Перейти к содержанию

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Содержание

Доменная печь: устройство и принцип работы

В этой статье расскажу о самом главном элементе современного производства ферросплавов и чугуна, о доменной печи. Она является основным оборудование доменного цеха, поэтому думаю каждому интересно узнать о составляющих доменной печи и принципе действия.

В качестве сырья используется железная руда, а основным продуктом доменного производства является чугун, который нашел свое применение в различных сфера деятельности: автомобильное производства, изготовление сантехники, чугунной посуды и др.

Понятие доменной печи и плавки

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.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваДоменная 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.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваДоменная печь — устройство для производства чугуна восстановительной плавкой железных руд или концентратов.

Основное оборудование доменного цеха — доменная печь — это круглая шахтная печь, футерованная огнеупорной кладкой.

Для защиты кожуха печи от разгара используют холодильные устройства. Кожух печи и колошниковое устройство установлены на фундаменте и удерживаются колоннами.

Исходный материал для плавки называется шихтой и состоит из железной руды, марганцевой руды, агломерата, окатышей. Шихта на колошник печи подается скипами или ленточным конвейером. Через приемную воронку скипы разгружаются в печь. Воздух подается через воздухонагреватели, продукт плавки выходит через летки в ковши, находящиеся в нижней части.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Современные доменные печи оснащены системой централизованного управления и контроля, обеспечивающей регистрацию показателей приборов и комплексных показателей работы доменной печи — расхода кокса на 1 т чугуна и суточной производительности доменной печи в тоннах.

Применяется дополнительное топливо, что снижает расход кокса и себестоимость чугуна. Усовершенствование конструкции доменной печи направлено на увеличение ее мощности (объема), улучшение подготовки сырья, внедрение новых прогрессивных, высокопроизводительных технологий.

Чугун выплавляют в доменных печах, представляющих собой шахтную печь. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, газообразными (СO, Н2) и твердым (С) восстановителями, образующимися при сгорании топлива в печи.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Процесс доменной плавки является непрерывным. Сверху в печь загружают исходные материалы (агломерат, окатыши, кокс), а в нижнюю часть подают нагретый воздух и газообразное, жидкое или пылевидное топливо.

Газы, полученные от сжигания топлива, проходят через столб шихты и отдают ей свою тепловую энергию. Опускающаяся шихта нагревается, восстанавливается, а затем плавится.

Большая часть кокса сгорает в нижней половине печи, являясь источником тепла, а часть кокса расходуется на восстановление и науглероживание железа.

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество материалов. Современная доменная печь расходует около 20000 тонн шихты в сутки и выдает ежесуточно около 12000 тонн чугуна.

Составляющие доменной печи

Доменная печь представляет собой непрерывно работающий агрегат, состоящий из следующих зон:

  • Горячее дутьё.
  • Зона плавления (заплечики и горн).
  • Зона восстановления FeO (распар).
  • Зона восстановления Fe2O3 (шахта).
  • Зона предварительного нагрева (колошник).
  • Загрузка железорудных материалов, известняка и кокса.
  • Доменный газ.
  • Столб железорудных материалов, известняка и кокса.
  • Выпуск шлака.
  • Выпуск жидкого чугуна.
  • Сбор отходящих газов.

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи.

Рабочее пространство печи включает:

  • колошник;
  • шахту;
  • распар;
  • заплечики;
  • горн.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Верхняя (узкая) часть печи называется колошником. Колошник имеет засыпной аппарат для загрузки шихты (руды, топлива, флюсов) и газоотводные трубы, по которым из доменной печи отводятся газы, называемые доменными или колошниковыми. Часть печи между колошником и распаром называется шахтой.

Часть печи, обращенная усеченным конусом вверх и поддерживающая шихту в распаре вместе с шихтой и колошником, носит название заплечиков. В этой части печи происходит довольно резкое сокращение объема загружаемых материалов в результате выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки.

На долю шахты приходится большая часть общей высоты и объема печи. Профиль шахты, представляющий собой усеченный конус, расширяющийся к низу, обеспечивает равномерное опускание и разрыхление шихтовых материалов.

Значительная высота шахты позволяет осуществлять тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися горячими газами.

Это средняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи, имеющая самый большой диаметр. Распар создает некоторое дополнительное увеличение объема печи и устраняет возможные задержки шихтовых материалов.

Это часть профиля печи, расположенная ниже распара и представляющая собой усеченный конус, обращенный широким основанием к распару. Обратная конусность заплечиков соответствует уменьшению объема проплавляемых материалов при образовании чугуна и шлака.

Нижняя часть печи, имеющая форму цилиндра, в которой скапливаются продукты плавки — жидкий чугун и шлак, — называется горном. В горне имеются радиально расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия (10—16, в зависимости от размера домны).

В эти отверстия вставлены из красной меди, бронзы или алюминия трубы с двойными стенками. Эти отверстия носят название фурмы.

Через фурмы вдувается вентилятором или воздуходувными машинами нагретый в воздухонагревателях (кауперах) горячий воздух. Фурмы охлаждаются водой, циркулирующей в пространстве между стенками труб.

Дополнительные элементы доменной печи

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

В процессе работы требуются вспомогательные устройства и механизмы, обеспечивающие качественную плавку чугуна. Необходимыми являются устройства для подъема и загрузки исходного сырья в печь.

Доменная печь требует постоянного обслуживания, особенно при выпуске шлака и чугуна. Для этого приспособлены литейные дворы, которые оборудованы мостовыми кранами.

Нагрев воздуха для работы печи, высокая температура плавки при меньшем количестве воздуха обеспечивают воздухонагреватели. К примеру, в печь, имеющую полезный объем 2000 м³, такое оборудование должно подавать в минуту 3800 м³ воздуха, температура которого составляет 1200 градусов.

Пар, образующийся за счет поступления воздуха в воздухонагреватель, должен быть постоянно влажным. Значение этого показателя регулируется при помощи автоматической системы.

Сжатый воздух, который необходим для сжигания топлива, поступает в печь благодаря воздуходувным машинам. Его давление на колошнике у современных печей достигает 25 МПа. Очистка колошникового газа происходит посредством газоочистителя.

Назначение доменной печи и принцип работы


Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваПроизводство чугуна в доменной печи является важной отраслью деятельности черной металлургии.

Эта работа требует не только необходимости использования спецоборудования, но и тщательного следования определенных технологиям.

Выплавка производится в доменной печи из пустых пород и рудного вещества.

В роли рудного вещества может выступать красный, бурый, шпатовый, магнитный железняк или марганцевые руды.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваВосстановление железа — один из основных этапов производства чугуна.

В результате этого процесса железо обретает твердость. Далее его опускают в распар, который способствует растворению углерода в железе. Таким образом, происходит образование чугуна. Именно в горячей части печи начинает плавиться сам чугун, медленно стекая в нижнюю часть.

Принцип работы доменной печи зависит от вида этого громоздкого приспособления.

Первые работают на коксе, вторые, соответственно – на древесном угле.

Шахтная печь рассчитана на непрерывный принцип действия. Форма данного оборудования представляет собой два конуса, сложенных широкими сторонами основаниями. Между этими конусами расположена часть печи, обладающая цилиндрической формой – распар.

Принцип работы доменной печи выражается в несколько физико-химических операциях. Наличие этих операций определяется температурной областью самой печи и загруженностью материала.

В целом, можно выделить такие процессы:

  • процесс разложения известняка, в результате которого образуется угольный ангидрид и окись кальция;
  • восстановление железа и прочих элементов;
  • науглероживание железа;
  • металлоплавление;
  • возникновение и плавление шлака;
  • сгорание топлива и прочие.

Воздухонагреватель доменной печи — аппарат, в котором происходит предварительный нагрев воздуха. Затем этот воздух подается в печь.

Раннее оборудование для выплавки чугуна не имело такого элемента, как воздухонагреватель. Разработка устройства позволила намного уменьшить затраты топлива.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваПринцип работы доменной печи основан на сложных физико-химических процессах.

Выделяют такие операции:

  • сгорание топлива;
  • восстановление железа;
  • разложение известняка на окись кальция и угольный ангидрид;
  • насыщение железа углеродом;
  • плавка металла;
  • плавление шлака и др.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

В самом общем смысле доменная плавка – это производство чугуна из железорудного сырья.

Главные материалы, с помощью которых возможна выплавка чугуна:

  • топливо – кокс;
  • железная руда – сырьё, из которого выплавляют чугун;
  • флюс – спецдобавки из песка, известняка и некоторых других материалов.

В печи шихта попадает в виде мелкопородных сплавленных кусков – окатышей или агломератов. В качестве рудного вещества могут выступать марганцевые руды или различные вариации железняка. Сырьё засыпают в колошник слоями, чередуя с пластами флюса и кокса.

Шлак всплывает на поверхности раскалённого чугуна. Примеси сливают до того, как жидкий металл застынет.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Подача сырья, как и работа печи, должна быть непрерывной. Постоянство процесса обеспечивают специальные транспортёры. Попадая через описанные элементы в горн, шихта проходит через ряд технологических процессов.

Сгорающий кокс даёт требуемую температуру, которая не должна опускаться ниже 2000 градусов. Горение способствует соединению кислорода и каменного угля. Параллельно образуется углекислый газ. Под влиянием высокой температуры последний становится оксидом углерода. Благодаря этому восстанавливается железо.

Чугун становится таковым после того, как железо пройдёт через расплавленный кокс. Чтобы результат стал возможным, железо должно насытиться углеродом. К чугунам относят сплавы, в составе которых на долю углерода приходится 2-5%.

После того, как готовый металл накопился в горне, его выпускают через летки. Через верхнее отверстие сначала выпускают шлак, а после – через нижнее – чугун. Последний сливается по каналам в ковши и отправляется на последующую обработку.

Продукты доменного производства

Продуктами доменной плавки являются:

  • чугун;
  • шлак;
  • доменный (колошниковый) газ.

Чугун


Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваЧугун является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ – побочными.

Выплавляемые в доменных печах чугуны в зависимости от способа дальнейшего использования делятся на три группы:

  • передельные идущие на передел в сталь;
  • литейные предназначенные для получения отливок из чугуна в машиностроении;
  • специальные (ферросплавы), используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.

Предельный чугун предназначается для переработки в сталь.

Такой чугун характерен тем, что углерод в нем (2,2—4%) находится в химически связанном состоянии.

Поверхность излома чугуна имеет белый цвет.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

В зависимости от состава и способа переработки различают:

  • мартеновский чугун, содержащий фосфора от 0,15 до 0,30% и серы до 0,07%;
  • бессемеровский, содержащий фосфора 0,07% и серы до 0,069%;
  • томасовский, содержащий фосфора 1,6% и серы до 0,08%.

Передельный чугун подразделяют на три вида:

  • Передельный коксовый (марки М1, М2, М3, Б1, Б2).
  • Передельный коксовый фосфористый (МФ1, МФ2, МФ3).
  • Передельный коксовый высококачественный (ПВК1, ПВК2, ПВК3).

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1-ЛК7.

Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваФосфористые чугуны.

Особую группу составляют фосфористые чугуны, содержащие до 2% Р, в зависимости от содержания фосфора применяются различные технологии передела таких чугунов в сталь.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваЛитейные чугуны.

Этот вид чугунов предназначен для производства литых изделий в чугуноплавильных цехах. Характерной особенностью этих чугунов является высокое содержание кремния (2,75 – 3,75% Si), а в некоторых случаях и фосфора. Объясняется это тем, что эти элементы придают расплавленному чугуну высокую жидкоподвижность или способность хорошо заполнять литейную форму.

Литейный чугун применяется после переплава на машиностроительных заводах для получения фасонных отливок.

Литейный чугун применяется для изготовления литых изделий:

  • труб;
  • радиаторов;
  • водопроводной арматуры;
  • станин;
  • блоков;
  • шестерен и т. п.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Такой чугун в изломе имеет серый цвет. В нем часть углерода находится в свободном состоянии, в виде графита. В сером чугуне обычно содержится кремния 1,25-4,25%, углерода 2,5—4%, марганца 0,5—1,3%, фосфора 0,1— 1,2% и небольшое количество серы.

