ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Доменная печь: как появилась, схема, конструкция и компоненты, как работает

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

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

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

Гигантская доменная печь в останове и в работе

Читайте также: Виды, расход и выбор газовой печи для отопления частного дома

Выпуск чугуна из доменной печи

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.

Получение[править | править код]

Доменная печь изготовлена из восьми двойных листов кованого железа и тигля.

Ингредиенты	Процесс
Двойной лист кованого железа +Тигель

Строительствоправить | править код

Высота доменной печи определяет количество руды, флюса и древесного угля, которые она может содержать, и, следовательно, максимальное количество руды, которое может быть расплавлено за один раз. Маленькая доменная печь имеет один блок высоты и требует минимум 4 огнеупорных кирпичных блока и 12 листов кованого железа. По величине максимальная доменная печь может иметь 5 блоков в высоту, и требует 20 огнеупорных кирпичных блоков и 60 листов кованого железа:

Схема постройки печи

Слой 3

Слой 2

Слой 1

Доменная печь минимального размера строится следующим образом:

• Огнеупорные кирпичи: в двух блоках над землей создайте «трубу», окружив центральный воздушный блок со всех четырех сторон.
• Металлические листы: Поместите листы кованого железа или металлические листы из металла более высокого уровня по бокам дымохода. Примечание: листы не должны быть размещены сверху или снизу.

Тигель: поместите тигель на землю под центральным воздушным блоком.

Блок доменной печи: Поместите блок доменной печи между дымоходом и тиглем (⇧ Shift+ПКМ) под центральным воздушным блоком.

• Меха: Разместите Меха стороне блока доменной печи, убедившись, что сторона с отверстием обращена к доменной печи.
• Завершение: Поместите фурму в доменную печь.
• Расширение: доменные печи могут увеличить общую емкость хранилища, добавив до четырех дополнительных слоев к существующей конструкции. Чтобы расширить доменную печь, просто добавьте дополнительный слой к дымоходу.

Применениеправить | править код

Используется для выплавки чугуна. Для этого необходима фурма (положить в инвентарь доменной печи). Процесс выплавки следующий:

Сверху закинуть внутрь структуры равное количество древесного угля, флюса и железной руды (Лимонит, гематит или магнетит). На первом уровне структуры макс. вместимость 4, а каждый последующий уровень также увеличивает вместимость на 4. Структура максимального (5) уровня имеет вместимость на 20.

Важно: в процессе плавления руды древесный уголь будет потребляться, поэтому периодически его придется подкидывать. Можно подкинуть уголь заранее, тогда он будет потребляться по мере необходимости

Оптимальное количество – 3 штуки (проверено для структуры уровня 1-3).

Читайте также: Огнеупорная кладочная смесь – описание и применение

• Поджечь главный блок доменной печи при помощи воспламенителя или огнива. Текстура блока поменяется на “горящую”. Работающая доменная печь
• Домна должна нагреться до температуры “белеет до блеска”. Для этого необходимо использовать меха (ПКМ по ним).

Внимание: если угля станет слишком мало, то домна просто остынет и весь процесс придется начинать заново! Допустима нехватка 1 (2 при неполной загрузке печи) ед. угля к моменту достижения нужной температуры

• По достижении необходимой температуры и при наличии фурмы, доменная печь начнет сливать расплавленный чугун в тигель под собой, при этом будет тратиться прочность фурмы (из расчета 1 кусок руды = 1 ед. прочности)
• Забрать чугун из тигля можно с помощью глиняных форм

История

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

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

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

Видео: выплавление железа сыродутным способом

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

Старинные доменные печи

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

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

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

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

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

Связь с другими словами

Слова содержащие -домна-:

• бездомная
• двудомная
• надомная
• однодомная
• подомная

Какой бывает домна (прилагательные)?

Подбор прилагательных к слову на основе русского языка.

первой новой большей старой огромной небольшой плавильной раскаленной гигантской последней божьей петровской примитивной остальной приземистой всемирной высокой лучшей построенной северной пылающей древнейшей работающей задутой заснеженной растрепанной красивой уцелевшей казенной пятой широкой некой дородной хорошей чудовищной мощной огнедышащей кузнецкой прекрасной целой действующей крайней девятой миловидной фабричной нужной сверхмощной земной семидесятилетней древней небесной подорванной деревенской разгневанной мудрой могучей единственной привычной молчаливой погашенной дряхлой пущенной большой дальнобойной

Что может домна? Что можно сделать с домной (глаголы)?

Подбор глаголов к слову на основе русского языка.

Читайте также: Шамотная глина: свойства, характеристики, применение материала

оказаться потухнуть нахмуриться подойти привлечь вырваться идти поднять отправиться дать сесть потерять вернуться сереть кашлянуть пойти давать поправить шипеть приказать исчезнуть разглядывать напоминать рвануть наклониться произнести выдать засмеяться простираться пожать уйти решить усмехнуться довести заморгать выбыть прищуриться гудеть кашлять говорить ходить выделяться кивнуть сделать наказывать подтолкнуть вскочить выкристаллизовать стоять наморщить замахнуться рассказывать руководить пристукнуть вытянуться отказаться сказать устать вылезти вынести покончить отыскать войти отодвинуться

Ассоциации к слову домна

россия тема провинция урал каркас труд земля ожидание часть нежность смерть фундамент достоинство мир прикрытие грохот время мех пол монета озеро масштаб небо жена температура выполнение планета миг жизнь кузнецк шиворот весна порядок бад металл обойма руда стеклышко минута план колокольчик шихта столовая рур брюхо изба

Металлургия Техника Христианство Общая лексика Религия

Доменный процесс

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

Общая схема устройства доменной печи

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

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

Как работает домна

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

Химические процессы и температура в разных зонах доменной печи

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

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

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

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, мм	Полезный объем печи, м3
2000	3000	5000
Диаметр:
горна	9750	11700	14900
распара	10900	12900	16300
колошника	7300	8200	11200
Высота:
полная	32350	34650	36900
полезная	29200	32200	32200
горна	3600	3900	4500
шахты	18200	20100	19500

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.

