Доменная печь конструкция и работа. Как сделать самостоятельно доменную печь. Особенности доменной плавки

Доменная печь является одним из основных плавильных агрегатов в черной металлургии. Ее главная технологическая задача — выплавка чугуна заданных характеристик и состава. Своим внешним видом доменная печь напоминает башню высотой с тридцатиэтажный дом. С наружной стороны она имеет обшивку из листовой стали, а изнутри ее выкладывают несколькими слоями огнеупорных кирпичей (шамотов). На верхний ярус домны специальными подъемниками доставляется шихта: кокс, который представляет собой спекшийся, чрезвычайно твердый пористой структуры углеродистый продукт высокотемпературной переработки каменного угля, известняковый материал, улучшающий условия плавки. Туда же поднимают подготовленную железную руду. Затем через устройство, которое называется колошником, весь доставленный материал слоями загружается внутрь печи. Снизу через специальные форсунки (фурмы) осуществляется подача топлива и горячей воздушной смеси, обогащенной кислородом и смешанной с природным газом.

Принцип работы

Доменная печь, принцип работы которой основан на высокотемпературном сгорании кокса в атмосфере максимальной насыщенности кислородом, является плавильным агрегатом вертикально-шахтного типа. Для успешности протекания доменного процесса и для того, чтобы шихта хорошо пропускала газовую и воздушную смесь, требуется предварительная подготовка руды. Она заключается в спекании рудного материала в большие коржи или круглые окатыши. Под воздействием собственной массы шихта опускается, проходя практически через всю доменную печь и по пути омываясь газами, выделяющимися при сгорании коксового материала. Основная часть плавильного процесса протекает в горне. Шихта дополнительно нагревается горячим воздухом, что позволяет значительно минимизировать затраты кокса, а также повысить производительность печи.

Из истории доменной печи

Второе тысячелетие до нашей эры можно считать началом зарождения черной металлургии. Сначала для получения железа использовались костры, позже им на смену пришли плавильные ямы, названные сыродутными горнами. В них помещали руду и древесный уголь. Необходимая для поддержания процесса горения воздушная смесь подавалась естественной тягой, которую позже с развитием технологий сменили мехи. Конечно же, такой способ не мог дать качественного металла. Железо имело вид тестообразной массы с обильными вкраплениями шлаков и остатков не полностью сгоревшего древесного угля. Низкое содержание углерода делало металл мягким, изделия из него легко гнулись, быстро тупились и практически не поддавались закалке. С течением столетий процесс выплавки все больше совершенствовался. Так горны начали превращаться в небольшие печи, позволявшие получать более качественный металл. Первая доменная печь появилась в Европе на рубеже XIV — XV вв. Такие агрегаты начали строить в провинции Намюр (Бельгия) и в Англии. В качестве топлива продолжали использовать древесный уголь, что по мере наращивания объемов металлургического производства приводило к вырубке все больших площадей леса. В 1735-м году английским изобретателем Абрахамом Дерби был успешно применен в доменном процессе каменноугольный кокс, не содержавший примесей других типов топлива. Это помогло не только сэкономить значительные лесные ресурсы, но и существенно повысило эффективность и производительность плавильного производства. Современные доменные печи являются сложными и высокотехнологичными сооружениями, которые способны выплавлять в сутки до 5000 — 5500 тонн высококачественного чугуна. Все процессы по подготовке и загрузке шихтового материала в них полностью механизированы.

Устройство доменной печи вертикально-шахтного типа планируется с учетом того, что при увеличении полезного внутреннего объема сооружения повышается также его экономичность. Сейчас все крупные предприятия стараются иметь агрегаты с тоннажем не менее 2000 — 3500 м 3 . Например, на металлургическом комбинате «Криворожсталь» с 1974-го года работает гигант объемом 5000 м 3 . Воздух на таких крупных агрегатах вдувается через 14 — 36 форсунок-фурм. Для нагревания воздушной смеси используются специальные мощные электрические устройства. Каждая крупногабаритная доменная печь промышленного масштаба обслуживается тремя-четырьмя автоматически переключающимися воздухонагревателями. Также работу агрегата обеспечивают многочисленные вспомогательные устройства, к числу которых относятся специальные шихтовые дворы, оснащенные разгрузочно-погрузочными приспособлениями; эстакады бункерного типа с вагон-весами, предназначенными для автоматического взвешивания загружаемых материалов; подъемные механизмы, которые доставляют самоопрокидывающиеся тележки-скипы к загрузочному блоку сооружения. Для нормального функционирования всей системы также предназначаются специальные нагревательные устройства, необходимые при осуществлении процесса высокотемпературного дутья, литейные дворы, чугуновозы, шлаковозы и разливочные машины. По большому счету, современная доменная печь представляет собой своеобразное автоматизированное мини-предприятие, обслуживаемое множеством специалистов самого разного профиля. Такие огромные и сложнейшие производственные структуры являются агрегатами непрерывного действия и работают несколько лет безостановочно до тех пор, пока не произойдет износ внутренней огнеупорной кладки.

Современная цивилизация неразрывно связана с развитием техники производства, невозможной без совершенствования орудий труда и материалов, используемых для их изготовления.

Среди всех материалов природного происхождения или созданных человеком, самое значимое место занимают черные металлы – сплав железа и углерода с присутствием других элементов.

Сплавы, в составе которых часть углерода составляет 2 – 5%, относятся к чугунам, при наличии углерода менее 2% сплав относится к сталям. Для плавки металлов используется специальная технология доменного производства.

