Там где рождается сталь и чугун

Записи с меткой «Чугун»

Литейный чугун от передельного отличается повышенным содержанием кремния и во многих случаях более низким содержанием серы (не более 0,02%). Такие требования к литейному чугуну предъявляются машиностроительной промышленностью, где литейный чугун после переплавки в вагранках используется для изготовления деталей машин и различных видов оборудования методом литья.

С целью получения требуемых прочностных свойств литых изделий из чугуна часть углерода, содержащегося в чугуне, должна быть в свободном состоянии в виде тонкодисперсных включений графита в металлической матрице. Химически связанный углерод в виде цементита Fe3C в структуре чугуна резко снижает пластичность литых деталей и поэтому его содержание в отливках должно быть сведено к минимуму. Кремний, будучи карбидоразрушающим элементом, является одним из главных факторов получения необходимой структуры чугунных отливок.
Выплавка низкосернистого чугуна требует увеличения основности шлака, что затрудняет восстановление кремния в чугун. Успешному восстановлению кремния способствуют кислые шлаки. Поэтому при выплавке литейного чугуна основность шлака составляет 1,05-1,20 в случае работы на высокосернистом (1,6-1,8% S) коксе и 0,95-1,10 на малосернистом.

Расход кокса тем выше, чем выше заданное содержание кремния в чугуне. Обычно при выплавке литейного чугуна расход кокса на 10-25% выше, чем при выплавке передельного чугуна.
Литейный чугун выплавляют на комбинированном дутье. Однако при получении высококремнистого литейного чугуна расход природного газа сокращают с целью достижения более высокой температуры в горне, способствующей успешному восстановлению кремния.
Кремний, в основном, восстанавливается из свободного кремнезема пустой породы руды и других составляющих доменной шихты. Восстановление кремния происходит в нижней части заплечиков при высокой температуре. Самым действенным фактором, влияющим на переход кремния в чугун, является работа доменной печи на дутье с возможно более высокой температурой.

Кремнезем, будучи кислотным оксидом, труднее восстанавливается до кремния в присутствии основных оксидов, связывающих его. Отсюда одно из технологических условий производства литейного чугуна — работа на кремнеземистых шлаках. Структурное состояние кремнезема в компонентах шихты также оказывает влияние на ход восстановления кремния, переходящего в чугун. Для успешного перехода кремния в чугун рудные компоненты должны быть легковосстановимыми, а их пустая порода тугоплавкой. При этих условиях восстановление основной массы железа произойдет раньше, чем начнется интенсивное образование шлака, а это, в свою очередь, приведет к повышению температуры плавления шлака и смещению зоны шлакообразования в область высоких температур (заплечики), где интенсивно идет восстановление кремния.
Уменьшение рудной нагрузки (увеличение расхода кокса) вызывает повышение температур по высоте печи, приводя к перемещению горизонта шлакообразования в верхние зоны печи. При внезапном похолодании жидкие фазы, образовавшиеся у стен печи, могут затвердевать, что способствует настыле-образованию. Поэтому при переходе от производства передельного чугуна к производству литейного необходим переходный период определенной продолжительности. На разных заводах переходный период колеблется от 3 суток (на Днепровском металлургическом комбинате) до 10 суток (на Магнитогорском металлургическом комбинате).
Переход на выплавку более высококремнистых марок литейного чугуна также должен осуществляться постепенным изменением технологических параметров работы печи.
В первой половине периода производства литейного чугуна выплавляют чугун с высоким содержанием кремния, так как горн еще не загроможден отложениями графита и высококремнистый чугун вытекает свободно. В последующем периоде производства литейного чугуна выплавляют более низкокремнистые марки чугуна, облегчающие переход к выплавке передельного чугуна.
При выплавке высококремнистого литейного чугуна марок ЛК1 и ЛК2 предпочтительнее работать с выходом шлака, равным 520-570 кг на 1 т чугуна. Уменьшение выхода шлака при плавке этих марок чугуна приводит к колебаниям содержания кремния в чугуне.
Глинозем в шлаке повышает температуру его плавления, перемещает зону шлакообразования в более низкие горизонты и способствует восстановлению кремния в чугун. В агломерате и окатышах, используемых на заводах Украины, содержание глинозема составляет 5-7%. Поэтому на некоторых заводах в шихту вводят глиноземистые руды.

Кроме калькуляции себестоимости чугуна (месячной и годовой) ведут учет технических показателей работы каждой доменной печи за сутки, месяц, год. В этих сводках отражают производительность печи, расход шихтовых материалов, химический состав шихты, чугуна, шлака, колошникового газа, количество дутья и его состав, параметры загрузки доменной печи.
Все технико-экономические показатели работы печи определяют на основании первичного учета технологических параметров, расхода железорудных материалов и кокса, расхода различных видов энергии, количества продуктов плавки.
Учет количества сырья ведут при загрузке его в печь, потребление пара, воды, воздуха, кислорода, природного газа учитывают на основании показаний контрольно-измерительных приборов. Все расходы, связанные с услугами других цехов, учитывает экономист доменного цеха на основании первичных документов
Основным первичным документом является «Журнал работы доменной печи», в котором записывают почасовой режим доменной плавки по показателям контрольно-измерительных приборов. В журнале фиксируют состав шихты, число загруженных подач, число выпусков чугуна, его массу и химический состав, число выпусков шлака и его состав, параметры загрузки В журнале фиксируется также вынос пыли.

