Производство чугуна

Подавляющее количество производимого в мире чугуна получают в домнах (рис. 5.1). Современные домны представляют собой автоматизированные агрегаты с полезным объемом до 5 500 м и ежесуточной производительностью более 10...11 тыс. т чугуна.

Для выплавки чугуна в доменных печах используют железные руды, которые содержат железо в виде оксидов Fе3O4, Fе2О3, гидроксидов Fе2О3*nН2О, карбонатов FеСО3 и др. Топливом для доменной плавки служат природный газ, кокс, мазут, пылевидное топливо, позволяющие получать необходимую температуру и создавать условия для восстановления железа из руды. Флюсом при выплавке чугуна является известняк СаСОз и MgCO3, так как в образующийся при выплавке шлак должно входить определенное количество основных оксидов (MgO, CaO). Это необходимо для удаления серы из металла, в который она поступает из кокса и железной руды при плавке. Сущность процесса получения чугуна заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом, выделяющимся при сгорании топлива в печи, и твердым углеродом.

Шихту, состоящую из офлюсованного агломерата (спеченные куски обогащенной руды) и кокса, опускают навстречу потоку газов, и при температуре около 570 °C начинается восстановление оксидов железа. По мере перемещения шихты вниз в домне повышается температура, что сопровождается прямым восстановлением железа с помощью твердого углерода. Этот процесс осуществляется в несколько стадий — от высшего оксида к низшему:



При температуре 1000...1100 °C восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод, вследствие чего температура плавления железа понижается и в нижней части домны оно расплавляется. Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, насыщаются углеродом (4 % и более), марганцем, кремнием, фосфором и серой.

В доменных печах получают чугун различного химического состава в зависимости от его назначения.

Передельный чугун выплавляют для передела его в сталь в конверторах или мартеновских печах. Он содержит, %: 4...4,4 С, 0,6...0,8 Si, 0,25...1,5 Mn, 0,15...0,3 P и 0,03...0,07 S.

Литейный чугун используют на машиностроительных заводах при производстве фасонных отливок. Предусмотрены шесть марок литейного чугуна — Л1—Л6, которые отличаются друг от друга, прежде всего, содержанием кремния: например, в чугуне Л1 3,2...3,6 % Si, а в Л6 — 1,2...1,6 % Si. Кроме того, в домнах производят рафинированный литейный чугун с низким содержанием фосфора и серы. Этот чугун маркируют ЛР1-ЛР7.

В доменных печах выплавляют ферросилиций и ферромарганец, которые применяют для раскисления стали. Побочными продуктами доменной плавки являются шлак и доменный газ.