Флюс для доменного процесса

Флюсы

ФЛЮСЫ, плавни, минеральные вещества, добавляемые в шихту металлургических печей для получения шлаков определенного химического состава и требуемых физических свойств. Добавка флюсов имеет своей целью, как понижение, так и повышение температуры плавления шлака. Сообразно с характером шлаков флюсы обычно делятся на кислые и основные, реже применяются флюсы глиноземистые. В исключительных случаях (например, катастрофические неполадки) приходится прибегать к сильно действующим флюсам, позволяющим получить легкоплавкие шлаки для быстрого исправления ненормальной работы печей или ненормального состояния их огнеупорной футеровки. Подобными же флюсами пользуются и систематически для получения достаточно жидкоплавких (подвижных), а, следовательно, более активных шлаков. Однако в этих случаях ограничиваются применением только весьма небольших количеств таких сильно действующих флюсов.

Флюсы в металлургии черных металлов . При металлургических процессах получения (и нагревания) черного металла (чугуна, железа и стали) обычно пользуются следующими флюсами. Кислые флюсы (кварц, кварцит, кварцевый песок, бой динасового, кремнистого кирпича, бой красного кирпича) применяются сравнительно редко и в ограниченном количестве. Это объясняется главным образом тем обстоятельством, что большинство железных руд и почти все сорта минерального горючего (кокс, антрацит) имеют кремнистую или кремнисто-глиноземную пустую породу и требуют обычно не кислого, а основного флюса. Кислый флюс вводится в шихту в виде бедных руд с кремнистой пустой породой (железистые кварциты) или кислых передельных шлаков (бессемеровский шлак, шлак сварочных печей, нагревательных колодцев и так далее). Иногда бедные кремнистые руды или передельные кислые шлаки даются в шихту одновременно с основными флюсами в целях увеличения общего количества шлака. Это делается, например, в доменном производстве при выплавке литейных чугунов для более успешного восстановления кремния при увеличенном количестве шлака. Такой же прием целесообразно применять и для наводки нового шлака в мартеновских печах. Кремнистые флюсы (кварцевый песок, молотый кварцит) часто служат также достаточно дешевым и быстродействующим средством для разжижения густых шлаков и для разъедания («стравливания») основных настылей и твердых образований на поду основных мартеновских печей или в горне (в шахте) печей доменных. В этих случаях пользоваться кислым флюсом следует с большой осторожностью (во избежание разъедания стен и пода печи). Кислым же флюсом (кварцевым песком) обычно пользуются для легкого удаления окалины в виде жидкого шлака из нагревательных колодцев и сварочных печей в том случае, если работа на «сухой подине» (сделанной из магнезитового кирпича или талькового камня) считается менее удобной.

Глиноземистые флюсы применяются еще реже, чем флюсы кислые. Это происходит не только потому, что чистые глиноземистые флюсы, например, бокситы, довольно редки и достаточно дороги, но и потому, что в большинстве случаев практики естественное содержание глинозема в шлаках получается вполне достаточным с точки зрения их физических качеств. С химической же точки зрения содержанию глинозема в шлаках обычно не придается большого значения. Практически в качестве глиноземистых флюсов приходится применять бой шамотного кирпича или глину. Это приводит к тому, что вместе с глиноземом вводится значительное количество кремнекислоты, т. е. дается кремнисто-глиноземистый флюс. Несмотря на кажущуюся нерациональность добавки таких флюсов применение их в некоторых случаях вполне оправдывается. Так, при работе древесноугольных доменных печей на рудах с сильно магнезиальной пустой породой добавка глины или глинистого сланца дает возможность получить вполне нормальный по жидкоплавкости шлак (прежняя работа доменных печей на штирийской руде, современная работа Забайкальского Петровского завода на рудах Балягинского месторождения). Глиноземистые флюсы оказывают весьма благотворное влияние и на свойства шлаков сталеделательных производств. Этим иногда пользуются при работе в тиглях, в кислых мартеновских печах и в печах электрических. Добавку глиноземистых материалов одновременно с основными флюсами следует считать вполне рациональной мерой для наводки конечных шлаков в основных мартеновских и электрических печах. Такая добавка целесообразна во всех тех случаях, когда приходится заботиться об увеличении количества шлака для понижения концентрации тех его составных частей, которые являются слишком трудноплавкими и делают шлак слишком густым. В качестве примера можно привести шлаки основных мартеновских печей, перерабатывающих большие количества хромистых возвратов (шлаки, настыли, печные выломки и др.) или ведущих передел чугунов с высоким содержанием хрома (халиловские чугуны с 2,5—3,0% хрома). Добавка глиноземистых флюсов (боя посуды с фаянсовых фабрик) практикуется иногда и для сварочных печей (сварка мелких труб из бессемеровской полосовой заготовки на американских заводах).

