Балқыту пештері

                                              Балқыту пештері

Балқыту — 1) сұйық күйдегі ақырғы өнімді алу үшін балқыту пештерінде материалдарды

(кентас, металл, т.б.) өңдеу процесі (мысалы, домналық оттектік-конвертерлік балқыту); 2) осындай өңдеудің бір реттік циклі, сондай-ақ, осы процестің нәтижесінде алынған ақырғы өнім.

Қазақстанда 1975 жылы А.М. Қонаев, С.М. Қожахметов7,т.б.мыс, қорғасын және мырыш алудың

оттектің қатысуымен өтетін циклонды-электр термиялық балқыту технологиясын жасап,

оны Ертісполиметалл комбинатында, ал Қожахметов, т.б. мыс және мыс-

мырыш қорытпаларын сұйық ваннада балқыту технологиясын жасап, Балқаш мыс қорыту зауытында өндіріске енгізді.

Пеш— отын жағу, электр энергиясын түрлендіру нәтижесінде алынған жылуды ғимараттарды жылытуға, материалдар мен бұйымдарды жылулық өңдеуге, т.б. мақсаттарға қолдануға мүмкіндік беретін құрылғы. Пеш жылу алынатын бөліктен, өңделмекші материалдар мен бұйымдар орналастырылатын жұмыстық кеңістіктен, бұйымдарды суытуға арналған жылу әкеткіштен, отын немесе электр энергиясын жеткізетін бөліктен, отын жанғанда бөлінетін қалдық заттарды сыртқа шығаратын құрылғыдан, материалдар мен бұйымдарды Пешке салатын, тасымалдайтын механизмнен, Пешті автоматты басқару жүйесінен, жанудан бөлінген газдардың қызуын пайдалануға мүмкіндік беретін арнайы құрылғылардан т.б. тұрады.

Пайдалану мақсатына қарай Пештер тұрмыстық және өнеркәсіптік болып бөлінеді. Тұрмыстық

Пештің тағам даярлауға  және үй жылытуға арналған түрлері бар. Бұлар көбінесе күйдірілген кірпіштен қаланады. Өнеркәсіптік Пешке заттардың ылғалдылығын кетіретін кептіру Пеші, ерітінділерді буландыратын Пеш, материалдардың агрегаттық күйін өзгертпей қыздыратын Пеш (қыздыру Пеші), заттардың механикалық қасиеттерін өзгертуге арналған терм. Пеш, минералдық шикізаттың құрылымы мен құрамын өзгертетін күйдіру Пеші, материалды сұйық күйге ауыстыруға, яғни балқытуға арналған Пеш (Мартен Пеші,Ватержакетті Пеш), т.б. болып бөлінеді. Арнайы әдістермен қыздырылатын Пештер де (мысалы, плазмалық Пеш, оптикалық Пеш, гелиопеш, т.б.) болады.

Мартен пеші (француз металлургі П.Мартеннің (1824 — 1915) есімімен аталған) -шойын мен болаттың сынықтарынан химиялық құрама мен сапасы алдын-ала белгіленген 

болат өндіруге арналған регенераторлы пеш. Алғашқы М. п. 1864ж. Францияда салынған.

М. п-нің құрылымы үстіңгі және астыңғы құрылыстар деп аталатын екі бөліктен тұрады.

Оның үстіңгі құрылысында (5 — 7 м биіктікте орналасқан) жұмыс кеңістігі, ауа мен газ арналары және бүркеніштері орналасады.

Астыңғы құрылыста пеш табанынан төмен орналасқан қож ұстауыштар, регенератор саптамалары мен камералары, клапандар және бас түтін жолы бар.

