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.
