3.2.     Основы производства чугуна и стали

3.2.     Основы производства чугуна и стали

Товароведение и экспертиза строительных материалов - А.Б. Конобеевой

3.2.    
Основы
производства чугуна и стали

Производство черных металлов из железной
руды - сложный про­цесс, состоящий из двух стадий: выплавки чугуна и
переработки чугуна в сталь.

Производство чугуна. Чугун выплавляют в доменных шахтных
печах. Исходным сырьём для его производства являются железные руды (магнит­ный,
красный и бурый железняк), флюсы (известняк (СаС03) или доломит
(СаС03 MgC03) и топливо (кокс). В
доменной лечи материалы находятся в течение 4...6 ч. При выплавке чугуна
происходят следующие физико­химические процессы: горение топлива,
восстановление железа из оксидов, науглероживание железа и образование чугуна и
шлака.

На начальном этапе сырьевые материалы
(железную руду, флюсы и топливо) загружают непрерывно слоями в загрузочное
устройство - ко­лошник, а чугун и шлак выпускаются периодически. Для поддержания
го­рения топлива в нижнюю часть печи - горн под давлением 0,150. ..0,300 МПа
подаётся нагретый воздух до 1100... 1300°С, обогащенный кислоро­дом и
углесодержащими добавками (природный газ, мазут). Шихта, опус­каясь вниз,
нагревается и претерпевает в различных температурных зонах физические и
химические изменения. Горение топлива происходит за счет кислорода воздуха в
верхней части горна, по реакции С + О2 = СО2. Угле­кислый
газ, поднимаясь вверх, взаимодействует с коксом и образует оксид углерода: СО2
+ С = 2СО. Далее идёт процесс полного восстановления же­леза из оксидов -
основной процесс в плавке чугуна: 3 Бе2О3+С = 2 БезО4+СО; Бе3О4+ С = 3БеО + СО; БеО
+ С = Бе + СО.

Науглероживание железа происходит при
температуре выше 900°С путём проникновения в пористую поверхность
восстановленного железа углерода и образования карбида железа (цементит) по
реакции 3Бе+2СО= Бе3С+СО2 . При дальнейшем повышении
температуры выше 1130°С науг- лероженное железо начинает плавится, образуя
жидкий чугун (с темпера­турой 1400...1450°С), стекающий в горн. Сюда же стекает
шлак, образо­ванный плавлеными пустыми породами и флюсами, и как более легкий
ма­териал всплывает на поверхность чугуна, защищая его от окисления. Затем шлак
выпускают через (шлаковую) летку, расположенную выше уровня отверстия для
выпуска чугуна, а через нижнюю летку выпускают чугун в разливочные машины для
отливки в «чушки» или в специальных ковшах доставляют в сталеплавильные цехи
для переработки в сталь.