Principiul producției de fontă nu sa schimbat practic de la cele mai vechi timpuri. Cuptoarele vechi au fost făcute din lut și au produs câteva kilograme de fontă pe zi. Cuptoarele de top moderne - cele mai mari cuptoare din lume - sunt capabile să producă până la 6.000 de tone de fontă pe zi.
Fonta este produsă prin efectuarea reacțiilor chimice ale minereurilor de fier și mangan cu agenți reducători - monoxid de carbon și carbon atomic în cuptor. Acești agenți reducători se formează ca urmare a arderii în cuptor a combustibilului - cocs, păcură, gaz natural și cărbune zdrobit. Pe lângă minereul de fier și combustibil, se folosesc și alte materiale, în special fluxuri. Fondanți sunt necesare pentru scăderea punctului de topire a minereului de fier gangă transferat la zgură de sulf, fosfor și formarea de cenușă și combustibil ars zgură curgător fuzibilă, care este scos din cuptor.
Materiale de bază pentru un furnal
1) Zheleznyaki este o sursă de fier.
2) Cocsul este un combustibil și un agent reducător.
3) Calcar - la temperaturi ridicate pentru a forma CaO se descompune, care acționează ca un flux și transferă rocile silicioase goale în CaSiO3 zgură.
4) Aer - susține arderea cocsului cu eliberarea căldurii. Îndepărtează unele impurități nemetalice (siliciu, arsen) sub formă de oxizi volatili. Oxidează oxidul de fier FeO din minereu la Fe2O3. care contribuie la conservarea fierului în minereu. Oxidul de FeO, bazic în natură, reacționează cu SiO2 prin formarea de zgură FeSiO3. Aerul face porosul de minereu, ceea ce contribuie la o recuperare uniformă a fierului.
Ore de fier
Crusta pământului conține aproximativ 50% fier sub formă de oxizi, sulfuri și alți compuși - în total, aproximativ 200 de minerale diferite. Pietrele, din care este posibil din punct de vedere tehnic și economic posibil să se obțină metale, se numesc minereuri.
Minerele de fier includ minereu roșu, maro, magnetic și spar fier. Aceste minereuri conțin multe compuși de fier din care sunt extrași și o rocă goală care este relativ ușor separată în timpul prelucrării.
Minerale în minereurile de fier
Principalele minerale care formează minereu de fier sunt hematitul, limonitul și magnetitul.
Limonitul - minereu de fier brun. Conține fier sub formă de oxizi apoși de tip nFe2O3 × mH2 O. În minereu de fier brun, 25-50% fier.
Magnetitul este o piatră magnetică magnetică. Conține fier în principal sub formă de oxid feros Fe3O4. care posedă proprietăți magnetice. Magneții - cele mai bogate minereuri de fier - conțin 40-70% fier.
Pregătirea minereului pentru producerea fontei
Pentru funcționarea normală a cuptorului, acesta trebuie să fie încărcat cu material neuniform de dimensiuni optime. Piesele prea mari de minereu și alte materiale nu vor avea timp să reacționeze corect, iar unele dintre materiale vor fi inutile. Piesele prea mici se potrivesc prea strâns unul cu celălalt, fără a lăsa pasajele necesare pentru trecerea gazelor, ceea ce face ca funcționarea cuptorului să fie dificilă.
Dimensiunea optimă este considerată a fi de 30-80 mm. Piesele mai mari sunt zdrobite la o dimensiune optimă.
Pe de altă parte, atunci când se sfărâmă materialele și minereul minier împreună cu bucățile mari, se formează mici particule, care nu sunt potrivite pentru topire. Astfel de materiale sunt aglomerate la dimensiunea dorită prin aglomerare și laminare.
În plus față de aglomerare și laminare, minereul este îmbogățit. Îmbogățirea se referă la tratamentul prealabil al minereului fără modificarea compoziției chimice a principalelor minerale și a stării lor agregate. Îmbogățirea minereului se produce pentru a crește conținutul de fier în el. În același timp, o parte semnificativă a rocilor sterile este scoasă din minereu. La îmbogățirea minereurilor se utilizează diferite metode: spălarea minereului, metoda flotării, metoda gravitației și îmbogățirea magnetică.