Марганец придает чугуну твердость и хрупкость.

Кремнии, наоборот, снижает твердость чугуна, благодаря чему отливки из такого чугуна легко поддаются механической обработке.

Фосфор делает чугун жидкоплавким, хорошо заполняющим тонкие сечения форм.

Отливки из чугуна, содержащего повышенное количество фосфора, хорошо сопротивляются истиранию, но вместе с тем обладают повышенной хрупкостью.

Сера придает чугуну густоплавкость и понижает его механические свойства.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваСпециальные чугуны (ферросплавы).

Это сплавы железа с повышенным содержанием кремния, марганца и других элементов, используемые в качестве раскислителей или присадки в сталеплавильном и чугунолитейном производствах.

К ним относятся:

  • ферромарганец (70 – 75% Mn и до 2% Si);
  • ферросилиций (9 – 13% Si и до 3% Mn);
  • зеркальный чугун (10 – 15% Mn и до 2% Si).

В последние годы выплавка ферросплавов в доменных печах сократилась в виду неэкономичности передела. Более выгодно выплавлять ферросплавы в электропечах.


Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваШлак — побочный продукт, он является очень дешевым строительным материалом высокого качества и идет на изготовление цемента, бетона, кирпича, на грунтовку дорог.

Количество получаемого при плавке шлака очень велико (примерно 60% веса выплавляемого чугуна).

Шлаки бывают основные и кислые.

Кислый шлак имеет высокую прочность. Если его в жидком виде продуть паром или воздухом, получится шлаковая вата, являющаяся хорошим изолятором.

Доменный (колошниковый газ)

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Это газ, выходящий из печи через ее верхнюю часть – колошник.

Он состоит из СО, Н2, СО2, СН4 и N2. После очистки от содержащейся в нем пыли, газ используется как топливо для нагрева воздуха, вдуваемого в доменную печь, для отопления котлов и других целей.

Поскольку в газе содержится до 30 % СО, то он является топливом, которое используют после очистки от пыли. Количество колошникового газа в 2,5 раза по массе превышает количество чугуна. Теплота сгорания составляет 3600—3900 кДж/м3.

При работе доменной печи на комбинированном дутье с применением природного газа содержание водорода в колошниковом газе возрастает до 6—8, а иногда до 12 %, при этом теплота сгорания возрастает до 4200 кДж/м3.

Около 30—35 % колошникового газа используется в доменном цехе для обогрева насадок воздухонагревателей. Остальной газ используется в прокатных и термических цехах и на теплоэлектроцентрали.

Процесс получения чугуна осуществляется в доменных печах.

Сырые материалы доменной плавки, взятые в необходимых соотношениях, составляют шихту.

Чугун является первичным продуктом, получаемым из исходного сырья. Получение чугуна основано на извлечении железа из руд с помощью различных окислительно-восстановительных реакций. В дальнейшем чугун используется как исходное сырье для получения стали.

Здравствуйте, дорогие читатели! Меня зовут Виталий Иванович, и я занимаюсь строительством печей, каминов и установкой отопительного оборудования.

Вот уже более 40 лет, начиная в далеком 1977 году помощником печника я изучаю это дело и совершенствую свои навыки. С выходом на пенсию стало больше свободного времени и я решил поделиться своим опытом с вами. Читайте на здоровье и задавайте вопросы в комментариях!

Доменная печь, устройство, принцип работы и предназначение

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.

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.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Доменная печь — устройство для производства чугуна восстановительной плавкой железных руд или концентратов.

Основное оборудование доменного цеха — доменная печь — это круглая шахтная печь, футерованная огнеупорной кладкой.

Для защиты кожуха печи от разгара используют холодильные устройства. Кожух печи и колошниковое устройство установлены на фундаменте и удерживаются колоннами.

Исходный материал для плавки называется шихтой и состоит из железной руды, марганцевой руды, агломерата, окатышей. Шихта на колошник печи подается скипами или ленточным конвейером. Через приемную воронку скипы разгружаются в печь. Воздух подается через воздухонагреватели, продукт плавки выходит через летки в ковши, находящиеся в нижней части.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Современные доменные печи оснащены системой централизованного управления и контроля, обеспечивающей регистрацию показателей приборов и комплексных показателей работы доменной печи — расхода кокса на 1 т чугуна и суточной производительности доменной печи в тоннах.

Применяется дополнительное топливо, что снижает расход кокса и себестоимость чугуна. Усовершенствование конструкции доменной печи направлено на увеличение ее мощности (объема), улучшение подготовки сырья, внедрение новых прогрессивных, высокопроизводительных технологий.

Чугун выплавляют в доменных печах, представляющих собой шахтную печь. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, газообразными (СO, Н2) и твердым © восстановителями, образующимися при сгорании топлива в печи.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Процесс доменной плавки является непрерывным. Сверху в печь загружают исходные материалы (агломерат, окатыши, кокс), а в нижнюю часть подают нагретый воздух и газообразное, жидкое или пылевидное топливо.

Газы, полученные от сжигания топлива, проходят через столб шихты и отдают ей свою тепловую энергию. Опускающаяся шихта нагревается, восстанавливается, а затем плавится.

Большая часть кокса сгорает в нижней половине печи, являясь источником тепла, а часть кокса расходуется на восстановление и науглероживание железа.

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество материалов. Современная доменная печь расходует около 20000 тонн шихты в сутки и выдает ежесуточно около 12000 тонн чугуна.

2 Составляющие доменной печи

Доменная печь представляет собой непрерывно работающий агрегат, состоящий из следующих зон:

  • Горячее дутьё.
  • Зона плавления (заплечики и горн).
  • Зона восстановления FeO (распар).
  • Зона восстановления Fe2O3 (шахта).
  • Зона предварительного нагрева (колошник).
  • Загрузка железорудных материалов, известняка и кокса.
  • Доменный газ.
  • Столб железорудных материалов, известняка и кокса.
  • Выпуск шлака.
  • Выпуск жидкого чугуна.
  • Сбор отходящих газов.

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи.

Рабочее пространство печи включает:

  • колошник;
  • шахту;
  • распар;
  • заплечики;
  • горн.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Верхняя (узкая) часть печи называется колошником. Колошник имеет засыпной аппарат для загрузки шихты (руды, топлива, флюсов) и газоотводные трубы, по которым из доменной печи отводятся газы, называемые доменными или колошниковыми. Часть печи между колошником и распаром называется шахтой.

Часть печи, обращенная усеченным конусом вверх и поддерживающая шихту в распаре вместе с шихтой и колошником, носит название заплечиков. В этой части печи происходит довольно резкое сокращение объема загружаемых материалов в результате выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки.

На долю шахты приходится большая часть общей высоты и объема печи. Профиль шахты, представляющий собой усеченный конус, расширяющийся к низу, обеспечивает равномерное опускание и разрыхление шихтовых материалов.

Значительная высота шахты позволяет осуществлять тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися горячими газами.

Это средняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи, имеющая самый большой диаметр. Распар создает некоторое дополнительное увеличение объема печи и устраняет возможные задержки шихтовых материалов.

Это часть профиля печи, расположенная ниже распара и представляющая собой усеченный конус, обращенный широким основанием к распару. Обратная конусность заплечиков соответствует уменьшению объема проплавляемых материалов при образовании чугуна и шлака.

Нижняя часть печи, имеющая форму цилиндра, в которой скапливаются продукты плавки — жидкий чугун и шлак, — называется горном. В горне имеются радиально расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия (10—16, в зависимости от размера домны).

В эти отверстия вставлены из красной меди, бронзы или алюминия трубы с двойными стенками. Эти отверстия носят название фурмы.

Через фурмы вдувается вентилятором или воздуходувными машинами нагретый в воздухонагревателях (кауперах) горячий воздух. Фурмы охлаждаются водой, циркулирующей в пространстве между стенками труб.

2.1 Дополнительные элементы доменной печи

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

В процессе работы требуются вспомогательные устройства и механизмы, обеспечивающие качественную плавку чугуна. Необходимыми являются устройства для подъема и загрузки исходного сырья в печь.

Доменная печь требует постоянного обслуживания, особенно при выпуске шлака и чугуна. Для этого приспособлены литейные дворы, которые оборудованы мостовыми кранами.

Нагрев воздуха для работы печи, высокая температура плавки при меньшем количестве воздуха обеспечивают воздухонагреватели. К примеру, в печь, имеющую полезный объем 2000 м³, такое оборудование должно подавать в минуту 3800 м³ воздуха, температура которого составляет 1200 градусов.

Пар, образующийся за счет поступления воздуха в воздухонагреватель, должен быть постоянно влажным. Значение этого показателя регулируется при помощи автоматической системы.

Сжатый воздух, который необходим для сжигания топлива, поступает в печь благодаря воздуходувным машинам. Его давление на колошнике у современных печей достигает 25 МПа. Очистка колошникового газа происходит посредством газоочистителя.

3 Цикл загрузки

Под ним принято называть повторяющееся количество порций шихтовых материалов. Максимальную порцию определяют по объему шлюзового бункера засыпного механизма. Количество порций в одном цикле может составлять от 5 до 14. Как получить в полном объеме продукты доменного процесса? Для того чтобы ответить на этот вопрос, подробнее рассмотрим суть процесса. При повышенном содержании в смеси углекислого газа низкая температура способствует полноте протекания теплообменных и химических процессов в доменной печи. Чтобы аппарат работал экономично и интенсивно, количественное содержание углекислого газа по оси и на периферии печи должно быть пониженным, а на высоте одного-двух метров от стен – повышенным.

Контроль температур в новых печах осуществляется путем введения через отверстия в кожухе зондов. Обязательным для всех процессов является контроль уровня засыпки на колошнике.

Среди новаций – применение бесконтактных способов измерения уровня, основанных на показаниях микроволновых, инфракрасных датчиков.

химические процессы в доменной печи

4 Оборудование, незаменимое в черной металлургии

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Работа доменной печи — важная составная современной черной металлургии. В современном производстве применяется только оборудование с высоким уровнем производительности. Кроме того, прогрессивные доменные печи оснащены системами автоматики. Роль автоматики заключается в том, чтобы регулировать, контролировать и регистрировать главные характеристики рабочих операций по выплавке. Современная печь может контролировать уровень, на который засыпана шихта, подачу руды, температуру дутья и давление газа.

Производительность таких печей растет, можно сказать, в ногу со временем. Усовершенствования системы выплавки позволяют увеличить производительность оборудования в несколько раз.

Схема доменной печи дает визуальное понятие принципа ее работы. Здесь можно пронаблюдать, как меняется конструкция оборудования в местах повышенного температурного режима. Также, с учетом схемы, можно увидеть, где засыпаются составляющие сырья и до какого уровня.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Процессы в доменной печи происходят в строго установленном порядке. Сама печь имеет вертикальную форму, сравнимую с шахтным типом. Высота может немного отличаться, но не превышает 35 м. Диаметр сооружения, как правило, в 2,5 – 3 раза меньше. Процесс протекает в определенной последовательности. Сначала происходит восстановление железа. Затем восстанавливаются другие элементы – фосфор, сера и прочие. Образующийся шлак, уже существенно поменявший свои составные, стекает вниз и накапливается в области горна. Именно химическим составом шлака определяется состав чугуна.

5 Как сделать доменную печь в домашних условиях? — Станки, сварка, металлообработка

Как сделать доменную печь в домашних условиях?

Плавка металла методом индукции широко применяется в разных отраслях: металлургии, машиностроении, ювелирном деле. Простую печь индукционного типа для плавки металла в домашних условиях можно собрать своими руками.

5.1 Принцип действия

Нагрев и плавка металлов в индукционных печах происходят за счет внутреннего нагрева и изменения кристаллической решетки металла при прохождении через них высокочастотных вихревых токов. В основе этого процесса лежит явление резонанса, при котором вихревые токи имеют максимальное значение.

Чтобы вызвать протекание вихревых токов через расплавляемый металл, его помещают в зону действия электромагнитного поля индуктора — катушки. Она может иметь форму спирали, восьмерки или трилистника. Форма индуктора зависит от размеров и формы нагреваемой заготовки.

Катушка индуктора подключается к источнику переменного тока. В производственных плавильных печах используют токи промышленной частоты 50 Гц, для плавки небольших объемов металлов в ювелирном деле используют высокочастотные генераторы, как более эффективные.

5.2 Виды

Вихревые токи замыкаются по контуру, ограниченному магнитным полем индуктора. Поэтому нагрев токопроводящих элементов возможен как внутри катушки, так и с внешней ее стороны.

    Поэтому индукционные печи бывают двух типов:

Канальная печь слишком габаритная и рассчитана на промышленные объемы плавки металлов. Её используют при выплавке чугуна, алюминия и других цветных металлов. Тигельная печь довольно компактна, ей пользуются ювелиры, радиолюбители, такую печь можно собрать своими руками и применять в домашних условиях.

5.3 Устройство

    Самодельная печь для плавки металлов имеет довольно простую конструкцию и состоит из трех основных блоков, помещенных в общий корпус:

Тигель помещают в индуктор, концы обмотки подключают к источнику тока. При протекании тока по обмотке вокруг нее возникает электромагнитное поле с переменным вектором.

В магнитном поле возникают вихревые токи, направленные перпендикулярно его вектору и проходящие по замкнутому контуру внутри обмотки.

Они проходят через металл, положенный в тигель, при этом нагревая его до температуры плавления.

Достоинства индукционной печи:

  • быстрый и равномерный нагрев металла сразу после включения установки;
  • направленность нагрева — греется только металл, а не вся установка;
  • высокая скорость плавления и однородность расплава;
  • отсутствует испарение легирующих компонентов металла;
  • установка экологически чиста и безопасна.

В качестве генератора индукционной печи для плавки металла может быть использован сварочный инвертор. Также можно собрать генератор по представленным ниже схемам своими руками.

5.4 Печь для плавки металла на сварочном инверторе

Эта конструкция отличается простотой и безопасностью, так как все инверторы оборудованы внутренними защитами от перегрузок. Вся сборка печи в этом случае сводится к изготовлению своими руками индуктора.

Выполняют его обычно в форме спирали из медной тонкостенной трубки диаметром 8-10 мм. Ее сгибают по шаблону нужного диаметра, располагая витки на расстоянии 5-8 мм. Количество витков — от 7 до 12, в зависимости от диаметра и характеристик инвертора. Общее сопротивление индуктора должно быть таким, чтобы не вызывать перегрузки по току в инверторе, иначе он будет отключаться внутренней защитой.

Индуктор можно закрепить в корпусе из графита или текстолита и установить внутрь тигель. Можно просто поставить индуктор на термостойкую поверхность. Корпус не должен проводить ток, иначе замыкание вихревых токов будет проходить через него, и мощность установки снизится. По этой же причине не рекомендуется располагать в зоне плавления посторонние предметы.

При работе от сварочного инвертора его корпус нужно обязательно заземлять! Розетка и проводка должны быть рассчитаны на потребляемый инвертором ток.

5.5 Индукционная печь на транзисторах: схема

Существует множество различных способов собрать индукционный нагреватель своими руками. Достаточно простая и проверенная схема печи для плавки металла представлена на рисунке:

    Чтобы собрать установку своими руками, понадобятся следующие детали и материалы:

6 Известные уроженцы

  • Степанов Михаил Алексеевич (род. 1 июля 1966 года) — российский издатель и предприниматель, кандидат медицинских наук (1994). Окончил ЧГМИ (1989), аспирантуру кафедры нормальной физиологии ЧГМИ (1992). Преподаватель кафедры микробиологии ЧГМИ (до 1993). В 1995 году создал первую в Чите частную типографию. Занимается благотворительной деятельностью. Член попечительского совета православного благотворительного фонда св. благоверного кн. Александра Невского. Имеет диплом Союза журналистов России за большой личный вклад в развитие средств массовой информации Читинской области. Внесен в Книгу Почёта Сибири за большой вклад в формирование единого информационного пространства Сибири.[15]
  • Ковалёв, Александр Петрович (род. 12 октября 1950 года) — российский футболист, тренер, заслуженный тренер РФ по футболу (2001).
  • Бакшеев, Алексей Проклович (1873 — 1946) — офицер Забайкальского казачьего войска, герой Первой мировой войны, генерал-лейтенант Белой армии, политический деятель эмиграции.

7 Горн

Это нижняя цилиндрическая часть печи, где осуществляются высокотемпературные процессы доменной плавки. В горне происходит горение кокса и образование доменного газа, взаимодействие между жидкими фазами, накопление жидких продуктов плавки (чугуна и шлака) и периодический их выпуск из печи. Горн состоит из верхней или фурменной части и нижней или металлоприемника. Подину металлоприемника называют лещадью.

В нижней части горна расположены чугунные и шлаковые летки, представляющие собой отверстия для выпуска чугуна и шлака. После выпуска чугуна летку закрывают специальной огнеупорной массой при помощи так называемой пушки, которая представляет собой цилиндр с поршнем. Перед открытием чугунной летки пушку заполняют леточной огнеупорной массой. После окончания выпуска чугуна пушку подводят к летке, и с помощью поршневого механизма леточная масса выдавливается из пушки и заполняет леточный канал. Для вскрытия чугунной летки служит специальная бурильная машина, которая рассверливает в леточной массе отверстие, по которому выпускают чугун.

Шлаковые летки располагаются на высоте 1500 – 2000 мм от уровня чугунной летки и закрываются с помощью шлакового стопора, представляющего собой стальной шток с наконечником. Выходящие из доменной печи чугун и шлак направляются по желобам в чугуновозные и шлаковозные ковши. В настоящее время шлак в основном выпускается вместе с чугуном и отделяется от чугуна специальным устройством на желобе печи.

Шлак, вытекающий из доменной печи через чугунную летку, отделяется от чугуна на желобе печи с помощью разделительной плиты и перевала, выпол-няющих роль гидравлического затвора. Чугун, имеющий высокую плотность, проходит в зазор под разделительной плитой, а более легкий шлак отводится в боковой желоб.

При необходимости поставки чугуна другим предприятиям его разливают в слитки (чушки) массой 30 – 40 кг на специальной разливочной машине.

В верхней части горна на расстоянии 2700 – 3500 мм от оси чугунной летки по окружности горна с равными промежутками устанавливаются воздушные фурмы, через которые подают в печь нагретое до 1100 – 1300 °С дутье, а также природный газ и другие топливные добавки (мазут, пылеугольное топливо). Каждая доменная печь обеспечивается дутьем от своей воздуходувки. Нагрев дутья осуществляется в воздухонагревателях регенеративного типа, когда под действием тепла сжигаемого газа вначале нагревается насадка воздухонагревателя из огнеупорного кирпича, а затем через нее пропускается воздух, забирающий тепло от насадки. В период нагрева насадки в камеру горения подается газ и воздух для его горения. Продукты сгорания, проходя через насадку, нагревают ее и уходят в дымоход. В период нагрева дутья холодный воздух поступает в нагретую насадку, нагревается, а затем подается в доменную печь. Как только насадка остыла настолько, что воздух не может быть нагрет до заданной температуры, его переводят на следующий воздухонагреватель, а остывший ставят на нагрев. Насадка воздухонагревателя охлаждается быстрее, чем нагревается. Поэтому блок воздухонагревателей доменной печи состоит из 3 – 4 аппаратов, из которых один нагревает воздух, а остальные разогреваются. Профиль доменной печи характеризуется диаметрами, высотами и углами наклона отдельных элементов. Размеры некоторых печей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Размеры печей

Размеры, ммПолезный объем печи, м3
200030005000
Диаметр:
горна97501170014900
распара109001290016300
колошника7300820011200
Высота:
полная323503465036900
полезная292003220032200
горна360039004500
шахты182002010019500

Размеры каждой части печи должны быть увязаны между собой и находиться в определенных соотношениях с размерами других частей печи. Профиль печи должен быть рациональным, при котором обеспечиваются важнейшие условия доменного процесса:

  • плавное и устойчивое опускание шихтовых материалов;
  • выгодное распределение встречного газового потока;
  • благоприятное развитие процессов восстановления и образование чугуна и шлака.

Основными величинами, характеризующими размеры рабочего пространства, являются полезный объем печи и полезная высота. Они включают высоту и объем, заполненные материалами и продуктами плавки. При определении этих параметров за верхний уровень берется отметка нижней кромки большого конуса засыпного устройства в опущенном положении, а нижнем уровнем является уровень оси чугунной летки.

8 Назначение доменной печи и принцип работы

Производство чугуна в доменной печи является важной отраслью деятельности черной металлургии.

Эта работа требует не только необходимости использования спецоборудования, но и тщательного следования определенных технологиям.

Выплавка производится в доменной печи из пустых пород и рудного вещества.

В роли рудного вещества может выступать красный, бурый, шпатовый, магнитный железняк или марганцевые руды.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Восстановление железа — один из основных этапов производства чугуна.

В результате этого процесса железо обретает твердость. Далее его опускают в распар, который способствует растворению углерода в железе. Таким образом, происходит образование чугуна. Именно в горячей части печи начинает плавиться сам чугун, медленно стекая в нижнюю часть.

Принцип работы доменной печи зависит от вида этого громоздкого приспособления.

Существуют печи коксовые и древесноугольные.

Первые работают на коксе, вторые, соответственно – на древесном угле.

Шахтная печь рассчитана на непрерывный принцип действия. Форма данного оборудования представляет собой два конуса, сложенных широкими сторонами основаниями. Между этими конусами расположена часть печи, обладающая цилиндрической формой – распар.

Принцип работы доменной печи выражается в несколько физико-химических операциях. Наличие этих операций определяется температурной областью самой печи и загруженностью материала.

В целом, можно выделить такие процессы:

  • процесс разложения известняка, в результате которого образуется угольный ангидрид и окись кальция;
  • восстановление железа и прочих элементов;
  • науглероживание железа;
  • металлоплавление;
  • возникновение и плавление шлака;
  • сгорание топлива и прочие.

Воздухонагреватель доменной печи — аппарат, в котором происходит предварительный нагрев воздуха. Затем этот воздух подается в печь.

Раннее оборудование для выплавки чугуна не имело такого элемента, как воздухонагреватель. Разработка устройства позволила намного уменьшить затраты топлива.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Принцип работы доменной печи основан на сложных физико-химических процессах.

Выделяют такие операции:

  • сгорание топлива;
  • восстановление железа;
  • разложение известняка на окись кальция и угольный ангидрид;
  • насыщение железа углеродом;
  • плавка металла;
  • плавление шлака и др.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

В самом общем смысле доменная плавка – это производство чугуна из железорудного сырья.

Главные материалы, с помощью которых возможна выплавка чугуна:

  • топливо – кокс;
  • железная руда – сырьё, из которого выплавляют чугун;
  • флюс – спецдобавки из песка, известняка и некоторых других материалов.

В печи шихта попадает в виде мелкопородных сплавленных кусков – окатышей или агломератов. В качестве рудного вещества могут выступать марганцевые руды или различные вариации железняка. Сырьё засыпают в колошник слоями, чередуя с пластами флюса и кокса.

Шлак всплывает на поверхности раскалённого чугуна. Примеси сливают до того, как жидкий металл застынет.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Подача сырья, как и работа печи, должна быть непрерывной. Постоянство процесса обеспечивают специальные транспортёры. Попадая через описанные элементы в горн, шихта проходит через ряд технологических процессов.

Сгорающий кокс даёт требуемую температуру, которая не должна опускаться ниже 2000 градусов. Горение способствует соединению кислорода и каменного угля. Параллельно образуется углекислый газ. Под влиянием высокой температуры последний становится оксидом углерода. Благодаря этому восстанавливается железо.

Чугун становится таковым после того, как железо пройдёт через расплавленный кокс. Чтобы результат стал возможным, железо должно насытиться углеродом. К чугунам относят сплавы, в составе которых на долю углерода приходится 2-5%.

После того, как готовый металл накопился в горне, его выпускают через летки. Через верхнее отверстие сначала выпускают шлак, а после – через нижнее – чугун. Последний сливается по каналам в ковши и отправляется на последующую обработку.

9 Восстановление оксидов железа и некоторых других элементов

В результате взаимодействия оксидов железа с оксидом углерода и твердым углеродом кокса, а также водородом происходит восстановление железа. Восстановление газами называют косвенным, а твердым углеродом – прямым. Реакции косвенного восстановления сопровождаются выделением тепла и происходят в верхних горизонтах печи. Реакции прямого восстановления сопровождаются поглощением тепла и протекают в нижней части доменной печи, где температура более высокая.

Восстановление железа из руды происходит по мере продвижения шихты вниз в несколько стадий, от высшего оксида к низшему:

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe

До температур 700 – 900 °С восстановление осуществляется газовым восстановителем (СО) по реакциям:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,

Fe3O4 + CO = 2FeO + CO2,

FeO + CO = Fe + CO2.

По мере опускания шихты до горизонтов с температурой 900 – 1200 °С, выделяющийся в ходе восстановления углекислый газ (СО2) начинает взаимодействовать с углеродом топлива по реакции:

Процесс восстановления существенно изменяется и идет по реакции:

Таким образом, материал, загруженный в доменную печь, начинает восстанавливаться косвенным путем. По мере опускания шихты, выделяющийся в результате восстановления СО2 начинает взаимодействовать с углеродом твердого топлива и процесс непрямого или косвенного восстановления переходит в прямое восстановление.

Часть оксидов железа руды восстанавливается водородом, образующимся в доменной печи в результате реакции разложения паров воды:

Восстановление оксидов железа водородом происходит также, как оксидом углерода (СО), по стадиям от высших к низшим

3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O;

Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O;

FeO + H2 = Fe + H2O.

Водород, как реагент-восстановитель, характеризуется более высокой степенью использования. Вследствие меньшего размера молекулы по сравнению с молекулой СО водород проникает в мелкие поры и трещины восстанавливаемого куска рудного материала, в которые молекулы СО не могут проникнуть. Поэтому, несмотря на относительно небольшое содержание водорода в доменном газе, он производит значительную восстановительную работу.

Кроме железа, в доменной печи происходит восстановление и других элементов, входящих в состав шихты.

9.1 Марганец

Марганец содержится во всех железных рудах в больших или меньших количествах. В соответствии с принципом последовательных превращений, оксиды марганца восстанавливаются последовательно от высших к низшим:

MnO2 → Mn2O3 → Mn3O4 → MnO → Mn.

Высшие оксиды марганца в доменной печи восстанавливаются полностью до MnO непрямым путем, взаимодействуя с СО. Оксид MnO восстанавливается только прямым путем, и то, частично по реакции:

Взаимодействуя с твердым углеродом, MnO образует карбид Mn3C, который растворяется в железе, повышая содержание марганца и углерода в чугуне. Другая часть MnO переходит в шлак.

9.2 Кремний

Кремний попадает в доменную печь с шихтой в виде SiO2. Восстановление его, как и марганца, осуществляется частично при высоких температурах твердым углеродом:

SiO2 + 2C = Si + 2CO.

Другая часть SiO2 переходит в шлак, а восстановленный кремний растворяется в железе.

9.3 Фосфор

Фосфор в шихтовых материалах находится в виде соединений (FeO) 3 ⋅ P2O5 и (СаО) 3 ⋅ P2O5. При температурах выше 1000 °С фосфат железа восстанавливается оксидом углерода и твердым углеродом с образованием фосфида железа Fe3P. При температурах выше 1300 °С фосфор восстанавливается из фосфата кальция. Фосфор и фосфид железа полностью растворяются в железе. Условия доменной плавки не позволяют удалить из металла фосфор. Весь фосфор, содержащийся в шихте, восстанавливается и полностью переходит в чугун. Поэтому, единственным способом получения малофосфористых чугунов является использование чистых по фосфору шихтовых материалов.

10 История

Необходимость совершенствования технологии выплавки железа возникла давно. Легкоплавкие руды, расположенные практически на поверхности земли, не отличались большими объёмами и быстро были израсходованы. Существующая методика выплавки была несостоятельна и не позволяла работать с тугоплавкими рудами. Появилась необходимость в усовершенствовании существующего оборудования и технологии. В первую очередь требовалось увеличить размеры печей и значительно усилить режим наддува.

Первые упоминания о конструкциях, аналогичных доменным печам, обнаружены в Китае. Они относятся к IV веку. В Европе появление доменных печей относят к XV веку, до этого использовались так называемые сыродутные печи. Непосредственным предшественником домны являлся каталонский горн, который использовал технологические приёмы, близкие к методике доменного производства. Его отличительными чертами были:

  • Непрерывный процесс подачи шихты;
  • Использование мощных установок подачи воздуха с гидравлическим приводом.

Доменная печь XIV века

Объём каталонского горна составлял всего 1 м³, что не позволяло получать больших объёмов продукции. В XIII веке в европейском княжестве Штирия был создан штукофен, увеличенный и усовершенствованный вариант каталонского горна. Он имел около 3,5 м в высоту и два технологических отверстия — нижнее для подачи воздуха, верхнее для извлечения крицы (сыродутного железа). Штукофен выдавал три вида железных полуфабрикатов:

  • Сталь;
  • Ковкое железо;
  • Чугун.

Разница между ними заключалась в содержании углерода — больше всего его было в чугуне (больше 1,7%), в стали его было меньше 1,7%, а в ковком железе содержание составляло 0,04%. Высокий уровень содержания углерода оценивался негативно, так как чугун нельзя ковать, сваривать, из него сложно изготавливать оружие.

Это важно! Первоначально чугун был отнесён к отходам производства, так как не поддавался ковке. Отношение к нему изменилось только после начала вторичной переплавки, которое стали делать из-за нехватки легкоплавких руд. Передельное железо, полученное из чугуна, имело более высокое качество, что послужило стимулом к расширению переделочного процесса.

Дальнейшее наращивание мощностей и совершенствование технологии послужили толчком к возникновению блауфена, имевшего высоту уже около 5–6 м, способного к выплавке чугуна и железа одновременно. Он уже практически являлся доменной печью, хоть и несколько уменьшенной, упрощённой конструкции. Утвердился двухступенчатый процесс, когда первой стадией было получение чугуна, а второй — выплавка из него железа при усиленном наддуве.

Появление первых доменных печей в Европе относится к концу XV века. Почти сразу подобные конструкции появились в Англии, а в США первые домны созданы гораздо позже — в 1619 году. Первую домну в России на своей мануфактуре в Туле построил А. А. Виниус. Процесс состоял из следующих этапов:

  1. Загрузка древесного угля и наддув.
  2. Укладка чугунных чушек перед устьем, расплавление, сток чугуна вниз.
  3. Потеря части углерода во время прохождения возле фурм.
  4. Подача полученного железа к соплу, мощный наддув, при котором лишний углерод выгорал, а мягкое железо оседало на дне.

Железо извлекали со дна горна и проковывали, удаляя жидкий шлак, уплотняя чушки. При таком способе выход готового железа составлял около 92 % от изначального веса чугуна, а его качество значительно превышало показатели кричного продукта.

Серьёзной проблемой стал топливный кризис. Для плавления руды использовался древесный уголь, что привело к истреблению лесов. Проблема выросла до таких размеров, что в Англию ввозили металл из Европы, а позже — и из России в течение 2 веков. Оказалось, что лес растёт медленнее, чем горит. Попытки использования каменного угля показали, что в нём содержится большое количество серы, существенно снижающей качество металла. Было произведено множество опытов, не увенчавшихся успехом.

Это интересно! Решение было найдено только в 1735 году английским металлургом А. Дерби II, который нашёл способ превращения угля в кокс. С этого времени топливная проблема была преодолена, и процесс получил новый толчок к развитию.

Следующим революционным открытием стал нагрев воздуха, используемого для наддува. Он позволил заметно снизить расход каменного угля до 36 %. Появились специальные требования к сортности, качеству металла по содержанию марганца, кремния, фосфора. Технология и конструкция печей совершенствовались, дополнялись, понемногу приходя к современному виду.

11 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

12 Продукты доменного производства

Продуктами доменной плавки являются:

  • чугун;
  • шлак;
  • доменный (колошниковый) газ.

12.1 Чугун

Чугун является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ – побочными.

Выплавляемые в доменных печах чугуны в зависимости от способа дальнейшего использования делятся на три группы:

  • передельные идущие на передел в сталь;
  • литейные предназначенные для получения отливок из чугуна в машиностроении;
  • специальные (ферросплавы), используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой.

В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.

Предельный чугун предназначается для переработки в сталь.

Такой чугун характерен тем, что углерод в нем (2,2—4%) находится в химически связанном состоянии.

Поверхность излома чугуна имеет белый цвет.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

В зависимости от состава и способа переработки различают:

  • мартеновский чугун, содержащий фосфора от 0,15 до 0,30% и серы до 0,07%;
  • бессемеровский, содержащий фосфора 0,07% и серы до 0,069%;
  • томасовский, содержащий фосфора 1,6% и серы до 0,08%.

Передельный чугун подразделяют на три вида:

  • Передельный коксовый (марки М1, М2, М3, Б1, Б2).
  • Передельный коксовый фосфористый (МФ1, МФ2, МФ3).
  • Передельный коксовый высококачественный (ПВК1, ПВК2, ПВК3).

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1-ЛК7.

Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Особую группу составляют фосфористые чугуны, содержащие до 2% Р, в зависимости от содержания фосфора применяются различные технологии передела таких чугунов в сталь.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Этот вид чугунов предназначен для производства литых изделий в чугуноплавильных цехах. Характерной особенностью этих чугунов является высокое содержание кремния (2,75 – 3,75% Si), а в некоторых случаях и фосфора. Объясняется это тем, что эти элементы придают расплавленному чугуну высокую жидкоподвижность или способность хорошо заполнять литейную форму.

Литейный чугун применяется после переплава на машиностроительных заводах для получения фасонных отливок.

Литейный чугун применяется для изготовления литых изделий:

  • труб;
  • радиаторов;
  • водопроводной арматуры;
  • станин;
  • блоков;
  • шестерен и т. п.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Такой чугун в изломе имеет серый цвет. В нем часть углерода находится в свободном состоянии, в виде графита. В сером чугуне обычно содержится кремния 1,25-4,25%, углерода 2,5—4%, марганца 0,5—1,3%, фосфора 0,1— 1,2% и небольшое количество серы.

Марганец придает чугуну твердость и хрупкость.

Кремнии, наоборот, снижает твердость чугуна, благодаря чему отливки из такого чугуна легко поддаются механической обработке.

Фосфор делает чугун жидкоплавким, хорошо заполняющим тонкие сечения форм.

Отливки из чугуна, содержащего повышенное количество фосфора, хорошо сопротивляются истиранию, но вместе с тем обладают повышенной хрупкостью.

Сера придает чугуну густоплавкость и понижает его механические свойства.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Специальные чугуны (ферросплавы).

Это сплавы железа с повышенным содержанием кремния, марганца и других элементов, используемые в качестве раскислителей или присадки в сталеплавильном и чугунолитейном производствах.

К ним относятся:

  • ферромарганец (70 – 75% Mn и до 2% Si);
  • ферросилиций (9 – 13% Si и до 3% Mn);
  • зеркальный чугун (10 – 15% Mn и до 2% Si).

В последние годы выплавка ферросплавов в доменных печах сократилась в виду неэкономичности передела. Более выгодно выплавлять ферросплавы в электропечах.

Основные части доменной печи – Устройство доменной печи, принцип работы доменной печи

Современная доменная печь имеет большие размеры, (общая высота достигает 70 м) и высокую производительность (до 5000 т чугуна в сутки для печей объемом 2700 м 3 ). Они работают на коксе с применением воздушного дутья.

Доменная печь – это вертикальная печь шахтного типа. В стальном кожухом кожухе стенки печи выложены из огнеупорного шамотного кирпича. Рабочее пространство печи имеет 5 частей: колошник, шахта, распар, заплечики и горн.

Колошник – верхняя цилиндрическая часть в сочетании с засыпным аппаратом обеспечивает распределение материалов, что определяет характер распределения газового потока.

Шахта – усеченный конус с большим основанием внизу. Коническая форма шахты обеспечивает плавный сход шихтовых материалов. В шахте происходят основные процессы восстановления окислов.

Распар – средняя цилиндрическая часть печи, соединяющая шахту и заплечики.

Заплечики – усеченный конус с большим основанием вверху. В заплечиках происходят процессы плавления и шлакообразования, горения кокса, получение чугуна. Это наиболее ответственная часть доменной печи.

Горн состоит из 3 частей: лещадь, металлоприемник и фурменная зона.

Нижнее основание, которым доменная печь опирается, называется лещадью. В верхней части горна расположены воздухоохлаждаемые медные фурмы для подачи горячего воздуха в доменную печь. В лещади накапливается чугун и шлак, которые затем выпускаются через летки.

Выше лещади, до уровня шлаковых леток, располагается металлоприемник. Лещадь, фурменная зона и металлоприемник заключены в броню и охлаждаются плитовыми холодильниками.

Чугунная летка расположена на 400 – 500 мм выше лещади, потому на лещади всегда остается слой жидкого чугуна, предохраняющий его от разрушения. Чугунная летка между выпусками чугуна забивается огнеупорной массой. Шлаковая летка приподнята над лещадью на 1,5 – 1,6 м. Она представляет собой латунную или медную коническую водоохлаждаемую круглую коробку.

Рис. Устройство доменной печи

§ 4. Работа доменной печи

Сырьевые материалы, прошедшие предварительную подготовку к плавке, поступают в специальных вагонах на рудный двор, расположенный параллельно линии печей. При помощи мостового крана материалы со склада перегружают в приемные бункеры доменной печи. Кокс подают в бункеры специальным транспортером. При помощи вагон-весов шихту подвозят в загрузочной (скиповой) яме. Через воронку шихта попадает в вагонетку (скип), которая поднимается стальным канатом по рельсам наклонного подъемника доменной печи до самой верхней точки и там опрокидывается. Через загрузочное устройство (приемную воронку малого конуса, воронку большого конуса) шихта поступает в доменную печь. Конусы поочередно опускаются и поднимаются. Приемная воронка с малым конусом после загрузки очередной порции шихты может поворачиваться на 60°. Это позволяет равномерно распределять шихту на поверхности большого конуса перед загрузкой ее в печь.

В доменную печь загружают большое количество шихты. Так для производства 1 тонны передельного чугуна требуется 1900 кг агломерата офлюсованного и руды, примерно 700 кг кокса, 2200 м 3 /мин воздуха. При этом кроме чугуна, получается примерно 700 кг шлака и 3000 м 3 доменного газа.

Для обеспечения современных доменных печей необходимым количеством горячего воздуха строят крупные воздухонагреватели (кауперы) и применяют мощные турбовоздуходувки, производительностью 5000 м 3 /мин и давлением воздуха 4,3 – 4,5 атм.

Холодный воздух, подаваемый воздуходувной машиной, проходит через нагретую огнеупорную насадку каупера, где подогревается до 800 – 1200°С и поступает через фурмы в горн печи.

Обычно воздухонагреватель работает при нагреве воздуха не менее 1 ч. Для бесперебойной работы доменной печи необходимо иметь 3 каупера: из них один нагревается, другой отдает тепло холодному воздуху, а третий – в резерве.

приемная воронка малого конуса;

приемная воронка большого конуса;

Основные элементы конструкций доменной печи

Организация безопасного ведения процесса в доменных печах в условиях интенсификации его и выплавки больших масс чугуна и шлака является сложной и ответственной задачей. Решается она не только совершенствованием технологии и техники производства, но и прогрессивностью конструкций и оборудования всего комплекса доменной печи. Качество материалов, идущих на его сооружение, соответствие их технологии производства чугуна являются фактором сохранности основных и вспомогательных агрегатов. Оно обусловливается синхронной службой главных элементов печи – кожуха, системы охлаждения и огнеупорной кладки, взаимно дополняющих друг друга и обеспечивающих их нормальное состояние. Своевременное выявление степени износа этих элементов, его причин и профилактические меры для поддержания их в надежном рабочем состоянии имеют большое значение. Несмотря на сложность организации контроля, осуществление его должно быть обеспечено при всех условиях и является повседневной заботой эксплуатационного персонала в соответствии с инструкциями для каждого рабочего места.

Кожух доменной печи

Назначение кожуха – обеспечение строительной прочности сооружения доменной печи. Кроме давления, обусловленного процессами, происходящими в ее рабочем пространстве, кожух испытывает нагрузки от веса колошникового устройства, частично наклонного моста или транспортера, газоотводов, различных площадок и других конструкций. При нормальных условиях работы кожуха эти учтенные нагрузки не опасны, но при температурах выше 60 – 100° С они снижают его несущую способность.

Таким образом, состояние и работоспособность кожуха зависят от условий его эксплуатации. Характер разгара кладки, недостаточная интенсивность ее охлаждения создают неравномерные и повышенные прогревы. Возникают термические напряжения, явление усталости металла и потери им своих прочностных характеристик. Поэтому кожух должен быть максимально прочным и герметичным. Это достигается качеством стали, сварных швов, минимальным количеством перегибов и различных вырезов, в том числе отверстий для фурменных приборов, которые не должны занимать более 65% площади кожуха в фурменной зоне горна. Способность противостоять сосредоточенным нагрузкам от внутренних давлений, предохранение кладки от образования трещин и исключение контакта через них газов с металлом – обязательное условие для нормального температурного режима кожуха.

Учитывая специфику эксплуатации, он сооружается из марок стали, обладающих свойствами высокой вязкости, пластичности и термической стойкости. Обязательно соблюдение норм проектирования металлоконструкций, обеспечивающих службу металла в условиях высокого давления газов. Наиболее приемлемыми из них являются низколегированные стали марок 14Г2,16Г2АФ, 10Г2С1, 15ХСНД, 09Г2С и нормализированная Вст3сп. Их исследование на возможность повышения прочностных и пластических свойств и сопротивления хрупкому разрушению показали, что нормализация и закалка значительно повышают эти свойства.

Изыскания последних лет выявили новые перспективные марки более высокого качества. Таковыми являются малоуглеродистые низколегированные стали типа 06Г2ФР и 06Г2МФБ. Они обладают оптимальным комплексом прочности, пластичности, вязкости, хладостойкости и термической трещиностойкости.

Рекомендуется также для кожухов печей и воздухонагревателей толстолистовая (30 – 50 мм) сталь 09Г2МФБ с высоким сопротивлением хрупкому разрушению после длительного воздействия повышенных температур (тепловая хрупкость). Применение высококачественного металла с большими прочностными характеристиками (аустенитные, нержавеющие, перлитные и др.) не показано, так как высокий коэффициент термического расширения одних и низкая пластичность других способствуют деформации кожуха и образованию в нем трещин. Толщина листового металла для кожухов принимается от 25 до 75 мм в зависимости от объемов печей и размещения его по зонам профиля. Анализ причин так называемых “отказов” кожухов, т. е. образование в них трещин и разрывов, показал, что они сводятся, главным образом, к следующему:

  1. Нарушению технологии производства чугуна и правил технической эксплуатации конструкций и оборудования. По мере увеличения напряжений, особенно при неровном ходе печи, образование новых трещин, короблений и разрывов заметно возрастает.
  2. Недостаточная интенсивность охлаждения и низкая стойкость холодильников при больших разгарах кладки. Значительное ослабление системы охлаждения, если таковая своевременно не восстанавливается. Это особенно важно для горизонтальной или вертикально-горизонтальной схемы, когда образующиеся “лысины” (площадь кожуха, лишенная охлаждения) способствуют его местному перегреву.

“Отказы” возникают преимущественно в углах вырезов для сменяемых холодильников или для вывода трубок несменяемых, а также для других целей, если вырезы не имеют угловых закруглений или круглой формы, предупреждающих концентрацию напряжений в металле. Образование трещин и разрывов объясняется наличием в кожухе растягивающих кольцевых (горизонтальных) усилий, оказываемых давлением от термического расширения кладки, шихтовых материалов и трением их о стенки печи. Одновременно с ними действуют также силы меридиальные (вертикальные), обусловленные ростом кладки по высоте профиля.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Наличие двухосного растяжения увеличивает степень деформации кожуха и ускоряет его разрушение. Оба вида деформаций прогрессируют по мере увеличения длительности кампании печей и достигают значительных размеров и колебаний по величине в различных зонах профиля (рис. 37). Так, меридиальные усилия в шахте бывают до 1500 – 2000 кг/см 2 , в фурменной зоне – 310 – 620 кг/см 2 , в цилиндрическом кожухе лещади – 1049 – 1290 кг/см 2 , под чугунной леткой – до 3150 кг/см 2 , а кольцевые в ее области – до 4400 кг/см 2 при 2160 – 2350 кг/см 2 в других участках горна. При конической его конструкции усилия в изгибе брони достигают 5350 кг/см 2 при 4070 кг/см 2 в других участках. Это объясняется возникновением в местах пересечения цилиндрической и конической частей кожуха значительных краевых напряжений (большой изгибающий момент) (рис. 38). Поэтому резкие переломы, образующие опасные сечения в местах их перегиба, нежелательны.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

С этой точки зрения горные печи с цилиндрической конфигурацией имеют преимущество, уменьшая возможные нарушения сплошности брони, особенно в непосредственной близости к чугунным леткам. Типовым проектированием принята форма кожуха горна конусообразная с целью увеличения толщины футеровки металлоприемника в области выпускных отверстий. Однако аварийность в указанной зоне не исключена. Сохранность канала леточного отверстия и его конструктивное оформление определяются не утолщенной футеровкой, находящейся вне сферы охлаждающего влияния горновых (леточных) холодильников, а качеством леточной массы, квалифицированным уходом за леткой с соблюдением технологии и графиков выпусков чугуна, с нормальной “продувкой” печи. Нарушение этих условий является главной причиной износа передней стенки горна, ведущей к прорывам его в области чугунных леток, независимо от формы кожуха (рис. 39). “Отказы” кожуха металлоприемника по этой причине составляют 20 – 65% от общего числа дефектов брони горна. В целом по печи они неоднотипны и связаны со спецификой процессов, происходящих в ее различных зонах.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Институт ВНИИмехчермет в своих работах дает схему наиболее типичных образований трещин на различных участках кожуха печи (рис. 40). В области горна и лещади образуются вертикальные трещины шириной до 60 – 80 мм и протяжением от фурменной зоны до низа лещади (рис. 40, п. 1). Они составляют до 30% выявленных трещин и встречаются примерно на 40% обследованных доменных печей. Расположение их часто совпадает с вертикальными стыками плитовых холодильников или со сварными швами. Они обычно возникают от недостаточных компенсационных свойств набивки и зазоров между кладкой и холодильниками. Величина их определяется до сих пор только эмпирическим путем. Перелом кожуха с большим краевым эффектом, расширение “козлового” чугуна после капитальных ремонтов 2-го разряда и неравномерность радиального давления кладки на кожух через холодильники также отражается отрицательно.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Пример 1.
На доменной печи одного из заводов Приднепровья вскоре после капитального ремонта 2-го разряда появились две вертикальные трещины на кожухе горна и лещади (рис. 41) шириной от 160 до 450 мм и длиной до 7700 мм. Разрыв был связан с изменением объема массы “козлового” чугуна. Охлажденная за время ремонта, она значительно увеличилась в объеме, создавая давление на кожух. Интенсивность давления зависит от величины зазора между кладкой и холодильником горна и компенсационных свойств набойки. Поэтому выдувку печи на ремонт 2-й категории надлежит проводить с минимальным количеством воды и возможно большим запасом тепла в горне, предупреждая излишние потери его за период ремонта. В современном производстве практикуется частичный выпуск “козлового” чугуна подобно ремонту 1-й категории.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Одной из причин “отказа” кожуха в области чугунных леток являются периодические нагрузки на него при закрывании пушками, имеющими для закрепления зацепы на брони передней стенки горна. Сконструированные в настоящее время новые модели пушек с боковым захватом у поворотного механизма устраняют этот недостаток. Однако этим не исключается появление в районе чугунных, шлаковых леток и фурменной зоны трещин по другим причинам. Они разнообразны и встречаются примерно на 65% обследованных печей, составляя до 40% от всех выявленных трещин (рис. 40, п. 2). Их длина составляет до 1,5 – 2,0 м. Чаще всего они начинаются от углов леточной рамы с прямоугольным отверстием для установки “венчика”. Поэтому предпочтительнее иметь отверстие овальной формы.

Будучи несколько сложнее по сооружению овальный венчик значительно прочнее и надежнее предохраняет раму чугунной летки и холодильники от термоусталостных явлений в металле, которые вызываются резкими колебаниями в нагреве кожуха и возникающими концентрациями напряжений. Особенно при недостаточном смягчении их компенсационным зазором между кладкой и холодильником. “Отказы” кожуха по этим причинам составляют около 10 -15% от всех нарушений целости металлоконструкций доменных печей. Району заплечиков, охлаждаемых плитовыми вертикальными холодильниками, свойственны вертикальные трещины, берущие начало от маратора (рис. 40, п. 3). Они обычно появляются в местах выхода из строя “сапожковых” холодильников, защищающих маратор и его стык с заплечиками, и составляют примерно 15% от общего числа повреждений. Их причиной является износ кладки распара (иногда из-за излишне большого угла наклона шахты), низкой стойкости холодильников и большого краевого эффекта в сопряжении кожуха заплечиков и распара.

Пример 2.
Высокие напряжения в районе холодильников и “отказ” кожуха по этой причине на одной из печей Северо-Запада России произошел из-за образования трещины, прошедшей через отверстия для болтов крепления холодильников (рис. 41). Простой печи составил более 8 ч., потери производства 1500 т. Такие трещины связаны с появлением мест концентрации напряжений, возникающих из-за давления бобышек плитовых холодильников. Оно передается на кожух усилиями от термического расширения кладки; давления болтов крепления, собственного веса холодильников и термического их расширения; локальных напряжений вокруг отверстий, вызванных давлением материалов и температурой из рабочего пространства печи. Реакции опорных колонн маратора при совместных двухосных усилиях от вертикально-горизонтального давления кладки противостоят силам кольцевых напряжений в кожухе, создают большие усилия. Они приводят к изгибу маратора с образованием кольцевых трещин (рис. 40, п. 14), отрыву его от колонн с потерей ими несущей способности. Эти деформации значительно усиливаются при малом и полном отсутствии зазора между футеровкой шахты и холодильниками. Его величина должна быть не менее 250 – 350 мм, особенно при работе на цинксодержащей шихте. Оптимальная величина его нуждается для своего определения в методике теоретического расчета в соответствии с условиями плавки.

“Отказы” маратора послужили основанием для перехода на конструкцию кожуха печи без него и его основных колонн, со свободно стоящей шахтой. Отсутствие колонн компенсируется передачей веса шахты на кольцевую балку колошника через специальные подвески. Однако полное отсутствие маратора нерационально, так как при ремонтах печей возведение кладки шахты одновременно с нижележащими горизонтами невозможно. Поэтому в более поздних конструкциях маратор меньшей ширины (400 мм), но достаточной для основания кладки шахта – восстановлен с установкой специальных колонн для опоры кольцевого воздухопровода.

Пример 3.
На одной из печей Северо-Западного района России объемом 2000 м 3 допустили отступления от проекта. Зазор между холодильниками шахты и кладкой при капитальном ремонте 2-го разряда ликвидировали полностью. Давление кладки на кожух (работавший уже не одну кампанию), усиленное дополнительным ростом ее от насыщения цинком (Zn), превысило допустимые пределы усилий и стало причиной разрыва кожуха на протяжении 11 м по высоте. Разрыв сопровождался выбросом большого количества шихтовых материалов и тяжелыми последствиями. Сопутствующей причиной аварии была неправильная заварка небольшой трещины, образовавшейся в районе прорыва ранее, примерно за месяц. Вместо заделки концов трещины и последующей ее заварки – края трещины были скреплены только скобками, приваренными к кожуху. Раскрытие этой трещины явилось импульсом для дальнейшего разрыва кожуха (рис. 42). Печь простояла 20 суток. Потери производства составили около 120000 т чугуна.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Пример 4.
Другая доменная печь объемом 2000 м 3 с комбинированной системой охлаждения (вертикально-горизонтальная), с вырезами в кожухе работала нормально в течение 15 лет с компенсационным зазором между кладкой шахты и холодильниками. При капитальном ремонте кладка шахты была уложена впритык к кожуху. Уже через две недели после задувки на шахте появилась трещина длиной 300 мм, увеличившаяся через 2 – 2,5 мес. до 2,0 м (рис. 43). Капитально трещину не закрепили. Вместо заварки с восстановлением прочности кожуха ограничились установкой уплотнения из уголков и поперечных ребер. Через три месяца после задувки произошел большой разрыв кожуха из-за увеличения незаваренной трещины. Разрушение кожуха могло привести к серьезным последствиям. Как показали поверочные расчеты, напряжения в металле были близки к предельным. Основной причиной разрыва явилось отсутствие зазора между кладкой шахты и холодильниками, ослабление кожуха вырезами для горизонтальных холодильников и технически неправильное решение по закреплению появившейся трещины вскоре после задувки.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Образование трещин в заплечиках прогрессирует при повреждениях системы их охлаждения. Наружная поливка кожуха водой, хотя и является широко применимой мерой, компенсирующей отсутствие холодильников, полной сохранности кожуха не гарантирует. Более того, она способствует коррозии металла, создает дополнительные термические напряжения и возможность затекания воды за броню. При вынужденной поливке слой воды должен быть тонким и сплошным по всей охлаждаемой поверхности. Броню следует тщательно проверить на герметичность.

В неохлаждаемой части шахты “отказы” кожуха с образованием горизонтальных трещин (длиной до 3 м), как правило, появляются из-за малых зазоров между кладкой и холодильниками. Для заполнения их предпочтительно применять углеродистую массу. Способствуют образованию трещин и малые зазоры между кладкой и защитными сегментами на колошнике, жестко закрепленными на кожухе шахты. Подвесные конструкции колошниковой защиты (например, конструкция КМК с подвесными на куполе, регулируемыми по высоте косынками (рис. 44), скрепленными между собой литыми сегментами типа коробок “Фрейна”) более рациональны. Как в охлаждаемой, так и в неохлаждаемой зоне шахты на кожухе возникают, кроме кольцевых, и трещины различного направления.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Это связано с выходом из строя холодильников или большого износа кладки и возникающих отсюда местных перегревов кожуха. Трещины чаще всего образуются в углах вырезов для установки холодильников различных конструкций, особенно прямоугольной конфигурации. Углы вырезов должны быть закруглены. Это особенно характерно для кронштейновых холодильников, установку которых, несмотря на длительное применение на заводах Донбасса и Приднепровья, рекомендовать нельзя как имеющих к тому же малую площадь охлаждения. Основное значение – поддержание кладки – осуществляется теперь более рациональными путями.

Пример 5.
Неудовлетворительное предохранение кожуха было причиной внезапного разрыва его на одной из печей Юга объемом 1719 м 3 . Печь была оборудована кронштейновыми холодильниками шахты и работала с повышенным давлением газа на колошнике – 0,15 МПа. Разрыв образовал проем площадью до 42 м 2 . Было выброшено на литейный двор около 800 м 3 шихты со значительным повреждением конструкций, оборудования печи и здания литейного двора (рис. 45). Расследование причин разрыва показало, что первоначально он возник в месте стыкового шва-вставки кожуха с распространением по целому металлу на старую трещину, развиваясь в горизонтальном направлении. Обнаружено плохое качество заварки старой трещины с нарушением техники сварочных работ в виде раковин, непроваров и других дефектов в швах неразрушенных, но создавших ослабление этой зоны кожуха. Прямоугольные вырезы для кронштейновых холодильников без установки усиливающих амбразур способствовали возникновению аварийной ситуации при значительном разгаре кладки. Коррозия кожуха при длительном наружном охлаждении водой и общее его ослабление установкой нижних царг кожуха шахты тоньше на 5 мм (30 мм против 35 мм) сыграли свою роль так же, как и нарушение запланированного срока ремонта, намечавшегося за год до аварии.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Повреждения кожуха по этим причинам составляют до 10% всех дефектов кожухов, даже при овальной конфигурации вырезов. Особое значение поэтому приобретает состояние и конструкция охладительной системы, которую при любых условиях необходимо сохранять в рабочем состоянии. Если при горизонтальной системе это осуществляется своевременной заменой холодильников, не считаясь с затратой необходимого времени (оно окупится дальнейшей нормальной работой печи), то при вертикальной или вертикально-горизонтальной задача ремонта ее значительно усложняется.

Продолжительная работа с поврежденным охлаждением губительно сказывается на остатках изношенной кладки, а затем и на самом кожухе. В этом случае следует произвести смену холодильников на ближайшем ремонте 2-го или 3-го разряда с вырезкой карт на кожухе и последующей их заваркой “встык”. Металл новых вставок и старого кожуха должен иметь одинаковую характеристику. Ширина вставок – не менее 400 мм для предупреждения в них возникновения трещин из-за напряжений в околошовных зонах, параллельных сварным швам. Поэтому от старых швов следует отступать не менее чем на 150 мм. При нарушении этих условий возможно появление трещин вдоль сварных швов или непосредственно на них длиной до 1,0 – 2,0 м вследствие механических и термических нагрузок, что и отмечалось неоднократно.

Пример 6.
На доменной печи Донбасса произвели частичную замену кожуха шахты. Как выяснилось после “отказа” его, сварные швы были выполнены с нарушением инструкции по производству сварочных работ и без проверки их качества ультразвуковой дефектоскопией. Трещина образовалась по сварке (рис. 46). Эксплуатационный персонал работу не контролировал.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

При значительных повреждениях охлаждения работоспособность кожуха возможно поддерживать наружной поливкой (при соответствующей герметизации его) до ближайшего ремонта или подставлять горизонтальные холодильники. Создавая вокруг себя гарнисаж, они надежно предохраняют кожух от деформаций, компенсируя ухудшение его герметичности. Трещины и вспучивание в кожухе неохлаждаемой части шахты образуются от недостаточной герметичности кладки с перегревом металла в местах выгорания ее и проникновением газов непосредственно к кожуху (рис. 40, п. 6). Отсутствие или повреждение изолирующих перемычек это облегчает.

Из таких “отказов” кожуха наиболее опасными бывают кольцевые вспучивания по всему периметру шахты от сильного перегрева металла и потери им несущей способности. При этом нарушается соосность засыпного аппарата и оси печи. Радикальное средство для ликвидации прогрева – заливка под давлением шамотно-цементного раствора за броню через приваренные для этой цели штуцеры с кранами. Указанные виды повреждений кожухов не исчерпывают всех возможных “отказов” металлоконструкций. Они могут возникать в местах приварки литых деталей к кожуху из-за неправильного выбора марки стали (рис. 40, п. 15) или ошибочных конструктивных решений в сопряжениях литья и кожуха, в примыкании к куполу печи газоотводов, колошникового фланца и в опорном основном кольце. Эти повреждения вызывают трудно устраняемые загорания газа на колошнике, без капитальной локализации которых на печи работать нельзя.

Пример 7.
На одной из печей Урала (рис. 47) произошел разрыв кожуха в неохлаждаемой зоне шахты длиной до 10 м. Причиной аварии послужило оставление в кожухе монтажных скоб, передававших на него давление кладки и холодильников. Кожух печи был изготовлен из стали ВСт3сп5 (ГОСТ 380-71) толщиной 40 мм, которая не имеет гарантированных свойств по ударной вязкости и должна подвергаться нормализации. После нее способность стали к хрупкому разрушению значительно снижается, а закалка с отпуском повышает прочность, придавая ей высокий уровень пластичности. В данном случае термической обработки этой стали не было проведено. Печь имела простой 78,5 ч., потери производства – 9500 т чугуна.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Повреждения кожуха в области колошника и купола являются следствием горения газа из-за хронически допускаемых длительных и глубоких опусканий шихты с высокими температурами колошника (до 450 – 500°С и выше) и местных прогревов купола из-за нарушения защиты его (футеровки, выкрашивание торкретбетона, обрыва холодильных плит). Аварии по этим причинам составляют до 15 – 20% от общего числа “отказов” металлоконструкций.

Пример 8.
На доменной печи объемом 5034 м 3 через непродолжительное время после задувки появились трещины в кожухе шахты и по шву приварки колошникового фланца к куполу печи. Продувы газа, его горение вызвали частые остановки для заварки трещин с большой потерей производства. Трещины были следствием большого перегрева колошника (до 1000°С) из-за больших “опусков” уровня материалов и развитого периферийного хода (влияние отраженного гребня). Такой ход, часто допускаемый на длительное время, привел к разрушению футеровки и прогару холодильников в шахте. Ко времени ремонта печи (через 3 года после задувки) 15% их вышло из строя. Часть их сгорела полностью, что повышало нагрев кожуха до 800°С. Последний охлаждался наружной поливкой.

Пример 9.
На одной из доменных печей Юга лопнула броня по вертикали от фурменной зоны до низа лещади. Вместо вставки компенсирующей карты ограничились заваркой трещины. Броня лопнула снова. В зазор вставили узкую полоску брони и снова заварили. Разрывы и заварки после этого продолжались неоднократно в течение нескольких лет. Ширина разрыва постепенно увеличивалась и достигла 130 мм. Руководители цеха полагали, что причиной разрыва является застывший чугунный “козел”, который, разогреваясь, давит на кладку лещади и заставляет ее расширяться. Однако причиной оказалась недостаточная и не соответствующая своему назначению набойка между кладкой и холодильниками, которая не могла компенсировать температурное расширение лещади. В конечном счете произошел дополнительный разрыв брони, и в образовавшийся проем вышел чугун. Последствия аварии были весьма тяжелыми.

Пример 10.
Сильно изношенная печь на одном из заводов Юга России намечалась к остановке на капитальный ремонт. Но перед выдувкой произошел разрыв брони шахты с выбросом материалов на литейный двор. На ликвидацию аварии пошло значительное время. Причина аварии: водопроводчик, делая очередной обход шахты, не сообщил мастеру печи, что им на кожухе обнаружен разрыв по старой трещине. Ее следовало немедленно закрепить ребрами жесткости, что могло обеспечить работоспособность брони до остановки печи на ремонт. Это сделано не было, и через три часа после осмотра шахты водопроводчиком произошла авария с травмированием обслуживающего персонала.

9. Конструкция доменной печи и технология выплавки чугуна

Устройство и работа доменной печи. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту (офлюсованный агломерат и окатыши).

Стенки печи выкладывают из огнеупорных материалов — в ос­новном из шамота. Нижнюю часть горна и его основание (лещадь) выполняют из особо огнеупорных материалов — углеродистых (графитизированных) блоков. Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливают (примерно на 3 Д высоты печи) металлические холодильники, по которым циркулирует вода. Для уменьшения расхода воды (для крупных печей расход воды до 70000 м 3 в сутки) применяют испарительное охлаждение, основанное на том, что погло­щаемое тепло используется для парообразования.

Кладка печи снаружи заключена в стальной кожух толщиной до 40 мм. Для уменьшения нагрузки на нижнюю часть печи ее верхнюю часть (шахту) сооружают на стальном кольце, опирающемся на ко­лонны. Доменная печь (рис. 4) имеет стальной кожух, выложенный изнутри огнеупорным шамотным кирпичом.

Схема работы доменного цеха современного металлургического за­вода приведена на рис. 5.

Шихтовые материалы поступают в бункера, расположенные на рудном дворе: офлюсованный агломерат- с агломерационной фабрики, а кокс — от коксовых батарей коксохимического завода. Из бункеров шихтовые материалы подаются в вагон-весы 1, на которых взвешивают определенные порции шихты. Из вагона-весов кокс и агломерат передаются в вагонетку 3 скипового подъемника. Скиповой подъ­емник представляет собой наклонный рельсовый мост, по которому дви­жутся две вагонетки. Скип поднимается стальным канатом до верхней точки рельсового моста и опрокидывается. Через загрузочное устройст­во (засыпной аппарат) 4 шихта попадает в доменную печь (см. рис.5). Печь состоит из колошника 5, шахты б, распара 7, заплечиков 8 и горна 9.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Рис. 4. Схема конструкций доменной печи и воздухонагревателя

Две скиповые вагонетки с помощью лебедки передвигаются по наклонному мосту 12 (см. рис. 4) к засыпному аппарату 8 и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11 а при опускании большого конуса 13 — в доменную печь. Такая последовательность работы механизмов засыпного аппарата необходима для предотвращения выхода газов из доменной печи в атмосферу.

Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка после загрузки очередной порции материалов поворачиваются на угол, кратный 60°. Все механизмы засыпного аппарата и скипового подъемника Агломерат, руду, флюс и кокс, поступающие в печь в определенном соотношении, называют шихтой.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Доменные печи, как и все шахтные печи, работают по принципу противотока. Сверху опускаются шихтовые материалы, а снизу им навстречу движутся газы, образующиеся в процессе горения топлива.

В процессе работы печи шихтовые материалы постепенно опускаются вниз, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихтовых материалов в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был заполнен.

Полезный объем печи — это объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата в опущенном состоянии (или до кончика загрузочного лотка в вертикальном его положении – при лотковом загрузочном устройстве). Современные доменные печи имеют полезный объем 1600…5000 м 3 . Средний объем печей в Украине – около 2000 м 3 и только ДП №9 Криворожстали имеет объем 5000 м 3 . Высота доменной печи достигает 50 м.

В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые (воздушные фурмы) в печь поступают нагретый воздух, необходимый для горения кокса, и газообразное топливо, а также (в последние годы) — пылеугольное топливо.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Фурменный прибор ДП:

1 – кольцевой воздухопровод горячего дутья; 2 – сопло; 3 – воздушная фурма

Предварительный нагрев воздуха необходим для уменьшения потерь теплоты в печи. Воздух поступает в доменную печь из воздухонагревателей. Для нагрева воздуха применяют воздухонагреватели регенеративного типа. Внутри воздухонагревателя (рис. 4, справа) имеется камера сгорания 2 и насадка 4 занимающая основной объем воздухонагревателя. Насадка выложена из огнеупорных кирпичей 3 так, что между ними образуются вертикальные каналы. В нижнюю часть камеры сгорания к горелке 1 подается очищенный от пыли колошниковый газ, который сгорает и образует горячие газы. Горячие газы, проходя через насадку, нагревают ее и удаляются из воздухонагревателя через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается, и по трубопроводу через насадку пропускается холодный воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной. Доменная печь имеет несколько воздухо­нагревателей: в то время как в одних насадка нагревается горя­чими газами, в других она отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. По охлаждении нагретой насадки воздухом нагреватели переключаются. Воздух, проходя через насадку воздухонагревателя, нагревается до 1000…1200 °С и поступает к фурменному устройству 14 доменной печи (см. рис. II.2), а оттуда в ее рабочее пространство.

Горение топлива. Вблизи фурм 3 (см. рис.) углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорает:

При высоких температурах и в присутствии твердого углерода кокса двуокись углерода неустойчива и переходит, в основном, в окись углерода:

СО2 + С = 2СО — 171,88 кДж.

Одновременно, на некотором расстоянии от фурм, идет реакция неполного горения (газификации) углерода кокса:

В результате горения кокса в доменной печи выделяется тепло и образуется газовый поток, содержащий СО, СО2 и другие газы. При этом в печи немного выше уровня фурм температура достигает 2000° С и даже более. Горячие газы, поднимаясь вверх, отдают свою теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до 400…300 °С у колошника. В зоне печи, где температура газов достигает 700 … 450 °С, часть окиси углерода разлагается с образованием сажистого углерода, оседающего на шихтовых материалах:

Остальная часть газа, состоящего в основном из СО, СО2, N2, Н2, СН4 (колошниковый газ), отводится из печи по трубам и после очистки используется как топливо для воздухонагревателей.

Выход колошникового (доменного) газа составляет обычно 2000…2500 м 3 /т чугуна. Газ имеет следующий состав:

СО2 – 12…20%

О2 + N2 – 54…58%

СН4 – до 0,5%

Шихтовые материалы (агломерат, кокс) опускаются навстречу потоку газов и нагреваются. В результате в них происходит целый ряд химических превращений: удаляется влага, из топлива выделяются летучие вещества, а при прогреве шихты до температуры

570 °С начинается основной процесс — восстановление окислов железа, содержащихся в агломерате и окатышах.

Восстановление окислов железа в доменной печи. Этот процесс протекает в результате взаимодействия окислов железа с окисью углерода и твердым углеродом кокса, а также водородом. Восстановление твердым углеродом называют прямым, а газами — косвенным.

При температурах до 570 °С восстановление окиси железа протекает по реакциям

При более высоких температурах (750…900 °С) окислы железа восстанавливаются наиболее интенсивно:

При этих температурах из руды, находящейся в нижней зоне шахты доменной печи, образуется твердое губчатое железо. Некоторая часть закиси железа опускается до уровня распара и заплечиков, где восстанавливается твердым углеродом кокса в результате двух одновременно протекающих реакций:

В реакциях восстановления железа участвуют также сажистый углерод и водород, особенно при введении в доменную печь природного газа.

По мере опускания шихта достигает зоны в печи, где температура составляет 1000 … 1100 °С. При этих температурах восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с окисью углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно науглероживается благодаря способности железа в твердом состоянии растворять углерод:

При насыщении углеродом температура плавления железа понижается и на уровне распара и заплечиков оно расплавляется. Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4 % и более), марганцем, кремнием, фосфором, которые восстанавливаются из руды, а также серой, содержащейся в коксе. Эти процессы протекают следую­щим образом.

Марганец содержится в руде в виде МnО2, Мn2О3, Мп3О4. Эти соединения легко восстанавливаются до МnО. При температуре более 1000 °С часть МnО восстанавливается твердым углеродом по реакциям

МnО + СО = Мn + СО2;

Одновременно марганец взаимодействует с твердым углеродом и образует карбид Мn3С, повышая содержание углерода в сплаве. Другая часть МnО входит в состав шлака.

Кремний, содержащийся в пустой породе руды в виде SiO2, при температуре выше 1100 0 С также частично восстанавливается твердым углеродом:

SiO2 + С = SiO + СО;

SiO2 + 2С = Si + 2СО

Образовавшийся кремний растворяется в железе. Другая часть SiO2 также входит в состав шлака.

Фосфор содержится в рудо в виде соединений (FеО)3Р2О5 и (СаО)3Р2О5. Частично фосфат железа восстанавливается окисью углерода:

При температурах более 1000° С восстановление идет за счет твердого углерода:

При температурах выше 1300 °С фосфор восстанавливается из фосфата кальция:

Образовавшийся фосфид железа (Fе3Р) и фосфор полностью растворяются в железе и входят в состав чугуна.

Сера присутствует в коксе и руде в виде органической серы и соединений FeS2, FеS, СаSО4. Сера летуча и поэтому часть ее удаляется с газом при нагреве шихты в печи. Сера из кокса окисляется у фурм кислородом дутья до SО2 и, поднимаясь с газами, восстанавливается твердым углеродом:

При этом часть серы в виде S и FеS растворяется в чугуне. Сера является вредной примесью и ухудшает качество чугуна. Для удаления серы стремятся повысить содержание СаО в шлаке. При этом часть серы в виде СаS удаляется в шлак по реакциям

FеS + СаО = СаS + FеО,

Таким образом, в результате процессов восстановления окислов железа, части окислов марганца и кремния, фосфатов и сер­нистых соединений, растворения в железе С, Мn, Si, Р, S в печи образуется чугун. В нижней части печи образуется шлак в ре­зультате плавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. В условиях доменного процесса окислы Аl2О3, СаО, МgО, содержащиеся в пустой породе руды, полностью переходят в шлак. В шлаке содержится также часть невосстановившихся окислов SiO2, МnО, FеО и СаS. Шлак образуется постепенно, его состав изменяется по мере cтекания в горн; где он скапливается, находясь над жидким чугуном, т.к. имеет меньшую плотность. Состав шлака, его температура плавления и жидкотекучесть зависят от состава применяющихся шихтовых материалов (в первую очередь — основности) и марки выплавляемого чугуна.

По мере скопления чугуна и шлака их выпускают из печи с периодичностью каждые 2 … 3 … 4 ч (зависит от объема/производительности печи). Выпуск производят через чугунную летку (см. рис., отверстие в кладке, расположенное выше лещади). Летку открывают бурильной машиной, а после выпуска чугуна закрывают огнеупорной массой с помощью гидравлической «пушки».

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производстваДоменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Образцы доменного шлака («основной» /с повышенным содержанием СаО / – слева; и кислый, с повышенным содержанием SiO2 – справа)

Чугун и шлак сливают по желобам, проложенным по литейному двору, в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши, установленные на железнодорожных платформах. Емкость чугуновозных ковшей 90…140 т. В них чугун транспортируют в миксерное отделение (миксер для усреднения), в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи для передела в сталь. Чугун, не используемый в жидком виде, поступает на разливеочные машины. Из ковша чугун через передаточный желоб заполняет металлические формы-изложницы разливочной машины и затвердевает в них в виде чушек-слитков массой до 50 кг.

Часто жидкий шлак из доменной печи не сливают в шлаковозные чаши, а для удобства дальнейшего использования подвергают мокрой грануляции: на него направляют струю воды, сод действием которой он рассыпается на мелкие гранулы.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Структурная схема доменного процесса

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Профиль доменной печи

Доменный процесс является сложной совокупностью разно­образных физико-химических, механических и аэродинамических явлений. Он протекает в условиях движения твердых и плавящихся масс сверху вниз и встречного движения газов снизу вверх. Успешное осуществление этого сложного непрерывного процесса тесно связано с правильным выбором внутренней конфигурации рабочего пространства печи или ее профиля.

Доменная печь представляет собой шахтную печь, для которой характерно развитие рабочего пространства в высоту. Шахта заполняется газопроницаемыми материалами. Это обеспечивает их тесное взаимодействие с поднимающимся кверху газовым потоком. Профиль доменной печи, т. е. вертикальное осевое сечение ее вну­треннего контура, характеризуется диаметрами, высотами и углами наклона отдельных элементов. Размеры каждой части печи должны быть увязаны между собой и находиться в определенных соотношениях с размерами других частей печи для создания опти­мальных условий доменной плавки. Иными словами, печь должна иметь рациональный профиль. При таком профиле обеспечиваются следующие важнейшие условия доменного процесса:

  1. плавное и устойчивое опускание шихтовых материалов;
  2. выгодное распределение встречного газового потока;
  3. успешное развитие процессов восстановления и образования чугуна и шлака.

Рабочее пространство доменной печи состоит из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна (рис. 21). Их форма и отно­сительные размещу определяются происходящими в них про­цессами .

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

Верхняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи-колошник предназначен для распределения загружаемых в печь материалов. Материалы попадают в колошник на площадь одного и того же сечения с приблизительно постоянной высоты, что позволяет обеспечить устойчивость начального распределения. Кроме того, с колошника отводятся поднимающиеся газы. Распре­деление газового потока в печи связано с начальным расположе­нием материалов на колошнике.

Высота колошника h5 выбирается с учетом организации за­грузки и скорости опускания шихты и должна быть достаточной для указанных выше целей. На современных печах она составляет 2400—2900 мм. Диаметр колошника d1 взаимосвязан с диаметрами распара D и горна d. Соотношение d1 и D влияет на конусность шахты. Соотношение d1 и d служит одним из основных при выборе поперечных размеров рабочего пространства.

Профиль шахты доменной печи на долю которой приходится большая часть общей высоты и объема печи, обеспечивает равномерное опускание шихтовых материалов, их необходимое раз­рыхление и некоторое перемещение начинающих плавиться масс от стен в нижней части шахты. Значительная высота шахты позво­ляет осуществить тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися газами, в первую очередь восстановление оки­слов железа. Угол наклона стен шахты α определяется указанными выше требованиями и является вместе с высотой h4 основной харак­теристикой ее размеров. С увеличением объема печей проявляется тенденция к некоторому уменьшению α (83—84°) и росту высоты шахты.

Средняя цилиндрическая часть рабочего пространства — распар — создает некоторое дополнительное увеличение объема печи и устраняет возможные задержки шихтовых материалов. Большой диаметр распара по сравнению с горном позволяет уменьшить разгар футеровки, отдаляя от стен поток поднимающихся горячих газов. Диаметр распара D современных печей составляет 10,2— 12,3 м, а высота сохраняется 2200 мм.

Обратная конусность расположенных ниже заплечиков соот­ветствует уменьшению объема проплавляемых материалов при образовании чугуна и шлака.

Конфигурация заплечиков при разработке проектов печей увеличенного объема сохраняется приблизительно постоянной. Их поперечное сечение определяется диаметрами распара и горна, угол наклона β выдерживается в пределах 79—80°, высота h2 сохраняется постоянной и составляет 3400 мм.

В нижней цилиндрической части печи—горне осуществля­ются высокотемпературные процессы доменной плавки: горение кокса и образование доменного газа, взаимодействие между жи­дкими фазами, газом и раскаленным коксом, накопление жид­ких продуктов плавки (чугуна и шлака). Накопленные в горне жидкие продукты периодически выпускают из печи.

Конфигурация горна по мере развития профиля доменных печей за длительное время претерпела наибольшие изменения. Узкие горны в старых доменных печах со слабыми дутьевыми средствами заменялись более широкими. К настоящему времени практикой подтверждена возможность успешной работы мощных печей с горнами большого диаметра — до 9—11 м. В то же время высота горна крупнейших сооружаемых печей остается прак­тически без изменений, составляя 3200—3900 мм (до уровня чугунной летки). Чрезмерная высота горна вредна, так как в этом случае температура в его нижней части понижается и продукты плавки (чугун) в нижних горизонтах горна оказываются сильно охлажденными.

Основными величинами, характеризующими размеры рабочего пространства в целом, являются полезная высота и полезный объем доменной печи. Они включают высоту и объем, заполненные перерабатываемыми материалами и продуктами плавки. Поскольку верхний уровень шихтовых материалов в связи с периодическим пополнением шихты и непрерывным ее опусканием вниз несколько меняется, при определении полезной высоты за верхний уровень берется отметка нижней кромки большого конуса засыпного аппа­рата в опущенном положении, являющаяся строго фиксированной. Нижним уровнем является уровень оси чугунной летки, так как располагающийся ниже этого уровня чугун не выпускается из печи.

Внутренне строение доменной печи | Железная лаборатория

Внутреннее очертание кладки, называемое профилем доменной печи, состоит из следующих пяти частей или поясов: верхняя часть называется колошником, ниже колошника расположен наиболее высокий пояс, который носит название шахты, средняя часть III называется распаром, вслед за распаром находится суживающий книзу пояс IV — заплечики и, наконец, нижняя цилиндрическая часть печи, в которой накапливается чугун и шлак V, называется горном.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

1-шихта; 2-капли чугуна; 3-шлак; 4-фурмы для подачи воздуха в печь; 5-шлаковая клетка; 6-желоб для выпуска шлака; 7-жидкий чугун; 8-желоб для выпуска чугуна; 9-чугунная летка; 10-жидкий шлак

Процесс получения в доменной печи чугуна из руды сопровождается различными химическими реакциями. Горячими газами, образующимися при сгорании топлива, сначала подсушиваются верхние слои шихты. Потеря влаги начинается при температуре несколько ниже 100° и заканчивается при температуре около 200°. В зоне температур 350—450° происходит выделение из руды химически связанной воды. При температуре 400—900° разлагается известняк, превращаясь в негашеную известь и углекислоту. Перечисленные реакции должны заканчиваться в верхних зонах печи, иначе они могут отнимать тепло в тех областях печи, где совершается восстановление железа. Поэтому руду и известняк нельзя загружать слишком крупными кусками.
Топливо, опускаясь вниз, постепенно нагревается и, подойдя к фурмам, сгорает, развивая температуру до 1700—1900°. Углерод топлива при сгорании образует углекислый газ. Поднимаясь кверху, углекислый газ проходит через слой раскаленного кокса, отдает ему часть кислорода, образуя при этом окись углерода. Встречаясь с окислами железа, окись углерода отнимает у них кислород, освобождая железо. Такая реакция начинается при температурах, близких к 400°, и заканчивается при температурах около 900°. Окисью углерода восстанавливается около 70% железа, содержащегося в руде, Остальная часть железа восстанавливается посредством твердого углерода, который образуется в шихте доменной печи вследствие распада окиси углерода при температуре 500—600° на углекислый газ и углерод. Углерод в виде тонкого слоя сажи проникает в поры руды, восстанавливая остающиеся еще окислы железа.
Вместе с железом восстанавливается также марганец, кремний и фосфор, находящиеся в руде в виде окислов. Постоянной примесью шихты является сера, содержащаяся в руде, коксе и извести.
Выделяющийся в процессе работы печи доменный (колошнивый) газ через вертикальные газоотводы (свечи), примыкающие к верхней части кожуха печи, и наклонный газопровод отводится к пылеуловителям. Газ после очистки от пыли используется в качестве горючего для нужд завода.
Ежесуточная выплавка чугуна в одной доменной печи достигает 1800—2000 т.
Основным показателем производительности доменной печи служит коэффициент использования полезного объема печи, представляющий собой отношение полезного объема печи, выраженного в кубометрах, к суточному выпуску чугуна, выраженному в тоннах. Чем меньше этот коэффициент, тем меньший объем печи требуется для выплавки 1 г, чугуна в сутки, т. е. тем лучше работает печь. В 1927 г. коэффициент использования доменных печей составлял 1,5. В настоящее время доменщики снизили этот коэффициент до 0,8 и даже до 0,65. Пути дальнейшего повышения производительности печей сводятся к улучшению подготовки руды, применению дутья, обогащенного кислородом, и работе печей на повышенном давлении воздуха.

Источник http://bestpechi.ru/domennaya-pech

Источник http://uteplimvse.ru/dizajn-i-interer/domennaya-pech-ustrojstvo-princip-raboty-i-prednaznachenie.html

Источник http://90zavod.ru/raznoe/osnovnye-chasti-domennoj-pechi-ustrojstvo-domennoj-pechi-princip-raboty-domennoj-pechi.html

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.