Азбука производства

Доменная плавка – это процесс производства чугуна из железной руды, перерабатываемой в доменных печах или, как их еще называют, домнах.

Основными материалами, необходимыми в процессе такого производства, являются:

• топливо, в виде получаемого из каменного угля кокса;
• железная руда, являющаяся непосредственным сырьем для производства;
• флюс – специальные добавки из известняка, песка, а также других материалов.

В доменные печи железная руда попадает в виде сплавленных между собой кусков мелкой породы – агломератов или окатышей, в виде рудных комков. Исходное сырье загружают в колошник доменной печи послойно, чередуя со слоями кокса и с послойным добавлением флюса.

Примите к сведению: флюс необходим для того, чтобы заставить всплыть пустую породу и различные примеси, которые называются шлаком.

Всплывший на поверхности раскаленного чугуна шлак, сливается до того, как металл застынет. Загружаемый для плавки чугуна материал из железной руды, кокса и флюса, называют шихтой.

Доменная печь, имеющая в профиль сходство с башней с широким основанием, внутри выкладывается огнеупорным материалом – шамотом.

Основными элементами конструкции являются:

• заплечики;
• распар;
• колошник;
• шахта
• горн.

Распар — это самая широкая часть доменной печи. В нем плавится пустая порода руды и флюса, в результате чего из них получается шлак. Для предотвращения воздействия высоких температур на кладку и кожух печи, применяются холодильные установки с циркулирующей водой.

Доменная шахта строится в форме расширяющего внизу конуса – такое устройство домны позволяет шихте свободно опускаться во время процесса плавки. Образование чугуна, который в процессе плавки спускается в горн, происходит в распаре и заплечиках. Для удержания находящейся в распаре и шахте твердой шихты, заплечики имеют форму конуса, с расширением к верху.

Как работает

/>В домну шихта засыпается через колошник непрерывными порциями.

Для обеспечения непрерывности работы, возле домны устанавливается склад для окатышей (агломерата), флюса и кокса – бункер, предназначенный для составления шихты.

Поставки сырья в бункеры, как и подача шихты к засыпным устройствам на колошник, производится по непрерывной схеме с использованием транспортеров.

Опускаясь под своей массой, шихта попадает в среднюю часть печи, где под воздействием горячих газов, образующихся в результате сгорания кокса, железорудный материал нагревается, а оставшиеся газы выходят через колошник.

В горне, который находится внизу печи, располагаются аппараты для подачи под давлением горячих воздушных потоков – фурмы. В фурмах имеются окошки с термостойкими стеклами, позволяющие производить визуальный контроль процесса.

Обратите внимание: для защиты от воздействия высоких температур устройства охлаждаются водой по имеющимся внутри каналам.

Сгорающий в горне кокс дает необходимую для плавления руды температуру, превышающую +2000 гр.

В процессе горения происходит соединение кокса и кислорода с образованием углекислого газа.

Воздействие высокой температуры на углекислый газ превращает последний в отнимающий у руды оксид углерода и восстанавливает железо. Процесс образования чугуна происходит после прохождения железа сквозь слои раскаленного кокса. В результате такого процесса, железо насыщается углеродом.

После того как чугун в горне накопился, жидкий металл выпускается через находящиеся внизу отверстия – летки. В первую очередь через верхнюю летку выпускается шлак, а затем, через нижнюю летку – чугун. По специальным каналам чугун сливается в размещенные на железнодорожных платформах ковши и транспортируется на дальнейшую обработку.

/> />Литейный чугун, который в дальнейшем будет использован для производства отливок, попадает в разливочный аппарат и, застывая, превращается в бруски – чушки.

Для производства стали используется чугун, который называется переделочным – он составляет до 80% производства.

Переделочный чугун транспортируется в сталелитейный цех с конверторами, мартеновскими или электрическими печами. В современных, огромного размера домнах для поддержания процессов горения используется не только потоки горячего воздуха, но и чистый кислород, применяемый вместе с природным газом.

Такая технология позволяет расходовать меньшее количество кокса, но является технологически более сложной. Поэтому для контроля процесса производства, выбора оптимальных режимов плавки используются компьютеры, способные вести одновременный анализ работы всех систем.

Смотрите познавательное видео, в котором описываются принцип работы и нюансы функционирования доменной печи:

© При использовании материалов сайта (цитат, изображений) указание источника обязательно.

Наше время как только не называли: веком атома, космоса, пластиков, электроники, композитов и т.д., и т.п. На самом деле наш век пока все-таки железный – его сплавы все еще составляют ядро техники; остальное хоть и очень мощная, но периферия. Путь железа в конструкции, изделия и сооружения начинается выплавкой чугуна из руды в доменной печи.

Примечание: богатых железных руд, непосредственно после добычи пригодных на выплавку, в мире почти не осталось. Теперешние доменные печи работают на обогащенном агломерате и окатышах. Далее в тексте под рудой подразумевается именно такое сырье для черной металлургии.

Современная доменная печь (домна) – грандиозное сооружение высотой до 40 м, весом до 35 000 тонн и рабочим объемом до 5500 куб. м, выдающее за одну плавку до 6000 тонн чугуна. Обеспечивает работу домны сонм систем и агрегатов, занимающих площадь в десятки и сотни га. Все это хозяйство выглядит внушительно и в останове при потушенной домне в пасмурный день, а в работе просто феерически. Выпуск чугуна из домны также зрелище захватывающее, хотя в современных доменных печах он уже не походит на картину из дантова ада.