Основные флюсы играют в черной металлургии значительно более важную роль. В числе последних следует отметить: известняк, известь и доломит. Расход основного флюса (известняка и извести) на современных металлургических заводах достигает огромных цифр, о чем можно судить, например, по следующим данным: на 1 т чугуна, выплавляемого в коксовых доменных печах, расходуется от 0,40 до 0,80 т известняка; на 1 т основной мартеновской стали расходуется около 0,10—0,12 т (т. е. около 10—12%) известняка, а на 1 т томасовской стали около 0,12—0,15 т (т. е. 12—15%) обожженной извести. Такое широкое применение основного флюса в черной металлургии объясняется не только тем, что кремнисто-глиноземистая пустая порода руды и зола кокса требуют значительного количества основных окислов для своей флюсовки, но и тем, что большинство производственных процессов черной металлургии имеет своей главной задачей борьбу с вредными примесями — серой и фосфором. Успешное выполнение этой задачи возможно только при условии работы на основных шлаках, для образования которых необходима добавка значительных количеств основного (известкового) флюса. В качестве основного флюса коксовой (а иногда и древесноугольной) доменной плавки обычно применяется известняк. Он д. б. достаточно дешев и чист в отношении содержания кремнекислоты, серы, фосфора, мышьяка и других примесей (содержание SiО₂ в пределах 1—3%), свободен от примазки земли и глины, достаточно прочен. Известняк применяется в дробленом виде (куски размером до 150 мм в поперечнике) с обязательным отсевом от мелочи и мусора. При коксовой доменной плавке часть известкового флюса может быть с успехом заменена доломитом, который применяется в таком же виде, как и известняк. Замена известкового флюса доломитом допускается на 1/4—1/5 (до содержания около 10% MgO в доменном шлаке) и дает улучшение физических качеств шлака (увеличение жидкоплавкости при той же температуре плавления). Это значительно облегчает работу доменной печи, особенно при достаточно вязких глиноземистых шлаках. Однако применение доломита в некоторых районах затрудняется более высокими ценами (транспорт) на доломит по сравнению с известняком. Такое неблагоприятное соотношение наблюдалось на всех наших южных заводах. Некоторые американские заводы (Пенсильвания), наоборот, имеют возможность получать доломит по очень низким ценам (доменные печи некоторых заводов построены на доломитовой скале) и широко используют эту возможность для улучшения физических свойств доменных шлаков. С этой точки зрения можно считать вполне целесообразным применение в доменных печах доломитизированных известняков , т. е. известняков, содержащих некоторое количество магнезии. Применение обожженной извести или обожженного доломита в качестве флюса доменной плавки не допускается, т. к. не м. б. оправдано никакими соображениями. В качестве суррогата основного флюса в доменных печах, чугуноплавильных вагранках и в газогенераторах, работающих с выпуском жидкого шлака, с успехом применяется основной мартеновский шлак, содержащий достаточно высокий % извести и магнезии (в сумме до 50%) при довольно значительном содержании металлических окислов (сумма окислов железа и марганца 20—25% и выше). Такой оборотный шлак является своего рода бедной железной рудой с основной пустой породой и с повышенным содержанием марганца и фосфора. Утилизация оборотного мартеновского шлака в доменном производстве повышается с каждым годом и дает значительные экономические преимущества. Сравнительно редко представляется возможность использовать в качестве основного флюса пустую породу руды или золу топлива. Однако и эти случаи встречаются в некоторых металлургических районах. Так, мощные залежи оолитовых бурых железняков «минетт», находящиеся в Эльзас-Лотарингии, Бельгии и Люксембурге, содержат сорта руды, как с кислой, так и основной пустой породой. Это позволяет вести плавку смеси этих руд без добавки флюсов (известняка) или с незначительным его количеством. Получение такой самоплавкой шихты не только устраняет затраты на покупку известняка, но значительно улучшает общие технико-производственные показатели работы доменных печей. Иногда кокс (например, в Верхней Силезии) содержит в золе значительное количество основных окислов (СаО и MgO). Зола этого кокса может считаться самоплавкой, что значительно уменьшает расход основного флюса (известняка) по сравнению с работой на обычном коксе (кремнисто-глиноземистая зола).

Расход основного флюса в доменном производстве зависит от богатства руды, состава ее пустой породы, относительного расхода кокса, содержания в нем золы, состава последней и т. д. При плавке бурых железняков Клевеленда (Англия) расход известняка доходит до 0,8—1,0 на 1 т чугуна. К основным флюсам, применяемым в сталеделательных производствах, предъявляются те же требования, как и в доменном производстве, в смысле небольшого содержания серы, фосфора, мышьяка и нерастворимого осадка (SiО₂+Al₂О₃). Но в отличие от флюса доменной плавки, известняк, идущий в мартеновские печи, не должен содержать заметных количеств магнезии (не выше 2—3% MgO), а доломит совершенно не допускается в качестве флюса мартеновского процесса, т. к. содержание магнезии в основных мартеновских шлаках достаточно высоко вследствие разъедания основной (магнезитовой или доломитовой) наварки подины и откосов печи. Вместо известняка в основной мартеновской печи частично, а в электропечах и томасовском конвертере всегда, применяется обожженная известь. Выгодность применения извести мотивируется следующими соображениями. 1) Разложение известняка требует довольно значительной затраты тепла по реакции:

СаСО₃ = СаО+СО₂ -13920 Cal.

Эту простую операцию выгоднее производить в специальной известково-обжигательной печи, а не в таком дорогом производственном агрегате, каким является мартеновская печь. 2) Реакции шлакования известняком в конце операции идут с большим поглощением тепла, требуют больше времени и сильно студят ванну, т. е. в конечном счете уменьшают производительность печи. 3) При высоких температурах мартеновского процесса углекислота, выделяющаяся при разложении известняка, может окислять примеси металла, например, углерод по реакции:

тогда как при работе с известью можно было бы ожидать протекания реакции по следующему уравнению:

т. е. с значительно меньшей затратой тепла и с большим выходом металла вследствие того, что окисление углерода идет за счет кислорода руды и сопровождается восстановлением железа (вместо 12 весовых частей углерода восстанавливается 56 весовых частей железа). Однако работа с обожженной известью также имеет свои недостатки: 1) требует установки известково-обжигательных печей, 2) вызывает необходимость иметь крытые склады и специальный подвижной ж.-д. состав, 3) удорожает значительно стоимость флюсов, что не всегда покрывается преимуществами работы на обожженной извести, 4) затрудняет хранение на складах, 5) ухудшает санитарно-гигиенические условия рабочего персонала, 6) уменьшает интенсивность перемешивания ванны при разложении («кипении») известняка. Работа в основных мартеновских печах с применением обожженной извести широко практикуется на германских заводах; на заводах США, наоборот, работа в таких печах ведется почти исключительно на сыром известняке. Исследования проведенные отдельными американскими заводами, говорят даже за то, что в условиях американской практики применение извести в мартеновских печах при работе дуплекс-процессом не дает даже увеличения производительности и представляется менее выгодным по сравнению с работой на сыром известняке. Вопрос о применении известняка или извести должен разрешаться для каждого частного случая отдельно с учетом всех местных технико-экономических условий. Однако нет никаких сомнений в том, что во второй половине процесса плавки в печь должна задаваться только обожженная известь. Возможно, что такой комбинированный метод работы с дачей сырого известняка в завалку и обожженной извести для окончательной доводки шлака может оказаться наиболее рациональным и рентабельным для большинства случаев практики.

