Сырье для производства чугуна

• Железная руда
• Кокс
• Флюсы

Железная руда

Железная руда является основным сырьем для производства чугуна. Она содержит соединения железа, которые при восстановлении в печи превращаются в металлическое железо.

Кокс

Кокс представляет собой твердое топливо, получаемое в результате коксования угля. Он используется в доменной печи в качестве восстановителя, а также в качестве источника тепла.

Флюсы

Флюсы — это вещества, которые добавляются в доменную печь для удаления примесей и шлаков. Наиболее распространенными флюсами являются известняк и доломит.

Доменная печь

Доменная печь представляет собой высокую вертикальную печь, в которую сверху загружаются сырье, а снизу подается горячий воздух. Внутри печи происходит ряд сложных химических реакций, в результате которых образуется чугун и шлак.

Конструкция доменной печи

Доменная печь состоит из следующих основных частей:

• Колошник — верхняя часть печи, куда загружается сырье.
• Распар — часть печи, где происходит нагревание и предварительное восстановление руды.
• Шихта — центральная часть печи, где происходит основное восстановление железа и образование шлаков.
• Горн — нижняя часть печи, где скапливаются расплавленный чугун и шлак.
• Летники — отверстия в фурме, через которые в печь подается горячий воздух.
• Под — основание печи, которое поддерживает вес надземных конструкций и противостоит высокой температуре.

Процесс в доменной печи

Процесс в доменной печи начинается с подачи в колошник сырья (руды, кокса и флюсов). Сырье постепенно опускается в печь, нагреваясь и претерпевая различные химические реакции. В процессе нагрева кокс начинает гореть, выделяя большое количество тепла. Горячий воздух, подаваемый через фурмы, обеспечивает дополнительное тепло и способствует восстановлению железа.

В верхней части печи происходит нагревание и частичное восстановление руды оксидом углерода (CO), образующимся при горении кокса. По мере опускания в печь руда подвергается дальнейшему восстановлению и плавится. Оксид железа (Fe₂O₃) восстанавливается до металлического железа (Fe) следующим образом:

  Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
  

В средней части печи происходит интенсивное восстановление железа и образование шлаков. Шлак представляет собой расплав, состоящий в основном из примесей, содержащихся в руде и коксе. Флюсы добавляются в печь для связывания примесей и образования шлака, который затем отделяется от чугуна.

В нижней части печи расплавленный чугун и шлак скапливаются в горне. Чугун представляет собой сплав железа с углеродом, содержащий также другие элементы. Шлак удаляется из печи через отдельное отверстие.

Виды чугуна

Чугун классифицируется по своему химическому составу и структуре.

Серый чугун

Серый чугун является наиболее распространенным видом чугуна. Он содержит относительно большое количество углерода (2,5-4%) в виде графита. Графит придает чугуну серый цвет и делает его хрупким.

Белый чугун

Белый чугун содержит меньше углерода (менее 2,5%) и почти весь углерод находится в связанном состоянии. Это придает чугуну беловатый цвет и делает его более твердым и хрупким, чем серый чугун.

Легированный чугун

Легированный чугун содержит различные добавки, такие как кремний, марганец и другие металлы, которые улучшают его свойства. Легированный чугун может быть различного типа, в зависимости от добавил сплавов.

Применение чугуна

Чугун широко используется в различных отраслях промышленности, в частности:

• Автомобильная промышленность (блоки цилиндров, поршни, коленчатые валы)
• Литейное производство (детали машин, трубы, радиаторы)
• Строительство (чугунные ванны, раковины, трубы)
• Машиностроение (станины станков, шестерни)
• Водопроводные и канализационные системы

Экологические аспекты производства чугуна

Производство чугуна связано с выбросами загрязняющих веществ в окружающую среду. Основными источниками загрязняющих веществ являются:

• Выбросы пыли и газов из доменной печи
• Выбросы при коксовании угля
• Отходы шлака и пыли

Принимаются различные меры для снижения воздействия производства чугуна на окружающую среду, например:

• Усовершенствование систем пылеулавливания
• Использование кокса с низким содержанием серы
• Переработка шлака и пыли
• Энергосберегающие технологии