Основной принцип

Принцип работы домны заключается в непрерывности металлургического процесса на весь срок эксплуатации печи до очередного капремонта, который производится раз в 3-12 лет; общий срок службы домны может превышать 100 лет. Доменная печь шахтная: сверху в нее периодически погружают порциями (колошами) шихту из руды с известняковым флюсом и кокс, а снизу также периодически выпускают расплавленный чугун и сливают расплав шлака, т.е. столб исходных материалов в шахте домны постепенно оседает, превращаясь в чугун и шлак, а сверху его наращивают. Однако путь черной металлургии к этой вроде бы несложной схеме был долог и труден.

История

Железный век сменил бронзовый главным образом вследствие доступности сырья. Сырое железо много уступало бронзе во всем прочем, включая трудоемкость и себестоимость; последние, впрочем, во времена рабства мало кого волновали. Но болотную руду, представляющую собой почти чистую гидроокись железа, или богатую горную железную руду, в древности можно было найти повсюду, в отличие от месторождений меди и – особенно – олова, необходимых для получения бронзы.

Первое железо из минерального сырья было получено, судя по данным археологии, случайно, когда в медеплавильную печь загрузили не ту руду. При раскопках древнейших плавилен возле печей иногда находят явно выброшенные куски железной крицы (см. ниже). Дефицит сырья заставил приглядеться к ним получше, ну, а соображали древние в общем не хуже нас.

Вначале железо из руды получали т. наз. сыродутным способом в печи-домнице (не домне!). Восстановление Fe из окислов при этом происходило за счет углерода топлива (древесного угля). Температура в домнице не достигала точки плавления железа в 1535 градусов Цельсия, и в результате процесса восстановления в домнице утверждалась масса губчатого железа, перенасыщенного углеродом – крица. Чтобы извлечь крицу, домницу приходилось ломать, а затем уплотнять крицу и буквально выколачивать из нее избыточный углерод, долго, сильно и упорно проковывая тяжелым молотом. С тогдашней точки зрения, плюсами сыродутного процесса была возможность получать крицу в очень маленькой печи и высокое качество кричного железа: оно прочнее литого и плохо поддается ржавлению. Как получают железо сыродутным способом, см. видео ниже.

Видео: выплавление железа сыродутным способом

Китай первым, намного раньше остальных стран, перешел от рабства к феодализму. Рабский труд в производстве там перестал применяться и товарно-денежные отношения начали развиваться, еще когда на Западе прочно стоял Древний Рим. Сыродутный процесс сразу стал нерентабельным, но вернуться к бронзе уже нельзя было, ее просто не хватило бы. Роль флюса в облегчении выплавки из руды металла была известна еще в бронзовом веке, для плавки железа требовалось только усилить наддув, и китайцы путем проб и ошибок к IV в. н. э. научились строить доменные печи с наддувом мехами, приводимыми в движение водяным колесом, слева на рис.

К идентичной конструкции во второй половине XV в. пришли немцы, справа на рис. Вполне самостоятельно: историки прослеживают непрерывный ряд усовершенствований от домницы через штукофены и блауофены к домне. Главное, что внесли в черную металлургию немецкие металлурги – пережигание высококачественного каменного угля в кокс, что намного удешевило стоимость топлива для домны.

Страшным врагом первоначального доменного процесса было т. наз. закозление, когда вследствие нарушения режима дутья или недостатка углерода в шихте в печь «садился козел», т.е. шихта спекалась в сплошную массу. Чтобы извлечь козла, домну приходилось ломать. Показателен такой исторический пример.

Уральские заводчики Демидовы, как известно, славились своей жестокостью и бесчеловечным обращением с рабочими, тем более что тех много было «беспачпортных», беглых крепостных и дезертиров. «Работных» однажды совсем допекло, и они предъявили приказчику свои требования, надо сказать, довольно скромные. Тот их по демидовскому обычаю буквально послал по-русски. Тогда рабочие пригрозили: «А ну давай самого сюда, не то козла в печку посадим!» Приказчик вытянулся, побледнел, на лошадь и – галопом прочь. Не прошло часа (во времена гужевого транспорта – моментально), прискакал на взмыленном коне взмыленный «сам», и с ходу: «Братцы, да вы чего? Да я ж что, чего вам?» Рабочие повторили требования. Хозяин, образно выражаясь, присел, сказал «Ку!» и тут же велел приказчику выполнить все досконально.

До XIX в. домны были фактически сыродутными: в них вдувался неподогретый и не обогащенный кислородом атмосферный воздух. В 1829 г. англичанин Дж. Б. Нилсон попробовал подогреть вдуваемый воздух всего до 150 градусов (предварительно запатентовав свою воздухогрейку в 1828 г.) Расход дорогого кокса сразу упал на 36%. В 1857 г. тоже англичанин Э. А. Каупер (Cowper) придумал регенеративные воздухонагреватели, названные впоследствии в его честь кауперами. В кауперах воздух за счет дожигания отходящих доменных газов нагревался до 1100-1200 градусов. Расход кокса снизился еще в 1,3-1,4 раза и, что тоже очень важно, домна с кауперами оказалась не подверженной закозлению: при появлении его признаков, что случалось крайне редко при очень грубых нарушениях техпроцесса, всегда оставалось время раздуть печь. Кроме того, в кауперах за счет частичного распада паров воды забираемый воздух обогащался кислородом до 23-24% против 21% в атмосфере. В введением в схему домны кауперов процессы в доменной печи с точки зрения термохимии достигли совершенства.