Высказанное положение не противоречит тому факту, что в условиях американской практики при работе в кислой мартеновской печи в конце плавки иногда производят добавку сырого известняка в целях торможения кремневосстановительного процесса. Такая добавка производится в очень незначительных количествах и имеет своей целью не только уменьшить концентрацию свободной SiО₂ шлака (что можно было бы сделать и при помощи добавки СаО), но вместе с тем стремится понизить и температуру металлической ванны за счет затраты тепла на нагревание и разложение СаСО₃. Незначительная добавка основного флюса довольно существенно меняет состав кислого мартеновского шлака и обычно практикуется с таким расчетом, чтобы в шлаке содержалось 5—8% СаО. Обожженная известь для томасовского и мартеновского производств должна содержать >2—3% SiО₂, >0,2 % серы, >2—3% MgO, д. б. свежеобожженной, без пыли и мелочи, в кусках размером 75—150 мм, причем допускается недожог ее (содержание СО₂ до 2—4%). Для электропечей известь должна храниться в закрытых бункерах и подаваться к печам с возможно меньшим содержанием поглощенной из воздуха влаги.

Наиболее эффективным флюсом основного мартеновского процесса является плавиковый шпат, или фтористый кальций (CaF₂). Применение CaF₂ основано на его способности сильно увеличивать жидкоплавкость основного мартеновского шлака, а, следовательно, значительно повышать его активность и ускорять реакции взаимодействия между шлаком и металлом, например, при удалении серы в основной мартеновской печи путем реакций:

FeS+CaO = CaS+FeO + 6573 Cal,

MnS+CaO = CaS+MnO -13481 Cal.

Благотворное влияние плавикового шпата на удаление серы сказывается еще и в том, что фтор по-видимому способен давать с серой летучие соединения (предположительно SF₆) и т. о. окончательно выводить часть серы из баланса мартеновской плавки. Расход плавикового шпата в зависимости от качества получаемой стали обычно колеблется в пределах 0,1—0,4% от веса металлической садки. В особо трудных случаях работы с густыми шлаками (высокое содержание окислов хрома и т. д.) расход CaF₂ повышается до 2% и более (халиловские плавки). Как показали опыты, проделанные германскими техниками (Schleicher и другие), увеличение содержания CaF₂ в шлаке свыше 2,5 % (от веса шлака) не приносит заметной пользы, но начинает сильно сказываться на стойкости динасовой кладки стен и свода мартеновской печи, что можно объяснить образованием летучего соединения SiF₄ по следующим реакциям:

Плавиковый шпат представляет собой реагент, достаточно удобный для хранения и обращения с ним. Единственным недостатком является его сравнительная дороговизна (довоенная цена плавикового шпата, ввозимого из Англии и Богемии, была на наших заводах в пределах 35—50 коп. за пуд). Плавиковый шпат д. б. чист в отношении SiO₂ и не должен содержать включений пирита, ясно видимых невооруженным глазом. В настоящее время CaF₂ получается нашими заводами из Забайкалья. Аналогично плавиковому шпату (CaF₂) действует и хлористый кальций (СаСl₂), применение которого в сталеплавильном производстве было предложено англичанином Санитером. Однако по своим природным свойствам СаСl₂ является значительно менее удобным реагентом при высоких температурах. Применение его давало более пестрые, менее устойчивые результаты и вскоре было совсем оставлено. К сильно действующим щелочным флюсам следует отнести также целый ряд патентованных средств, известных под различными промышленными названиями и применяемых для обессеривания жидкого чугуна, выпущенного в ковш из доменной печи или чугунолитейной вагранки. В состав таких десульфаторов обычно входят: известь, плавиковый шпат, сода, иногда хлористый кальций или хлористый натрий и другие соединения, дающие очень легкоплавкий шлак, хорошо перемешивающийся с металлом и способный легко образовывать достаточно прочные соединения серы со щелочами (CaS, Na₂S и т. д.). Уже незначительное количество такого энергичного реагента (до 0,1% от веса чугуна) способствует значительному переходу серы из металла в шлак (до 35—50% и даже выше всей серы). Легкоплавкими щелочными флюсами (например, каменной солью NaCl) иногда пользуются для быстрого исправления ненормальностей работы доменных печей при загромождении горна трудноплавкими настылями. Обычно введение NaCl производилось через фурмы в очень небольших количествах при помощи специальных аппаратов путем подачи соли в струю воздуха (доменного дутья). Заметное содержание щелочей в шихте доменных и коксовальных печей действует разрушающе на огнеупорную кладку, почему и нельзя рекомендовать применение щелочных флюсов. (Na₂O и К₂О). На этом основании приходится признать нерациональным и введение NaCl в виде соленого кокса (например, при опытных плавках халиловских руд). Иногда в качестве флюсов могут применяться окислы железа и марганца, обычно служащие окислителями для примесей металлической ванны. Марганцовистая руда может с успехом применяться для получения значительных количеств сменных (спускных) марганцовистых шлаков при переделе сильно сернистых чугунов (опыты Шелгунова), а также для разъедания («травления») трудноплавких настылей в кислых (бессемеровских) ретортах и в шахтах доменных печей. В последнем случае часто пользуются марганцовистыми доменными шлаками, полученными при выплавке ферромангана. Сильножелезистые шлаки стараются получить во всех тех случаях, когда невозможно или нежелательно поднять температуру процесса. В частности добавкой небольших порций железной руды можно, так же как и добавкой извести, затормозить процесс восстановления кремния в конце кислой мартеновской плавки. Этим обстоятельством и пользуются при английском способе выплавки малоуглеродистой стали в кислых мартеновских печах.

