Въведение
Чугунът се получава в шахтова топилна пещ, известна като висока или доменна пещ (blast furnace). Изходните материали - желязна руда (агломерат), кокс и варовик - се дозират в гърлото на пещта, а в по-ниските й зони се вдухва нагрят въздух. При горенето на кокса се осигуряват условия за редукция на железния оксид от рудата и насищане на полученото желязо с въглерод. Продуктите на топилния процес - чугун и шлака - се изпускат през отвори, разположени най-долу в пещта. Кампанията на една висока пещ, от запалването й до нейния основен ремонт, е около 10 години. В Европа, първите пещи са се появили през 14-тия век.
1. Кратко описание на високата пещ и на процесите в нея
Високата пещ представлява вертикално разположено топилно съоръжение (фиг.1). Има стоманена конструкция, която отвътре е облицована с огнеупорна зидария. Ориентировъчно, при производство на 7-12000 т чугун в денонощие, височината й достига 30 m при максимален диаметър 8 m, а за придвижването на насипните материали до дъното на пещта, където те се превръщат в течни продукти, са необходими около 6-8 часа.
Пещта е съставена от пет конструктивни части:
- горна цилиндрична част (гърло), служеща за зареждането и разпределението на смесените в определена пропорция материали (шихта). Тази част изпълнява и функцията на газов затвор на пещта;
- голяма по височина, разширяваща се надолу конична част (горен конус, шахта), в която се извършва нагряването на материалите и редукцията на железния оксид;
- широка цилиндрична част (распер), където редуцираното желязо се размеква;
- стесняваща се конична част (долен конус), където се образува редукционния газ - въглероден монооксид;
- цилиндрична част (огнище), служеща за събиране на течните продукти на топилния процес - чугун и шлака.
Преминаването на рудата в метал става чрез различни химични процеси. При формите, където притокът на кислород е най-голям, коксът, който има съдържание на въглерод около 90-93%, изгаря с отделяне на голямо количество топлина и с образуване на въглероден диоксид:
C + O2 = CO2 + Q
Въглеродния диоксид се издига над обогатената с кислород зона, влиза в реакция с кокса и се образува въглероден монооксид:
CO2 + C = 2CO .
Издигайки се нагоре, въглеродният монооксид взаимодейства с железните оксиди от рудата (най-често хематит - Fe2O3) по реакциите:
3Fe2O3 + CO = CO2 + 2Fe3O4 (започва при около 450 °C)
Fe3O4 + CO = CO2 + 3FeO (при 600 °C)
FeO + CO = CO2 + Fe или FeO + C = CO + Fe (при 700 °C) .
Получените в резултат на редукцията железни капки се стичат надолу (под формите) през нажежения кокс и се овъглеродяват, като се образува цементит (Fe3C):
3Fe + C = Fe3C
3Fe + 2CO = Fe3C + CO2 .
Така се получава сплав, имаща високо (около 4%) съдържание на въглерод - чугун. В чугуна присъстват малки количества силиций и манган, както и вредни примеси - сяра и фосфор.
Варовикът (CaCO3) от шихтата при 600-900 °C се разлага по реакцията:
CaCO3 = CaO + CO2 .
Полученият калциев оксид се съединява със силикатите от скалната част на рудата, както и с пепелта от изгорелия кокс, като се образува течна шлака. Шлаката се натрупва в огнището над чугуна, защото е по-лека от него.
Високата пещ е конструирана така, че посочените процеси да протичат непрекъснато.
Чугунът и шлаката се изпускат периодично (фиг.2). Шлаката при охлаждането си във вода се гранулира в стъкловиден материал, който се използва като пълнител към бетона и като баласт в пътната настилка. Чугунът се излива в специални металовози и в течно състояние се пренася в стоманодобивния цех.
Горещите газове, отвеждани от най-горния край на високата пещ, съдържат въглероден монооксид и други съставки, способни да горят. Тези газове се филтрират последователно за отделяне на едрите частици и прахта, след което се вкарват в долната част на въздухонагревателно съоръжение, наречено по името на създателя си, каупер. Кауперът (фиг.2) представлява вертикална цилиндрична стоманена конструкция с вътрешна шахматно (решетъчно) изградена зидария от огнеупорни тухли. В неговата горивна камера, газовете от високата пещ изгарят, изкачват се нагоре, изменят посоката си в подкуполното пространство, насочват се за нагряване на зидарията и се отделят. Когато температурата стане достатъчно висока, подаването на високопещен газ се прекратява и започва компресирането на студен въздух. Той се нагрява до 900-1200 °C и по въздухопроводи постъпва във формите на пещта. Група от три или четири каупера се включват последователно, като едни от тях се подгряват с високопещен газ, а други в това време служат за нагряване на въздуха, необходим за работата на високата пещ.
|
|
Позициите на фигурите се попълват по време на учебния час.
2. Задачи за изпълнение
1. Запознаване с устройството и работата на високата пещ.
2. Запознаване с компютърната програма за управление на висока пещ Nо3 от Mittal Steel - Галац, Румъния.
(снимката на Mittal Steel - Галац, Румъния, е от автора на CastingArea, 2008)
 |
 |
Литература и интернет
Списъкът на литературните източници и на свързаните с темата интернет-страници временно е свален.
Авторските права на публикуваните фигури са уредени със съответните им носители срещу поемане на рекламни (свързани с пари) ангажименти от страна на CastingArea. Поради това, фигурите не би трябвало да се ползват при писането и публикуването на учебни материали от други автори.
още теми по Материалознание 1 и 2 учебник по Материалознание 2 главна страница на CastingArea