Конструкция домны

Конструкция доменной печи как сооружения дана на рис:

Конструкция доменной печи

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

Читайте также: Кирпичный отопительный щиток своими руками: порядовка, схема конструкции для печей

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

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

Разряды ремонта

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

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

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.

Системы и оборудование

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

Кауперы

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

Внешний вид и устройство кауперов доменной печи

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

Колошниковый аппарат

Устройство колошникового аппарата доменной печи

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

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

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

Скип

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

Скиповый подъемник материалов и скип доменной печи

Фурмы и летки

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

Устройство фурмы и леток доменной печи

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

Назначение печей

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 древесноугольными. 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.

Индустриальная доменная печь, называемая плавильной, предназначена для перевода обрабатываемого материала из одного состояния в другое. Так, твердое состояние постепенно, под воздействием температуры, превышающей температуру плавления, переходит в жидкое. Материал, доведенный до жидкого состояния может находиться во взвешенном положении, а также в кристаллизаторе, тигле, горне шахты или ванне на подине. Индустриальные доменные печи применяются в целях производства металлов из руд. Именно в них проходят еще процессы выплавки цветных металлов и стали, варки стекла и прочих.

Ремонт доменных печей можно проводить несколькими способами. Основные ремонтные работы производятся по мере необходимости или в связи с плановым капитальным ремонтом. Именно в этот период непрерывный процесс работы приостанавливается. Капитальный ремонт делится на три вида разрядов. По первому ремонтному разряду надлежит выпускать из горна жидкие продукты плавки полностью и проводить тщательный осмотр всего оборудования. Второй разряд обозначает средний ремонт с заменой некоторых элементов. Третья категория ремонта подразумевает смену засыпных устройств и поправку колошниковой защиты.

ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА

Доменный цех — один из важнейших структур металлургического производства. Здесь производят чугун, из которого выплавляют сталь.

Для того, чтобы получить исходный материал (шихту) используют железную руду, агломерат, окатыши и добавки, которые содержат железо, а также известняк и доломиты.

Весь технологический процесс других цехов в значительной мере зависит от того, какого сорта и марки чугун был выпущен в доменном цехе.

Оборудование доменного производства тесно взаимосвязано между собой и включает следующие единицы:

1. Печи.
2. Отсек приемных резервуаров.
3. Система загрузки исходного сырья.
4. Литейный двор.
5. Воздухонагреватели.
6. Система газоочистки.
7. Отсек разлива чугуна.
8. Склад холодного чугуна.
9. Система гранулирования шлака.
10. Отделения изготовления огнеупорных смесей и ремонта чугуновозных ковшей.

ПЛАНЫ ДОМЕННЫХ ЦЕХОВ

Самое важное, что нужно учитывать при планировании – удобное расположение оборудование доменного производства, чтобы обеспечить бесперебойный процесс работы.

Выделяют 3 вида планировки:

1. Блочное размещение доменных печей. Доменный цех получается компактным, но при этом обслуживание чугунных и шлаковых леток становится затруднительным в общем литейном дворе.
2. Островной метод расстановки. Доменные печи располагают в линию, а блок воздухонагревателей, литейный двор и пути чугуновозов и шлаковозов для каждой печи – под углом к этой линии.
3. Конвейерная система загрузки печей. Литейный двор имеет форму круга. Пути для чугуновозов и шлаковозов располагаются по обе стороны, а блоки воздухонагревателей – под углом относительно линии печей.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ.

Рисунок 1. Схема доменной печи.

1 – колошник; 2 – шахта; 3 – распар; 4 – заплечики; 5 – горн; 6 – фурмы для вдувания воздуха; 7 – чугунная летка для выхода жидкого чугуна; 8 – шлаковая летка для выпуска шлака; 9 – загрузочная площадка; 10 – колокол для загрузки сырых материалов в доменную печь; 11 – отверстие для вывода колошниковых газов.

По наклонному пути шихту для плавки доставляют наверх и засыпают в печь через систему подачи.

Чтобы процесс горения кокса был интенсивным требуется большое количество воздуха. Его подогревают в специальных воздухонагревателях до 600 – 800 0 С и подают через щели в нижней части печи под давлением.

Получившийся чугун опускается вниз и выходит через чугунные летки. После этого чугун переправляют в специальных ковшах в сталеплавильный цех для дальнейшей переработки.

Жидкий шлак, который образуется в процессе выплавки над чугуном удаляют из доменной печи через шлаковую летку и используют в качестве материала для строительной сферы или в шлаковый отвал.

Доменная печь работает без перерыва. Снаружи она покрыта стальной оболочкой (кожухом), а с внутренней выложена специальной кладкой из высокопрочного кирпича, которая должна выдерживать высокие температуры и сопротивляться износу, вызванным постоянным трением.

ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА. ДОМЕННЫЕ КОЛОШНИКОВЫЕ ПОДЪЕМНИКИ

Этот вид оборудования доменного производства подает шихту в доменную печь. Они должны быть надежными и иметь высокую производительность.

Существует 2 основных способа подачи шихтовых материалов:

1. Скиповый.

Рисунок 2. Схема скипового подъемника.