Химически чистый известняк состоит из 56% СаО и 44% СО₂; лучшие сорта известкового флюса содержат около 1% нерастворимого остатка (SiО₂+Al₂О₃), средние до 3%, худшие до 5%. Химически чистый доломит содержит: 30,45% СаО, 21,75% MgO и 47,80% СО₂. Обычно доломиты менее чисты, чем известняки, и содержание в них ∑(SiО₂+Al₂0₃) доходит до 5% и выше. Доломиты с высоким (нормальным) содержанием магнезии (18—20% MgO) чаще идут в качестве огнеупорного материала и реже употребляются в качестве магнезиального флюса, для чего обычно употребляют доломитизированные известняки с содержанием MgO до 12—15%.

Общий расход известняка как флюса черной металлургии доходит до 50—60% от веса выплавляемого чугуна, причем около 3/4—4/5 этого количества падает на флюс для доменной плавки. Сравнительная оценка известкового флюса должна производиться в зависимости от состава того шлака, на который ведется флюсовка. Для упрощения контроля за химическим составом флюса в известняке обычно определяют только количество нерастворимого остатка R = ∑(SiО₂+Al₂О₃). Количество свободного СаСО₃ (и MgCО₃ для доменной плавки) будет определяться в зависимости от состава шлака формулой:

где К — соотношение между ∑(СаО+MgO) и ∑(SiО₂+Al₂О₃) в шлаке, R — количество нерастворимого остатка в известняке, 100/56 ≈ 1,8 — приближенное соотношение между СаСО₃ и СаО. Для доменных шлаков коксовой плавки К ≈ 1, и формула принимает вид:

СаСО₃ своб. = 100-2,8 R.

Кроме этой формулы имеются более сложные формулы для коммерческой оценки флюса.

Флюсы в металлургии цветных металлов . В качестве флюса применяются почти те же материалы, что и в металлургии черных металлов. Наиболее распространенными флюсами являются: известняк, доломит, железные руды, марганцовые руды, кварц и алюмосиликаты; кроме того в качестве флюса употребляются: плавиковый шпат, сульфиды (например, пирит), гипс и барит. Влияние кремнекислых материалов и известняка на образование шлаков см. выше. Сульфиды употребляются с целью сульфуризации, т. е. для образования штейна, во избежание перехода в шлак ценных металлов в случае руд, содержащих мало серы. Известь в металлургии цветных металлов может оказаться полезной только в специальных условиях при высоких фрахтах на флюсы. В свинцовой плавке известь (известняк) вводится, заменяя железо в шлаках по уравнению:

4FeO·2SiO₂+2PbS+2CaO+2C =2Рb+2FeS+(2CaO·SiO₂+2FeO·SiO₂ )+2СО.

Кроме того известь, являясь сильным основным флюсом, способна вытеснять из силикатов большую часть других оснований, например по реакции:

ZnО·SiО₂+Ca0 = CaО·SiO₂+ZnO.

Железные руды применяются для флюсов в виде FeO и Fe₂О₃. Закись железа (FeO) является весьма дешевым компонентом шлака, образуя жидкие и легкоплавкие шлаки, но увеличивает удельный вес шлака и переход в него Cu₂S. Железистый флюс является основанием для силикатной руды:

При восстановлении углеродом или окисью углерода окислы железа действуют в качестве осадителя по отношению к свинцу по реакциям:

Флюсующая способность железной руды тем выше, чем чище последняя. Присутствующая в руде SiО₂ не только связывает часть окиси железа, но и расходует некоторое количество СаО для образования соответствующего шлака. В качестве флюса употребляются следующие железные руды: гематит Fe₂О₃, лимонит Fe₂О₃·nH₂О и реже — сидерит FeCО₃. Целесообразность употребления Fe₃О₄ (магнитного железняка) в ряде случаев оспаривается, так как иногда затрудняет ведение процесса плавки. Окись железа (Fe₂О₃) не образует силикатов и шлакуется с образованием последних после восстановления до FeO. Если Fe₂О₃ переходит в шлак без восстановления, то шлак делается густым. С основаниями окись железа образует тяжелые по удельному весу и весьма тугоплавкие ферриты, что отзывается на свойствах шлака. Окись марганца (МnО) подобна окиси железа и замещает последнюю в шлаках в эквивалентных количествах. Шлаки, содержащие МnО и FeO, обладают большей текучестью, чем шлаки с одной FeO. Наиболее распространенным флюсом является перекись марганца (МnO₂) — пиролюзит . Окислы марганца окисляют ZnS и уменьшают растворяющую способность шлака в отношении ZnO, MgO и BaS. Гипс и барит дают серу, необходимую для образования штейна, и в то же время — СаО и ВаО, переходящие в состав шлака. Плавиковый шпат плавится при температуре 1378°С; он весьма жидок в расплавленном состоянии и растворяет тугоплавкие составные части руды. В настоящее время плавиковый шпат почти не употребляется в качестве флюса.

Какую роль играет флюс в доменном процессе

Металлургия — одно из важнейших ремесел для современного человека. Зная основы и особенности этой области производства можно получить необходимые металлы или изменить их свойства, сварить детали любого размера или получить металлические сплавы.

