Металлургическая кухня 12/27/2019 Читать 10 мин

Чугун


Наконец мы добрались до настоящих зрелищ. Выпуск чугуна из доменной печи напоминает извержение вулкана или салют. Равнодушным остаться невозможно.

Все продукты для основного блюда металлургического комбината готовы. Мы добывали уголь и перерабатывали его в кокс, доставали из недр земли руду и изготавливали из нее агломерат. Узнали, что такое флюсы и для чего используется известняк. Теперь все эти ингредиенты мы опустим в огромный сосуд — доменную печь и станем варить чугун. 

Чугун и сталь — это сплавы железа с углеродом и примесями других химических элементов. Общее в них — железо. А отличие в том, что в чугуне углерода больше, чем в стали. Из чугуна делают множество вещей — от канализационных люков до батарей и сковородок. А еще его перерабатывают в сталь: добавляют стальной лом и легирующие элементы, снижают концентрацию углерода и вредных примесей — фосфора и серы, которые делают сталь хрупкой и ломкой. 

На обычной кухне хозяйки носят фартуки и прячут волосы. У нас точно так же — металлурги обязательно надевают защитные костюмы, каски и очки. 

УСТРОЙСТВО ДОМЕННОЙ ПЕЧИ 

Главное на кухне — это печь. На металлургических комбинатах тоже печь, только доменная. Если сравнить с кухонной техникой, то это похоже на мультиварку. Два в одном — и печка, и кастрюля. 

Доменная печь, или домна, по форме напоминает большую круглую башню. Она достигает 35 м в высоту и имеет 1000–5500 м3 полезного объема. Главная особенность печи — с момента запуска она должна постоянно работать, потому что процесс плавки чугуна останавливать нельзя. 

2250 °C — максимальная температура в домне. Это всего лишь вдвое ниже, чем на поверхности Солнца

Температура в домне достигает 2000 °C. Внутри она выложена огнеупорным материалом, а снаружи одета в стальной кожух. Верхняя часть доменной печи называется колошником. Его ширина — около 8 м. Сюда загружается шихта: железосодержащие компоненты (агломерат, окатыши), кокс и флюсы. Размер, качество и количество каждого отдельного ингредиента влияет на итоговый продукт. Если куски большего размера, чем необходимо, их пропускают через грохоты. Затем порциями отправляют в доменную печь.

На фото: доменная печь

Чтобы доставить ингредиенты на высоту 35 м, используется скиповый подъемник или конвейеры. Ингредиенты поступают постоянно и засыпаются слоями. Для герметичности подачи и равномерного распределения шихты используется засыпной аппарат. От загрузки продуктов до получения готового блюда проходит около шести часов. 

Самая широкая часть домны — это распар. Он имеет форму цилиндра и находится посредине агрегата. Из колошника ингредиенты опускаются в шахту, которая расположена между колошником и распаром. 

Самая нижняя часть домны — горн. Это ее сердце. Именно здесь собирается чугун и шлак. Дно домны называется лещадь. Она стоит на железобетонном фундаменте. 

ВЫПЛАВКА ЧУГУНА 

Чтобы домна «готовила», нужна очень высокая температура. Главное топливо — кокс. Его разжигают подогретым воздухом. Как костер в лесу: чтобы поленья разгорелись, на них нужно подуть. Этот процесс так и называется — горячее дутье.  

Чтобы пламя разгоралось быстрее, к воздуху добавляют кислород — такое дутье зовется комбинированным. В верхней части горна располагаются специальные приспособления для вдувания воздуха — фурмы. В них вставлены трубы с двойными стенками. Между стенками труб циркулирует вода для охлаждения фурм. По трубам подается нагретый до 1050–1300 °С воздух. Процесс нагревания происходит в каупере — воздухонагревателе.  

2 500 000 000 сковородок можно изготовить из чугуна Метинвеста за год

Нагреватель лишь ненамного уступает в размерах самой доменной печи. Он представляет собой вертикальный цилиндрический стальной кожух с внутренней «шахматной» насадкой из огнеупорного кирпича. Очищенный газ из доменной печи подводится к кауперу и сжигается в камере горения. Продукты горения поднимаются вверх и нагревают кирпичную насадку. Когда достигается необходимая температура, обогрев прекращается, и каупер переводится в режим дутья для подачи тепла к фурмам. 

У каждой домны обычно три-четыре каупера. Два нагреваются, а остальные подают горячее дутье. Потоки переключаются так, что заданная температура поддерживается непрерывно. 

От горячего воздуха вблизи фурм кокс начинает гореть. Продукты сгорания поднимаются вверх и нагревают шихту. Под воздействием температуры она размягчается и опускается вниз. Вследствие химической реакции железо восстанавливается и обогащается углеродом. Оно расплавляется и каплями стекает в горн, образуя чугун.

На фото: доменные печи Запорожстали

В современных доменных печах на 1 тонну чугуна выделяется 1250–1800 м3 газа. Его используют как топливо в других процессах на металлургической кухне. 

Как крупу перед приготовлением промывают и очищают от сора, так доменный газ необходимо освободить от пыли. Ее количество зависит от качества подготовки сырья к плавке, прочности кокса и работы печи. При плохих условиях количество пыли может достигать 100 г/м3. При хороших условиях — 30–35 г/м3. Для нормальной работы горелок доменный газ очищают, чтобы содержание пыли не превышало 5 мг/м3. 

Для каждой доменной печи сооружают индивидуальную систему газоочистки из нескольких последовательно установленных аппаратов. Пыль классифицируют на грубую, полутонкую и тонкую. Доменный газ можно очистить сухим и мокрым способом. Сначала проводится грубая очистка сухим способом. Затем — полутонкая. Газ обильно увлажняется, смоченные частицы пыли удаляются в виде шлама. Последняя стадия — тонкая очистка наэлектризованием частиц. 

Конечные продукты доменной плавки — это чугун и шлак. Для выпускания продуктов плавки из домны есть отверстия — летки. 

Их количество может быть разным — от одного в малых печах до трех-четырех в крупных. К примеру, на комбинатах Метинвеста в основном работают средние доменные печи с двумя летками. Благодаря тому что плотность шлака меньше, чем чугуна, они никогда не смешиваются. 

Чугун и шлак выпускают циклично через определенный промежуток времени. Отверстие для выпуска продуктов плавки не может быть открытым постоянно, поэтому его закрывают огнеупорной массой. Забивку массы, а также бурение отверстия для выпуска делают специальные машины. Чугун и шлак выливают в ковши. Для транспортировки чугуна используют чугуновозы с открытым грушевидным ковшом или ковши миксерного типа. 

Производство чугуна

ВИДЫ ЧУГУНА 

Вот и все — чугун готов! Но он бывает разным. В зависимости от назначения чугуны разделяют на виды: передельный (для дальнейшего передела в сталь), литейный (для отливки изделий), доменные ферросплавы (используются в сталеплавильном производстве). 

Товарный чугун, который предназначен для продажи, подается на ленточный конвейер разливочной машины из двух параллельных бесконечных цепей. К ним прикреплены чугунные изложницы — мульды. Это специальные формы, в которые расплавленный чугун выливается из ковша. Будущие слитки (чушки) обрызгиваются водой для охлаждения. Цепи непрерывно двигаются. Слитки застывают, опрокидываются и по желобу попадают на железнодорожную платформу или в вагонетку. Масса одной чушки — от 12 до 18 кг. 

Полученный из доменной печи шлак не пропадает! Его применяют в строительстве железобетонных сооружений и дорог. Жидкий передельный чугун отправляется дальше. Как из него получается сталь, вы узнаете в наших следующих выпусках.