1 – скип; 2 – камера; 4 – клапан-щит; 5 – стационарный шарнир; 6, 7, 9 – рычаг; 8 — противовес; 10 – направляющий элемент; 12 – стационарный шарнир; 13 – упор.

Материал подают скипами из ямы бункерной эстакады. Каждый скиповый подъемник вмещает до 20 м 3 шихты, а скиповая лебедка может поднять до 39 т.

2. Конвейерный.

Рисунок 3. Схема конвейерного подъемника.

1 – барабан, который разгружает шихту в приемную воронку; 2 – приемная воронка; 3 – отклоняющий барабан; 4 – лента; 5, 6 – вращающиеся барабаны; 7 – приводная станция; 8 – хвостовой барабан; 9 – натяжная тележка; 10, 11, 12 – система блоков; 13 – лебедка; 14 – натяжная станция; 15 – канат.

Шихту загружают из распределительных бункеров на ленту, которая постоянно движется и перемещает груз на колошник доменной печи.

Этот способ имеет ряд преимуществ:

• проще обслуживать и ремонтировать машины, механизмы и агрегаты;
• нагрузки на несущие конструкции становятся меньше;
• стоимость строительства ниже, чем при использовании скипового метода;
• увеличивается производительная площадь вокруг доменной печи;
• доменную печь и систему загрузки шихты можно построить отдельно;
• период эксплуатации больше.

Конвейерная лента движется со скоростью 2 м/с. Производительность достигает 30 000 + т/сутки.

ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА. ЛИТЕЙНЫЙ ДВОР

Литейным двором называют строение с площадкой, которая примыкает к доменной печи и находится ниже леток. На площадке размещены желоба. По ним чугун и шлак перемещаются из печи для плавки чугуна в ковши чугуновозов и шлаковозов, либо к машинам для грануляции.

На площадке литейного двора находятся машины для обслуживания шлаковых и чугунных леток, желобов, фурменных приборов, а также пульты управления, запасы песка, глины и огнеупорных смесей.

Здание литейного двора выполнено в форме несущего металлического каркаса, который стоит на фундаменте и обшит железобетонными плитами. В крыше здания находится аэроционный фонарь.

План литейного двора исчисляется количеством леток и желобов, их расположением, типом, числом, а также местом локации мостовых кранов.

Бывают литейные дворы, где оборудование расположено в виде прямоугольника — чугунные летки расположены с одной или с двух сторон; и литейные дворы круглой формы.

Рисунок 4. Схемы литейных дворов.

а – одностороннее или двустороннее расположение литейных леток; б – литейный двор круглой формы.

Оборудование доменного производства также включает в себя машины и механизмы литейного двора:

Механизмы для вскрытия чугунной летки. Их располагают на площадке, которая примыкает к горну доменной печи. Прямое назначение этого механизма – делать отверстия в леточной массе для того, чтобы чугун выходил наружу. По типу движения их разделяют на вращательные, ударные и ударно-вращательные.

Для уборки и переработки жидких продуктов доменной плавки также предусмотрено оборудование доменного производства – специальные машины и устройства:

• Чугуновозы. Чугуновозы перемещают жидкий чугун от доменной печи в сталеплавильный цех и в место разлива чугуна в чушки. По форме выделяют 3 разновидности чугуновозных ковшей: конические, грушевидные и сигарообразные. Конический вмещает 60 – 80 т, а грушевидный 100 – 140 т, отчего последний пользуется большей популярностью в металлургических цехах.

Рисунок 5. Чугуновоз.

• Шлаковозы. Шлаковозы перевозят жидкий шлак к агрегату грануляции или шлаковому отвалу.

Рисунок 6. Шлаковоз.

• Разливочная машина конвейерного типа. Предназначена для разливки жидкого чугуна.

Рисунок 7. Разливочная машина конвейерного типа.

• Агрегат грануляции чугуна. Жидкий чугун выливается из ковша и орошается струями воды, преобразовываясь таким образом в гранулы.

Рисунок 8. Схема механизма для гранулирования чугуна.

1 – ковш; 2 – наклонный разводной желоб; 3 – брызгалы; 4 – воронкообразный резервуар для гранул; 5 – наклонные конвейеры; 6 – место погрузки в железнодорожные вагоны.

• Устройство для грануляции шлака. Шлак перерабатывают сухой, полусухой и мокрой грануляцией.

Рисунок 9. Схема установки мокрой грануляции.

1 – камера; 2 – бункер-отстойник; 3 – поток воды гранулятора; 4 – желоб; 5 – эрлифт; 6 – напорный бак; 7 – труба для отвода пара; 8 – обезвоживатель карусельного типа; 9 – бункер сушки; 10 – водосборник отфильтрованной воды; 11 – конвейер для транспортировки шлака; 12 – труба подачи воздуха; 13 – эрлифт; 14 – колодец.

Рисунок 10. Схема установки сухой грануляции.

1 – шлаковый ковш; 2 – промежуточный ковш; 3 – воздушный раструб и поддон; 4 – устройство для сбора шлаковаты; 5 – отбойная плита; 6 – плоские воздухопроводы; 7 – воздушный сепаратор; 8 – батарейный циклон; 9 – отсасывающий вентилятор; 10 и 12 – электродвигатели вентиляторов; 11 – вентилятор, который подает воздух на грануляцию; 13 и 15 – желоба для выброса шлака и его остатков; 14 – эрлифт; 15 – участок, где перерабатывают остатки шлака из промежуточного ковша; 16 – бункер; 17 – пульт управления; 18 – компрессорная; 19 – помещение для электрооборудования; 20 – градирня; 21 – водяной насос.

ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ И ОЧИСТКИ ОТ ПЫЛИ

В процессе работы печей важно, чтобы топливо горело постоянно. Для этого необходим непрерывный и равномерный приток раскаленного воздуха, прогретого до 1000 – 1400 0 С и подаваемого под давлением 0,2 – 0,5 МПа.

Воздух нагревают воздухонагреватели. Это агрегаты периодического действия регенеративного типа с внутренней или наружной камерой горения. Воздух в них нагревается от тепла, которое образуется в процессе сгорания газообразного топлива.

Рисунок 11. Воздухонагреватель с наружной камерой горения.

1 – насадочная камера; 2 – насадка; 3 – купол; 4 – камера горения.

Холодный воздух сюда нагоняют воздуходувными машинами. После нагрева горячее дутье подают по воздуховоду через фурменные приборы. Их еще называют воздушными фурмами.

Газовые горелки подают воздух и газ в камеру горения, смешивают там газы и проталкивают продукты сгорания через насадку воздухонагревателя.

Дроссельный клапан для газа и воздуха нужен для того, чтобы регулировать расход газа, который поступает в газовую горелку воздухонагревателя.

Перепускные клапаны тарельчатого типа применяют для того, чтобы снижать давление в воздухонагревателе перед тем как переключить с режима «нагрев» на режим «дутье» и обратно.

Дымовые клапаны тарельчатого типа отключают воздухонагреватель доменной печи от дымохода.

ОЧИСТКА ДОМЕННОГО ГАЗА

Доменный газ широко используют в виде горючего в разных аппаратах металлургического производства. Перед этим его тщательно очищают от пыли. Для этого применяют пылеуловители.

Для грубой очистки применяют аппараты в виде закрытых вертикальных резервуаров с коническими торцами, которые отделаны с внутренней стороны огнеупорным материалом.

Для полутонкой очистки используют скрубберы и трубы-распылители, которые функционируют по принципу улавливания пыли при смачивании ее водой.

Рисунок 12. Скруббер.

Для тонкой очистки газа применяют электрофильтры.

Атмосферные клапаны удаляют газ из печи и пылеуловителя в атмосферу.

Отсекающий клапан отделяет пылеуловитель от доменной печи.

Задвижки отключают агрегат газоочистки от общей газовой сети.

Сухую колошниковую пыль, охлажденную в пылеуловителе, удаляют при помощи транспортирующего конвейера, который одновременно увлажняет ее.

У компании ООО ЛипецкТехноЛит есть собственный цех литья, где мы применяем современные технологии в области изготовления стали, оборудования для металлообрабатывающей промышленности и запасных частей к нему.

У нас вы можете приобрести готовые дробеметные установки или заказать изготовление нестандартного оборудования по чертежам. Если нет чертежей – наши специалисты проведут исследование и предоставят присоединительные размеры перед изготовлением.

Альтернативные технологии для производства чугуна

Хотя технология доменной плавки является основным процессом для производства чугуна, было разработано несколько других методов производства, и они применяются в промышленном масштабе. Эти технологии «восстановительной плавки» постоянно используют уголь вместо кокса в качестве основного восстановительного агента. В некоторых новых технологиях также заменяются окатыши и агломерат пылевидной мелочью из железной руды.

30.03.2018 Рубрика: Производство чугуна Автор: Paxey

В этой статье:

Прямое восстановление (DRI)

Хотя технология доменной плавки является основным процессом для производства чугуна, было разработано несколько других методов производства, и они применяются в промышленном масштабе. Эти технологии «восстановительной плавки» постоянно используют уголь вместо кокса в качестве основного восстановительного агента. В некоторых новых технологиях также заменяются окатыши и агломерат пылевидной мелочью из железной руды.

Чугун производится в доменных печах более 500 лет. В течение этого времени доменные печи превратились в высокоэффективные реакторы. Однако в настоящее время доступны другие технологии, которые стали вызовом для технологии доменного процесса для производства чугуна.

Для доменных печей требуется кокс, а коксовые заводы являются дорогими, и для них имеется много экологических проблем, связанных с их эксплуатацией. Так, было бы полезно с экономической и экологической точки зрения, производить жидкий чугун без использования кокса. Почти на всех доменных печах потребление кокса было уменьшено в заметной степени с помощью вдувания восстановителя в фурмы. Однако никогда нельзя полностью заменить кокс в доменной печи, поскольку кокс как составляющая шихты несет и опорную функцию. Минимальный уровень кокса в доменной печи составляет примерно 260 кг/т жидкого чугуна.

Происходит рост производства стали из лома в электродуговых печах. При производстве стали из лома потребляется значительно меньше энергии, по сравнению с производством стали из железных руд. Проблемы с качеством стали, выплавляемой на основе лома, вводят соответствующие ограничения для конвертерного и электросталеплавильного производства, а использование железа прямого восстановления (DRI) в качестве шихты повышает возможности производства стали в электродуговых печах.

Следует отметить следующие аспекты, которые оказывают давление на технологию производства стали с использованием жидкого чугуна:

• Экологические аспекты агломерационных установок
• Экологические и экономические аспекты коксогазового завода
• Относительная негибкость и масштаб производства жидкого чугуна
• Возрастающая конкуренция способа производства стали на основе лома и технологии электродугового переплава с DRI.

Но следует признать преимущества технологии доменного производства в отношении возможностей рециклинга и инвестиций.

Вышеупомянутое инициировало улучшение экономических и экологических показателей работы доменной печи, а также и разработку альтернативных способов производства чугуна (или железа).

Два основных типа альтернативного производства железа, которые можно считать апробированными типами альтернативного производства, таковы: прямое восстановление (DR) и восстановительная плавка (SR).