Доменный газ сразу стал ценным вторичным сырьем; об экологии тогда не думали. Чтобы его не транжирить, вскоре домну дополнили колошниковым аппаратом (см. далее), позволявшим загружать шихту и кокс, не выпуская доменный газ в атмосферу. На этом эволюция доменной печи в принципе закончилась; дальнейшее ее развитие шло по пути важных, но частных усовершенствований, улучшения технико-экономических, а затем и экологических показателей.

Доменный процесс

Общая схема доменной печи с обслуживающими системами дана на рис. Литейный двор – принадлежность небольших доменных печей, дающих в основном литейный чугун. Большие домны дают свыше 80% переделочного чугуна, который чугуновоз с разливочной площадки тут же увозит в конверторные, мартеновские или электроплавильные цеха для передела в сталь. Из литейного чугуна отливают в земляные формы-опоки, как правило, болванки – чушки – которые отправляются производителям металлоизделий, где переплавляются для отливки в изделия и детали в печах-вагранках. Чугун и шлак традиционно выпускаются через отдельные отверстия – летки, но домны новой постройки все чаще снабжаются общим летком, разделенным на чугунный и шлаковый жароупорной плитой.

Примечание: болванки сырого железа без избытка углерода, полученного из чугуна и предназначенного для передела в высококачественную конструкционную или спецсталь (второй-четвертый переделы) называются слябами. В металлургии профессиональная терминология разработана не менее детально и точно, чем в морском деле.

В настоящее время запасов угля и коксовых печей при домнах, похоже, вовсе не осталось. Современная доменная печь работает на привозном коксе. Коксовый газ – смертельно ядовитый убийца экологии, но он же ценнейшее химическое сырье, которое нужно использовать немедленно, еще горячим. Поэтому коксохимическое производство давно уже выделилось в отдельную отрасль, а кокс металлургам поставляют транспортом. Что, кстати, гарантирует стабильность его качества.

Как работает домна

Непременное условие успешной работы доменной печи – избыток углерода в ней в течение всего доменного процесса. Термохимическую (выделена красным) и технико-экономическую схему доменного процесса см. на рис; выплавка чугуна в доменной печи происходит след. образом. Новую домну или реконструированную после капремонта 3-го разряда (см. ниже) заполняют материалами и разжигают газом; также разогревают один из кауперов (см. далее). Затем начинают дуть воздух. Сразу же усиливается горение кокса, повышающее температуру в домне, начинается разложение флюса с выделением углекислого газа. Его избыток в атмосфере печи при достатке вдуваемого воздуха не дает коксу догореть полностью, и в больших количествах образуется монооксид углерода – угарный газ. Он в данном случае не яд, а энергичный восстановитель, жадно отнимающий кислород у окислов железа, составляющих руду. Восстановление железа газообразным моноокислом, вместо менее активного твердого свободного углерода – принципиальное отличие домны от домницы.

По мере сгорания кокса и распада флюса столб материалов в домне оседает. В общем доменная печь представляет собой два составленных основаниями усеченных конуса, см. далее. Верхний, высокий, это шахта домны, в ней железо из разнообразных окислов и гидроокиси восстанавливается до моноксида железа FeO. Самая широкая часть доменной печи (место сопряжения оснований конусов) называется распаром (распар, распара – неправильно). В распаре оседание загрузки замедляется, и железо восстанавливается из FeO до чистого Fe, которое выделяется каплями и стекает в горн домны. Руда как бы парится, потея расплавленным железом, отчего и название.

Примечание: время прохождения очередного колоша шихты в домне от верха шахты до расплава в горне составляет от 3-х до 20 и более суток в зависимости от размера доменной печи.

Температура в доменной печи в пределах столба загрузки растет от 200-250 градусов под колошником до 1850-2000 градусов в распаре. Восстановленное железо, стекая вниз, контактирует со свободным углеродом и при таких температурах сильно им насыщается. Содержание углерода в чугуне превышает 1,7%, но выколотить его, как из крицы, из чугуна невозможно. Поэтому полученный из домны чугун тут же, чтобы не тратить средства и ресурсы на его переплавку, увозят жидким для первого передела в обычную конструкционную сталь или слябы, а доменная печь, как правило (большие и сверхбольшие домны – исключительно), работает в составе металлургического комбината.

Конструкция домны

Конструкция доменной печи как сооружения дана на рис:

Вся домна собирается в стальном футляре с толщиной стенок от 40 мм. В жароупорный пень домны (цоколь, оголовок, навершие подземного фундамента) замуровывается лещадь (под) цилиндрического горна. Футеровка горна достигает толщины 1,3-1,8 м и неоднородна: осевая зона лещади футеруется высокоглиноземистым кирпичом, плохо проводящим тепло, а бока – графитированными материалами, обладающими довольно высокой теплопроводностью. Так нужно, поскольку термохимия расплава в горне еще не «успокоилась» и там выделяется некоторый избыток тепла против потерь на остывание. Если его не отвести вбок, на жароустойчивый пень, строение доменной печи потребует очередного ремонта более высокого разряда (см. ниже).

Расширяющаяся вверх часть домны – заплечики – футеруется уже графитированными блоками толщиной ок. 800 мм; такой же толщины шамотная футеровка шахты. Шамот, как и футеровка горна с заплечиками, не смачивается расплавленным шлаком, но ближе к последнему по химическому составу. Т.е., домна в работе минимально обрастает нагаром и лучше держит внутренний профиль, что упрощает и удешевляет очередной ремонт.