Чтобы выполнить качественное изготовление, например, чугуна, помимо оборудования нам понадобятся исходные материалы и, конечно, металлургический флюс. В этой статье мы расскажем все о промышленном флюсе, поведаем о нюансах его использования и поймем, какова его роль на современном металлургическом заводе.

• Общая информация
• Разновидности флюсов
• Роль флюсов
• Вместо заключения

Общая информация

Доменное производство — это совокупность промышленных процессов, в результате которых изготавливается чугун. Для этих целей используют метод восстановительной плавки железной руды или ее концентратов. Плавка происходит в большой печи, называемой доменной. Такой тип производства относится к черной металлургии и является одной из важнейших отраслей в современном производстве.

Помимо железной руды при производстве используют дополнительные материалы, называемые шихтой. Зачастую это руда из марганца, окатыши, агломерат, специальное горючее для печи. Наиболее распространенное горючее — угольный кокс. Иногда кокс заменяют на газовое или жидкое топливо, которое вдувается в верхнюю часть (так называемый горн) доменной печи. В качестве защиты используют металлургический флюс. О нем мы и поговорим в этом материале.

Разновидности флюсов

Для начала нужно разобраться в разновидностях промышленного флюса. Опытные мастера говорят, что металлургический флюс может быть основным, кислым и глиноземистым. Тип флюса выбирается исходя из состава пустой породы, которую вносят в печь. В нашем случае пустая порода — это, по сути, та же железная руда. В широком смысле пустой называют ту породу, которая не привносит в производственный процесс существенных изменения и используется только в качестве основы.

Наибольшее распространение получил основной металлургический флюс. Это связано с тем, что пустая порода в большинстве случаев уже содержит кремнезем, а отношение суммарного содержания основных оксидов к суммарному содержанию кислотных должно составлять примерно 0,9-1,4. Всеми этими свойствами обладает основной флюс, поскольку содержит в своем составе оксид кальция.

В доменном производстве в качестве основного флюса используют известняковый камень. Его месторождения есть во многих странах мира и запасы очень большие. С химической точки зрения известняк — это минерал кальцита, синтезируемый природой. Чистый лабораторный кальцит наполовину состоит из оксида кальция и на половину из диоксида кремния, это идеальный металлургический флюс, но он не встречается в природе.

Производство искусственного флюса — это слишком сложный и дорогостоящий процесс, поэтому используется природный кальцит (он же известняк). В отличие от чистого кальцита, известняк содержит в своем составе примеси кремнезема, что не критично. Важно, чтобы камень не содержал фосфор. Допускается небольшое содержание серы в пределах допустимой нормы.

Помимо обычного известняка также можно использовать доломитизированный известняк или реже доломит. Химически такой камень — это так же смесь кальцита и доломита, но с содержанием магния. Чем магния больше, тем больше доломитизированный известняк превращается в доломит. Применение таких камней в качестве флюса оправдано в случае, когда нужно получить чугун с повышенной стабильностью физико-химических характеристик. Для этого в шлаке нужно повысить содержание оксида магния до 5-10%, чтобы при изменения температуры плавления сохранить ту самую стабильность свойств, о которой мы писали выше.

Большинство известняка, добываемого на территории бывшего СССР, имеет белый или светло-серый цвет, но в мире встречаются и другие вариации (от бежевого до темно-серого). Известняк приобретает более темный цвет, если в его составе содержатся органические вещества, или становится коричневым при повышенном содержании окислов железа.

Известняковый камень — это чрезвычайно прочный и плотный материал. Перед загрузкой в печь его просеивают, извлекая мелкие фракции. Но сейчас все чаще мелкая фракция используется в производстве, не смотря на свою непрочность и повышенное дробление. Мелкую фракцию известняка просто запускают в печь вместе с агломератом и такую смесь уже можно использовать в качестве флюса.

Не смотря на это, на большинстве производств установлен четкий контроль размера фракций, попадаемых в печь. Наиболее крупный допустимый размер составляет не более 130 мм, а наименьший до 25 мм. Даже если на завод поступают более крупные частицы, их подвергают дроблению. Ведь на карьерных месторождениях известняка крупные камни просто дробят на фракции произвольного размера и транспортируют в цех.

Важно учитывать, что известняк бывает разного качества. При плавлении часть свободных оксидов кальция и магния, содержащихся в составе, будет израсходована на шлакование собственной пустой породы, или, говоря проще, на образование нерастворимого остатка, который никак не применим при производсте. Поэтому, чтобы определить качество известняка, достаточно узнать количество основных оксидов в составе той или иной партии флюса. Чем их меньше, тем лучше.

Роль флюсов

Что такое флюс в металлургии и какова его роль? Давайте обратимся к понятию флюса в целом. Итак, флюс — это специальная добавка, используемая при любительской и профессиональной сварке, а также на крупномасштабном производстве. При сварке флюс выполняет защитную функцию. Также с его помощью формируется качественный ровный шов.

Как вы понимаете, в доменном производстве нет сварочного процесса, поэтому здесь флюсы играют несколько другую роль. С их помощью можно добиться снижения температуры плавления руды и придать расплавленной массе необходимые физико-химические свойства. Кроме того, флюсы в процессе плавки очищают чугун от излишнего количества серы и стабилизируют работу доменной печи.

Вместо заключения

Теперь вы знаете, какова роль флюсов в доменном производстве. Это цепочка производственных этапов со множеством нюансов, на первый взгляд все может показаться чем-то сложным. Но зная, как работают флюсы в доменном процессе, можно понять и остальные особенности производства чугуна. Делитесь этим материалом в социальных сетях и оставляйте свои комментарии. Желаем удачи в работе!

Флюсы доменной плавки. Известняк. Месторождения известняка

Порода известняка
Известняк – это минеральное образование, включающее многочисленные разновидности карбоната кальция и наиболее распространенные в земной коре. В природе их залежи сформированы в виде пластов толщиной от нескольких сот метров.