На рисунке ниже приведен обзор прошлых, настоящих и будущих маршрутов производства чугуна и стали.

Прямое восстановление связано с производством твердого первичного железосодержащего материала из железных руд и восстанавливающего агента (например, природного газа). Твердый продукт, называемый железом прямого восстановления (DRI), применяется главным образом в качестве сырья в электродуговых печах (EAF). Процесс прямого восстановления был запущен в серийное производство с 1970-х годов, и были разработаны различные процессы.

Поскольку не имеется отделения железа от пустой породы в восстановительном агрегате, должны использоваться руды высокого качества или концентраты (содержание железа 68 % и пустой породы – 27 %) для восстановления до металлического железа в твердом состоянии. Температура процесса меньше чем 1000°С. DRI имеет уровень металлизации >92 %, а содержание углерода

DRI может иметь высокое содержание пустой породы, и это снижает его ценность в электросталеплавильном производстве, особенно там, где высокие цены за электроэнергию.

Недостатком DRI является то, что оно вызывает пожароопасность. Поэтому DRI можно переплавлять в брикеты, так как железо горячего брикетирования (HBI), так как такой продукт можно хранить и транспортировать на некоторое расстояние.

Первая промышленная установка была построена в конце 1960-х годов. Поскольку для ведущих процессов прямого восстановления требуется дешевый источник природного газа, большая часть установок размещена в регионе высоких месторождений нефти и природного газа, вблизи экватора.

В таблице ниже показана процентная доля производства DRI, относящаяся к мировому производству жидкого чугуна в 1996 и 2006 г.

Год	Ежегодное мировое производство (млн. т)	Процентная доля от мирового производства жидкого чугуна
1996/97	36,5	4,4
2006	59,8	6,8

Две трети мирового производства DRI в 2006 г. были сконцентрированы в пяти странах: Индии (15 млн. т – на 4 млн. т больше, чем в 2005 г.), Венесуэле (8,6 млн. т), Иране (6,9 млн. т), Мексике (6,2 млн. т) и Саудовской Аравии (3,6 млн. т). Новые установки были сданы в эксплуатацию в Индии, Нигерии, Тринидаде, Саудовской Аравии, Катаре и России. Метод прямого восстановления оказался успешным, особенно в производстве порошков.

Имеющиеся процессы

Процессы DRI можно разделить по типу используемого реактора, а именно:

• шахтные печи (Midrex®, HyL)
• вращающиеся печи (процесс SL/RN)
• печи с вращающимся подом (Fastmet®/Fastmelt®, Inmetco®/Rdelron® и ITmk3®)
• реакторы с кипящим слоем (Circofer®).

Многие из этих твердофазных процессов используют природный газ и в качестве топлива и восстанавливающего агента (монооксид углерода и водород). Приблизительно 92% DRI производится с помощью использования (реформированного) природного газа в качестве топлива. В небольшом количестве случаев в качестве топлива используется уголь.

В качестве сырья окатыши из железной руды и крупнокусковая руда используются в процессах с шахтными печами (Midrex, HyL), а пылевидная руда и концентраты используются в реакторах с кипящим подом (Circored, Finmet, Iron carbide) или печах с вращающимся подом (Fastmet®, Inmetco®).

Альтернативой DRI является карбид железа (Fe₃C). Карбид железа также производится с помощью прямого восстановления, но продукт содержит приблизительно 90 вес.% Fe₃C. Содержание карбида является относительно высоким: 6 вес.%, который дает достаточное количество энергии для снижения потребления электроэнергии в EAF. Карбид железа можно использовать в таких же самых применениях как DRI. Первая промышленная установка для производства карбида железа, с производительностью 300 тыс. т в год была сдана в эксплуатацию в 1995 г. в Тринидаде (реальное производство в 1998 г. составило 150 тыс. т/год).

В таблице ниже представлены характеристики серийно выпускаемых типов установок для производства DRI.

Установки DRI являются приемлемыми в следующих ситуациях:В течение процесса выплавки стали DRI превосходит лом по чистоте и постоянству состава, но эти выгоды достаются за более высокую цену.

• Когда не хватает лома надлежащего качества, таким образом, вызывая ухудшение качества производимой стали, и возникает необходимость в добавлении восстановленного железа для повышения качества сырья
• На мини заводах, построенных в регионах, в которых поставки источников железа, таких как лом, затруднены, или в которых строительство металлургических заводов с полным циклом, с доменной печью не являются необходимым с точки зрения масштаба спроса, и в данном случае восстановленное железо можно использовать как основной сырьевой материал
• В доменных печах, в которых требуется повышенная производительность по выходу жидкого чугуна.

Экологические аспекты DRI

Основной выгодой установки прямого восстановления по сравнению с доменной печью является то, что в этих установках используется природный газ или уголь в качестве топлива. Поэтому коксогазовый завод больше не нужен, и значительно снижаются выбросы. Воздействия на окружающую среду установки прямого восстановления очень ограниченные. Имеется мало выбросов пыли, которые легко отводятся. Потребность в воде низкая, и воду можно в значительной степени возвращать в цикл. Кроме того, на установках прямого восстановления на основе метана образуется намного меньше СО₂, чем в установках на основе угля.

Однако в DRI содержится некоторое количество пустой породы (3–6 %), и это приводит к росту потребления энергии EAF с ростом потребления DRI. Это можно частично компенсировать с помощью горячего посада DRI. Технология ITmk3 предусматривает, что поскольку часть физического тепла отходящих газов утилизируется с подачей тепла для подогрева воздуха, оцененные выбросы СО₂ для этой технологии будут на 20 – 25% ниже, чем для технологии доменная печь + кислородный конвертер.