Горн и заплечики работают в самых тяжелых условиях, лишние весовые нагрузки для них опасны, поэтому шахта домны опирается своими плечами (кольцеобразным выносом) на прочное стальное кольцо – маратор – покоящееся на стальных колоннах, замурованных в пень. Таким образом, весовые нагрузки горна с заплечиками и шахты передаются на основание домны раздельно. Горячий воздух из кауперов задувается в домну из кольцевого трубчатого коллектора с теплоизоляцией через специальные устройства – фурмы, см. далее. Фурм в домне бывает от 4-х до 36 (в доменных печах-гигантах на 8000-10 000 тонн шихты и 5-6 тыс. тонн чугуна в сутки).

Разряды ремонта

Текущее состояние доменной печи определяется по химическому составу чугуна и шлака. Если содержание примесей подходит к пределу, назначается ремонт домны 1-го разряда. Из горна выпускают расплавы, глушат кауперы (см. далее) и оставляют домну на малом дыхании, с температурой внутри горна 600-800 градусов. Ремонт 1-го разряда включает в себя визуальный осмотр, ревизию механического состояния, измерение показателей профиля печи и взятие проб футеровки для химического анализа. Когда-то домну на малом дыхании осматривали люди в специальных защитных костюмах с автономными дыхательными приборами, ныне это делается дистанционно. После ремонта 1-го разряда домну можно вновь запускать без розжига.

Результатом ремонта 1-го разряда чаще всего (если только не проморгали плохую руду, флюс и/или бракованный кокс) назначается ремонт 2-го разряда, в ходе которого подправляется футеровка. Ее частичная или полная перекладка, рихтовка или замена колошникового аппарата осуществляются в порядке ремонта 3-го разряда. Он, как правило, приурочивается к технической реконструкции предприятия, т.к. требует полного останова, остывания печи, а затем ее перезагрузки, розжига и перезапуска.

Системы и оборудование

Устройство доменной печи современного образца включает в себя десятки вспомогательных систем, управляемых мощными компьютерами. Металлурги наших дней по-прежнему носят каски с темными очками, но сидят в кабинах с кондиционером за пультом с дисплеями. Тем не менее, принципы работы основных систем и устройств, обеспечивающих работу доменной печи, остались прежними.

Кауперы

Воздухонагреватель Каупера (см. рис.) – устройство циклического действия. Вначале насадка-регенератор из теплоемкого жароустойчивого материала нагревается догорающими доменными газами. Когда температура насадки достигнет ок. 1200 градусов, каупер переключается на дутье: наружный воздух через него прогоняется в домну противотоком. Насадка остыла до 800-900 градусов – каупер переключают снова но прогрев.

Поскольку дуть в домну нужно непрерывно, кауперов при ней должно быть не менее 2-х, но строят их не менее 3-х, с запасом на аварию и ремонт. Для больших, сверхбольших и гигантских доменных печей строят батареи кауперов из 4-6 секций.

Колошниковый аппарат

Это самая ответственная часть домны, особенно в свете теперешних требований экологии. Устройство колошникового аппарата домны показано на рис. справа; он представляет собой 3 согласованно действующих газовых затвора. Цикл его работы такой:

1. исходное состояние – верхний конус поднят, преграждает выход в атмосферу. Окна в днище вращающейся воронки приходятся на горизонтальную перегородку и перекрыты. Нижний конус опущен, дает выход доменным газам к дымососу и далее в циклон;
2. скип (см. далее) опрокидывается и вываливает колошник материалов в приемную воронку;
3. вращающаяся воронка с окнами в днище поворачивается и пропускает загрузку на малый конус;
4. вращающаяся воронка возвращается в исходное состояние (окна закрыты перегородкой);
5. большой конус поднимается, отсекая доменные газы;
6. малый конус опускается, пропуская загрузку в межконусное пространство;
7. малый конус поднимается, дополнительно перекрывая выход в атмосферу;
8. большой конус опускается в исходное состояние, выпуская загрузку в шахту домны.

Таким образом, материалы в шахте печи ложатся слоями, выпуклыми книзу и вогнутыми сверху. Это совершенно необходимо для нормальной работы домны, поэтому нижний (большой) затвор всегда обратно-конический. Верхние могут быть иной конструкции.

Скип, с англ. – ковш, черпак, разинутая пасть. Колоша (с фр.) – горсть, ковш, черпак. Кстати, отсюда же и калоши. Доменные печи снабжаются преимущественно скиповыми подъемниками материалов. Скип домны (справа на рис.) зачерпывает из скиповой ямы калошу материала, поднимается специальным механизмом по наклонной эстакаде (слева на рис.), опрокидывается в колошниковый аппарат и возвращается обратно.

Фурмы и летки

Устройство фурмы доменной печи показано слева на рис., чугунной летки в центре, а шлаковой справа:

Сопло фурмы направлено в самое сердце доменного процесса; через него удобно зрительно контролировать его ход, для чего на воздуховоде фурмы устраивается гляделка с жаростойким стеклом. Давление воздуха на срезе сопла фурмы – 2-2,5 ати (2,1-2,625 МПа сверх атмосферного).Летки после выпуска расплава запечатываются комом жароустойчивой глины. Раньше по ним для этого стреляли пластичным глиняным ядром из специальной пушки. Ныне летки запечатываются дистанционно управляемой электрической пушкой (название – дань традиции), приближающейся к летку вплотную. Это намного уменьшило аварийность, травмоопасность и экологичность доменного процесса.