Передельный чугун подразделяют на группы, классы, категории и степе­ни в зависимости от содержания кремния, фосфора, марганца, серы и мышья­ка (табл.).
Кроме приведенной стандартизации передельного чугуна, на каждом металлургическом предприятии существуют технические условия и кондиции на чугун, служащие основанием для взаиморасчетов между доменными и ста­леплавильными цехами.
Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в твердом состоянии отправляют на машиностроительные заводы и другим потребителям, где для отливки деталей машин его вторично подвергают рас­плавлению в специальных печах-вагранках.
Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1-7. Каждую марку разделяют на 3 группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на 5 категорий по содержанию серы (табл.).

Кроме чугунных леток, горн оборудуют 1-2 шлаковыми летками, предназначенными для выпуска из доменной печи верхнего шлака. Шлаковую летку располагают на высоте 1400-1800 мм от уровня чугунных леток и на некотором удалении от них, чтобы обеспечить уборку шлака при его выпуске. Например, на доменной печи объемом 2002 м3 шлаковая летка расположена под углом 55° по отношению к чугунной летке.
Шлаковые летки обрамляют арматурой, называемой «шлаковым прибором» (рис.2), который помещают в проем горновых холодильников и крепят к кожуху печи. Шлаковый прибор состоит из телескопически соединенных элементов: медной сварной или штампованной полой охлаждаемой водой фурмы 1, литого медного полого холодильника 2, чугунного холодильника с залитым спиральным змеевиком для охлаждающей воды 3, чугунной водоохлаждаемой аналогичной конструкции амбразуры 4 и фланца 5, который крепится к кожуху печи. Все элементы, шлакового прибора имеют коническую форму, что облегчает их замену при повреждении. Плотность прилегания обеспечивается конусными заточками. От осевого смещения под действием давления газов в печи элементы шлакового прибора удерживаются упорами 8, которые крепятся к фланцу 5.
Внутреннюю полость шлакового прибора для предохранения его арматуры от воздействия жидкого шлака набивают огнеупорной массой, в которой прорезают отверстие для выхода шлака из печи через шлаковую фурму в желоб, примыкающий к фланцу шлакового прибора. Особенно тщательно оберегают упоры и трубки, по которым подается вода для охлаждения шлаковой фурмы. Наиболее уязвимым элементом шлакового прибора является шлаковая фурма, постоянно омываемая жидким шлаком в горне печи. Однако прогорает шлаковая фурма только от попадания на нее жидкого чугуна. Диаметр отверстия шлаковой фурмы для выпуска шлака составляет 50-65 мм.

При составлении расчетного (не экспериментального) материального баланса, основывающегося на предварительном расчете шихты, газа и дутья, невязка составляет очень малую величину вследствие округлений при подсчетах.
Для анализа тепловой работы доменной печи необходимо знать, какое количество тепла вносится в печь, сколько его образуется в печи при протекании тех или иных процессов, какое количество тепла используется полезно и сколько его теряется с отходящим газом, охлаждающей водой и через элементы конструкции в атмосферу. Эта цель достигается составлением теплового баланса, учитывающего приход и расход тепла. Как и в материальном балансе, сумма приходных статей должна быть равной сумме расходных статей.
Составление теплового баланса основано на всеобщем законе сохранения энергии и термохимическом законе, открытом акад. Г.И. Гессом, согласно которому тепловой эффект химического превращения зависит только от начального и конечного состояния системы и не зависит от пути, по которому реакция протекает.
Поскольку выделение и превращение тепла связано с количеством поступающих в доменную печь и выходящих из печи материалов, то расчету теплового баланса должен предшествовать расчет шихты, газа, дутья и материального баланса. Кроме того, необходимо знать сведения о температурах и теплоємкостях веществ и тепловых эффектах превращений.