Восстановительная плавка (SR)

Восстановительная плавка (SR) связана с производством жидкого металла из руды без кокса. В процессе SR используется две установки: в первой установке руда нагревается и восстанавливается газами, образуемыми во второй установке, которая является плавильной печью – газификатором, в которую поставляются уголь и кислород. Затем частично восстановленная руда плавится во второй установке, а жидкий расплавленный чугун или (в некоторых случаях) жидкая сталь образуется во второй установке. Технология плавления – восстановления дает возможность использовать широкий диапазон углей для производства чугуна.

Процессы Corex® и Finex®

Примеры этой технологии включают процессы Corex® и Finex®, которые работают в промышленном масштабе.

Процесс Corex является двух стадийным процессом: в первой стадии железная руда восстанавливается до губчатого железа в шахтной печи с помощью восстановительного газа; на второй стадии восстановленное железо плавится в плавильной печи – газификаторе. Восстановительный газ (СО и Н₂), который используется в восстановительной шахте поступает в результате газификации угля с помощью кислорода, образует неподвижный/кипящий слой в плавильной печи – газификаторе. Частичное сжигание угля в плавильной печи – газификаторе приводит к образованию тепла к расплаву восстановительного железа. Расплавленный чугун и шлак сливаются на поду с помощью обычной процедуры выпуска, сходной с той процедурой, которая используется при работе доменной печи.

Вследствие разделения восстановленного железа и плавления железа/газификации угля в две стадии достигается высокая степень гибкости, и может использоваться широкий набор углей. Процесс проектируется для выполнения при повышенном давлении до 5 бар. Загрузка угля и железной руды производится с помощью системы шлюзового бункера.

Восстановительный газ содержит порядка 65–70% СО, 20–25% Н₂ и 2–4% СО₂. После того как горячие газы покидают плавильную печь – газификатор, он смешивается с охлаждающим газом для регулирования температуры примерно на уровне 850°С. Затем газ очищается в горячем циклоне и направляется в шахтную печь в качестве восстановительного газа. Когда газ покидает шахтную печь, он все еще имеет высокую теплотворную способность и может использоваться для внешнего потребителя, когда существуют такие возможности. Теплотворная способность этого газа оценивается в 7,5 МДж/нм 3 в случае использования обычного энергетического угля (28,5% летучих веществ), но угли другого типа могут дать другую теплотворную способность такому газу.

Дальнейшим развитием процесса Corex стал процесс Finex, разработанный совместно немецкой компанией Siemens VAI и корейской металлургической компанией Posco. Основное различие между технологиями Corex и Finex состоит в том, что во второй технологии можно непосредственно использовать пылевидную руду. В процессе Finex четырехступенчатая система с кипящим слоем расположена до плавильной печи – газификатора. После восстановления пылевидной руды в кипящем слое она уплотняется в горячем состоянии перед выгрузкой в плавильную печь – газификатор.

Достигаемые экологические выгоды

В процессе Corex в качестве источника энергии используется уголь. Поэтому предотвращаются выбросы из коксовой печи. Все высшие углеводороды, которые выделяются из угля, подвергаются крекингу с образованием СО и Н₂ в плавильной печи – газификаторе. Поэтому не образуются побочные продукты типа смолы, фенола, ВТХ, РАН и т.д.

Сера, поступающая с углем в процесс, в значительной степени абсорбируется в шахтной печи DRI и кальцинированными добавками и впоследствии направляется в плавильную печь – газификатор. Здесь большая часть серы переходит в жидкий шлак как в случае доменного процесса и становится безвредной для окружающей среды. Количество серы, улавливаемой в процессе Corex газом и водой (2–3% от общего поступления серы) намного ниже, чем в случае традиционной технологии коксовая печь/агломерационная установка/доменная печь (20–30%). Газ, поставляемый стороннему потребителю, содержит 10 – 70 частей на млн. H₂S, в зависимости от типа используемого угля и рабочих условий. Так как кислород используется вместо воздуха для газификации коксового остатка, не происходит значительного образования NO_x и цианидов (CN). Потребность в использовании кислорода приводит к значительной общей потребности в энергии.

Выбросы пыли от процесса Corex значительно ниже, чем при традиционном доменном процессе. Предотвращаются все выбросы пыли в коксовой печи. Содержание пыли в газе для сторонних потребителей меньше 5 мг/нм 3 . Большая часть пыли, которая улавливается в системе газоочистки, подвергается рециклингу с возвращением в процесс.

Некоторые эксплуатационные параметры установки компании Iscor (в настоящее время Mittal Steel South Africa) приведены в таблице ниже.

Взаимодействия между средами

Восстановительный газ из плавильной печи – газификатора очищается в циклонах. Пыль из этих циклонов можно возвращать в плавильную печь – газификатор. Колошниковый газ из шахтной печи и охлаждаемый газ (для охлаждения восстановительного газа) очищаются в скрубберах, и, поэтому, образуется шлам. Шлам в основном можно подвергнуть рециклингу в плавильной печи – газификаторе после грануляции или поставлять в химическую промышленность. Небольшая часть (не определенная количественно) может депонироваться.

Процесс Corex отличается высоким удельным потреблением угля и относительно большим расходом отходящих газов, с теплотворной способностью, от средней до высокой Использование таких отходящих газов в качестве источника энергии в значительной степени определяет энергетическую эффективность процесса. Охлаждающая вода поставляется в замкнутый цикл.

Сообщаются данные о капитальных затратах: 195 евро за тонну жидкого металла. В данном примере осуществлен перевод тогдашнего валютного курса в ЭКЮ, а затем в евро.