А своими руками?

Черная металлургия – высокорентабельный бизнес. Знаете ли вы, что «подъем» на ней в несколько раз выше, чем от добычи золота? Думаете, нефти и газа осталось мало? Нет, их при теперешних темпах потребления и полном пренебрежении экологией хватит еще на 120-150 лет. А вот железной руды осталось всего лет на 30. Так нельзя ли наладить металлургическое производство у себя на дворе?

Товарное с целью извлечения прибыли – никоим образом. Первое, о разрешениях забудьте и думать. Черная металлургия едва ли не главная угроза окружающей среде. ИП и физлица на нее нигде, никак и ни за какие взятки не лицензируются, а наказания за нарушения суровые.

Второе – сырье. Месторождений богатой руды, которую сразу можно грузить в домну, в мире осталось аж 2: в Австралии и Бразилии. Промышленные запасы болотной руды исчерпаны еще в древности, и для их восстановления нужны многие тысячи лет. Агломерата и окатышей в широкой продаже нет и не будет.

В общем, частная черная металлургия для рынка это сейчас абсолютно нереально. Попробуйте лучше печатать на 3D принтере. Перспективное дело, со временем 3D печать если не заменит металлургию полностью, то уж точно вытеснит ее в небольшие ниши, где без металла никак не обойтись. Для экологии это будет равнозначно сокращению потребления углеводородного топлива не менее чем в 7-9 раз.

Доменная печь – шахтная печь для выплавки чугуна из железной руды.

Производительность печи зависит от ее размеров. Наиболее мощные доменные печи имеют объем 2000-5000 м 3 . Их высота составляет 32-37 метров, диаметр – 11-16 метров.

Схема доменной печи приведена на рис. 3.1. Печь состоит из следующих элементов по высоте: колошник, шахта, распар, заплечики, горн и лещадь. На колошнике формируется уровень засыпки материалов и распределение материалов по сечению шахты. Шахта предназначена для подогрева шихты до температуры плавления. Кроме того, в шахте происходят и процессы восстановления железа. Распар – самая широкая часть печи, в которой происходят основные процессы плавления. Ниже распара – заплечики, служащие для перегрева и передачи расплава и шлака из распара в горн. Горн опирается на лещадь – кладку из огнеупорного кирпича. Горн нужен для сбора продуктов плавки – чугуна и шлака. На границе заплечиков и горна расположены фурмы, через которые подается горячее дутье, а иногда и топливо (природный газ). Дутье представляет из себя воздух, обычно обогащенный кислородом.

Принцип работы доменной печи следующий. По скиповому подъёмнику шихта подаётся в приёмную воронку верха печи. В состав шихты входят офлюсованный агломерат, кокс, руда, известняк, возможна загрузка окатышей. С помощью поочерёдной работы малого и большого конусов колошника шихта засыпается в шахту.

В процессе работы печи шихта постепенно опускается вниз и нагревается за счёт теплоты движущихся вверх газов, образовавшихся в горне при горении кокса. Горновой газ имеет температуру 1900-2100 °С, состоит из СО, H 2 и N 2 и при движении в слое шихты не только нагревает её, но и восстанавливает оксиды железа (FeO, Fe 2 O 3 и Fe 3 O 4) до Fe. Высокая температура горнового газа обязана, в частности, высокой температуре подогрева воздуха (1000-1200 °С) в доменных воздухонагревателях. Уходящий из печи газ имеет температуру 250-300 °С и называется колошниковым. После очистки колошникового газа от пыли он будет называться доменным.

Доменный газ является низкокалорийным топливом с низшей теплотой сгорания от 3,5 до 5,5 МДж/м 3 . Состав доменного газа сильно зависит от обогащения дутья кислородом и от подачи природного газа: 24-32 % СО, 10-18 % СО 2 , 43-59 % N 2 , 0,2-0,6 % СН 4 , 1,0-13,0 % Н 2 . В основном газ используется для нагрева насадки доменных воздухонагревателей, а также в смеси с коксовым или природным газом – для отопления нагревательных, термических и некоторых других печей.

В нижней части доменной печи восстановленное железо плавится и стекает в виде чугуна в горн, где постепенно накапливается. Расплавленные окислы железа, марганца, кремния и др. образуют вместе с известью жидкотекучий шлак. Шлак располагается (плавает) над чугуном в силу того, что плотность шлака меньше плотности чугуна. Из горна чугун и шлак периодически выпускают через чугунную и шлаковую лётки, соответственно. Если шлака образуется сравнительно немного, то чугун и шлак выпускают вместе через одну чугунную лётку с отделением друг от друга на разливочной площадке. Температура выпуска жидкого чугуна составляет 1420-1520 °С.

Для нормальной и высокопроизводительной работы доменной печи необходимы мощные воздухонагреватели. Доменные воздухонагреватели представляют из себя теплообменники регенеративного типа. Часто доменные воздухонагреватели называют кауперами в честь их английского создателя – Е.А. Cowper. Представление о внешнем виде каупера можно получить из рис. 3.1. Каупер представляет собой вертикальный цилиндрический кожух, сваренный или склёпанный из листовой стали, с заключённой в нём насадкой, обычно, из огнеупорного кирпича. В нижней части камеры горения каупера расположены горелка и воздухопровод горячего дутья. Поднасадочное пространство каупера соединено клапанами с воздухопроводом холодного дутья и с отводом к дымовому борову.

