, смола; твердое – каменноугольная пыль. От выбора исходных материалов, их подготовки к плавке зависит не только качество выплавляемой стали, но и ее себестоимость.