Бұл пештің жұмысы жылуды жаңғырту принципіне (яғни түтін жылуға және онда жағылатын отын мен ауаны алдын-ала қыздыруға) негізделген. Пешке енетін ауа мен газдың темп-расы 1100 — 1200С шамасында болады. Пештен шыққан түтін жаңғыртқыш саптамаларын 1400С-қа дейін, ал астыңғы бөлігін 1200С-қа дейін қыздырады. М. п-нің орнықты және тербелмелі түрлері бар. Тербелмелі пеш фосфоры мол (1,6 — 2,0%) болат қорытуға пайдаланылады. 
Отқа төзімді пеш қаламасының құрамына сәйкес мартен процесі негіздік (магнезит, хромды магнезит кірпішінен қаланған) жәнеқышқылдық (динас кірпішінен, кварц құмынан қаланған) болып екіге бөлінеді. М. п-нің жоғары темп-рада жұмыс істейтін бөліктері үнемі салқындатылып тұрады. Неғұрлым көп қолданылатын негізгі процесс іс жүзінде кез келген шикі құрамдық материалды, соның арасында фосфоры мен күкірті мол материалды қолдануға мүмкіндік туғызады. Қышқылдық процестің негізгі процестен айырмашылығы (артықшылығы) сонда, одан газ бен бейметалл кірінділері аз және мех. қасиеттері неғұрлым жоғары болат алуға болады. Шикіқұрамның металл бөлігі шойыннан (қатты не сұйық түрінде) және болат сынықтарынан тұрады, бұлардың әрқайсысының үлесі сол ауданның жағдайына және қорытылған болаттың сортына байланысты 100%-ға дейін өзгеруі мүмкін. Пеште шикіқұрам балқиды, ондағы көміртек, кремний, марганец мөлшері азаяды, қажетсіз қоспалардан (күкірт, фосфор) арылтылады, жетіспейтін элементтер енгізіледі. Пештегі темп-ра металдың сұйық күйде болуын қамтамасыз етуі тиіс, балқыту соңында ол 1600 — 1650С-қа жетеді. Шойын қоспаларын толықтыру үшін жетіспейтін оттек пешке темір кенін не отқабыршақ қосу немесе металды тех. оттекпен үрлеу арқылы беріледі. Болат қорытуда мартендік әдістің орнына біртіндеп конвертерлік әдіс көбірек қолданылуда. Қазақстанда мартен болаты скрап-процесі бойынша жұмыс істейтін алғашқы металлург. з-т Теміртау қаласында салынды (1944). Мұнда болат сыйымд. 35 — 90 т-лық М. п-теріндe қорытылды. Қазақстан магниткасы — Қарағанды металлургия комбинатындa (1997 жылдан “Испат-Кармет”) ауыр жүк таситын автомобильдердің жақтауларына қажет аса берік лонжерон болаттан балқытылады. Болаттың оттегі аз және оттек төмен маркаларынан қазіргі таңда ақ қаңылтыр және сортты илем алу, сондай-ақ, электртех. болат алу, т.б. технологиялар игерілген. М. Шоқаев

Мартен  пеші (1895)

Шахталық Пеш — жұмыстық кеңістігі дөңгелек не тік бұрышты биік шахта түрінде жасалған өнеркәсіптік пеш. Өңделетін материал (шихта) Шахталық пештің үстіңгі жағынан салынады, ал дайын өнім төменгі бөлігінен алынады. Отынның жануынан бөлінген газ тектес заттар пешке салынған материалға қарама-қарсы үрленеді. Шахталық пеш негізінен кенді қорытып металл алу (ватержакетті пеш, домна пеші), металды балқыту (вагранка), отқа төзімді шикізатты күйдіру үшін пайдаланылады. Сондай-ақ металл бұйымдарды термиялық өңдеу үшін электрлік Шахталық пеш қолданылады. Шахталық пеш — үздіксіз жұмыс істейтін қондырғы; дайын өнім алынған сайын пешке шихта салынып отырылады.

Домна пеші, домна – темір кентасынан шойын қорытуға арналған шахталық пеш. Ол темір-бетонды іргетасқа орнатылған көлденең қимасы дөңгелек биік шахта түрінде жасалады. Домна пешінің сыртқы беті қалыңдығы 30 – 35 мм темірмен тысталған, ішкі беті отқа төзімді материалдармен (жоғары бөлігі шамот кірпішімен, ал төменгі бөлігі, негізінен, көміртекті болат блоктармен қаланған) астарланған. Пештің ішкі бетінің балқымауы үшін және пеш қорабын (қаптамасын) жоғары температурадан қорғау мақсатында домна пешінде суы айналып тұратын салқындатқыштар пайдаланылады. Пештің сыртқы қорабы мен колошниктің құрылғысы іргетасқа орнатылған бағаналарға бекітіледі. Шихта (кентас, агломерат, кокс, флюс, т.б.) пеш колошнигіне скиптермен (сусымалы материалдар салынатын ыдыс) беріледі. Ауа үрлеуіш машинадан шыққан үрлеу пешінің горнына (көрігіне, яғни пештің төменгі бөлігіне) айнала орналасқан қыздырғыштар (мұнда ауа 1000 – 1200ӘС-қа дейін қызады) мен фурмалық приборлар арқылы жіберіледі. Сонымен қатар пешке фурмалар арқылы қосымша отын да (табиғи газ, мазут немесе көмір тозаңы) енгізіледі. Қорыту өнімдері горнның төменгі бөлігінде орналасқан балқыма ағатын науалармен шойын және шлак тасығыш шөміштерге жіберіледі. Пеште пайда болатын колошник газы пеш күмбезінде орналасқан газ шығарғыштар арқылы әкетіледі. Шойын ағатын науаның осі мен кентас тиегіш үлкен конус жиегінің аралығы домна пешінің пайдалы биіктігі, ал оған сәйкес келетін көлем оның пайдалы көлемі деп аталады. Домна пеші үздіксіз жеті – он жыл бойы жұмыс істей алады. Қазіргі кездегі домна пештерінің биіктігі жүз метрге дейін жетіп, ал пайдалы көлемі 5000 м3-ден асып, тәулігіне 6000 т шойын қорыта алады. Қосалқы бөліктерін қоса есептегенде домна пеші күрделі инженерлік құрылыс болып табылады. Домна пештеріне қажетті шикізат – кентастарды ұсақтау, агломерат жасау, шихтаны тиеу, ауаны қыздыру және оны үрлеу, қорыту процесінің өнімдерін жинау, сақтау, тасымалдау процестері күрделі механизмдермен, автоматты құралдармен жабдықталған. Қазақстанда Теміртауқаласындағы «Испат – Кармет» акционерлік қоғамы құрамында төрт домна пеші бар.

