Топливо доменной плавки
В качестве топлива в современной доменной плавке применяют кокс, мазут, природный и коксовый газы и каменноугольную пыль. Основным видом топлива является кокс. Коксом называется пористое спекшееся вещество, остающееся после удаления из каменного угля летучих веществ при нагревании его до 950-1200° С без доступа воздухаВ нижней части печи раскаленный кокс образует своеобразную дренажную решетку, через которую в горн стекают жидкие продукты плавки. Отсюда вытекает основное требование, предъявляемое к коксу: высокая механическая прочность как в холодном, так и в нагретом состоянии.
Кокс должен быть пористым для обеспечения хорошей горючести в горне печи и обладать высокой теплотой сгорания для получения требуемого количества тепла и необходимой температуры. Теплота сгорания кокса зависит от содержания в нем углерода, которое определяется содержанием золы, вредных примесей и летучих веществ в коксе. Повышенное содержание летучих веществ в коксе свидетельствует о незавершенности процесса коксования, что приводит к снижению механической прочности кокса. Чрезмерно низкое содержание летучих в коксе, получающееся при пережоге кокса, также отрицательно сказывается на его качестве. Поэтому кокс должен содержать по возможности меньше золы, серы, фосфора и умеренное количество летучих веществ.
Руды и флюсы доменной плавки
Среди металлов железо занимает третье место по распространенности в земной коре (4,2 %) после кремния(26 %) и алюминия(7,4 %). Железо в недрах земли в чистом виде не встречается. Оно входит в состав горных пород в различных химических соединениях. В природе известно более 300 разновидностей горных пород, содержащих железо, но далеко не все они представляют собой железные руды. Среди известных видов руд наиболее распространены в природе руды осадочного происхождения. Из этих руд выплавляется более 90 % чугуна.
|
|
Полезными примесями считаются марганец, хром, никель, ванадий, вольфрам, молибден и др. Вредные примеси – сера, фосфор, мышьяк, цинк, свинец и в большинстве случаев медь – либо ухудшают качество металла, либо разрушающе действуют на огнеупорную футировку доменной печи.
В зависимости от типа рудного минерала железные руды делятся на четыре основные группы:
Критерием оценки железных руд являются:
К богатым рудам относят руды, содержащие железа 60-68 %, к средним 50-60 % и к бедным 40-50 %. Куксовые руды с высоким содержанием железа могут перерабатываться в доменной печи без предварительной подготовки, но таких руд мало, и они в основном используются при выплавке стали. Используются также и руды с содержанием железа менее 40 %. Эти руды подвергают обогащению. Нижний предел содержания железа в рудах определяется выгодностью их использования.
Флюсами называются материалы, добавляемые к железной руде и загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы, ошлакования золы кокса и получения жидкоподвижного шлака с высокой серопоглатительной способностью.
Подготовка руд к плавке
Необходимость подготовки руд к доменной плавке обуславливается стремлением улучшить технико-экономические показатели работы доменных печей и использовать для получения чугуна сравнительно бедные железные руды.
|
|
Чем выше содержание железа в шихте и лучше ее газопроницаемость, тем выше производительность печи, ниже расход кокса и флюсов и лучше качество чугуна.
Дробление
Руда может быть в виде кусков до 1500 мм при открытой добыче и до 300 мм при подземной добыче. Дробление руд применяется как самостоятельная операция для получения кусков руды требуемого размера и как вспомогательная операция при обогащении руд для разрушения механических связей между железосодержащим минералом и пустой породой.
Грохочение
Грохочением называется разделение руды на классы по крупности. Для руд, поступающих на металлургический завод без обогащения, грохочение является самостоятельной и очень важной операцией, в процессе которой выделяют мелкую руду (0-10 мм) для агломерации, а крупную (более 10 мм) сортируют на два класса: доменную (10-30 мм) и мартеновскую (30-80 мм).
При обогащении руд на обогатительных фабриках грохочение является вспомогательной операцией, совмещаемой с дроблением руд. Это позволяет загружать в дробильные устройства только те фракции, которые подлежат дроблению, а следовательно, уменьшить расход электроэнергии на дробление, повысить производительность дробильных устройств и качество дробления. Грохочение руд осуществляется на механических ситах.
