Доменный чугун

В доменных печах выплавляют литейные передельные — мартеновские, бессемеровские, томасовские — и специальные чугуны — доменные ферросплавы.

Из-за повышенного содержания кремния углерод в литейном чугуне находится преимущественно в форме графита, поэтому в изломе он имеет темно-серый цвет. Литейный чугун выплавляют при повышенном расходе топлива (0,8—1,0 т на 1 т чугуна), на горячем дутье и при высоком выходе шлака (0,6—0,9 т/т чугуна).

Бессемеровский чугун предназначается для передела на сталь в конверторах с кислой футеровкой и воздушном дутье. По своему составу и по условиям выплавки он похож на малокремнистый литейные чугун. В нем содержится 0,9—2,0% Si; 0,6— 1,50% Мn; не более 0,07% Р и не более 0,04% S. Для современного кислородного конвертирования в чугуне может быть сравнительно мало кремния и больше фосфора; выплавка его технологически проще, по составу он похож на мартеновский.

Мартеновский чугун перерабатывают на сталь в мартеновских печах. Желательно, чтобы в нем было 0,6—0,9% Si, а фосфора и серы соответственно не более 0,3 и 0,06%. Расход кокса при выплавке 1 т мартеновского чугуна составляет 0,5—0,7 т.

К специальным чугунам относятся ферросилиций (10—12% Si), зеркальный чугун (12—20% Мn) и ферромарганец (60—80% Мn). Содержание углерода в высококремнистых чугунах составляет менее 3%, а при 80% Мn — около 7%. Доменные ферросплавы — продукты горячего хода печи — производятся при повышенном расходе топлива (до 2,0—2,5 т кокса на 1 т чугуна).

Доменныйшлак состоит в основном из трех окислов; 30—45% SiO2; 10-25% Аl2O3; 40—50% СаО. Для нормального хода плавки он должен быть достаточно жидкотекучим при температуре 1450° С. Вязкий шлак нарушает сход шихтовых материалов, движение и распределение газов, налипает на стенки образуя настыли. Вязкость его зависит от отношения по массе

(SiО2 + Al2O3):CaO . Если величина этого отношения близка к единице, шлак достаточно жидкотекуч. Вязкость шлаков коксовой плавки при 1500° С составляет от 2 до 5 П. Твердый доменный шлак применяют для строительства шоссейных дорог и изготовления шлакобетона.

Доменный или колошниковый газ образуется в горне доменной печи. При влажности дутья около 1 % он состоит примерно из 35% СО, 64,2% N2 и 0,8% Н2. По мере продвижения к колошнику состав газа меняется: СО становится меньше, а СO2 — больше. Окись углерода расходуется на косвенное восстановление с образованием углекислоты без изменения общего объема газа. При разложении известняка газ также обогащается углекислотой. Гидратная влага, выделяющаяся из крупных кусков шихты, реагирует в зоне высоких температур с окисью углерода и углеродом, образуя углекислоту, окись углерода и водород. Доменный газ используют как топливо. Средний его состав: 8— 12% СO2; 39-40% (СО+СO2); 0,2-0,4% СН4; 2,5-3,0% Н2; 57—58% N2.

Шлакообразование в чугуне

Образованию жидкого шлака предшествуют спекание и химическое взаимодействие окислов; эти процессы начинаются еще при агломерации. Первые капли жидкого шлака образуются в нижней части шахты в виде легкоплавких эвтектик, силикатов железа и марганца. Первичный шлак, содержащий до 20% FeO, стекает вниз, в распаре и заплечиках он постепенно обедняется окислами железа и марганца в результате их восстановления и обогащается известью, что повышает его температуру плавления.

Температура плавления шлака определяет горизонт превращения твердых окислов в жидкое состояние и дальнейшее шлакообразование. Продвижение шлака вниз в горн зависит от вязкостных свойств шлака. От вязкости зависит реактивная способность шлака.

Важное значение имеет также тепловая характеристика шлака, его теплосодержание или плавкость. Плавкостью называют теплосодержание 1 кг жидкого шлака; плавкость шлаков при выплавке передельных и литейных чугунов обычно равна 1340— 1930 кДж/кг. Трудноплавкие шлаки требуют повышенной затраты тепла на их прогрев и плавление, они приносят в горн большое количество тепла, обеспечивая в нем высокие температуры. Такие шлаки необходимы для выплавки чугуна с повышенным содержанием трудновосстановимых элементов. Шлакообразование существенно влияет не только на состав чугуна, но и на работу печи в целом. Полное выплавление пустой породы и образование шлака должно начаться вслед за восстановлением, науглероживанием железа и выплавлением чугуна и заканчиваться в низу распара или в верху заплечиков.

Десульфурация в доменной плавке

Сталеплавильному и литейному производствам необходим чугун с низким содержанием серы. В руде и коксе сера находится в виде пирита, пирротина и сульфатов. В результате разложения пирита половина его серы еще до начала образования чугуна уносится газами.

Наибольшее количество серы вносит кокс. При его сгорании сера окисляется, сернистый ангидрид восстанавливается углеродом, и газообразная сера растворяется в чугуне. Из чугуна сера удаляется в результате образования растворимого шлака и нерастворимого в чугуне сернистого кальция:

[FeS] + (СаО) = (FeO) + (CaS)

[MnS] + (СаО) = (МnО) + (CaS)

Десульфурации чугуна способствуют повышение основности шлака, понижение в нем FeO и МnО, а также высокая температура. Коэффициент перехода серы в шлак Ks , равный составляет для передельного чугуна 0,88—0,96, для литейного чугуна 0,97—0,99, для ферромарганца и ферросилиция 0,99.

Статья на тему Доменный чугун