Продукты доменной плавки. Конечными продуктами доменной плавки являются чугун и шлак, выпускаемые из доменной печи в огненно-жидком виде

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун и шлак, выпускаемые из доменной печи в огненно-жидком виде, и доменный газ. Чугун является основным продуктом домен­ного производства, а шлак и доменный газ — побочными.

Виды, состав и назначение доменных чугунов. Цель доменного производства состоит в получении чугуна, пред­ставляющего собой многокомпонентный сплав железа с угле-

родом, кремнием, марганцем, фосфором и серой. В зависи­мости от назначения чугуна и от состава проплавляемых шихтовых материалов в нем может содержаться, кроме того, еще хром, никель, ванадий, титан, медь и мышьяк. Содержа­ние основных элементов (С, Si, Мп, Р, S, Cr, Ni, Cu, As) в чугуне регламентируется соответствующим стандартом или техническими условиями.

Состав чугуна, получаемый в ходе доменной плавки, оп­ределяется требованиями потребителей и возможностями до­менной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать сос­тав шихтовых материалов и технологический режим плавки.

Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют на три основных вида:

передельный, предназначенный для дальнейшего передела в сталь;

литейный, используемый после переплава в чугунопла­вильных цехах для отливки чугунных изделий;

доменные ферросплавы— в основном ферромарганец, используемый в сталеплавильном производстве в качестве добавки в жидкую сталь для ее раскисления и легирования.

Передельный чугун является преобладающим видом продук­ции доменного производства. На его долю приходится около 90% общего производства чугуна. Он используется в качес­тве шихтового материала при производстве стали в конвер­терах, мартеновских и электродуговых печах. Передельный чугун в соответствии с существующими стандартами может содержать 0,3-1,2% Si, 0,15-1,0 (иногда до 1,5%)Мп и делится на три класса по содержанию фосфора (не более 0,1; 0,2 и 0,3%) и на пять категорий по содержанию серы (не более 0,01; 0,02; 0,03; 0,04 и 0,05%). С целью эко­номии дефицитного марганца в настоящее время, как уже от­мечалось (см. п.2 § 3), выплавляют маломарганцовистые чугуны с содержанием марганца 0,1—0,5 %.

В небольших количествах выплавляют высококачественный передельный чугун, маркируемый буквами ПВК, что означает передельный высококачественный коксовый. Он отличается от обычного передельного пониженным содержанием фосфора (=Ј0,02-0,05%) и серы (=Ј0,015-0,025%). На заводах, ис­пользующих высокофосфористые железные руды, выплавляют чугуны с повышенным содержанием фосфора; стандартом пре­дусмотрены три марки подобных чугунов, различающихся со-

держанием фосфора (0,3-0,7; 0,7-1,5 и 1,5-2,0 %Р). Эти чугуны перерабатывают в сталь по специально приспособлен­ной для этого технологии (в кислородных конвертерах и мартеновских печах) с получением помимо стали фосфатных шлаков.

Содержание углерода в передельном чугуне стандартами не нормируется, поскольку оно определяется содержанием других элементов; его можно приближенно определить по формуле: С = 4,8 + 0,03 Мп - 0,27 Si - 0,32 Р - 0,032 S, где Mn, Si, P и S — соответственно содержание в чугуне марганца, кремния, фосфора и серы, %. В малофосфористых (< 0,3 % Р) чугунах обычно содержится 4,0—4,8 % углерода.

Литейный чугун отличается от передельного повышенным содержанием кремния и в некоторых марках — фосфора. Шесть марок литейного чугуна (Л1—Л6) содержат от 1,2—1,6 до 3,2—3,6% Si и от 0,3 до 0,9—1,5% Мп; каждую марку делят на четыре категории по содержанию серы («0,02—0,05%) и на пять классов по содержанию фосфора (соответственно < 0,08; < 0,12; < 0,3; 0,3-0,7 и 0,7-1,2 % Р). Фосфор придает металлу хрупкость, поэтому отливки ответственного назначения делают из чугунов с низким содержанием фосфо­ра. Высокофосфористые чугуны используют для получения художественного литья в связи с тем, что жидкий чугун с высоким содержанием фосфора обладает высокой жидкотеку-честью и поэтому хорошо заполняет литейные формы самой сложной конфигурации.