Домна өндірісі – металлургия зауыттарында темір рудаларын тотықсыздандыра балқыту арқылы шойын өндіру. Домна пештерінде қорыту процесі кокстің көмегімен жүргізіледі.[1] Пешке үрленген ауа кокстің жануын, қорыту процесіне қажетті жылу мен жоғары температураны қамтамасыз етеді.

Шойын біздің заманымызға дейінгі IV-VI ғасырда белгілі болған. Аристотельдің темір өндіру әдістері туралы еңбектеріне қарағанда, шойын біздің заманымызға дейінгі IV ғасырда Жерорта теңізініңжағасындағы елдерде кеңінен танымал болған. Олар кен орындарынан шағын шахталық пештегі ағаш көмірінің қызуымен темір, болат алуды үйренген. Ресейде домна пештері алғаш 1630 жылыТула мен Каширада пайда болды. Домна өндірісінің дамуына ауа үлеуіш машинасының іске қосылуы (И.И.Ползунов, 1766), ауаны қыздыру (Дж.Нилсон, 1829), регенеративті ауа қыздырғыштың ашылуы (Э.Каупер, 1857) үлкен әсер етті. 1913 жылы Ресейде 4,2 млн т шойын өндірілген болса, 1940 жылы КСРО 15 млн т шойын өндіріп, дүние жүзінде 3-орынға шықты. 1970 жылы шойын өндіру бойынша 1-орында болды. 1971 жылы КСРО-де 89,3 млн т шойын өндірілді. Домна өндірісін дамытуда совет металлургтері М.А.Павлов, М.К.Курако, И.П.Бардин елеулі еңбек сіңірді.

Қазіргі заманғы домна пеші – металлургия өндірісіндегі ең ірі әрі ең жоғары дәрежеде механикаландырылған агрегат. Ол шихтаны тиеу, ауаны қыздыру, оны пешке үрлеу, қорыту процесінің өнімдерін жинау және тасымалдау үшін қажетті өте күрделі механизмдермен, автоматты құралдармен жабдықталған. Домна пешінде жүзеге асырылатын процестер үздіксіз жүреді. Ең үлкен домна пешінің пайдалы көлемі 2700 м³. Теміртауда осындай бір пеш іске қосылған. 9-бесжылдықта көлемі 5000 м³ болатын домна пеші салынды. Домна пеші темір-бетонды фундаментке орнатылған көлденең қимасы дөңгелек биік шахта түрінде жасалады. Пештің негізгі бөліктері: колошник, шахта, пеш күймесі, пеш иіні және көрік. Шахта, пеш күймесі және пеш иіні жоғары сапалы шамот кірпішінен, ал көрік пен пештің табаны құрамында глиноземнің мөлшері көп кірпіштен немесе көміртекті болатты блоктардан қаланады. Пештің табанынан 600-1000 мм биіктікте шойын мен төменгі шлакты құйып алатын науа, одан 1400-1600 мм биіктікте шлак құйып алатын екі науа, ал көріктің жоғарғы бөлігінде ыстық ауа үрлейтін фурма, пештің күмбезінде домна газын алып кету үшін газшығарғыштар және екі конустан тұратын шихта тиегіш аппарат орналасқан.