Горная порода имеет осадочное происхождение и слоистую структуру. Химически чистые известняки содержат 56 % CaO и 44 % CO2. Карбонат кальция, входящий в состав минерального образования, медленно растворяется в воде. Очень часто это свойство является причиной образования карстовых пустот под землей.

Соединение может разлагаться на соответствующие основания с выделением углекислого газа. Под воздействием глубинного тепла карбонатные соединения становятся источником газового компонента минеральных вод.

Если в горной породе содержится до 17 % оксида магния, то они образуют группу доломитизированных карбонатных образований.

Минеральное образование, содержащее 25-50 % глинистых компонентов, называется мергелем. Чистый известняк имеет белый цвет. Наличие в минеральном образовании примесей второстепенных химических элементов придает породе определенную окраску.

Плотность минерального образования составляет 2,7-2,9 т/м3, предел прочности при сжатии составляет 0,4-300 МПа. Известняк используется во многих отраслях производства:

• в химической промышленности – для производства соды, минеральных удобрений, карбида кальция, очистки нефтепродуктов;
• сахарной отрасли – для очистки сахара;
• стекольной промышленности – для производства термически устойчивого стекла;
• в строительстве – в качестве материалов для изготовления цемента, облицовочного камня, изготовления извести;
• черной металлургии – как флюсующая добавка при выплавке рудного материала.

Разработанными стандартами нормируется содержание окиси кальция, а также не растворимых в соляной кислоте веществ, влаги и массовой доли кусков, размеров выше или ниже установленных допустимыми нормами.

Описание и виды

По структуре выделяют известняки кристаллический, органогенно-обломочный, обломочно-кристаллический (смешанной структуры) и натёчный (травертин). Среди кристаллических известняков по величине зёрен различают крупно-, мелко- и скрытокристаллический (афанитовый), по блеску на изломе — перекристаллизованный (мраморовидный) и кавернозный (травертиновый). Кристаллический известняк — массивный и плотный, слабопористый; травертиновый — кавернозный и сильнопористый. Среди органогенно-обломочного известняка в зависимости от состава и величины частиц различают: рифовый известняк; ракушечный известняк (ракушечник), состоящий преимущественно из целых или дроблёных раковин, скреплённых карбонатным, глинистым или другим природным цементом; детритусовый известняк, сложенный обломками раковин и другими органогенными обломками, сцементированными кальцитовым цементом; водорослевый известняк. К органогенно-обломочным известнякам относится и белый (т.н. пишущий) мел. Органогенно-обломочные известняки характеризуются крупной пористостью, малой объёмной массой и легко обрабатываются (распиливаются и шлифуются). Обломочно-кристаллический известняк состоит из карбонатного детрита разной формы и величины (комочки, сгустки и желваки тонкозернистого кальцита), с включением отдельных зёрен и обломков различных пород и минералов, линз кремней. Иногда известняк сложен оолитовыми зёрнами, ядра которых представлены обломками кварца и кремня. Характеризуются мелкими, разными по форме порами, переменной объёмной массой, малой прочностью и большим водопоглощением. Натёчный известняк (травертин, известковый туф) состоит из натёчного кальцита. Характеризуется ячеистостью, малой объёмной массой, легко обрабатывается и распиливается.

По макротекстуре и условиям залегания среди известняков различают массивные, горизонтально- и наклоннослоистые, толсто- и тонкоплитчатые, кавернозные, трещиноватые, пятнистые, комковатые, рифовые, фунтиковые, стилолитовые, подводно-оползневые и др. По происхождению выделяют органогенные (биогенные), хемогенные, обломочные и смешанные известняки. Органогенные (биогенные) известняки представляют собой скопления карбонатных остатков или целых скелетных форм морских, реже пресноводных организмов, с небольшой примесью преимущественно карбонатного цемента. Хемогенные известняки возникают в результате осаждения извести с последующей перекристаллизацией карбонатной массы осадков, преимущественно из морской воды (кристаллический известняк) или от натёков из минерализованных источников (травертин). Обломочные известняки образуются в результате раздробления, смыва и переотложения угловато-окатанных обломков карбонатных и других пород и скелетных остатков, преимущественно в морских бассейнах и на побережьях. Известняки смешанного происхождения представляют собой комплекс отложений, возникших в результате последовательного или параллельного наложения различных процессов образования карбонатных осадков.

Цвет известняков преимущественно белый, светло-серый, желтоватый; присутствие органических, железистых, марганцовистых и других примесей обусловливает тёмно-серую, чёрную, бурую, красноватую и зеленоватую окраску.

Известняк — одна из самых широко распространённых осадочных горных пород; она слагает различные формы рельефа Земли. Залежи известняков встречаются среди отложений всех геологических систем — от докембрийских до четвертичной; наиболее интенсивное образование известняков происходило в силуре, карбоне, юре и верхнему мелу; составляют 19-22% от всей массы осадочных пород. Мощность толщ известняков чрезвычайно изменчива: от первых сантиметров (в отдельных прослоях отложений) до 5000 м.

Флюсовое сырье

Флюсовое сырье
С целью образования легкоплавких шлаков в металлургии используют известняк. В качестве флюса обычно выбирают материал с противоположными свойствами по отношению к пустым породам, находящимся в рудах.

Силикатные минеральные соединения сравнительно редко используются при выплавке, потому что большинство железных руд и почти все сорта минерального топлива имеют кремнистую основу.

Поэтому применение в качестве флюсовки карбонатных соединений, содержащих основные оксиды, улучшают процесс очистки руды в процессе извлечения металлического компонента.

Среди них основное место занимают известняк и доломит. Известняки используются в доменной шихте в составе окатышей, агломерата и в виде кусков.

