Раздел 2. Производство чугуна и железа
Цель раздела:
Ознакомиться с современными технологиями доменного производства металла
План раздела.
2.1. Технологии доменного процесса
2.2. Показатели работы доменных печей
2.3. Способы внедоменного (бескоксового) получения железа
2.1. Технологии доменного процесса
Сущность доменного процесса получения чугуна заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимися при сгорании топлива в доменной печи.
Доменный процесс относится к типу противоточных. Навстречу поднимающемуся потоку горячих газов, образующихся при сгорании кокса у фурм, опускается столб шихтовых материалов.
Газовый поток, содержащий СO, СO2, Н2, N2 и др., образуется в результате горения углерода кокса. При этом в печи несколько выше уровня фурм развивается температура более 2000 °С. Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам, охлаждаются до температуры 200 – 300 °С и выходят из печи через колошник. Отсюда название газа – колошниковый.
Химия доменного процесса
1 группа реакций – горение кокса и образование восстановителя
C + O2 = CO2+ Q
C + CO2 = 2CO - Q
2 группа реакций – восстановление оксида железа(III) оксидом углерода(II)
+3 +2+3 +2 0
Fe2O3 à Fe3O4 à FeO à Fe
ω(Fe)70% 72% 76%
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
3 группа реакций – восстановление примесей, содержащихся в руде и коксе
СаCO3 = CaO + CO2
CaO + SiO2 = CaSiO3
3CaO + P2O5 = Ca3(PO4)2 и т.д.
4 группа реакций – образование чугуна
3 Fe + 2CO = Fe3C + CO2
Показатель основности: (СаО + MgO)/(SiО2 + Al2О3) » 1,0,
SiО2/А12О3 = 2-4,5.
2.2. Показатели работы доменных печей
Материальный баланс доменной плавки составляют, используя итоги расчета шихты и расчетов количества колошникового газа и дутья. Сопоставление приходных и расходных статей баланса позволяет проверить правильность расчета шихты, расхода дутья и т.д. Расчет шихты делают с тем, чтобы определить расход отдельных материалов для выплавки единицы чугуна заданного состава и получения шлака требуемых состава и свойств. Расчет шихты, количества дутья и его состава и количества колошникового газа выполняют на основании данных о составе шихтовых материалов, дутья, углеводородных заменителей кокса и известных закономерностей процессов, протекающих в доменной печи.
В таблице 2.1 показан материальный баланс доменной плавки.
Таблица 2.1 – Материальный баланс доменной плавки
|
Задано, кг |
Получено, кг |
||
|
Агломерата |
1130,0 |
Чугуна |
1000,0 |
|
Окатышей |
615,0 |
Шлака |
420,0 |
|
Кокса |
480,5 |
Газа сухого |
2461,0 |
|
Дутья |
1700,3 |
Влаги и пыли |
73,0 |
|
Природного газа |
95,2 |
Влаги восстановления |
67,0 |
|
Итого |
4021,0 |
Итого |
4021,0 |
Используя полученные данные материального баланса и тепловые эффекты химических реакций, а также данные об энтальпиях чугуна и шлака, потерях тепла во внешнее пространство, можно подсчитать тепловой баланс доменной плавки.
Для характеристики тепловой работы доменных печей в таблице 2.2 показаны основные статьи теплового баланса доменной плавки на 1 кг передельного чугуна для различных условий плавки.
Таблица 2.2 – Основные статьи теплового баланса доменной плавки на 1 кг передельного чугуна
|
Статьи баланса |
Количество тепла |
|
|
кДж |
% |
|
|
Приход тепла |
|
|
|
1. От окисления углерода |
8370-10470 |
65-70 |
|
2.От нагретого дутья |
2300-3770 |
20-25 |
|
3. От окисления водорода |
840-1260 |
6-9 |
|
4. От шлакообразования |
40-120 |
0,4-0,6 |
|
Всего: |
11300-14230 |
100,0 |
|
Расход тепла |
|
|
|
1. На диссоциацию оксидов |
6280-6900 |
48-55 |
|
2. На разложение карбонатов |
0-420 |
0-3 |
|
3. На разложение природного газа |
0-420 |
0-3 |
|
4. Унос чугуном |
1130-1210 |
9-12 |
|
5. Унос шлаком |
840-1340 |
7-9 |
|
6. На разложение влаги дутья |
80-250 |
0,7-2 |
|
7. На испарение влаги |
40-120 |
0,3-1 |
|
8. Унос доменным газом и пылью |
1340-1670 |
12-13 |
|
9. Потери с охлаждающей водой и во |
880-1460 |
7-10 |
|
Всего: |
11300-14230 |
100,0 |