Современная доменная печь имеет 4 каупера, которые работают попеременно: насадка двух из них нагревается горячими дымовыми газами, а через один пропускается нагреваемый воздух (дутьё). Четвёртый каупер обычно находится в резерве. Период дутья длится от 50 до 90 минут. После этого охлажденный каупер переключают на нагрев, а дутьё подаётся через следующий самый разогретый каупер. На рис. 3.1 показан случай, когда через правый от доменной печи каупер проходит воздух, а левый стоит на разогреве (нагреве). В период нагрева работает горелка и открыт клапан на пути прохода дымовых газов к дымовому борову, но закрыты клапаны на воздухопроводах холодного и горячего дутья.

В результате продукты горения, образовавшиеся при сжигании топлива поднимаются вверх, последовательно проходят камеру горения, подкупольное пространство, а затем опускаются вниз, проходят через насадку, нагревая ее, и только после этого с температурой 250-400 °С уходят через дымовой клапан на дымовую трубу. В период дутья – наоборот: закрыт дымовой клапан и отключена горелка, но открыты клапаны на воздухопроводах холодного и горячего дутья. При этом холодное дутье под давлением 3,5-4 ат поступает в поднасадочное пространство, проходит разогретую насадку, где нагревается, и, опускаясь в камере горения, доходит до воздухопровода горячего дутья. Через этот воздухопровод дутье направляется в печь.

В зависимости от конкретных условий может применяться увлажнение дутья относительно природной влажности, обогащение дутья кислородом или азотом. В частности, обогащение дутья азотом позволяет экономить кокс и регулировать интенсивность доменной плавки. Обогащение дутья кислородом (до 35-40 %) совместно с использованием природного газа также позволяет снизить расход кокса. Повышение влажности дутья (до 3-5 %) позволяет повысить температуру нагрева дутья в каупере за счет интенсификации лучистого теплообмена в насадке и ведет к сокращению расхода кокса.

Примерная высота каупера до 30-35 метров, диаметр – до 9 метров. Верхнюю часть насадки выкладывают высокоглиноземистым или динасовым кирпичом, нижнюю – шамотным кирпичом. Толщина насадочного кирпича 40 мм. Из него выкладываются ячейки 45×45, 130×45 и 110×110 мм. Кроме кирпичных насадок применяются насадки из шестигранных блоков с круглыми ячейками и с горизонтальными проходами, а также насадки из высокоглиноземистых шариков. Поверхность нагрева кирпичной насадки около 22-25 м 2 на 1 м 3 ее объема. Приближенно можно считать, что объем насадки одного каупера в 1-2 раза меньше объема доменной печи. Так, если объем печи 2700 м 3 , то один каупер может иметь объем около 2700/1,5 = 1800 м 3 .

Наиболее распространены кауперы с встроенной камерой горения, как показано на рис. 3.1. Главные недостатки этих кауперов: перегрев свода и деформация камеры горения в сторону насадки в ходе длительной работы. Существуют кауперы с выносной камерой горения, а также кауперы, в которых горелки расположены под куполом. Кауперы с выносной камерой горения удобны в эксплуатации и обладают высокой стойкостью, но дороже других кауперов. Кауперы с подкупольными горелками недорогие, но неудобны в работе, т.к. горелки и клапаны расположены на значительной высоте.

За период дутья температура нагрева воздуха постепенно снижается с 1350-1400 °С до 1050-1200 °С. Для стационарно работающей доменной печи такие перепады температуры вдуваемого дутья нежелательны. Поэтому температуру регулируют добавкой холодного воздуха из воздухопровода холодного дутья. По мере снижения температуры дутья снижается и доля холодного воздуха в смеси с целью стабилизации температуры дутья на уровне 1000-1200 °С.

Ориентировочный материальный баланс выплавки чугуна приведен в табл. 3.1, а соответствующий ему тепловой баланс рабочего пространства доменной печи – в табл. 3.2.

При составлении балансов приняты следующие составы материалов. Окатыши: Fe 2 O 3 — 81 %; FeO — 4; SiO 2 — 7; CaO — 5; Al 2 O 3 — 1; MgO — 1; MnО — 0,3; P 2 O 5

0,03 %. Агломерат: Fe 2 O 3 — 63 %; FeO — 16; SiO 2 — 7; CaO — 10; Al 2 O 3 — 2; MgO — 1; MnО — 1; P 2 O 5

0,01 %. Чугун: Fe — 94,2 %; С — 4,5; Si — 0,6; Mn — 0,7; S

0,03 %. Шлак: FeO — 1 %; SiO2 — 36; CaO — 43; Al 2 O 3 — 10; MgO — 7; MnО — 2; S — 1 %. Колошниковый газ (доменный): СО 2 — 18,0 % (объёмн.); СО — 25,2; Н 2 — 12,5; СН 4 — 0,3; N 2 — 44 %.

Проанализируем расход топлива в доменной печи при использовании офлюсованного агломерата.

Расход топлива в доменной печи складывается из расхода кокса и природного газа (510-560 кг у.т./т чугуна) плюс расход газа для отопления доменного воздухонагревателя (90-100 кг у.т./т чугуна) и минус выход доменного газа (170-210 кг у.т./т чугуна). Итого общий расход: 535 + 95 — 190 = 440 кг у.т./т чугуна.