К доменным ферросплавам относятся: ферромарганец (70— 75%Мп и более, до 2% Si, 0,33-0,45% Р, до 0,03% S); а также выплавлявшиеся ранее бедный ферросилиций (9—15 % Si) и зеркальный чугун (15—25 % Мп). В настоящее время последние два ферросплава в доменных печах не выплавляют из-за неэкономичности передела.

Доменный шлак. Выплавка чугуна в доменных печах неиз­бежно сопровождается получением значительного количества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки. Шлак образуется в доменной печи из составляющих пустой породы железных руд, вносимых агломератом и окаты­шами, золы кокса и составляющих флюса, Tie. известняка (в основном, это СаО), который вводят в шихту агломерации и иногда добавляют в небольших количествах в доменную печь. Количество шлака определяется степенью обогащения желез-

ных руд и требуемой основностью шлака. Чем больше в руде остается пустой породы и чем больше требуемая основность шлака, т.е. чем больше расход известняка, тем выше выход (количество) шлака. Обычно при выплавке передельного и литейного чугунов выход шлака составляет 0,3—0,6 т на 1т чугуна и иногда более.

Основными составляющими шлака являются оксиды кремния (SiO_z), кальция (СаО), алюминия (А1₂0,)„ магния (MgO), a также небольшое количество FeO, MnO, CaS. В шлаках обычно содержится 6—20% глинозема (А1₂Оз), 38—42% кремнезема (SiO_z), 38-48% извести (СаО), 2-12% магнезии (MgO); 0,2-0,6% FeO; 0,1-2% MnO и 0,6-2,5% серы, в основном, в виде CaS. При этом шлаки характеризуются следующими значениями основности: СаО: SiO_z = 0,9*1,3; (СаО + MgO)::Si0₂ = 1,05*1,45 и (СаО + MgO):(Si0₂ + А1₂Оз) = 0,7*1,2.

Основную часть (> 90—95 %) доменного шлака перерабаты­вают, получая сырье для производства различных строитель­ных материалов (см. § 5, гл. 4).

Доменный (колошниковый) газ. Газ, выходящий из печи через ее верхнюю часть — колошник, называют колошниковым. Он состоит из СО, СН₄, Н₂, С0₂ и N₂. После очистки от со­держащейся в нем пыли, газ используют как топливо для на­грева насадок воздухонагревателей, стальных слитков, кок­совых батарей, для отопления котлов и других целей. Горю­чими компонентами в газе являются СО, Н₂ и СН₄. Зная эн­тальпию химических реакций горения этих компонентов, мож­но подсчитать, что при полном сгорании каждого процента оксида углерода теплота сгорания 1 м³ газа повышается на 126 кДж, а каждого процента водорода и метана соответст­венно на 108 и 263 кДж. При выплавке передельного чугуна на атмосферном дутье (без вдувания природного газа) в га­зе содержится 12-18% С0₂; 24-30% СО; 0,2-0,5% СН₄; 1,0—2,0% Н₂ и 55—59% N₂ и теплота сгорания газа состав­ляет 3500—4000 кДж/м³. При применении комбинированного дутья снижается содержание азота и соответственно возрас­тает количество других составляющих газа, особенно водо­рода. Например, при обогащении дутья кислородом до 24—30% и соответствующей подаче природного газа содержа­ние оксида углерода составляет 22—27 %, диоксида углерода 15—22 %, водорода 8—11 % и азота 43^55 %. Теплота сгора­ния такого газа равна 4200—5000 кДж/м³.