Технології виробництва чавуну постійно удосконалюються

Чавун є сплавом заліза, що містить вуглець. Його склад може крім них включати марганцеві, фосфорні, кремнієві, сірчані і ін. Компоненти. Спочатку матеріалами для виробництва чавуну служать залізовмісні руди, паливні матеріали, флюси. Як правило, у вигляді сировини для виробництв чавуну застосовуються железняки, що мають в складі від 30 до 70% заліза та інших хімічних речовин в порожній породі, а також шкідливих сіро і фосфоровмісних сполук. Паливним матеріалом для виробництва чавуну служить кокс, який представляє собою результат сухий, тобто без участі повітря, переробки кам'яного коксугля. Застосовувані флюси, найчастіше це кварц, доломіт, пісковики та вапняки, дозволяють знизити температуру розплавлення порожньої породи, а також привести її разом із золою від палива до шлаку.

Доменне виробництво чавуну

Найбільше застосування знайшов у виробництві чавуну доменний процес. Він включає ряд фізичних, фізико-хімічних, а також механічних проявів, які спостерігаються в чинній доменної печі. Вміщені в цю піч вихідні компоненти (кокс, залізовмісні матеріали з флюсами) при проходженні всіх операцій перетворюються в сплав чавуну, що виділяються доменні гази зі шлаками. Завдання доменного виробництва чавуну - створення цього сплаву з залізовмісних компонентів за допомогою їх переплавлення в доменних печах в дуже високій температурі.

Чавун виплавляється в печах, куди поміщаються, чергуючись шарами, залізовмісні компоненти з флюсами, паливом. Від впливу своєї маси вони спускаються в низ печі, куди в особливі отвори подається підігріте повітря під певним тиском. Він підтримує необхідні умови горіння завантаженого коксу. Технологічний процес виробництва чавуну передбачає відновлення заліза, а також інших елементів з їх оксидів. В процесі відновлення кисень віднімають від оксидів і отримують з них компоненти або оксиди менший вміст кисню.

Одним з провідних способів виробництва чавуну вважається відновлення заліза від дії окису вуглецю. Вона утворюється від згоряння в горні печі природного газу. Ще варто відзначити, що відновлення заліза, передбачене технологією виробництва чавуну для даних печей, здійснюється поступово, в процесі поетапного вилучення кисню з оксидів. Доменний процес передбачає, що в процесі відновлення заліза беруть участь як окису вуглецю, так і безпосередньо сам твердий вуглець.

Певна кількість заліза також відновлюється за допомогою водню. У схемі виробництва чавуну відновлення заліза від дії водню або окису вуглецю вважається непрямим (тобто непрямим), а відновлення за допомогою твердого вуглецю називають прямим. Насправді відновлення заліза в даному випадку здійснюється двома стадіями. До моменту досягнення залізорудним складом зони розпаду доменної печі, де встановилася температура близько 1000 ° С і більше, оксиди заліза встигають частково відновитися непрямим шляхом в зоні, де діють менш високі температури. В результаті їх прямого розкладання вуглецем виходить повне відновлення заліза.

Виробництво високоміцного чавуну

При виробництві високоміцного чавуну велике місце відводиться вуглецюванню заліза. Чавун з такими характеристиками утворюється, коли відновлене в доменній печі з рудного матеріалу залізо приймає в себе багато вуглецю та інших елементів. Початок процесу науглероживания заліза характеризується його освітою в губчатому стані на ділянці печі, де діє температура до 500 ° С. Тільки що відновлене залізо виступає в якості каталізатора, що сприяє розпаду окису вуглецю на два компоненти: двоокис і сажистий вуглець. В результаті розпаду окису вуглецю від температури 550-650 ° С виходять карбіди заліза, інших металів. Наділений особливою активністю, сажистий вуглець активно вступає в хімічну взаємодію з частинками заліза.

При температурі в 1000 ° С і більше карбід заліза розпадається на залізо з вуглецем. З ростом кількості вуглецю температура в процесі плавлення стає істотно нижче. Так, чисте залізо розплавляється при температурі від 1539 ° С, а сплав його з вуглецем здатний плавитися вже від одна тисяча сто сорок сім ° С. Плавлення сплаву відбувається в зонах доменних печей, де діють високі температури, тобто внизу шахти. Утворений рідкий сплав і є чавун. При стікання вниз він, омиваючи розпечені частини коксу, ще більше науглероживается.

В ході плавлення відновлюється не тільки саме залізо, а й ряд різних елементів, які перебували в рудної маси. У складі шихтових матеріалів в печі, крім оксидів заліза, надходять ще оксиди і окремі хімічні елементи, такі як марганець, хром, ванадій, титан, свинець, мідь, цинк, миш'як і ін. Вони в цілому або частково відновленому вигляді разом з частинками сірки потрапляють в чавун і впливають на його властивості в гіршу чи в кращу сторону. В основах виробництва чавуну вважається, що найчастіше цінними домішками служать кремній з марганцем, а шкідливими - сірка з фосфором.

Наявність в чавуні сірчаних компонентів можна зменшити до оптимального межі шляхом внедоменного знесірчення. Якщо витримати чавун з 2% марганцю в ковші-Чугуновоз або міксері, то певний обсяг сірки в різних її з'єднаннях з марганцем перейде зі складу металу в шлак. Це можливо завдяки зменшенню розчинності даної сполуки в металах від зниження температури. Подібне знесірчення в ковші чавуну може досягти 60%. Крім цього існують ще методи внедоменного знесірчення чавунів. У виробництвах чавуну в світі досить часто в цих цілях використовують обезсірковуючу присадки, такі як вапно, кальцинована сода або металевий магній.

Особливості процесу виробництва чавуну

У процесі плавлення в горн із загальною сумішшю стікає розплавлений шлак. Завдяки його щільності, меншою, ніж у чавуну, він спливає поверх нього. Це явище спостерігається в районі распара печі. Початковий шлак виходить від сплаву перебували в порожніх породах руд, а також флюсах окислів. При стікання вниз, в процесі накопичення шлак значно змінюється за складом. Завдяки реакцій з компонентами в повному обсязі, що прогорів коксу, розплавляють чавуну в ньому отримують відновлення зі своїх окислів марганець з залізом, а крім того розчиняються сполуки сірки, зола і кокс.