После того как установка Corex была успешно пущена в эксплуатацию в 1995 г. компанией Posco на заводе Pohang Works в Южной Корее, она была подвергнута реконструкции с переходом на конфигурацию процесса Finex, с производительностью 600 тыс. т/год в 2003 г. На этой установке четырехстадийная система с кипящим слоем была расположена до плавильной печи – газификатора. После восстановления пылевидной руды в кипящем слое эта мелочь уплотняется в горячем состоянии перед загрузкой в плавильную печь – газификатор. Вторая установка с годовой производительностью 1,5 млн. т была пущена в эксплуатацию на том же заводе в апреле 2007 г.

К концу 2007 г. в эксплуатации находилось 6 установок типа Corex и 2 — типа Finex, с общей производительностью 7,45 млн. т жидкого металла (таблица ниже).

Еще одним примером восстановительной плавки является технология Primus®, в которой используется двухстадийный процесс. Эта технология представляет собой сочетание многоподовой печи (MHF), предназначенной для сушки, нагрева и начала восстановления, за которой установлена электродуговая печь (EAF), в которой происходит полное восстановление железа, и получается жидкий металл, образуется шлак, а завершением процесса является восстановление цинка. Эта технология дает возможность перерабатывать типичные остатки от выплавки чугуна и стали, которые обычно не подвергаются рециклингу на существующих установках, такого типа как пыль с EAF, шлам доменных печей, шлам сталеплавильного производства и промасленная прокатная окалина.

Процессы в стадии разработки

Следующие процессы восстановительной плавки находятся в завершающей стадии разработки, и кратко описаны в этом подразделе:

• HIsmelt
• Прямое восстановление железной руды (DIOS)
• AISI-DOE/CCF
• ROMELT

В таблице ниже подытожены характеристики этих процессов. Краткое описание этих процессов будет приведено далее.

HIsmelt

В этом процессе руда, уголь и флюсы вдуваются в ванну с расплавом чугуна с помощью восьми фурм, из которых четыре используются для вдувания холодного угля и извести, а четыре служат для вдувания руды и доломита (5 %) в условиях температуры 600–700°С. Руда быстро восстанавливается и плавится непосредственно в расплавленной ванне. Горячее дутье (1200–1250°С) с содержанием кислорода 35 % вдувается через центральную фурму через шлак, вызывая образование СО и Н₂ в отходящих газах после сжигания. Обычно требуется ванна из жидкого металла для начала процесса. Выпуск горячего чугуна происходит непрерывно с помощью копильника, в то время как выпуск шлака проводится партиями через каждые 2-3 часа с помощью шлаковой летки.

SR в процессе HIsmelt дает в результате более низкое содержание кремния, которое составляет менее 0,01 %, а также более низкое содержание фосфора, менее 0,02 % в расплавленном металле.

Установка HIsmelt была пущена в эксплуатацию в г. Квинана, Западная Австралия корпорацией HIsmelt. Эта установка спроектирована на годовую производительность 800 тыс. т жидкого чугуна.

По сравнению с процессом в доменной печи предсказывается экономия топлива в 10 %. Кроме того, нет больше необходимости в установке для предварительной подготовки железной руды (установка для получения окатышей, агломерационная установка) и коксовой печи. В отличие от других процессов восстановительного плавления необходимо горячее дутье. Это, вероятно, будет оказывать влияние на выбросы NO_x, что негативно сказывается на процессе.

DIOS

Процесс непосредственной плавки железной руды (DIOS) состоит из трех вспомогательных процессов: печи предварительного восстановления с псевдоожиженным слоем (PRF) для предварительного восстановления железной руды, печи для реформинга газа (GRF) для смешения угольного порошка с газом и печи восстановительного плавления (SRF) для дальнейшего восстановления и плавления железной руды.

Кислород для сжигания вдувается в верхнюю часть SRF. Образующийся монооксид углерода (СО) используется для предварительного восстановления железной руды в PRF. Азот вдувается через дно SRF для перемешивания шлака в печи.

Пилотная установка компании NKK на заводе Keihin Works, Япония, находится в работе с 1994 г., производя примерно 500 т чугуна в день.

Ожидается, что потребление энергии в процессе DIOS должно быть на 5–10 % ниже, по сравнению с маршрутом доменной печи. Кроме того, больше не требуется установка для предварительной переработки железа (установка для получения окатышей, агломерационная установка) и коксовой печи.

AISI-DOE/CCF

Проект AISI-DOE (Американский институт черной металлургии и Министерство энергетики США) и проект печи циклон – конвертер (CCF) начались как два отдельных проекта.

Проект AISI-DOE был совместным научно-исследовательским проектом прямого восстановления с получением чугуна рядом американский университетов и американский и канадских компаний в секторе производства стали. Координатором проекта был Американский институт черной металлургии, а спонсором Министерство энергетики США. Цель проекта состояла в производстве стали из предварительно восстановленной железной руды и угля в вертикальном плавильном устройстве подового типа. Разработка этого плавильного устройства стала самой важной частью проекта.

Проект CCF был совместной инициативой компании Corus, Эймейден, Нидерланды, и сталелитейного завода Ilva, Италия. Самой важной частью проекта стала разработка циклонного реактора. В циклоне железная руда предварительно восстанавливается и плавится. Расплавленная смесь падает в нижнюю часть реактора, где завершается восстановление. Топливо представляет собой зернистый уголь, который вдувается вместе с кислородом в нижнюю часть реактора.