Домна өндірісінде шихта агломераттан, окатыштан, темір рудаларынан (магнетит, гематит т.б.), отыннан және флюстен тұрады.

Флюс – шихта құрамындағы  бос жыныс, отын күлі мен зиянды қоспаларды шлаққа айналдыру мақсатымен домна пешінің шихтасына қосылатын асбест тас. Ол шихтаға белгілі құрамы мен қасиеті бар шлак алу үшін де қосылады. Шихта материалдары әрбір 5-10 минутта жеке порциялар түрінде пешке тиеліп отырады. Колошникте кен, флюс, отын қабаттары белгілі ретпен орналасады. Домна процесі пештің түрлі бөліктерінде жүретін мынадай процестерден тұрады: кокстің жануы, шихтаның ыдырауы мен газдардың бөлінуі, темірдің тотықсыздануынан өзге тотықсыздану реакциялары, темірдің көміртектену және шлактың түрленуі. Сырттан үрленген қыздырылған ауада кокс жанады да, СО, Н2 газдары түзіледі. Бұл газдар шихтамен әрекеттесіп, оны ыдыратады. Шихтаның ыдырауы колошникте 423-732 К-та жүреді. 573-1223 К аралығында темірдің жанама тотықсыздану процесі жүреді.

Бұл процесс СО газының  көмегімен іске асырылады да, темірдің жоғарғы тотықтары төменгі тотықтарына (FeO) өтеді және СО2 газы түзіледі. 1223 К-та жоғары жанама тотықсыздану реакциясы баяулап, темірдің шала тотығы FeO көміртектің көмегімен таза темірге дейін тікелей тотықсызданады. Көміртектің көмегімен 1373 К-та марганец, ал 1723 К-та кремний тотықсызданадаы. Фосфор мен күкірт СаО-ның көмегімен металлдан бөлініп шығады.

1313 жылы Қытайда домна өндірісі

Бірақ олар толық ажырамайды. 1423-1523 К-та темір көміртектенеді. Жоғары температурада кеннің құрамындағы бос жыныстар отын күлі және флюспен қосылып шлак түзеді. Көрікте жиналған шойынды және шлакты арнаулы каналдар арқылы құйып алады. Домна процесінің өнімдеріне әр түрлі маркалы шойындар (ақ және сұр шойын) және ферроқорытпалар, шлак, домна газы мен домна шаңы жатады. Ақ шойынның құрамындағы көміртек темірмен химия қосылыс түрінде (Fe3C) кездесетіндіктен, оның сынығы ақ түсті, өзі морт әрі қатты болады. Ақ шойын болат қорыту өндірісінің негізгі шикізаты болып табылады. Қазіргі кезде ол домна пешінде қорытылатын барлық шойынның 80-85%-ына тең. Сұр шойынның құрамында кремнийдің мөлшері көп болғандықтан, көміртек бос күйінде (графит) кездеседі. Оның сынығы сұр түсті, өзі аздап жұмсақтау. Сұр шойынды конструкциялық материал ретінде қолданады. Кейде оны құйма шойын деп те атайды. Ферроқорытпалар деп құрамында белгілі бір элементтің мөлшері шектен тыс көп кездесетін шойынды айтады. Олар болат өндірісінде шикізат ретінде қолданылады. Форреқорытпалар ферромарганец, ферросицилий, айна шойын болып бөлінеді. Домна шлагының құрамында 30-40% SiO2; 10-20% Al2O3; 40-50% CaO болады. Ол құрылыс материалы ретінде пайдаланылады. Домна пешінің өнімділігі оның пайдалы көлемінің тәуліктік өнімділігіне қатынасымен анықталады. Қазіргі домна пештерінің өнімділігі 0,70-0,85 т/м³, тәуліктік пайдалы көлемдері 2000-3000 м³.

Пайдаланылған әдебиет

1. ↑ “Қазақ Совет Энциклопедиясы”, ІІ том
2. ↑ Сборник трудов по теории доменной плавки, сост. М.А.Павлов, т. 1, М., 1957
3. ↑ Доменное производство. Справочник, под ред. И.П.Бардина, т.1-2, М., 1963
4. ↑ Готлиб А.Д., Доменный процесс, 2 изд., М., 1966.
5. ↑Қазақ Энциклопедиясы 6,7 және 9 том.
6. ↑Қазақ тілі терминдерінің салалық ғылыми түсіндірме сөздігі: Машинажасау. — Алматы: "Мектеп" баспасы, 2007.