Construcția cuptoarelor
Cuptorul de furnal este un cuptor tip mine. Un diametru domeniu tipic este sub 8,6 m și o înălțime de 20-36 m. Mare furnal, japoneză, are un diametru de 14,9 m. Profilul furnalului și zonele sale de temperatură prezentate în figura 1.
Figura 1 - Profilul cuptorului. Materiale la intrare și ieșire.
Reacții chimice de bază
Blast Furnace
Topirea cuptorului constă în încărcarea separată a aglomeratului fluxat și a cocsului în partea superioară a cuptorului (partea de sus). Ele sunt plasate în straturile cuptorului. Încărcarea este încălzită de căldura de ardere a cocsului în aer cald, care este suflat în partea inferioară a cuptorului. Acuzația scade treptat. Ca rezultat al interacțiunii fizico-chimice ale componentelor încărcăturii și a gazelor în creștere în partea inferioară a cuptorului - forjă - formează două straturi lichide nemiscibile - pe fierul vatra forjă și zgură - din fontă.
Fierul lichid este produs la fiecare 2-3 ore, în cuptoare mari - la fiecare oră. Zgura din cuptor este produsă împreună cu fonta. Ele sunt separate prin închideri speciale.
Cuptorul funcționează, de obicei, continuu timp de mai mulți ani - până la 10 ani.
Procesele fizico-chimice într-un furnal
În furnal, apar simultan următoarele procese:
1) arderea combustibilului carbon și formarea agenților reducători;
2) descompunerea componentelor încărcăturii;
3) reducerea oxizilor;
4) carburizarea fierului și formarea fontei;
5) formarea zgurii.
Arderea combustibilului și a agenților reducători
Combustia combustibilului carbon are loc în partea inferioară a cuptorului atunci când aerul reacționează la o temperatură de 1000-1300 ° C cu cocs:
Dioxidul de carbon rezultat se ridică la cocsul fierbinte și reacționează cu el prin reacția cu formarea unui agent de reducere CO:
Agentul de reducere CO în prezența fierului se descompune prin reacția cu formarea unui agent de reducere a particulelor atomice C:
Reducerea oxizilor de fier
Sarcina principală a procesului de furnal este reducerea fierului din oxizi. Principalul rol în restaurarea fierului îl joacă monoxidul de carbon și negrul de fum atomic, care se formează ca rezultat al procesului de furnal.
Zonele reacțiilor de reducere și temperaturile lor în furnal sunt prezentate în figura 2.
Figura 2 - Schema de reducere a oxizilor de fier
în producția de fontă în cuptor
Reducerea oxizilor de fier se efectuează în următoarea ordine:
Principalele reacții de recuperare sunt următoarele:
În recuperarea fierului, participă și hidrogenul, care este format din apă, care este conținut în încărcătură.
Carbonizarea fierului
Carburizarea fierului se produce datorită interacțiunii fierului burete solid cu carbon:
Aliajul de fier cu carbon are un punct de topire mai mic decât cel al fierului pur. Ca rezultat, picăturile de fier topit se scurg la fundul cuptorului printr-un strat de cocs fierbinte, fiind saturate cu carbon.
Formarea zgurii de furnal
Principalele reacții ale formării zgurii sunt următoarele:
Reacțiile adverse ale reducerii impurităților
Ca rezultat al reacțiilor adverse, elementele de impurități cum ar fi manganul, siliciul și fosforul sunt reduse:
Astfel, într-un furnal, obținem un fel de fier contaminat, adică fier, care conține cantități mari de carbon liber și oligoelemente - mangan, siliciu și fosfor.
Domeniul fontei
Compoziția chimică tipică a fontei de furnal:
Fier (Fe) = 93,5-95,0%
Siliciu (Si) = 0,30-0,90%
Sulf (S) = 0,025-0,050%
Mangan (Mn) = 0,55-0,75%
Fosfor (P) = 0,03-0,09%
Titan (Ti) = 0,02-0,06%
Carbon (C) = 4,1-4,4%
Din cuptorul de fontă, oțelul este topit. procesul de fabricare a oțelului, aproximativ vorbind, este de a reduce conținutul de fier al carbonului și purificarea acestuia de mangan excesivă, siliciu, fosfor și alte impurități.
Trimiteți-le prietenilor: