Доменный процесс

Доменный процесс

Схема доменного процесса 1 — железная руда + известняк; 2 — кокс; 3 — лента конвейера; 4 — колошник с аппаратом, предотвращающим уход доменного газа в атмосферу; 5 — слой кокса; 6 — слои известняка, оксида железа, руды; 7 — горячий воздух (с температурой около 1200 °C); 8 — шлак; 9 — жидкий передельный чугун; 10 — шлаковый ковш; 11 — чугуновоз; 12 — циклон для очистки доменного газа от пыли перед сжиганием его в регенераторах (13); 13 — регенераторы (кауперы); 14 — дымовая труба; 15 — подача воздуха в регенераторы (кауперы); 16 — порошок угля; 17 — коксовая печь; 18 — резервуар для кокса; 19 — газоотвод для горячего колошникового газа.

До́менный проце́сс (доменная плавка) — процесс получения чугуна в доменной печи [1] [2] . Представляет собой совокупность ряда самостоятельных физикохимических явлений, к которым относятся процессы восстановления оксидов и сложных соединений, разложения гидратов и солей, горения твердого, жидкого и газообразного горючего, твердофазные и гетерогенные химические реакции, теплообмен, движение твердых, жидких и газообразных составляющих и др. [1]

• 1 История
• 2 Сырьевые материалы
• 3 Основные этапы
  • 3.1 Горение топлива
  • 3.2 Удаление влаги и летучих веществ
  • 3.3 Восстановительные процессы
  • 3.4 Формирование чугуна
  • 3.5 Формирование шлака
  • 6.1 Локальные системы стабилизации отдельных параметров доменного процесса
  • 6.2 Локальные системы управления доменного процесса

  История

  Плавку железа в древности производили в ямах — горнах, обмазанных глиной или выложенных камнем. В горн загружали дрова и древесный уголь. Через отверстие в нижней части горна нагнетали с помощью кожаных мехов воздух. На смесь древесного угля и дров засыпали измельченную железную руду. Сгорание дров и угля проходило интенсивно, внутри горна достигалась относительно высокая температура. Благодаря взаимодействию угля и оксида углерода CO с оксидами железа руды железо восстанавливалось и в виде тестообразных кусков, загрязнённых золой и шлаком, накапливалось на дне горна. Такое железо называли сыродутным. Из него необходимо было удалить примеси прежде, чем приступить к изготовлению изделий. Разогретый металл ковали и на наковальне выжимали остатки шлака, примесей и др. Отдельные куски железа сваривали в единое целое. Такой способ существовал вплоть до XII—XIII веков. Когда стали использовать энергию падающей воды и приводить в движение меха механическим способом, удалось увеличить объём воздуха, подаваемого в горн. Горн сделали больше, стенки его выросли из земли, он стал прообразом доменной печи — доминцей. Домницы имели высоту в несколько метров и сужались кверху. Сначала они были квадратными, потом стали круглыми. Подачу воздуха производили через несколько фурм. В нижней части домницы имелось отверстие, замазываемое глиной, через которое после окончания плавки вынимали готовое железо. Улучшение технологии плавки, обкладка стенок домиицы природным огнеупорным камнем позволили значительно повысить температуру в горне. На дне печи образовывался жидкий сплав железа с углеродом — чугун. Сначала чугун считали отходом производства, так как он был хрупким. Позже заметили, что чугун обладает хорошими литейными свойствами и из него стали отливать пушки, ядра, архитектурные украшения [3] .

  В начале XIV в. из чугуна научились получать ковкое железо, появился двухступенчатый способ производства металла. Куски чугуна переплавляли в небольших тиглях — горнах, в которых удавалось получать высокую температуру и создавать окислительные условия в области фурм. Благодаря окислению из чугуна выжигали большую часть углерода, марганца, кремния. На дне тигля собирался слой железной массы — крица. Масса была загрязнена остатками шлака. Ее извлекали из тигля клещами или ломом и в разогретом состоянии подвергали ковке для выдавливания загрязнений и сваривания в один прочный кусок. Такие горны назывались кричными. Они обладали большей производительностью, чем сыродутные, и давали металл более высокого качества. Поэтому со временем получение сыродутного железа было прекращено. Выгоднее было получать железо из чугуна, чем непосредственно из руды. По мере улучшения качества железа возрастали и потребности в нём в сельском хозяйстве, военном деле, строительстве, промышленности. Возрастало производство чугуна, домницы увеличивались в размерах, постепенно превращаясь в доменные печи. В XIV веке высота доменных печей достигала 8 м [4] .

  Ускоренное развитие металлургии началось после замены древесного угля коксом. Вырубка лесов для получения древесного угля привела к тому, что уже в XV в. в Англии было запрещено использовать древесный уголь в металлургии. Применение кокса не только решило проблему топлива, но и благоприятствовало росту производительности доменных печей. Благодаря повышенной прочности и хорошей теплотворной способности кокса стало возможным увеличение диаметра и высоты печей. В 1828 г. был выдан патент на применение в доменных печах подогретого воздуха. Эта мера позволила значительно снизить расход кокса, повысить производительность и температуру в горне печей [5] .

  Сырьевые материалы

  

  Основные ингредиенты доменного процесса: кокс, окатыши, известняк

  В качестве шихтовых материалов доменной плавки используются кокс, агломерат, окатыши, руда, известняк. Шихтовые материалы загружаются в доменную печь в кусках размером 40—60 мм. При использовании крупных кусков длительность протекания процессов восстановления и офлюсования увеличивается. Мелкие куски забивают проходы для газов и нарушают равномерное опускание материалов в доменной печи. Куски кокса, агломерата должны быть прочными, хорошо сопротивляться истиранию. Под действием веса столба шихты в шахте доменной печи непрочные материалы превращаются в мелочь и пыль, которые засоряют проходы между крупными кусками, ухудшая газопроницаемость столба шихты. Кокс и агломерат должны иметь достаточную пористость — это ускоряет сгорание топлива и восстановление оксидов железа. В шихтовых материалах должно быть минимальным содержание вредных примесей: фосфора, серы, мышьяка, свинца и др., которые переходят в состав чугуна, а из чугуна при его переработке — в сталь. Эти примеси отрицательно влияют на свойства готового металла [6] [7] .

  Также все шихтовые материалы должны иметь однородный химический состав, например постоянное содержание железа в агломерате, золы в коксе, извести в известняке и т. д. Колебания химического состава нарушают нормальный ход доменной печи, приводят к повышенному удельному расходу материалов. При прочих равных условиях производительность доменной печи повышается при повышении содержания железа в сырье [8] .

  Основные этапы

  Начальная операция, являющаяся стартом кампании доменной печи, называется задувкой. Далее, при нормальном ходе доменной печи в результате сжигания топлива и кокса создаются высокие температуры, необходимые для протекания процессов восстановления оксидов железа и образования жидкого чугуна. Кроме чугуна, в доменной печи образуется жидкий шлак и доменный газ — попутные отходы производства. Шихтовые материалы загружают в печь периодически, время их пребывания в печи составляет 5-8 часов. По мере освобождения пространства в нижней части печи в результате сгорания кокса и плавления железорудного сырья столб шихты опускается вниз, постепенно нагреваясь от поднимающихся вверх газов [9] .

  Горение топлива

  Собственно работа доменной печи начинается с момента зажигания в ней топлива. Процесс горения топлива в доменной печи происходит в сферообразных пространствах перед воздушными фурмами в так называемых фурменных очагах и является одной из важнейших необходимых составляющих доменного процесса. Через фурмы доменной печи подают горячее воздушное дутье при температуре 1000—1200 °С. Непосредственно перед фурмами печи происходит сгорание кокса, образуются окислительные зоны. Кокс в этих зонах сгорает во взвешенном состоянии. Вблизи фурм образуется полость, в которой происходит вихревое движение газов, приводящее к циркуляции кусков кокса. Куски кокса переносятся потоками воздуха от фурм, а на их место попадают раскаленные до 1500°С другие куски кокса и здесь сгорают. При сгорании развиваются температуры до 2000°С. Глубина зоны достигает 1500 мм. Вокруг зоны циркуляции располагается область, в газовой фазе которой содержится CO₂. Пространство перед фурмами, в котором происходит окисление углерода кокса кислородом дутья и CO₂, называется окислительной зоной. По мере удаления от фурм в условиях высокой температуры и избытка углерода CO₂ взаимодействует с углеродом и восстанавливается до CO. Если увеличивать давление дутья, повышать температуру и содержание кислорода в воздухе, то размеры окислительной зоны будут уменьшаться. Сгорание кокса происходит на поверхности кусков в результате контакта с окислительными газами [10] . Суммарная реакция сгорания представлена уравнением

  2C + O₂ = 2CO − 220500 Дж [11] .

  Процесс горения топлива выполняет в доменной печи следующие функции:

  Генерация подавляющего количества тепла, выделяющегося в объеме доменной печи, которое расходуется на:

  • нагрев образующихся газов;
  • нагрев газами продуктов плавки и шихтовых материалов;
  • эндотермические химические реакции;
  • нагрев охлаждающей воды системы охлаждения печи;
  • потери тепла с отходящими колошниковыми газами;
  • потери тепла через поверхность кожуха и других металлоконструкций доменной печи в окружающее пространство.

  

  Схема образования зоны горения на торце воздушной фурмы доменной печи

  Генерация восстановительного газа, компонентами которого являются СО и H₂ и который осуществляет всю работу по восстановлению высших оксидов железа в шахте доменной печи до вюстита и основную работу по восстановлению вюстита до железа в гетерогенных процессах восстановления.

  Освобождение пространства в горне печи, куда опускаются новые порции кокса, обеспечивая тем самым непрерывное движение всех шихтовых материалов сверху вниз.

  Частичное окисление кислородом дутья элементов чугуна, значительная часть капель которого стекает из зоны когезии через фурменные зоны и отбрасывается к противоположной границе фурменной зоны. Сюда же отбрасываются и капли шлака, стекающего из зоны плавления над фурменными зонами. Образующиеся при окислении элементов чугуна оксиды металлов переходят в шлаки и полностью или частично восстанавливаются затем углеродом коксовой насадки или кремнием чугуна [12] .

  Горение углерода топлива в фурменных очагах доменной печи принципиально отличается от горения топлива в любой другой печи наличием вокруг фурменных очагов плотного слоя кокса (коксового тотермана, или коксовой насадки) с температурой не менее 1300 °С, при которой появляющиеся в результате горения топлива окислители с высокой скоростью восстанавливаются углеродом кокса коксовой насадки [13] [14] .

  Удаление влаги и летучих веществ

  Содержание физически адсорбированной или гигроскопической влаги в агломератах и окатышах зависит от климата, времени года и составляет от 0,2—0,5 до 1—2 %, в коксе (мокрого тушения) 1—4 %, в марганцевой руде иногда 5 % и более. Температура на колошнике доменной печи, куда попадают компоненты шихты, 200—400 °С, то есть значительно выше температуры кипения воды. Поэтому испарение гигроскопической влаги и удаление пара начинаются на верхних горизонтах печи сразу после нагрева кусков шихты до температуры колошника. Гидратная вода может попадать в доменную печь с бурожелезняковыми рудами или рудами, содержащими гидратную воду в пустой породе. Поскольку практически 100 % сырья для доменной плавки проходит термическую обработку, гидратной влагой можно пренебречь [1] [15] .

  Доля карбонатов, поступающих в доменную шихту с железными (FeCO₃) и марганцевыми (MnCO₃) рудами, невелика. Большое значение имеют флюсующие добавки к шихте — известняк или доломит (CaCO₃, CaCO₃•MgCO₃). В доменной печи разложение карбонатов протекает по реакциям:

  • CaCO₃ = CaO + CO₂ − 178,5 МДж;
  • MgCO₃ = MgO + CO₂ − 109,87 МДж;
  • MnCO₃ = MnO + CO₂ − 96,35 МДж;
  • FeCO₃ = FeO + CO₂ − 87,91 МДж [16] .

  Восстановительные процессы

  Основными восстановителями в доменном процессе являются углерод, монооксид углерода и водород. Элементы, попадающие с шихтой в доменную печь, в зависимости от их превращений в условиях доменной плавки можно разделить на практически полностью восстанавливающиеся (Fe, Ni, Со, Pb, Си, Р, Zn); частично восстанавливающиеся (Si, Mn, Cr, V, Ti); не претерпевающие восстановления (Ca, Mg, Al, Ba) [17] [18] .

  Восстановление оксидов железа газами в доменной печи протекает по реакциям:

  Формирование чугуна

  Металлическое железо появляется в нижней части шахты печи и распаре. По мере опускания материалов в доменной печи и их дальнейшего нагрева железо растворяет в себе углерод в увеличивающемся количестве. При этом температура плавления его снижается, металл плавится и в виде капель стекает в горн. Окончательный состав чугуна формируется в горне печи [20] .

  Можно выделить 4 стадии науглероживаиия железа в современной доменной печи.

  Первая стадия — происходит выпадение сажистого углерода на поверхности свежевосстановленного железа по реакциям (t = 400—1000 °С):

  Все факторы, способствующие протеканию этих реакций, вызывают увеличение содержания углерода в чугуне (рост давления в печи, высокая восстановимость шихт, рост основности, повышение содержания водорода в газовой фазе и др.). Вторая стадия связана с первой и характеризуется диффузией сажистого углерода в массу металлического железа (950—1150 °С):

  Третья стадия — плавление металла с содержанием примерно 2 % С при температуре выше 1150 °С и стекание капель по коксовой насадке с растворением углерода кокса в металле:

  Четвертая стадия — это процесс, протекающий в горне. Здесь, с одной стороны, продолжается растворение углерода кокса в жидком металле, а с другой — идет окисление углерода чугуна в фурменных очагах (связано с размером печи) [21] [22] .

  Формирование шлака

  Состав образующегося в доменной печи шлака зависит от множества факторов (минералогический и гранулометрический состав шихты, температурный режим плавки). Значительно отличается процесс шлакообразования при работе печи с добавлением известняка и при работе на офлюсованном агломерате. Нормальной для доменного шлака считается основность равная 1,0 [23] .

  Первичный доменный шлак может содержать фаялит, волластонит, геленит. В нижней половине шахты или в распаре происходит размягчение и плавление первичного шлака. Положение зоны первичного шлакообразования в печи зависит от состава шлака и распределения температуры по высоте печи. Наиболее сложной в практике эксплуатации печи является проплавка трудновосстановимой руды с легкоплавкой пустой породой, когда значительное количество оксидов железа присоединяется к первичному шлаку уже в середине шахты. Восстановление железа из шлака затруднено. Значительная часть железа восстанавливается в этом случае прямым путем, что приводит к перерасходу кокса. Преждевременное плавление первичного шлака ухудшает газопроницаемость столба шихты в печи, так как большая часть печи оказывается заполненной полурасплавленными (тестообразными) массами, представляющими значительное сопротивление проходу газов [24] .

  При плавке титаномагнетитового сырья (например, агломерат и окатыши Качканарского ГОКа [25] ) в шлак переходят значительные количества соединений титана. При этом в горне доменной печи в массе жидкого титансодержашего шлака находятся мельчайшие твердые частицы не успевшего восстановиться ильменита и карбида титана. Присутствие твердых частиц резко увеличивает вязкость шлака, что затрудняет выпуск из печи [26] .

  Доменный шлак часто используется в качестве основного сырья для извлечения ценных компонентов [27] .

  Методы интенсификации доменной плавки

  • Нагрев дутья
  • Повышение газопроницаемости шихтовых материалов
  • Обогащение дутья кислородом
  • Повышение давления газа в рабочем пространстве печи
  • Вдувание в печь углеродсодержащих веществ (природного газа, мазута, пылеугольного топлива)
  • Повышение содержания железа в железорудном сырье
  • Использование частично металлизованного сырья [28][29]

  Критика и эффективность доменного процесса

  Доменные печи выплавляют основное количество первичного металла (в 2002 г. — более 95 %). Доменный процесс исторически подвергался критике. Только во второй половине XX столетия были по крайней мере две волны критики, предсказывавшие исчезновение доменного производства как самостоятельного металлургического передела. В 1960 годы это было связано с вовлечением в мировое хозяйство крупнейших месторождений нефти и газа. По прогнозам многих специалистов того времени, доля первичного металла, получаемого новыми альтернативными доменному способами производства, должна была достичь 40 % к 2000 году. Вторая волна критики относится к 1980 годам. Это было связано с точкой зрения негативного влияния металлургии на экологию. Лишь после появления в периодической печати серьёзных аналитических публикаций о роли различных отраслей народного хозяйства в изменении состояния окружающей природной среды отношение к металлургической промышленности изменилось в лучшую сторону [30] .

  В XX веке традиционная схема получения черных металлов (подготовка сырья — доменное производство — получение стали в конвертерах) абсолютно доминировала в мировой промышленности. В 1990-е годы ежегодное мировое производство чугуна поддерживается на уровне 550—650 млн тонн, мировое производство железной руды — 960—980 млн тонн, окатышей — 230—240 млн тонн. Расчет на традиционную металлургическую схему характерен и для стран, быстрыми темпами развивающих металлургическую промышленность (Тайвань, Республика Корея и др.). Доля этих стран в мировом производстве черных металлов в начале 2000-х достигла 20 %. В 1990 г. 12,5 % общего мирового производства чугуна относилось к доменным печам, срок эксплуатации которых составил менее 10 лет [31] .

  Доменный процесс — один из немногих промышленных процессов, сохранивших свою сущность и значимость при всех технических революциях. Противоточный принцип процесса, осуществляемого в закрытом агрегате шахтного типа, обеспечивает максимальную утилизацию подводимой энергии в самом процессе и простоту использования отводимых продуктов. В современных доменных печах восстановительный потенциал отходящих газов приближается к термодинамически предельному, а температура колошникового газа становится менее 100 °С. Наличие углеродистой насадки обеспечивает уникальную, характерную только для доменной печи, особенность совмещения в одном агрегате трёх фазовых состояний шихты (твердого, жидкого и размягчённого), находящейся в противотоке с газовым потоком. Вместе с тем ход плавки в современных агрегатах характеризуется высокой устойчивостью при долговременно-непрерывном режиме работы. Это достигнуто длительным эволюционным развитием процесса с закреплением преимуществ, присущих шахтному противотоку. Результаты эволюции выразились в формировании уникальных свойств доменной печи, обеспечивающих устойчивое протекание процессов при высокой их эффективности [32] .

  Эволюционное развитие доменного процесса идет по пути сокращения расхода кокса. Доменные печи, работающие по современным технологиям на подготовленной шихте с низкой теплопотребностью, имеют суммарный расход энергоносителей в пределах 480—500 кг/т. Расход кускового кокса в этом случае составляет менее 300 кг/т, остальное топливо представлено некондиционным коксом, загружаемым сверху, пылевидным топливом, мазутом или природным газом, вдуваемым в горн доменной печи. Теоретические расчеты показывают, что суммарный расход энергоносителей может быть доведен до 350—400 кг/т [33] .

  Важнейшими показателями работы доменных печей являются среднесуточная производительность и расход кокса на единицу выплавляемого чугуна. Максимальная производительность доменных печей с применением приёмов интенсификации процесса плавки составляет 12000 т/сутки, а удельный расход кокса на лучших печах составляет 0,4 т/т чугуна. Для сравнительной оценки производительности доменных печей пользуются коэффициентом использования полезного объёма печи (КИПО), представляющим собой отношение величины полезного объёма печи к её среднесуточной производительности. В 2000-е годы рекордный коэффициент использования полезного объёма составлял 0,35 м3 × т / сутки [34] .

  Автоматизация доменного процесса

  Основными направлениями технического прогресса в доменном производстве являются улучшение подготовки сырых материалов, совершенствование технологии доменного процесса, строительство доменных печей большой мощности, механизация и автоматизация управления доменным процессом. Выделить следующие основные направления автоматического контроля:

  1. Химический состав и физические свойства шихтовых материалов.
  2. Загрузка шихтовых материалов.
  3. Состояние колошника.
  4. Состояние шахты печи.
  5. Параметры комбинированного дутья.
  6. Состояние горна.
  7. Технико-экономические показатели плавки.
  8. Работа воздухонагревателей [35] .

  Локальные системы стабилизации отдельных параметров доменного процесса

  Внедрение локальных систем стабилизации отдельных параметров доменного процесса явилось одним из первых этапов автоматизации доменного производства. Локальная система стабилизации расхода, температуры и влажности горячего дутья, давления колошникового газа, нагрева воздухонагревателей позволяет повысить производительность доменных печей и снизить потребление кокса. А внедрение систем автоматического управления подачей шихты, распределения горячего дутья и природного газа по фурмам доменной печи, автоматический перевод и управление нагревом воздухонагревателей, как правило, даёт дополнительный экономический эффект [36] .

  Локальные системы управления доменного процесса

  Системы автоматического управления отдельными режимами работы доменной печи называются локальными системами управления или подсистемами комплексного управления. На вход таких систем поступает информация, характеризующая соответствующий режим, а выходом системы является управления задатчиками локальных систем стабилизации, обслуживающих данный комплекс параметров. Основными локальными системами управления доменного процесса являются:

  1. Система управления шихтовки и шихтоподачи.
  2. Система управления теплового режима.
  3. Система управления распределения газового потока.
  4. Система управления хода доменной печи [35] .

  См. также

  • Горно-обогатительный комбинат
  • Окускование
  • Сталь

  Примечания

  1. ↑ 123Вегман и др., 2004, с. 216.
  2. ↑Дмитриев, 2005, с. 26.
  3. ↑Линчевский, 1986, с. 8—9.
  4. ↑Линчевский, 1986, с. 9.
  5. ↑Линчевский, 1986, с. 9—10.
  6. ↑Дмитриев, 2005, с. 26—27.
  7. ↑Готлиб, 1966, с. 90.
  8. ↑Сибагатуллин С. К., Гущин Д. Н., Харченко А. С., Гостенин В. А., Сенькин К. В.Повышение содержания железа в агломерате изменением соотношения концентратов ОАО «ММК» и Лебединского ГОК по лабораторным исследованиям (рус.) // Теория и технология металлургического производства. — 2014. — Т. 14 , № 1 . — С. 12—15 .
  9. ↑Линчевский, 1986, с. 64—65.
  10. ↑Линчевский, 1986, с. 80—82.
  11. ↑Линчевский, 1986, с. 81.
  12. ↑Вегман и др., 2004, с. 361.
  13. ↑Дмитриев, 2005, с. 208—209.
  14. ↑Готлиб, 1966, с. 359.
  15. ↑Дмитриев, 2005, с. 41—55.
  16. ↑Вегман и др., 2004, с. 217.
  17. ↑Линчевский, 1986, с. 69—75.
  18. ↑Вегман и др., 2004, с. 219—220.
  19. ↑Вегман и др., 2004, с. 222.
  20. ↑Вегман и др., 2004, с. 273.
  21. ↑Вегман и др., 2004, с. 273—274.
  22. ↑Дмитриев, 2005, с. 134—138.
  23. ↑Бабарыкин, 2009, с. 39.
  24. ↑Вегман и др., 2004, с. 292—296.
  25. ↑Захаров А. Ф., Вечер Н. А., Леконцев А. Н. и др. Качканарский ванадий / под. ред. В. И. Довгопола и Н. Ф. Дуброва. — Свердловск: Средне-Уральское книжное издательство, 1964. — С. 102. — 303 с.
  26. ↑Дмитриев, 2005, с. 172—173.
  27. ↑Д. Э. Манзор, Б. С. Тлеугабулов.Разработка технологии комплексной переработки ванадийсодержащих титаномагнетитов (рус.) // Technical science. — 2016. — Т. 1 , № 1 . — С. 13—15 .
  28. ↑Вегман и др., 2004, с. 479—515.
  29. ↑Дмитриев, 2005, с. 295—344.
  30. ↑Вегман и др., 2004, с. 757.
  31. ↑Вегман и др., 2004, с. 758.
  32. ↑Вегман и др., 2004, с. 764.
  33. ↑Вегман и др., 2004, с. 766.
  34. ↑Казармщиков И. Т.Производство основных конструкционных материалов. — Оренбург: ГОУ ОГУ, 2008. — С. 122. — 279 с.
  35. ↑ 12 Автоматизация металлургических печей / Каганов В. Ю. [и др.] — М.: Металлургия, 1975. — с. 274.
  36. ↑ Климовицкий М. Д., Копелович А. П. Автоматический контроль и регулирование в чёрной металлургии. М., «Металлургия», 1967. с. 260

  Литература

  • Вегман Е. Ф. , Жеребин Б. Н. , Похвиснев А. Н. и др. Металлургия чугуна: Учебник для вузов / под ред. Ю. С. Юсфина . — З-е издание, переработанное и дополненное. — М. : ИКЦ «Академкнига», 2004. — 774 с. — 2000 экз. — ISBN 5-94628-120-8.
  • Дмитриев А. Н. и др. Основы теории и технологии доменной плавки. — Екатеринбург: УрО РАН, 2005. — 545 с. — ISBN 5-7691-1588-2.
  • Готлиб А. Д. Доменный процесс. — Москва: Металлургия, 1966. — 503 с.
  • Линчевский Б. В., Соболевский А. Л., Кальменев А. А. Металлургия черных металлов. — Москва: Металлургия, 1986. — 360 с.
  • Рамм А. Н. Современный доменный процесс. — Москва: Металлургия, 1980. — 303 с.
  • Бабарыкин Н. Н. Теория и технология доменного процесса. — Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. — С. 15. — 257 с.
  • Газалиев А. М., Акбердин А. А., Сарекенов К. З., Конуров У.К. Компьютерное моделирование процессов доменной плавки. — Караганды: Издательство КарГТУ, 2015. — 169 с. — ISBN 978-601-296-868-2.

  Ссылки

  Для чего нужна доменная печь? Конструкция доменной печи, принцип работы и устройство

  

  Выплавка чугуна в промышленных масштабах невозможна без габаритных, сложных и мощных печей. Доменная печь – вертикальное сооружение шахтного типа, в котором железную руду переплавляют в полезный металл. Устройство доменной печи подразумевает непрерывную работу конструкции в течение 3-12 лет, вплоть до капитального ремонта.

  Рисунок 1. Доменная печь

  Принцип работы

  Принцип работы доменной печи состоит в следующем: в приемную камеру загружается рудная шихта с коксом, известняковым флюсом. В нижней части осуществляется периодический выпуск чугуна/ферросплавов и отдельно расплава шлака. Так как при выпуске уровень материала в домне понижается, требуется одновременная загрузка новых партий шихты.

  Процесс работы постоянный, горение поддерживается при контролируемой подаче кислорода, что обеспечивает большую эффективность.

  Конструкция доменной печи обеспечивает непрерывный процесс переработки руды, срок эксплуатации домны составляет 100 лет, капитальный ремонт проводится каждый 3-12 лет.

  Читайте также: Что это такое – легированная сталь: ее марки, состав, как называются виды, их применение

  Основной принцип

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

  Фото доменной печи

  

  

  Фото 2

  

  Фото 3

  

  Фото4

  

  Фото 5

  Оборудование, незаменимое в черной металлургии

  Производство доменных печей — одна из нелегких задач в области металлургии. Но в то же время эта конструкция насчитывает уже не одно столетие. С развитием научно-технического прогресса, конструкция печи немного видоизменилась, стали прибавляться элементы и детали, позволяющие намного ускорить производственный процесс. Кроме того, многие сложные для осуществления контроля режимы в современных печах автоматизировались.

  

  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.

  

  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.

  Кто изобрел?

  Современную доменную печь изобрел Дж. Б. Нилсон, который первым начала подогревать воздух, подаваемый в домну, произошло то в 1829 г., а в 1857 г. Э. А. Каупер ввел в использование специальные регенеративные воздухонагреватели.

  Читайте также: Понятие о металлургии: общие способы получения металлов

  Это позволило сильно снизить расход кокса более, чем на треть и повысить эффективность работы печи. До этого первые доменные печи фактически были сыродутными, то есть в них вдувался не обогащенный и не подогретый воздух.

  Использование кауперов, то есть регенеративных воздухонагревателей, позволило не только повысить эффективность домны, но и снизить или вовсе исключить закозление, что наблюдалось при нарушениях технологии. Можно смело утверждать, что это изобретение позволило довести процесс до совершенства. Современные домны работают именно по этому принципу, хотя их управление сегодня автоматизировано и обеспечивает большую безопасность.

  Фундамент и дымоход

  Так как металлическая часть конструкции будет во время работы сильно нагреваться, устанавливать печь необходимо на фундамент. Ее вес небольшой, и углубление для фундамента делать не обязательно, выполняется простая плита, которая может состоять из слоя кирпича, покрытого раствором.

  Для удаления продуктов горения необходимо сделать дымоход. Можно взять трубу диаметром от 15 см. Для эффективной его работы нужно, чтобы прямая часть была больше диаметра бочки. Лучше дымоход не изгибать, а если это необходимо, то угол изгиба должен быть больше 45 градусов.

  Статья по теме: Бирюзовые обои в современном интерьере

  Что касается отражателя, то его можно устанавливать или не устанавливать. При наличии отражателя такая печь будет работать еще эффективнее, так как он позволяет перераспределять тепловые потоки.

  Доменный процесс

  Современные печи для плавки чугуна обеспечивают примерно 80 % от общего количества чугуна, с разливочных площадок он сразу подается в электроплавильные либо мартеновские цеха, где и происходит переделка черного металла в сталь с требуемыми качествами.

  Из чугуна получают чушки, отправляемые затем производителям для отливки их в вагранках. Для слива шлака и чугуна используются специальные отверстия, называемые летки. Однако в современных печах применяются не отдельные, а один общий леток, разделяемый специальной жароупорной плитой на каналы для подачи чугуна и шлака.

  Как работает домна?

  

  Доменный процесс полностью зависит от избытка углерода в полости печи, он заключается в термохимических реакциях, протекающих внутри при загрузке всех компонентов и их нагреве.

  Температура в доменной печи может составлять 200-250°С непосредственно под колошником и до 1850-2000°С в активной зоне – распаре.

  При подаче в печь горячего воздуха и розжиге кокса в домне повышается температура, начинается процесс разложения флюса, в результате чего повышается содержание углекислого газа.

  При понижении столба материала в шихте происходит восстановление монокисла железа, в нижней части столба из FeO восстанавливается чистое железо, стекающее в горн.

  По мере стекания железо активно контактирует с углекислым газом, происходит насыщение металла и придание ему требуемых свойств. Общее содержание углерода в железе может составлять от 1,7%.

  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.

  Читайте также: Расшифровка маркировки нержавеющих листов, AISI, обозначения

  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 — 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.

  

  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.

  

  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.

  Схемы доменной печи

  Схемы доменной печи в разрезе (разные варианты):

  

  Схема 1

  

  Схема 2

  

  Схема 4

  

  Схема 5

  Постройка

  Печь строится в виде параллелепипеда 3х3х4 (4 блока в высоту) с пустым местом в центре из 34 специальных блоков доменных кирпичей
  . В общем для постройки одной печи потребуется 36 блоков адского кирпича, 36 блоков песка душ и 9 единиц лавового крема (2 блока получатся лишние). Когда печь закончена, внизу должны появиться окошки в нижних блоках по бокам. Печи не могут быть построены на смежных блоках, между ними должно быть расстояние минимум в 1 блок.

  Также есть пламенный кирпич

  Читайте также: Замена гофры глушителя в Москве по низкой цене в Ramflow

  , который выглядит как
  доменный кирпич
  , но из него не получится построить печь. Его можно попробовать использовать для декоративных целей или же сделать доменный кирпич.

  Устройство домны

  Конструкция домны очень сложная, это большой комплекс, который включает в себя следующие элементы:

  

  • зона горячего дутья;
  • зона плавления (сюда входят горн и заплечики);
  • распар, то есть зона, где происходит восстановление FeO;
  • шахта, где происходит восстановление Fe2O3;
  • колошник с предварительным нагревом материала;
  • загрузка шихты и кокса;
  • доменный газ;
  • зона, где находится столб материала;
  • выпуски для шлака и жидкого чугуна;
  • сбор для отходящих газов.

  Высота доменной печи может достигать 40 м, вес – до 35 000 тон, вместимость рабочей зоны зависит от параметров комплекса.

  Точные значения зависят от загрузки предприятия и его назначения, требований к объемам получаемого металла и прочих параметров.

  Более подробный вариант устройства:

  

  Разряды ремонта домны

  Для поддержания рабочего состояния домны регулярно проводится капитальный ремонт (каждый 3-15 лет). Он разделяется на три вида:

  1. Первый разряд включает в себя работы по выпуску продуктов плавления, осмотру оборудования, занятого в технологическом процессе.
  2. Второй разряд – это полная замена элементов оборудования, подлежащего средним ремонтным работам.
  3. Третий разряд требует полной замены устройства, после чего выполняется новая засыпка сырья с правкой колошников.

  Системы и оборудование

  Доменная печь – это не только установка для получения чугуна, но и многочисленные вспомогательные узлы. Это система подачи шихты и кокса, отвод шлака, расплавленного чугуна и газов, система автоматического управления, кауперы и многое другое.

  Принципы работы печи остались такими же, как и столетия назад, но современные компьютерные системы и автоматизация производства сделали домну более эффективной и безопасной.

  Кауперы

  Современное устройство доменной печи предполагает использование каупера для нагрева подаваемого воздуха. Это установка циклического действия из жаростойкого материала, которое обеспечивает нагрев насадки до 1200°С.

  Каупер включает при остывании насадки до 800-900°С, что позволяет обеспечить беспрерывность процесса, снизить расход кокса и повысить общую эффективность конструкции.

  Ранее такое устройство не применялось, но начиная с 19 в. оно является обязательно частью домны.

  Количество батарей кауперов зависит от размеров комплекса, но обычно их не менее трех, что делается с расчетом на возможную аварию и сохранение работоспособности.

  Колошниковый аппарат

  Колошниковый аппарат – эта часть является наиболее ответственной и важной, включающей в себя три газовых затвора, действующих по согласованной схеме.

  

  Цикл работы этого узла выглядит следующим образом:

  • в исходном положении конус поднят, он преграждает выход, нижний конус опущен;
  • скип загружает в колошник шихту;
  • вращающаяся воронка поворачивается и пропускает сырье через окна на малый конус;
  • воронка возвращается в исходное положение, закрывая окна;
  • малый конус опускается, загрузка проходит в межконусное пространство, после чего конус поднимается;
  • большой конус принимает исходное положение, выпуская шихту в полость домны для переработки.

  Скип

  Скипы – это специальные подъемники шихты. При помощи таких подъемников калошей из скиповой ямы захватывается сырье, подаваемое наверх по наклонной эстакаде.

  Затем калоши опрокидываются, подавая шихту в загрузочную область, и возвращаются вниз за новой порцией. Процесс этот сегодня осуществляется автоматически, для управления используются специальные компьютеризированные узлы.

  Фурмы и летки

  Сопло фурмы печи направлено в ее полость, через него можно наблюдать течение процесса плавки. Для этого через специальные воздуховоды монтируются гляделки с жаростойкими стеклами. На срезе давление может достигать значения в 2,1-2,625 МПа.

  Летки используются для слива чугуна и шлака, сразу после выпуска они плотно запечатываются специальной глиной. Раньше использовались пушки, которые выстраивали пластичным глиняным ядром, сегодня применяются дистанционно управляемые пушки, которые могут подходить к конструкции вплотную. Такое решение дало возможность снизить травматичность и аварийность процесса, сделать его более надежным.

  

  Особенности монтажа

  Такую печь можно обложить кирпичом, но если она находится в отдельном или подсобном помещении, то делать это не обязательно.

  1. Части дымохода должны соединяться в направлении, обратном движению дыма.
  2. Возле печи нельзя располагать легковоспламеняющиеся предметы, вокруг нее должно быть свободное пространство.
  3. Дымоход надо делать разборным, чтобы его можно было периодически чистить.
  4. К бочке можно присоединить трубопровод в виде петли, по которой будет проходить жидкость в систему отопления. Таким образом можно будет отапливать уже не одну комнату, а весь дом.
  5. Для возможности регулирования интенсивности отопления возле котла в систему монтируется кран, при помощи которого можно будет ограничивать поток горячей жидкости.

  Самодельная печь длительного горения является отличным решением для отопления дачи, гаража или теплицы, когда нет централизованного или газового отопления и денег для покупки дорогостоящего оборудования.

  Как сделать доменную печь своими руками?

  Нюансы

  Производство чугуна является высокорентабельным бизнесом, но наладить изготовление черного металла без серьезных финансовых инвестиций невозможно. Доменная печь своими руками в «кустарных условиях» – это просто нереализуемо, что связано со многими особенностями:

  • крайне высокая стоимость домны (такие расходы могут себе позволить исключительно крупные комбинаты);
  • сложность конструкции, несмотря на то, что чертеж доменной печи можно найти в свободном доступе (выше схемы), собрать полноценный агрегат для производства чугуна не получится;
  • физлица и ИП не могут заниматься деятельностью по изготовлению чугуна, на это просто никто не выдаст лицензию;
  • залежи сырья для черной металлургии практически исчерпаны, окатышей или агломерата в свободной продаже нет.

  Но в домашних условиях можно собрать имитацию печи (мини-доменную печь), при помощи которой можно плавить металл.

  Но работы эти требуют максимального внимания и крайне не рекомендуются при отсутствии опыта. Зачем может потребоваться изготовление подобной конструкции? Чаще всего – это обогрев для теплицы или дачи с максимально эффективно используемым топливом.

  Инструменты и материалы

  Для изготовления конструкции в домашних условиях, надо приготовить:

  • металлическая бочка (можно заменить на трубу с большим диаметром);
  • два отрезка трубы круглого сечения с меньшим диаметром;
  • отрезок швеллера;
  • листовая сталь;
  • уровень, ножовка по металлу, рулетка, молоток;
  • инвертор, набор электродов;
  • кирпичи, глиняный раствор (необходимы для фундамента конструкции).

  Все работы надо проводить только на улице, так как процесс достаточно грязный и требующий наличия свободного пространства.

  Пошаговая инструкция

  1. На приготовленной заготовке в виде бочки срезается верх (его следует оставить, так как он понадобиться дальше).
  2. Из стали вырезается круг с диаметром, меньшим чем диаметр бочки, в нем делается отверстие для трубы.
  3. Труба аккуратно приваривается к кругу, внизу сваркой крепятся отрезки швеллера, которые будут придавливать топливо во время работы печи.
  4. Крышка печи изготавливается из отрезанного ранее дна бочки, в котором делается отверстие для закладного люка с дверкой. Также необходимо сделать дверку, через которую будут удаляться остатки золы.
  5. Печь обязательно устанавливается на фундамент, так как в процессе работы она очень сильно нагревается. Для этого сначала устанавливается бетонная плита, затем выкладывается несколько рядов из кирпича, образующих углубление в центре.
  6. Для отвода продуктов сгорания монтируется дымоходная труба, диаметр прямой части будет больше, чем диаметр корпуса печи (требуется для лучшего отвода газов).
  7. Отражатель не является обязательным элементом конструкции, но его использование позволяет повысить КПД печи.

  Особенности конструкции

  Особенностями такой самостоятельно изготовленной печи являются:

  • уровень КПД хороший;
  • есть возможность работы в автономном режиме до 20 часов;
  • в печи происходит не активное горение, а тление с постоянным выделением тепла.

  Главным отличием «бытовой» доменной печи будет ограничение доступа воздуха к камере сгорания, то есть тление дров или угля будет происходит при низком уровне кислорода. По схожему принципу работает и промышленная домна, но бытовая применяется только для отопления, плавить металл в ней нельзя, хотя температура внутри камеры будет достаточной.

  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.

  

  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.

  Читайте также: Вольфрам, свойства атома, химические и физические свойства

  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.

  

  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.

  

  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.

  

  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.

  Стоимость на примере КПД №7

  Изготовление доменных печей – это ресурсозатратный и дорогой процесс, который нельзя поставить на поток. Так как домны применяются исключительно в промышленности, их проектирование и сборка осуществляются под конкретный металлургический комплекс, включающий в себя многие объекты и узлы внутренней инфраструктуры. Такая ситуация наблюдается не только в РФ, но и в других странах мира, имеющих собственные объекты металлургии.

  Стоимость изготовления и монтажа доменной печи достаточно высокая, что связано со сложностью выполнения работ. Примером может случить большой доменный комплекс №7 под названием «Россиянка», установленный в 2011 году. Его стоимость составила 43 млрд. рублей, к производству были привлечены лучшие инженеры РВ и стран зарубежья.

  

  Комплекс включает в себя следующие узлы:

  • приемное устройство для руды;
  • приточные станции бункерной эстакады и центрального узла;
  • бункерная эстакада;
  • компрессорная станция (установлена на литейном дворе);
  • установка для вдувания пылеугольного топлива;
  • утилизационная ТЭЦ;
  • центр управления и административный корпус;
  • литейный двор;
  • домна;
  • воздухонагревательные блоки;
  • насосная станция.

  

  Новый комплекс обеспечивает производство более 9450 тонн чугуна в сутки, полезный объем печи равен 490 куб.м, а рабочей – 3650 куб.м. Конструкция домны обеспечивает безотходное и экологически чистое производство чугуна, в качестве побочных продуктов получают доменный газ для ТЭЦ и шлак, используемый в дорожном строительстве.

  Использование

  Весь блок 3x3x4 считается за один, как обычная печь. Железо загружается сверху, кокс или древесный уголь снизу, и полученная сталь выгружается сбоку.

  Также можно переплавлять железные и стальные инструменты и броню в стальные слитки. Время переплавки и количество топлива пропорционально количеству слитков, затраченных на крафт.

  Чтобы мобы не появлялись внутри печи, в её центре постоянно находится поток лавы. Поэтому будьте аккуратны, если захотите разобрать её. Но блока источника лавы внутри не появляется, поэтому фарм её через печь невозможен.

  Также не рекомендуется использовать блоки доменной печи для декоративных целей. Незаконченные печи регулярно проверяются на правильность, так что это может сильно сказаться на производительности игры. Для этого есть пламенные кирпичи.

  Для чего нужна доменная печь? Конструкция доменной печи, принцип работы и устройство

  

  Принцип работы доменной печи состоит в следующем: в приемную камеру загружается рудная шихта с коксом, известняковым флюсом. В нижней части осуществляется периодический выпуск чугуна/ферросплавов и отдельно расплава шлака. Так как при выпуске уровень материала в домне понижается, требуется одновременная загрузка новых партий шихты.

  Процесс работы постоянный, горение поддерживается при контролируемой подаче кислорода, что обеспечивает большую эффективность.

  Конструкция доменной печи обеспечивает непрерывный процесс переработки руды, срок эксплуатации домны составляет 100 лет, капитальный ремонт проводится каждый 3-12 лет.

  Устройство и принцип работы

  Доменная печь представляет собой вертикальную конструкцию шахтного типа, напоминающую конус, расширяющийся книзу. Высота печи может достигать 70 м, рабочий объём — 2700 м³. Суточная производительность домны таких размеров достигает 5000 т чугуна. Основной особенностью работы доменных печей является непрерывность процесса. Работа ведётся круглосуточно и не прекращается до момента капитального ремонта или демонтажа печи, что может занимать период от 3 до 15 лет. Если работу остановить и оставить печь без топлива, произойдёт так называемое «закозление», застывание материалов, находящихся внутри. Запустить вновь печь, остановленную нештатным способом, невозможно. Такая специфика заставляет специалистов постоянно заботиться о соблюдении режима работы установки, но и позволяет получить максимальную производительность.

  Читайте также: Устройство и монтаж водяных теплых полов в деревянном доме

  Материалы, необходимые для реализации доменного процесса:

  • Каменноугольный кокс (топливо);
  • Железная руда (агломерат, окатыши);
  • Флюс (песок, известняк и другие необходимые материалы, организующие подъём шлаков вверх).

  Месторождений железной руды, качество которой позволяет без предварительной обработки использовать её в процессе плавки, в мире осталось очень мало. Поэтому в большинстве случаев используется специально подготовленное сырьё — агломерат или окатыши, представляющие собой комки обогащённого рудного материала. Они имеют форму округлых гранул (окатыши) или частиц неправильной формы (агломерат) размером 2–5 см.

  Схема устройства доменной печи

  Конструкция печи представляет собой массивную вертикальную башню, изнутри выложенную шамотным (огнеупорным) кирпичом. Она установлена на прочном фундаменте, поднятом над нулевым уровнем на определённую высоту. Верхняя, жароустойчивая часть основания называется пнём. Верхушка фундамента имеет горизонтальную площадку — лещадь, которая принимает на себя все динамические и температурные нагрузки, в связи с чем имеет водяное охлаждение. Печь снаружи защищена прочным металлическим кожухом, толщина которого составляет 4–6 см.

  Внутренняя часть печи представляет собой конусообразную башню, состоящую из нескольких участков:

  • Колошник. Верхний отдел башни, где производится загрузка шихты и выводятся колошниковые газы.
  • Шахта (или тахта). Конусообразная часть башни, понемногу расширяющаяся книзу.
  • Распар. Самая широкая (средняя) часть башни, в которой происходит начало процессов шлакообразования и плавления сырья. Температура в этом участке составляет от 1400°.
  • Заплечики. Относительно короткий участок в виде конуса, сужающегося в нижней части. В нём происходит окончательное плавление металла. Температура в этом участке составляет 1600–1900°.
  • Горн. Нижняя часть башни, где расположены отверстия для подачи воздуха (фурмы). Там же располагаются чугунная и шлаковая летки (отверстия для выпуска чугуна и шлака). Днище горна — это верхняя часть фундамента (лещадь).

  С помощью засыпного аппарата в колошник подаются шихта и флюс. По мере расплава и вывода чугуна и шлака материалы опускаются вниз, а их место занимают новые порции. Газы, образующиеся во время протекания химических процессов, выводятся посредством трубопроводов, размещённых в колошниковой части башни. Они имеют высокую температуру и используются для нагрева свежего потока, поступающего в домну для наддува. Нагрев производится в кауперах — установках, осуществляющих забор свежего воздуха, нагрев в теплообменных устройствах и подачу горячего воздуха в печь.

  Фото доменной печи

  

  

  Фото 2

  

  Фото 3

  

  Фото4

  

  Фото 5

  Кто изобрел?

  Современную доменную печь изобрел Дж. Б. Нилсон, который первым начала подогревать воздух, подаваемый в домну, произошло то в 1829 г., а в 1857 г. Э. А. Каупер ввел в использование специальные регенеративные воздухонагреватели.

  Это позволило сильно снизить расход кокса более, чем на треть и повысить эффективность работы печи. До этого первые доменные печи фактически были сыродутными, то есть в них вдувался не обогащенный и не подогретый воздух.

  Использование кауперов, то есть регенеративных воздухонагревателей, позволило не только повысить эффективность домны, но и снизить или вовсе исключить закозление, что наблюдалось при нарушениях технологии. Можно смело утверждать, что это изобретение позволило довести процесс до совершенства. Современные домны работают именно по этому принципу, хотя их управление сегодня автоматизировано и обеспечивает большую безопасность.

  Читайте также: Как правильно утеплить потолок с помощью керамзита

  

  Литература и источники

  • Бабарыкин Н. Н. Теория и технология доменного процесса. — Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. — С. 15. — 257 с.
  • Карабасов Ю. С., Черноусов П. И., Коротченко Н. А., Голубев О. В. Металлургия и время: энциклопедия. Т. 6. Металлургия и социум. Взаимное влияние и развитие. — Москва: Изд. Дом МИСиС, 2014. — 224 с. — ISBN 978-5-87623-536-7.
  • Толковый металлургический словарь. Основные термины / Под ред. В. И. Куманина. — М.: Рус. яз., 1989. — 446 с. — ISBN 5-200-00797-6.
  • Ефименко Г. Г., Гиммельфарб А. А., Левченко В. Е. Металлургия чугуна. — Киев.:Выща школа, 1988. — 352 с.
  • Ферсман А. Е. Занимательная геохимия. — М.: Детгиз, 1954. — 486 с.
  • Рамм А. Н. Современный доменный процесс. — Москва.:Металлургия, 1980. — 303 с.
  • Товаровский И. Г. Доменная плавка. 2-е издание.- Днепропетровск: «Пороги», 2009.-768 с.
  • Андронов В. Н. Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья. Доменный процесс. — Донецк: Норд-Пресс, 2009.-377 с. — .
  • Г. Н. Еланский, Б. В. Линчевский, А. А. Кальменев Основы производства и обработки металлов. Москва 2005 г.

  Доменный процесс

  Современные печи для плавки чугуна обеспечивают примерно 80 % от общего количества чугуна, с разливочных площадок он сразу подается в электроплавильные либо мартеновские цеха, где и происходит переделка черного металла в сталь с требуемыми качествами.

  Из чугуна получают чушки, отправляемые затем производителям для отливки их в вагранках. Для слива шлака и чугуна используются специальные отверстия, называемые летки. Однако в современных печах применяются не отдельные, а один общий леток, разделяемый специальной жароупорной плитой на каналы для подачи чугуна и шлака.

  Как работает домна?

  

  Доменный процесс полностью зависит от избытка углерода в полости печи, он заключается в термохимических реакциях, протекающих внутри при загрузке всех компонентов и их нагреве.

  Температура в доменной печи может составлять 200-250°С непосредственно под колошником и до 1850-2000°С в активной зоне – распаре.

  При подаче в печь горячего воздуха и розжиге кокса в домне повышается температура, начинается процесс разложения флюса, в результате чего повышается содержание углекислого газа.

  При понижении столба материала в шихте происходит восстановление монокисла железа, в нижней части столба из FeO восстанавливается чистое железо, стекающее в горн.

  По мере стекания железо активно контактирует с углекислым газом, происходит насыщение металла и придание ему требуемых свойств. Общее содержание углерода в железе может составлять от 1,7%.

  

  Пылеулавливание и очистка доменных газов

  Колошниковый газ при работе на руде выносит до 170 кг пыли на 1 т чугуна. При работе на агломерате и повышенном давлении на колошнике вынос пыли уменьшается в 3—5 раз. Для эффективного сжигания и в целях предупреждения засорения топочных устройств газ очищают от пыли. Чем сложнее устройства для сжигания газа, тем тщательнее должна быть очистка.

  Очистку обычно производят в три стадии: грубую — до содержания пыли 4—1 г/м3, полутонкую 0,8—0,1 г/м2 и тонкую —

  Грубая очистка в двух последовательно расположенных сухих пылеулавливателях (см. рис

  . 3) удаляет около 80% пыли. После этого газ поступает в скруббер (рис

  . 5) мокрой полутонкой -очистки, а из него с содержанием 0,8—0,2 г/м3 пыли — в мокрые динамические газоочистители (дезинтеграторы) или электрофильтры.

  Дезинтегратор (рис.

  6) —мощный вентилятор, засасывающий газ из скруббера. На его валу укреплен диск с лопастями и консольными стержнями — бичами. Последние при вращении диска входят в промежутки между неподвижными бичами, укрепленными на корпусе машины. Лопасти захватывают газ из двух боковых подводов, бичи перемешивают его с водой, непрерывно подаваемой по сифонным трубам. Влажная пыль отбрасывается в сливной канал, а газ вместе с водяным туманом подается лопастями вентилятора в выходное отверстие средней камеры. Капли воды отбрасываются на стенки и стекают вниз, в сливную трубу, а очищенный газ выходит по газоотводу. Производительность дезинтегратора 80000 м3/ч. Содержание пыли на выходе составляет около 0,1—0,02 г/м3 при расходе воды 0,5—0,6 л/м3 газа.

  Читайте также: Неисправности газового котла Beretta: как расшифровать код и ликвидировать неисправность

  Для тонкой газоочистки применяют также трубчатые электрофильтры, обычно совмещенные со скруббером мокрой полутонкой газоочистки. Осадительными электродами служат круглые или шестигранного сечения трубы диаметром 150—300 мм и длиной 3000— 4000 мм. Вода, орошающая насадки скруббера, стекает в отстойник. Производительность каждого такого агрегата составляет 40000 м3/ч; содержание пыли снижается от 0,07—0,2 г/м3 при расходе воды 4— 3,5 л/м3 и электроэнергии 0,55 кВтХч на 1000 м3 газа.

  Схемы доменной печи

  Схемы доменной печи в разрезе (разные варианты):

  

  Схема 1

  

  Схема 2

  

  Схема 4

  

  Схема 5

  Основные физико-химические процессы

  : го­ре­ние то­п­ли­ва, вос­ста­но­вит. и га­зо­ди­на­мич. про­цес­сы, те­п­ло­об­мен, об­ра­зо­ва­ние чу­гу­на, шла­ко­об­ра­зо­ва­ние. Осн. ко­ли­че­ст­во кок­са опус­ка­ет­ся в горн и сго­ра­ет вме­сте с до­пол­ни­тель­но вду­вае­мым то­п­ли­вом (га­зо­об­раз­ным, жид­ким или пы­ле­вид­ным) у фурм; в уп­ро­щён­ном ви­де сум­мар­ный про­цесс го­ре­ния сво­дит­ся к ре­ак­ции: 2C+O2=2CO. Га­зы с темп-рой 1600–2300 °C, со­дер­жа­щие 35–45% СО, 1–12% Н2 и 45–65% N2, под­ни­ма­ясь, на­гре­ва­ют опус­каю­щую­ся ших­ту (темп-pa вы­хо­дя­щих из пе­чи га­зов со­став­ля­ет 100–300 °C). Часть кок­са рас­хо­ду­ет­ся на вос­ста­нов­ле­ние по­сту­паю­щих в до­мен­ную печь Fe2O3 и Fe3O4 (со­дер­жа­щих­ся в же­ле­зо­руд­ных ма­те­риа­лах) по ре­ак­ци­ям:

  По­ми­мо ок­си­дов же­ле­за поч­ти пол­ностью вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся ок­си­ды Ni, Cu, As, P и со­от­вет­ст­вую­щие эле­мен­ты пе­ре­хо­дят в чу­гун; ок­сид цин­ка так­же пол­но­стью вос­ста­нав­ли­ва­ет­ся, цинк воз­го­ня­ет­ся и от­ла­га­ет­ся в по­рах фу­те­ров­ки, вы­зы­вая её час­тич­ное раз­ру­ше­ние. Эле­мен­ты, об­ра­зую­щие бо­лее проч­ные со­еди­не­ния с ки­сло­ро­дом, чем Fe, вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся из ок­си­дов час­тич­но (V – 75–90%, Мn – 40–80%, Si и Ti в не­боль­ших ко­ли­че­ст­вах) или со­всем не вос­ста­нав­ли­ва­ют­ся (Al, Mg и Са). S (вред­ная при­месь) по­па­да­ет в до­мен­ную печь в осн. с кок­сом и пе­ре­хо­дит боль­шей ча­стью в шлак (в ви­де FeS, MnS, CaS), в ма­лой сте­пе­ни (до 5%) в чу­гун (FeS) и в га­зо­вую фа­зу. Об­ра­зо­вав­шее­ся же­ле­зо по­гло­ща­ет С в твёр­дом со­стоя­нии, что спо­соб­ст­ву­ет сни­же­нию темп-ры плав­ле­ния на­уг­ле­ро­жен­но­го про­дук­та и бо­лее пол­но­му на­сы­ще­нию его уг­ле­ро­дом. Со­дер­жа­ние С в чу­гу­не за­ви­сит от темп-ры чу­гу­на, его со­ста­ва и др. Шлак со­сто­ит из ок­си­дов: SiO2, Al2O3, СаО, MgO (в сум­ме 90–95%), FeO (0,3–1,0%).

  Д. п. – эко­ло­ги­че­ски безо­пас­ный, вы­со­ко­тех­но­ло­гич­ный энер­го- и ре­сур­сос­бе­ре­гаю­щий про­цесс; рас­ход энер­го­но­си­те­ля со­став­ля­ет 16–17 ГДж/т чу­гу­на, а с учё­том ис­поль­зо­ва­ния вто­рич­ных энер­го­ре­сур­сов – 12–13 ГДж/т чу­гу­на; рас­ход наи­бо­лее де­фи­цит­но­го ком­по­нен­та ших­ты (ка­мен­но­уголь­но­го кок­са) – 300–350 кг/т чу­гу­на, при этом ис­поль­зу­ет­ся 100–150 кг за­ме­ни­те­лей кок­са.

  Устройство домны

  Конструкция домны очень сложная, это большой комплекс, который включает в себя следующие элементы:

  

  • зона горячего дутья;
  • зона плавления (сюда входят горн и заплечики);
  • распар, то есть зона, где происходит восстановление FeO;
  • шахта, где происходит восстановление Fe2O3;
  • колошник с предварительным нагревом материала;
  • загрузка шихты и кокса;
  • доменный газ;
  • зона, где находится столб материала;
  • выпуски для шлака и жидкого чугуна;
  • сбор для отходящих газов.

  Высота доменной печи может достигать 40 м, вес – до 35 000 тон, вместимость рабочей зоны зависит от параметров комплекса.

  Точные значения зависят от загрузки предприятия и его назначения, требований к объемам получаемого металла и прочих параметров.

  Более подробный вариант устройства:

  

  Разряды ремонта домны

  Для поддержания рабочего состояния домны регулярно проводится капитальный ремонт (каждый 3-15 лет). Он разделяется на три вида:

  1. Первый разряд включает в себя работы по выпуску продуктов плавления, осмотру оборудования, занятого в технологическом процессе.
  2. Второй разряд – это полная замена элементов оборудования, подлежащего средним ремонтным работам.
  3. Третий разряд требует полной замены устройства, после чего выполняется новая засыпка сырья с правкой колошников.

  Системы и оборудование

  Доменная печь – это не только установка для получения чугуна, но и многочисленные вспомогательные узлы. Это система подачи шихты и кокса, отвод шлака, расплавленного чугуна и газов, система автоматического управления, кауперы и многое другое.

  Принципы работы печи остались такими же, как и столетия назад, но современные компьютерные системы и автоматизация производства сделали домну более эффективной и безопасной.

  Кауперы

  Современное устройство доменной печи предполагает использование каупера для нагрева подаваемого воздуха. Это установка циклического действия из жаростойкого материала, которое обеспечивает нагрев насадки до 1200°С.

  Каупер включает при остывании насадки до 800-900°С, что позволяет обеспечить беспрерывность процесса, снизить расход кокса и повысить общую эффективность конструкции.

  Читайте также: Что такое режимная карта котла, кто ее составляет и утверждает

  Ранее такое устройство не применялось, но начиная с 19 в. оно является обязательно частью домны.

  Количество батарей кауперов зависит от размеров комплекса, но обычно их не менее трех, что делается с расчетом на возможную аварию и сохранение работоспособности.

  Колошниковый аппарат

  Колошниковый аппарат – эта часть является наиболее ответственной и важной, включающей в себя три газовых затвора, действующих по согласованной схеме.

  

  Цикл работы этого узла выглядит следующим образом:

  • в исходном положении конус поднят, он преграждает выход, нижний конус опущен;
  • скип загружает в колошник шихту;
  • вращающаяся воронка поворачивается и пропускает сырье через окна на малый конус;
  • воронка возвращается в исходное положение, закрывая окна;
  • малый конус опускается, загрузка проходит в межконусное пространство, после чего конус поднимается;
  • большой конус принимает исходное положение, выпуская шихту в полость домны для переработки.

  Скип

  Скипы – это специальные подъемники шихты. При помощи таких подъемников калошей из скиповой ямы захватывается сырье, подаваемое наверх по наклонной эстакаде.

  Затем калоши опрокидываются, подавая шихту в загрузочную область, и возвращаются вниз за новой порцией. Процесс этот сегодня осуществляется автоматически, для управления используются специальные компьютеризированные узлы.

  Фурмы и летки

  Сопло фурмы печи направлено в ее полость, через него можно наблюдать течение процесса плавки. Для этого через специальные воздуховоды монтируются гляделки с жаростойкими стеклами. На срезе давление может достигать значения в 2,1-2,625 МПа.

  Летки используются для слива чугуна и шлака, сразу после выпуска они плотно запечатываются специальной глиной. Раньше использовались пушки, которые выстраивали пластичным глиняным ядром, сегодня применяются дистанционно управляемые пушки, которые могут подходить к конструкции вплотную. Такое решение дало возможность снизить травматичность и аварийность процесса, сделать его более надежным.

  

  ДОМЕННОЕ ПРОИЗВОДСТВО

  Технический прогресс в доменном производстве характеризуется строительством новых мощных высокомеханизированных и автоматизированных печей, а также реконструкцией действующих печей, их модернизацией в соответствии с современными достижениями технологии выплавки чугуна. Современные крупные доменные печи имеют объем 3200 — 5000 м3, производительность 7000 — 11000 т чугуна в сутки, после задувки работают непрерывно в течение 5 — 10 лет.

  Технологическая задача доменного производства сводится к получению чугуна из железной руды путем восстановления железа из кислородных соединений и его науглероживания. Сырьем современного доменного производства являются железорудный агломерат или окатыши, каменноугольный кокс и добавки (флюсы). Последние облегчают плавление пустой породы и других примесей к руде. Доменный процесс протекает при температуре 1600 — 1700 °С.

  Доменная печь (рис. 43) представляет собой вертикальную печь шахтного типа. Ее высота до 35 — 40 м, примерно в 2,5 раза больше диаметра. Стенки и основание печи выкладывают из огнеупорных материалов. Для повышения стойкости огнеупорной кладки в ней устанавливают (примерно на ¾ высоты печи) металлические холодильники, по которым циркулирует вода. Расход её для крупных печей составляет до 70000 м3 в сутки. Кладка печи снаружи заключена в стальной кожух.

  Рис. 43. Доменпая печь (схема). 1. засыпной аппарат; 2. газоотводы; 3. защитные плиты; 4. огнеупорная кладка; 5. стальной кожух; 6. кольцевые- площадки; 7. холодильники-шахты; 8. опорное кольцо; 9. кольцевой воздухопровод; 10. ось чугунной летки; 11. фурменный, рукав; 12. рабочая площадка; 13. колонна; 14. летка для чугуна; 15. холодильник; 16. летка для шлака.

  К вспомогательным устройствам, обеспечивающим работу печи, относятся: шихтовые дворы, оборудованные погрузочно-разгрузочпыми устройствами; бункерные эстакады с вагонами-весами для автоматического взвешивания шихтовых материалов; подъемные механизмы, доставляющие емкости (скипы) с шихтой к загрузочному аппарату доменной печи; воздухонагреватели и другие устройства для осуществления горячего дутья; литейный двор, разливочные машины и др.

  Отделение шихтоподачи доменного производства представляет собой галерею, в которой двухрядно размещены сырьевые бункеры. Подача из них железорудных материалов в доменную печь осуществляется с различной степенью механизации и автоматизации. Во вновь строящихся доменных цехах используется автоматическая конвейерная система шихтоподачи: при герметичном укрытии всех пылящих узлов и конвейера металлическим кожухом. Из-под укрытия с помощью единой мощной аспирационной системы, оборудованной трехступенчатой пылеочисткой, воздух с высокой степенью очистки удаляется в атмосферу.

  Наиболее распространена другая технология подачи шихты в домну. Из бункеров шихта (агломерат, кокс, флюсы) с температурой 300 — 600 ºС загружается в передвигающиеся под эстакадой вагоны-весы, из которых сырье ссыпается в вагонетку (скип). Скип по наклонной плоскости лебедкой поднимается на колошник, опрокидывается, и материал через засыпной аппарат загружается в шахту домны. Предупреждение выбивания доменного газа достигается устройством специального колошникового затвора.

  Доменная печь работает по принципу противотока: навстречу опускающимся материалам снизу вверх движется поток горячих газов, образующихся при сгорании топлива (кокса), а также природного газа. Для поддержания процесса горения через так называемые фурмы, расположенные в верхней части горна, вдувается горячий воздух. Его расход составляет около 4000 м3 на 1 т металла. В нижней части горна собирается расплавленный чугун. Выпуск чугуна производится через чугунную лётку, представляющую собой узкий канал в кладке металлоприемника, заполненный огнеупорной массой. Для выпуска чугуна в ней пробивается отверстие, которое затем снова заделывается специальной глиной. Одна или две шлаковые лётки располагаются несколько выше чугунной, так как более легкий шлак плавает на поверхности чугуна. Эти лётки запираются металлическими пробками с помощью машиношлакового стопора.

  

  Выпускаемый из доменных печей жидкий чугун по системе открытых желобов заливается в ковш емкостью до 100 т и более, далее из ковшей чугун разливается в емкости меньшею объема. В современных доменных печах разливка чугуна производится на разливочных машинах. Доставляемый чугун выливается постепепно в желоб машины, а из него в движущиеся по конвейерной ленте мульды. Для ускорения процесса остывания и затвердения чугуна мульды могут орошаться водой. В конце конвейера при повороте мульд чашки выгружаются из них на железнодорожные платформы и вывозятся из цеха.

  Для предотвращения приваривания чугуна к мульдам их перед заливкой орошают известковым молоком.

  Кроме разлива чугуна в мульды, жидкий чугун используют на некоторых заводах для переделки в сталь в сталеплавильных печах. В этом случае расплавленный чугун сливается в специальные приемники (миксеры), из которых наливается в ковши, подаваемые к сталеплавильным печам. Шлак в большинстве случаев выпускается в специальные вагоны-ковши и отвозится в отвал или идет на грануляцию.

  Выпуск чугуна и шлака производится периодически. На печах старой конструкции чугун выливают 5 — 6 раз в сутки, а шлак — примерно в 3 раза чаще.

  На новых большегрузных доменных печах достигнута столь высокая степень интенсификации плавки, что число выпусков чугуна возросло до 15 — 18 раз в сутки, практически приблизив этот процесс к непрерывному. Операции по вскрытию и заделке чугунной лётки на таких печах полностью механизированы и осуществляются соответственно с помощью бурмашины и пушек с дистанционным управлением.

  В процессе плавки выделяется огромное количество доменного газа, который беспрерывно удаляется из домны через газоотводы в колошнике доменной печи. В крупных печах объемом 3000 — 3200 м3 в сутки выделяется 15 — 17 млн. м3 газа. Доменный газ высокотоксичен, так как содержит от 26 до 32% оксида углерода. Кроме того, он сильно запылен (до 15 г пыли на 1 м3 газа). После очистки от пыли доменный газ используют как топливо для нагрева, подаваемого в домну наружного воздуха, водяных и паровых котлов и в других нагревательных производственных установках. Колошниковая пыль передается на агломерацию.

  Условия труда в доменном производстве. Микроклиматические условия в доменном производстве чрезвычайно разнообразны. Рабочие, занятые на рудном дворе и бункерной эстакаде, работая на открытом воздухе, подвергаются воздействию метеорологических условий в соответствии с особенностями климата, сезона и конкретных погодных условий. Горновые и их подручные, разливщики чугуна на разливочных машинах в теплый период года работают в условиях нагревающего микроклимата. Средняя температура воздуха на большинстве рабочих мест колеблется в пределах 32 — 37 °С, повышаясь во время выпуска металла на 5 — 9 °С по сравнению с исходной. Интенсивность инфракрасного излучения подвержена значительным колебаниям, при ряде операций она составляет 350 — 10000 Вт/м2. В сочетании со значительными физическими нагрузками, связанными с выполнением ручных операций, такие условия приводят к напряжению терморегуляции. Так, например, у горновых, шлаковщиков температура тела в такие периоды работы может повышаться до 37,5 — 38 °С; происходит учащение частоты сердечных сокращений до 120 — 135 ударов в 1 мин; увеличивается частота дыхания до 30 — 40 в 1 мин. Влагопотери могут составлять 5 — 6 и более литров за смену.

  В зимнее время температура на литейном дворе регистрируется в пределах от -3 до 10 °С, нередко в сочетании с ветром. Резкие перепады температуры до 15 — 18 °С в холодный период, сочетающиеся с большими скоростями воздушных потоков, наблюдаются в пределах рабочей зоны бригады горновых.

  Работы по загрузке доменных печей шихтовыми материалами характеризуются выделением в воздух больших количеств пыли. Высокая запыленность воздуха создается в подбункерных помещениях при заполнении вагонов-весов и скипа рудой, флюсами, и особенно агломератом, при грохочении кокса, при обдувке механизмов.

  Как уже упоминалось, в последние годы вместо агломерата в доменном производстве все более широкое применение получают окатыши, которые, в частности, обладают повышенной механической прочностью, что позволяет ожидать уменьшения пылевыделений в отделениях шихтоподачи. Однако специальные исследования показали, что запыленность воздуха рабочей зоны при использовании окатышей оказалась в 1,5 — 2 раза выше, чем при использовании агломерата. Это объясняется тем, что пылеобразующие фракции окатышей имеют более мелкодисперсный состав. Таким образом, широкое применение окатышей делает еще более актуальной проблему борьбы с пылью в доменных цехах. Большое количество пыли выделяется при выгрузке колошниковой пыли из пылеуловителей. Состав пыли доменных цехов аналогичен таковому на агломерационных фабриках. На литейном дворе в пыли преобладают частицы графита, выделяющиеся из чугуна и шлака.

  Доменный цех отличается наибольшим числом газоопасных мест, к ним относятся колошниковые площадки, площадки шахты печей, пылеуловители, места сушки ковшей, рабочие площадки горновых и их помощников, различные участки собственно газового хозяйства. Степень опасности подобных мест определяется концентрацией оксида углерода (как составной части доменного газа). Благодаря внедрению системы профилактических мероприятий — герметизации коммуникаций, автоматизации подачи газа, нормализации сжигания газов, рациональной вентиляции и др., а также благодаря совершенной системе контроля острые отравления оксидом углерода практически ликвидированы. Вместе с тем на ряде участков в условиях небольшого превышения предельно допустимой концентрации составляющих доменного газа в воздухе рабочей зоны не исключены хронические отравления оксидом углерода.

  Все работы по обслуживанию доменной плавки являются опасными в отношении травматизма — ожогов искрами и брызгами расплавленного металла, выбивающимися из печи горячими газами при замене фурм, раскаленным металлом при уборке скрепа.

  Яркость расплавленного металла и шлака, смотровых глазков, фурм значительно превышает переносимые уровни и характеризуется выраженным слепящим эффектом.

  Как сделать доменную печь своими руками?

  Нюансы

  Производство чугуна является высокорентабельным бизнесом, но наладить изготовление черного металла без серьезных финансовых инвестиций невозможно. Доменная печь своими руками в «кустарных условиях» – это просто нереализуемо, что связано со многими особенностями:

  • крайне высокая стоимость домны (такие расходы могут себе позволить исключительно крупные комбинаты);
  • сложность конструкции, несмотря на то, что чертеж доменной печи можно найти в свободном доступе (выше схемы), собрать полноценный агрегат для производства чугуна не получится;
  • физлица и ИП не могут заниматься деятельностью по изготовлению чугуна, на это просто никто не выдаст лицензию;
  • залежи сырья для черной металлургии практически исчерпаны, окатышей или агломерата в свободной продаже нет.

  Но в домашних условиях можно собрать имитацию печи (мини-доменную печь), при помощи которой можно плавить металл.

  Но работы эти требуют максимального внимания и крайне не рекомендуются при отсутствии опыта. Зачем может потребоваться изготовление подобной конструкции? Чаще всего – это обогрев для теплицы или дачи с максимально эффективно используемым топливом.

  Инструменты и материалы

  Для изготовления конструкции в домашних условиях, надо приготовить:

  • металлическая бочка (можно заменить на трубу с большим диаметром);
  • два отрезка трубы круглого сечения с меньшим диаметром;
  • отрезок швеллера;
  • листовая сталь;
  • уровень, ножовка по металлу, рулетка, молоток;
  • инвертор, набор электродов;
  • кирпичи, глиняный раствор (необходимы для фундамента конструкции).

  Все работы надо проводить только на улице, так как процесс достаточно грязный и требующий наличия свободного пространства.

  Пошаговая инструкция

  1. На приготовленной заготовке в виде бочки срезается верх (его следует оставить, так как он понадобиться дальше).
  2. Из стали вырезается круг с диаметром, меньшим чем диаметр бочки, в нем делается отверстие для трубы.
  3. Труба аккуратно приваривается к кругу, внизу сваркой крепятся отрезки швеллера, которые будут придавливать топливо во время работы печи.
  4. Крышка печи изготавливается из отрезанного ранее дна бочки, в котором делается отверстие для закладного люка с дверкой. Также необходимо сделать дверку, через которую будут удаляться остатки золы.
  5. Печь обязательно устанавливается на фундамент, так как в процессе работы она очень сильно нагревается. Для этого сначала устанавливается бетонная плита, затем выкладывается несколько рядов из кирпича, образующих углубление в центре.
  6. Для отвода продуктов сгорания монтируется дымоходная труба, диаметр прямой части будет больше, чем диаметр корпуса печи (требуется для лучшего отвода газов).
  7. Отражатель не является обязательным элементом конструкции, но его использование позволяет повысить КПД печи.

  Особенности конструкции

  Особенностями такой самостоятельно изготовленной печи являются:

  • уровень КПД хороший;
  • есть возможность работы в автономном режиме до 20 часов;
  • в печи происходит не активное горение, а тление с постоянным выделением тепла.

  Главным отличием «бытовой» доменной печи будет ограничение доступа воздуха к камере сгорания, то есть тление дров или угля будет происходит при низком уровне кислорода. По схожему принципу работает и промышленная домна, но бытовая применяется только для отопления, плавить металл в ней нельзя, хотя температура внутри камеры будет достаточной.

  Стоимость на примере КПД №7

  Изготовление доменных печей – это ресурсозатратный и дорогой процесс, который нельзя поставить на поток. Так как домны применяются исключительно в промышленности, их проектирование и сборка осуществляются под конкретный металлургический комплекс, включающий в себя многие объекты и узлы внутренней инфраструктуры. Такая ситуация наблюдается не только в РФ, но и в других странах мира, имеющих собственные объекты металлургии.

  Стоимость изготовления и монтажа доменной печи достаточно высокая, что связано со сложностью выполнения работ. Примером может случить большой доменный комплекс №7 под названием «Россиянка», установленный в 2011 году. Его стоимость составила 43 млрд. рублей, к производству были привлечены лучшие инженеры РВ и стран зарубежья.

  

  Читайте также: Как утеплить чердак в частном доме своими руками: 3 этапа работ

  Комплекс включает в себя следующие узлы:

  • приемное устройство для руды;
  • приточные станции бункерной эстакады и центрального узла;
  • бункерная эстакада;
  • компрессорная станция (установлена на литейном дворе);
  • установка для вдувания пылеугольного топлива;
  • утилизационная ТЭЦ;
  • центр управления и административный корпус;
  • литейный двор;
  • домна;
  • воздухонагревательные блоки;
  • насосная станция.

  

  Новый комплекс обеспечивает производство более 9450 тонн чугуна в сутки, полезный объем печи равен 490 куб.м, а рабочей – 3650 куб.м. Конструкция домны обеспечивает безотходное и экологически чистое производство чугуна, в качестве побочных продуктов получают доменный газ для ТЭЦ и шлак, используемый в дорожном строительстве.

  Источник https://www.wikiredia.ru/wiki/%D0%94%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D0%BF%D1%80%D0%BE%D1%86%D0%B5%D1%81%D1%81

  Источник https://miminonino.ru/stali/ustrojstvo-domennoj-pechi.html

  Источник https://optombrand.ru/utepliteli/domennoe-proizvodstvo.html

  Похожие записи:

  1. Доменная печь
  2. Как работает доменная печь и для чего она используется?
  3. Шихта в металлургии — что это такое
  4. Основные процессы протекающие в доменной печи реферат
  Читать статью  Домна — это печь для выплавки чугуна