В зависимости от назначения различают такие типы марок карбонатного материала:

• доломитизированный – для конвертерного, аглодоменного производства;
• флюсовый известняк – применяется для мартеновского, электросталеплавильного, ферросплавного производства.

Флюсы в виде порошков предназначаются для производства без обжига периклазовых изделий и масс, применяемых для футеровки кислородных конвертеров. Материал не имеет сроков годности. Его погрузка осуществляется насыпью, а транспортировка железнодорожными вагонами.

Металлургический процесс выплавки 1 т чугуна или стали требует более 50 кг негашеной извести. Ее используют для получения основного шлака, очищающего железную руду.

Для металлургической промышленности нужны материалы для снижения потери тепла при производстве. Это позволяет уменьшить энергетические затраты. Использование флюса (плавня) в качестве добавки при извлечении металлов из руды понижает температуру плавления.

Флюсы доменной плавки. Известняк. Месторождения известняка

• Главная
• >
• Общая металлургия
• >
• Сырье и его подготовка к доменной плавке

Флюсами называются добавки, вводимые в доменную и агломерационную шихту для снижения температуры плавления пустой породы шихтовых материалов и придания доменному шлаку необходимого состава и Физических свойств, обеспечивающих очистку чугуна от серы и нормальную работу печи.

В зависимости от состава вносимой в печь пустой породы флюсы бывают основные, кислые и глиноземистые. Но так как в подавляющем большинстве случаев пустая порода руд кремнеземистая, а индекс основности шлака (отношение суммарного содержания основных оксидов к суммарному содержанию кислотных) должен составлять 0,9-1,4, то наиболее широко и часто применяется основный флюс, т.е. породы и материалы, содержащие СаО и и обладающие необходимыми физическими свойствами.

В доменном производстве практически единственным видом основного флюса является известняк, представляющий собой природную форму минерала кальцита — СаСO3. Чистый кальцит содержит 56 % СаО и 44 % SiO2. Так как кальцит в чистом виде не встречается, а сопровождается небольшими количествами кремнезема и глинозема, то качество известняка можно определить суммарным содержанием (SiO2 + Al2O3). Вредными примесями известняка являются сера и фосфор, однако содержание серы обычно низкое, и она удаляется в процессе плавки, в то время как фосфор полностью переходит в чугун и поэтому более опасен.

Наряду с обычным широко применяется доломитизированный известняк, представляющий собой изоморфную смесь кальцита СаС03 и доломита СаС03xMgC03. Содержание оксида магния в нем составляет обычно от 4 до 17% (при дальнейшем увеличении содержания магния, через ряд промежуточных стадий доломитизированный известняк переходит в доломит). Применение доломитизированного известняка вызвано необходимостью повысить в шлаке содержание Мg0 до 6—8 %, что увеличивает его подвижность и стабильность физико-химических свойств при изменении температуры и состава. Цвет чистых известняков обычно белый или светло-серый, однако существуют и другие вариации. Например, примеси органических веществ окрашивают карбонат кальция в тёмно-серый и чёрный цвета, а окислы железа — в коричневый, жёлтый и красный.

Фотографии обычного известняка слева (Щуровский, Донецкая обл., Украина) и доломитизированного известняка справа

Известняк является прочным, плотным материалом, который можно загружать в доменную печь после отсева мелких фракций. Производство офлюсованного агломерата резко изменило требования к физическим свойствам флюса и дало возможность использовать непрочные, дробящиеся мелкие материалы. Поэтому в качестве флюса агломерационной шихты начали применять известняк-ракушечник, отсевы обычного известняка.

Кондиционными требованиями к известнякам устанавливаются нижние пределы содержания оксидов кальция и магния, содержание нерастворимого остатка (SiO2 + Аl203), верхний предел содержания фосфора и серы и размер куска (для доменного флюса).

Для известняков, загружаемых непосредственно в доменную печь, устанавливают верхний и нижний пределы крупности. Верхний предел составляет 80 (редко 130), а нижний — 25 мм. Известняки, поставляемые на аглофабрики, должны иметь крупность частиц 0—25 мм, поскольку они все равно подвергаются дроблению до 0—3 мм.

При оценке качества известняка нужно учитывать, что часть его основных оксидов (СаО и МgО) будет израсходована на шлакование собственной пустой породы, т.е. нерастворимого остатка. Поэтому качество флюса можно оценить его флюсующей способностью, под которой понимают содержание свободных основных оксидов, т.е. оксидов, используемых для шлакования пустой породы шихты.

Если в известняке содержится R % нерастворимого остатка, то содержание карбонатов будет

МеСО3 =100 — R,

а в них основных оксидов (по стехиометрическому соотношению)

МеО = 0,56(100 — R).

При основности шлака Ош на шлакование пустой породы руд их останется

Ф = (56 — 0,56R) — ОшR,

где Ф — флюсующая способность известняка.

В обычных условиях плавки, когда Ош = 1,0, она равна

Ф = 56 — 1,56R.

Как видно из приведенной формулы, R резко снижается при возрастании

Месторождения известняка есть во всех районах практически во всех районах Украины, запасы их достаточны, хотя в некоторых местах отмечается нехватка доломитизированного флюса.

Фотография залегания известняка

Еленовское месторождение (близ г. Донецка) дает известняки: обычный (51—54 % СаО) и доломитизированный (до 14 % Мg0), чистые по сере и фосфору (0,04 % S и 0,61 % Р). Здесь же расположены Новотроицкое и Каракубское месторождения аналогичных флюсов.

Фотография Докучаевского карьера Еленовского месторождения известняка

В Крыму расположены месторождения Балаклавское (около 54 % СаО) и Камыш-Бурунекое (около г. Керчь). Последнее дает известняк-ракушечник, мелкий и рассыпающийся, используемый как флюс при производстве агломерата и окатышей.