Если учесть, что на производство кокса (примерно 430-490 кг кокса на 1 т чугуна) и агломерата (примерно 1200-1800 кг агломерата на 1 т чугуна) уже было затрачено топливо, то общий расход первичного топлива на производство 1 тонны чугуна составит 440 + 40 + 170 = 650 кг у.т./т, где 40 и 170 кг у.т./т – расходы топлива на производство кокса и агломерата, пересчитанные на 1 т чугуна.

Производительность печи характеризуется специфическим показателем, который называется КИПО (коэффициент использования полезного объёма). КИПО равен отношению полезного объёма печи к суточной выплавке чугуна и поэтому является размерным. Для современных печей КИПО колеблется от 0,43 до 0,75 м 3 ⋅сут./т. Чем ниже этот коэффициент, тем лучше работает печь. По своему названию КИПО логичнее было бы рассматривать как отношение производительности к единице объема. В этой связи удобнее пользоваться таким показателем, как удельная производительность доменной печи, равным П у = 1 / КИПО и изменяющийся в пределах от 1,3 до 2,3 т/(м 3 ⋅сут).

С целью экономии топлива на доменной печи можно рекомендовать следующее:

• перевод печи на работу с повышенным (до 1,5-2 ати) давлением газов на колошнике. При этом объём газов уменьшается, что позволяет увеличить расход дутья или уменьшить вынос колошниковой пыли;
• повышение температуры подогрева воздуха в доменных воздухонагревателях с целью экономии кокса;
• использование физической теплоты огненно-жидких шлаков. Эта проблема ещё не решена из-за периодичности выпуска шлаков из печи. Перспективным является предложение о воздушной грануляции шлака и получении дополнительного пара для местных котельных;
• вдувание горячих восстановительных газов подобно тому, как это делается на печи металлизации. Это поможет сэкономить до 20 % кокса;
• вдувание в горн пылеугольного топлива с целью экономии примерно 0,8 кг кокса на 1 кг пылеугольного топлива;
• использование теплоты отходящих газов доменных воздухонагревателей для подогрева доменного газа и воздуха перед подачей в горелку.

Для Minecraft уже давно создали много разных модов, которые привнесли в игру новый геймплей и элементы для крафта. Вряд ли кто-то будет оспаривать утверждение, что одним из самых популярных модов для Minecraft является Industrial Craft 2.

Один из основных элементов мода Industrial Craft 2 — доменная печь. Без этого предмета невозможно сколько-нибудь серьёзно продвинуться в развитии собственных технологий в игре и получать новые усовершенствованные предметы: броню, инструменты, слитки.

Поэтому многих игроков интересует, как крафтится в Industrial Craft 2 доменная печь.

Крафт

Для создания доменной печи потребуется шесть железных пластин, расставленных по периметру, один корпус механизма, расположенный ровно по центру, а также один теплопровод, который нужно поместить прямо под механизм.

Теперь вы знаете, как крафтится в Industrial Craft 2 доменная печь. Осталось только научиться ею пользоваться.

Доменная печь Industrial Craft 2. Как пользоваться?

Для того чтобы начать пользоваться доменной печью в этом моде, её нужно правильно установить к теплогенератору.

Теплогенераторы бывают следующих видов:

• твердотельный (работает на любом горючем топливе, будь то лава, уголь, палки блейзов и прочее);
• жидкостный (этот механизм работает на любом жидком горючем топливе);
• электрический (работает на электричестве из любого энергохранилища);
• радиоизотопный (такой механизм работает на особых дорогостоящих пеллетах).

Теплоотдача от каждого генератора производится через оранжевый квадрат на одной стороне механизма, поэтому и доменную печь нужно поставить так, чтобы её «приёмник» соприкасался с выводом тепла у теплогенератора.

Это можно сделать следующим образом: сначала нужно поставить теплогенератор, а рядом с ним разместить доменную печь. После этих действий нужно взять в руки любой ключ (гаечный или электрический), зажать «Шифт» (клавишу, на которую выполняется приседание) и нажать ПКМ (правой кнопкой мыши) на доменную печь, чтобы развернуть её в противоположную сторону, то есть прямо к генератору.

Чтобы удостовериться, что всё работает правильно, нужно загрузить в генератор топливо, а затем разместить на доменной печи рычаг или любой другой активирующий предмет (также с помощью «Шифта»).

Затем нужно зайти в интерфейс печи и проверить, заполняется ли индикатор нагрева (красная полоска). Если всё сделано правильно, то печь должна начать нагреваться.

Теперь, чтобы закалить железо в этой печи, нужно поместить в неё сами слитки этого металла, а в качестве вспомогательного элемента разместить капсулы со сжатым воздухом. Их можно очень просто сделать с помощью компрессора, в который достаточно поместить пустую капсулу, чтобы та заполнилась сжатым воздухом. Естественно, предварительно компрессор нужно подключить к источнику энергии.

Ускорение работы

Сам мод IC2 направлен на то, чтобы автоматизировать и ускорить производство любых ресурсов. Поэтому многих игроков интересует, можно ли и, если да, то как ускорить доменную печь Industrial Craft 2.

Правда, ответ на него будет довольно нерадостным. К сожалению, это не получится сделать никак. Ускорить можно только процесс нагревания, но вот скорость закалки изменить нельзя.

Источник http://ezoteriker.ru/domennaya-pech-konstrukciya-i-rabota-kak-sdelat-samostoyatelno-domennuyu-pech-osobennosti-domennoi-p/

Источник

Источник