Усреднение
Чтобы уменьшить отрицательное влияние непостоянства химического состава руд на показатели доменной плавки, руды подвергают усреднению. Усреднением называют перемешивание железорудных материалов с целью выравнивания химического и гранулометрического составов. В связи с тем, что почти все добываемые руды подвергают окуксованию, основное назначение усреднения состоит прежде всего в уменьшении колебаний содержания железа и кремнезема в рудах. Необходимо добиться такого усреднения руд, при котором колебания содержания железа и кремнезема в руде не превышали бы ±0,5 % от среднего значения.
|
|
Обогащение
Обогащением называется процесс разделения рудного минерала и пустой породы с целью повышения содержания металла в руде и уменьшения содержания пустой породы, а в некоторых случаях и вредных примесей. Все способы обогащения основаны на различии физических свойств рудных минералов и пустой породы
Окуксование руд
Окуксованием железных руд называются процессы превращения мелких руд и концентратов в кусковые материалы с целью улучшения хода металлургических процессов в печах различного типа для получения металлов из руд.
Продукты доменной плавки
Конечными продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль.
Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой. В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.
В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида: передельный, идущий на передел в сталь; литейный, предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении; доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.
Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.
Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1 – ЛК7. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.
1. Холодная штамповка -Это штамповка без нагрева заготовок. Ее разделяют на объемную и листовую. Холодная объемная штамповка почти полностью исключает обработку резанием и обеспечивает по сравнению с последней уменьшение трудоемкости на 30…80 % и коэффициента использования материала до 50%.
2. Основные виды холодной объемной штамповки: выдавливание, высадка, объемная формовка.
3. Холодное выдавливание – это процесс получения поковок при пластическом течении металла в полости штампа. В отличие от прессования в этом случае заготовкой является не слиток, а прутковая заготовка и получается не протяженный профиль, а чаще всего готовая деталь, требующая незначительной обработки резанием.
4. Холодная высадка применяется в массовом производстве при изготовлении болтов, гаек, шпилек, заклепок, винтов. Высадка производится за 1, 2, 3 и более переходов (ударов). Исходной заготовкой служат проволока или прутки диаметром 0,5…38 мм.
5. Холодная формовка применяется для изготовления сложных по форме деталей. Ее производят в открытых и закрытых штампах; в последних при изготовлении деталей из сплавов цветных металлов Технологический процесс изготовления деталей холодной формовкой включает следующие операции: резку заготовок, формовку (иногда предварительную и окончательную), обрезку заусенца (при открытой штамповке), калибровку (или зачистку).
6. Листовая штамповка– способ изготовления деталей из листового материала. Широко применяется в автотранспортном, сельскохозяйственном машиностроении, авиационной промышленности. Операции листовой штамповки делятся на разделительные (отрезка, вырубка, пробивка, надрезка) и формоизменяющие (гибка, вытяжка, обжим, формовка, отбортовка).
7. Вырубка и пробивка представляют собой резание по замкнутому контуру, производятся с помощью штампов, состоящих из матрицы и пуансона. Штампы для вырубки и пробивки могут быть простого действия, для выполнения одной операции, и многооперационные.
8. Гибка является одной из наиболее распространенных формоизменяющих операций холодной штамповки.
9.. Вытяжка – получение полой детали замкнутого контура из листа толщиной от 0,02 до 30 мм Различают вытяжку без утонения стенок и с утонением. Вытяжка может осуществляться за один проход (при h/d<0,6) и несколько проходов (например, при h/d =12 их надо 6). Отношение внешнего диаметра детали к диаметру заготовки называется коэффициентом вытяжки. Для первого прохода его принимают 0,5…0,6, последующих 0,7…0,8. Вытяжку без утонения стенки осуществляют на вытяжном штампе, у которого зазор между пуансоном и матрицей на 5-10% больше толщины заготовки
10. Обжим и формовка – местное изменение формы заготовки в результате местных деформаций.
11. Отбортовка – получение борта в заготовке. К особым способам листовой штамповки относятся: штамповка взрывом; электрогидравлическая штамповка; электромагнитная штамповка.