В России имеются следующие месторождения: Пикалевское (235 км от г. Череповец), Студеновское, (возле г. Липецк), Агаповское (возле г. Магнитогорск) и другие, которые поставляют известняки вполне удовлетворительного качества.

Кислые флюсы применяются только при высоком содержании в руде глинозема для снижения его содержания в шлаке. Роль такого флюса выполняет бедная железная руда с кремнеземистой пустой породой. Еще реже, при необходимости повысить содержание Аl203 в шлаке, применяется глиноземистый флюс, для чего используют тоже бедные железные руды, но с глиноземистой пустой породой.

• ← Основные месторождения марганцевых руд
• Заменители руд и флюсов →

Преимущества использования известняка

По сравнению с другими материалами известняк обладает следующими преимуществами:

• Несомненным преимуществом известняка является высокая экологичность;
• Он отлично поддается обработке, что позволяет придать ему практически любую форму и фактуру;
• В отличие, например, от кирпича или облицовочной плитки известняк очень долго сохраняет свой внешний вид. Даже в том случае, если его поверхность подвергается постоянным воздействиям неблагоприятных погодных факторов. Именно поэтому известняк часто используют при облицовке цоколей здания;
• Известняк имеет пористую структуру, что позволяет ему отлично поглощать влагу из окружающей среды. Поэтому влажность в помещении будет на оптимальном уровне;
• Высокие тепло- и звукоизоляционные характеристики делают материал идеальным для внешней и внутренней отделки.

Как видно, известняк является отличным материалом, который может быть использован во многих отраслях, преимущественно, в строительной сфере. Отличные его качества позволяют с уверенностью сказать, что это наилучший материал в своей категории.

Способы добычи и производства

Известняк является частью горной породы. Отделяют его двумя способами:

1. При помощи управляемого взрыва;
2. С использованием специализированной техники.

В любом случае образуются бутовые куски, которые направляются по конвейеру в место складирования. Большие куски разрезаются на более мелкие при помощи алмазных кругов. Наиболее известным является Кингисеппское месторождение известняка.

В зависимости от того, где будет в дальнейшем использован материал, его подвергают определенной обработке:

• Для получения мелкой и средней фракции его дробят на специальных дробильных машинах. В дальнейшем такая фракция используется в качестве наполнителя, например, в асфальтобетоне;
• Для изготовления облицовочных плит известняк режут специальными пилами. При этом такие плиты могут иметь гладкую поверхность или сколотую;
• Известняк также может обжигаться. После соответствующей переработки получается известь.

Дробление известняка щековой дробилкой Extec C:

Следует отметить роль известняка в бурении скважин на воду. За счет плотной структуры, вода в таких слоях очень чистая. Но из-за этой характеристики известняка процесс бурения более сложный и затратный. Если, например, бурение в песочном грунте можно осуществлять при помощи легких буровых установок, то для известняка потребуется более мощное оборудование.

Некоторые слои можно пройти только при использовании специальных шарошечных долотьев на резьбовом соединении. Их обсадка осуществляется с использованием труб, выполненных из высокопрочной стали.

Основные виды известняка

Из-за того, что известняк имеет различную структуру, принято его классифицировать по определенным признакам:

1. По происхождению;
2. По химическому составу;
3. По структуре;
4. По строению.

По происхождению

Выделяют следующие виды известняков:

• Образованные из остатков органического происхождения. Такие известняки еще называют органогенными. К ним относится ракушечник, рифовый и шламовый известняк;
• Образованные, когда выпадает осадок кальция. Их еще называют хемогенными;
• Образованные после разрушения более древних известняков. Называют их обломочными.

По химическому составу

1. Мраморизированный. Такой тип известняка образуется в процессе изменений метаморфического характера в материале;
2. Доломитизированные. В таком известняке содержится до 17% магния. С повышением этого показателя происходит перерождение его в мергель;
3. Мергель. В таком известняке содержится четверть или половина глинистых частиц.

На видео — мраморизированный известняк:

По структурному признаку

• Землистые.Отличает их высокая хрупкость и рассыпчатость, а также нерастворимость в воде;
• Мраморовидные. Для них характерно ярко выраженная кристаллическая структура. К таким известнякам относится юрский;
• Плотные. Их образуют частицы панцирей и раковин различных морских животных, иногда зерна известкового шпата;
• Отдельно стоит выделить пористые известняки (например, водоносные, для которых характерно наличие каверн и различных полостей), туфы, травертины и другие материалы подобного типа, имеющие в составе посторонние тела.

По строению

1. Пизолитовые.Его структура имеет зерна, достигающие по величине горошины;
2. Оолитовые. В их составе находятся зерна скорлуповатого строения.

По цвету

Разделяют известняки также и по цвету. Природным является белый, максимум светло-серый. Затемнение структуры, а также появление в ней красного, коричневого и других цветов является признаком наличия примесей.

По сферам применения

Выделяют следующие виды известняка:

• Металлургический или флюсовый в металлургической промышленности применяют в роли флюса при плавке металла и изготовлении различных сплавов;
• Молотый, который напоминает муку. Применяют его преимущественно в строительстве при изготовлении сухих смесей, асфальтобетона и т.д.;
• Облицовочный. Используют его при облицовке зданий;
• Пиленый. Представляет собой форматные блоки. Используют его при строительстве домов.

Фото некоторых видов известняка

Флюсовый известняк

Пиленый известняк

Молотый известняк

Облицовочный известняк

Источник https://azbukametalla.ru/entsiklopediya/f/flyusy.html

Источник http://home.nov.ru/kakuyu-rol-igraet-flyus-v-domennom-processe/

Источник https://1400.xn--p1ai/interesnoe/izvestnyak-flyusovyj-metallurgicheskij.html