Составить материальный баланс при плавке чугуна — это значит установить количество материалов, заданных в доменную печь и выданных из нее за определенный промежуток времени или в расчете на единицу чугуна, кокса, дутья. Наиболее часто материальный баланс составляют в расчете на 1 т чугуна.
Материальный баланс позволяет проверить правильность расчетов состава и количества газа, количество дутья, количество доменного шлака и чугуна, анализ сырых материалов и продуктов плавки чугуна, а также точность взвешивания, если баланс рассчитывают для работающей доменной печи.
Основой составления материального баланса является фундаментальный закон химии — закон сохранения массы, — согласно которому общая масса веществ, вступающих в реакцию, равна общей массе продуктов реакции. В применении к доменной плавке чугуна это означает, что масса всех материалов, поступающих в доменную печь (шихта, дутье), должна быть равна массе материалов, полученных из доменной печи (чугун, шлак, колошниковые газ и пыль).
Кроме общего материального баланса иногда рассчитывают баланс по отдельным элементам и оксидам. Это позволяет судить о том, какими материалами вносится тот или иной элемент или оксид, и как он распределяется между продуктами плавки чугуна. Кроме того, суммируя поступление и расход элементов и оксидов, можно более точно составить общий материальный баланс и определить источник возможных ошибок. При составлении материального баланса для работающей доменной печи трудно получить точные данные о количестве поступающих в доменную печь и получаемых из нее материалов вследствие неточности взвешивания, ошибок в анализах, колебаний химического состава и пр. Поэтому приход и расход материалов всегда различается на некоторую величину, которая называется невязкой и обычно выражается в процентах к массе исходных материалов.

Изучение процесса шлакообразования и обобщение практического опыта технологии доменной плавки чугуна позволяют сделать следующие основные выводы о влиянии свойств и количества доменного шлака на работу доменной печи.
1) Нагрев горна доменной печи при одинаковых температуре дутья и расходе кокса определяется температурой плавления и вязкостью доменного шлака. Легкоплавкий и подвижный доменный шлак, образуясь на высоких горизонтах при сравнительно низких температурах, быстро стекает в горн и охлаждает его. Тугоплавкий доменный шлак расплавляется на более низких горизонтах при сравнительно высоких температурах. Приходя в горн, такой доменный шлак приносит больше тепла, чем легкоплавкий, и, следовательно, способствует получению более высокой температуры в горне.

2) Нагрев доменного шлака зависит от изменения его состава и свойств во время стекания в горн, поэтому не во всех случаях легкоплавкость и подвижность первичного доменного шлака соответствуют пониженному нагреву горна. По мере опускания первичного доменного шлака, содержащего повышенное количество FeO (до 5%), железо восстанавливается, а доменный шлак становится более тугоплавким и вязким. Снижение скорости стекания доменного шлака приводит к увеличению его нагрева, при этом доменный шлак снова становится подвижным.

3) Вязкий доменный шлак вреден. Он может налипать на стенки печи, способствуя образованию настылей, кострению материалов и подвисанию шихты. Чрезмерно подвижный доменный шлак тоже вреден. Кроме охлаждения горна, он может химически взаимодействовать с футеровкой и разрушать ее.

4) На работу доменной печи сильно влияет степень устойчивости доменных шлаков. При расчете шихты следует выбирать такие шлаки, чтобы вязкость их при основности (CaO:SiO2), равной 1,2, была не выше 0,5-0,8 Па/сек. Составы этих шлаков на диаграммах должны находиться в областях, устойчивых при температуре кристаллизации и вязкости расплавов, так как в производственных условиях всегда возможны непроизвольные изменения химического состава материалов и температуры в различных зонах доменной печи. Допуская, что изменения состава шлака по трем основным оксидам могут достигать 2%, состав шлака должен быть таким, чтобы температура его плавления и вязкость при этих условиях изменялись не более чем на 25°С и 0,1-0,2 Па •сек соответственно.

5) Химический состав шлака оказывает существенное влияние на процессы восстановления и десульфурацию чугуна. Чем выше основность конечного шлака, тем легче восстанавливаются элементы основных оксидов, т.е. железо, марганец, ванадий, хром. Кислые шлаки, наоборот, благоприятнее сказываются на восстановлении элементов кислотных оксидов, например, кремния. Основность доменного шлака влияет и на распределение серы между металлом и шлаком.

6) Большое количество шлака отрицательно влияет на работу доменной печи — приводит к повышению расхода кокса вследствие уноса большого количества тепла из печи со шлаком и вызывает неровный ход, ухудшая газопроницаемость шихты и распределение газов, особенно, если шлак тугоплавкий и вязкий. Опытными плавками доказано, что можно успешно работать с количеством доменного шлака около 0,35 т/т чугуна. Дальнейшее снижение количества шлака может ограничиваться условиями перевода серы в шлак.
Количество доменного шлака на 1 т чугуна и его химический состав определяются химическим составом исходных шихтовых материалов и видом выплавляемого чугуна. Для определенных условий плавки чугуна эти показатели должны сохраняться постоянными. Однако иногда для устранения нежелательных явлений в работе доменной печи прибегают к временному изменению состава или количества шлака. Это делают при загромождении горна и при образовании толстого слоя гарнисажа или настылей (трудноплавких масс) на стенах заплечиков, распара и нижней части шахты.
Для приведения горна в нормальное состояние наводят более жидкоподвижные доменные шлаки путем загрузки в печь сварочного шлака или марганцевой руды. Иногда временно переходят на выплавку другого вида чугуна. Эта операция называется промывкой горна.
Для устранения зарастания стен заплечиков распара и нижней части шахты переходят на более кислые шлаки, изменяя режим загрузки материалов так, чтобы обеспечить развитие периферийного потока газов и более высокую температуру у стен доменной печи.