Высокая рабочая температура в циклонном реакторе и тот факт, что он может работать с высоким уровнем примесей из расплавленной ванны, делает возможной прямую связь предварительного восстановления и стадий конечного восстановления. Объединение двух стадий означает, что эффективная передача тепла не имеет решающего значения, так как не имеется охлаждения между стадиями. Тот факт, что как предварительное восстановление, так и конечное восстановление имеют место в одном реакторе, представляет важное различие между CCF и другими существующими установками для восстановительного плавления.

Проект CCF сконцентрирован главным образом на разработке циклонного реактора.

В 1995 г. обе стороны поняли возможность объединения своих технологий. При таком объединении можно реализовать пилотную установку восстановительного плавления.

Проект AISI-DOE был проверен в ряде испытаний, но пилотная установка не была сдана в эксплуатацию. Проект CCF был испытан в масштабе пилотной установке, с производительностью 20 т/ч.

Так как не требуются коксовая печь, агломерационная установка или установка для получения окатышей, можно ожидать заметного снижения выбросов. Потребление энергии на тонну стали должно быть ниже. Кроме того, можно получить энергию из отходящих газов, которые выходят из циклона при 1800°С.

ROMELT

Процесс ROMELT (РОМЕЛТ) – процесс, разработанный в Московском институте стали и сплавов под руководством проф. В.В. Роменца. Он сходен с другими плавильными процессами в печах подового типа, но в нем не используется предварительное восстановление. В процессе используется руда и отходы оксидов. Сообщается, что потребление угля составляет 900–1200 кг/т.

На пилотной установке на Новолипецком металлургическом заводе с производительностью 500 – 1000 т/сутки произведено 300000 т чугуна в год.

Так как не требуется коксовая печь, аглофабрика или установка для получения окатышей, можно ожидать значительного снижения выбросов по сравнению с обычной технологией выплавки чугуна. Потребление энергии на тонну жидкого металла также должно быть ниже.

Процесс РLASMAMELT

В процессах восстановительной плавки на основе плазмы реакции имеют место в заполненной коксом шахтной печи с фурмами, расположенными симметрично вокруг нижней части печи. Шахта полностью заполняется коксом. Плазменные генераторы и оборудование для вдувания оксидов металлов, смешанных со шлакообразующим материалом и, возможно, восстановителями, прикреплены к фурмам. Перед каждой фурмой внутри столба кокса образуется полость, в которой происходит восстановление и плавление. Через регулярные интервалы образующиеся шлак и металл выпускаются с пода шахтной печи.

В случае плавления железной руды можно использовать отходящие газы из печи, состоящие главным образом из монооксида углерода и водорода, для предварительного восстановления руды. В других применениях процесса, таких как утилизация легированных металлов из пыли рукавных фильтров, образующийся газ утилизируется как топливный газ. Если в сырьевом материале содержатся металлы с высоким давлением паров, например цинк и свинец, эти металлы покидают печь с отходящими газами, которые затем проходят через конденсатор, в котором металлы утилизируются из газа.

Процесс AUSMELT

Процесс Ausmelt был разработан компанией Ausmelt Ltd. Австралия. Кусковая руда или рудная мелочь непрерывно подается в конвертер вместе с кусковым углем и флюсом. Угольная мелочь, кислород и воздух вдуваются, что позволяет проводить погружное сжигание. Степень окисления и восстановление контролируются с помощью корректировки соотношения воздуха к топливу, а также доли угольной мелочи, вдуваемой через фурму. Все реакции завершаются в одном реакторе.

Сравнение обычной технологии плавки в доменной печи с прямым восстановлением и восстановительной плавкой

Основные заявляемые экологические выгоды для прямого восстановления (DR) и восстановительной плавки (SR) связаны с тем, что эти процессы можно осуществлять без кокса или агломерата. Эти процессы могут помочь предотвратить использование необязательных коксовальных печей и агломерационных машин, которые потенциально оказывают значительное воздействие на окружающую среду.

Выбросы от восстановительных установок обычно бывают низкими, а концентрация твердых частиц в выбросах в окружающий воздух после очистки составляют порядка 10 мг/нм 3 . Очистка обычно проводится с использованием мокрой технологии, которая приводит к потоку сточных вод, хотя можно попытаться провести рециклинг этой воды или перейти к сухой очистке. Если процессы DR или SR связаны с использованием окатышей на основе железа или агломерата, тогда выбросы, связанные с переработкой этих материалов, также следует рассмотреть при сравнении экологических показателей различных процессов выплавки чугуна.

Традиционная доменная плавка

(Коксовая печь, агломерационная установка, доменная печь)

Масштаб производства

Давно устоявшиеся, обладающие высокой и ресурсной эффективностью технологические агрегаты с производительностью по горячему чугуну от 2 до 4,77 млн. т/год и больше. До сих пор это основная технология для производства чугуна, на которую приходится 95 % мирового производства чугуна.

Исходное сырье

• Для производства кокса требуются коксующиеся угли
• Требуются коксовая мелочь и антрацит (когда используется)
• Уголь для вдувания в доменную печь (могут быть не коксующиеся угли)

Вдуваемое топливо в доменную печь.

Помимо угля, нефтепродукты (например, отработанные масла), природный газ и пластмассы вдуваются в доменную печь.

Металлическая часть — широкий диапазон сырья различного качества и технических условий может использоваться.

Потребность в энергии

Обычно 17 – 18 ГДж/т жидкого чугуна (меньше газа, пара и углеродные кредиты на выброс диоксида углерода)

Качество продукта

Стабильное и надежное качество.

Экологические показатели

Выбросы в окружающую среду включают пыль, ЛОС, РАН и различные органические химикаты из коксовых печей. На агломерационных установках выделяются SO₂, NO_x, пыль, ЛОС, РСВ, PCDD/F и РАН, в то время как в случае доменных печей происходят выбросы пыли и SO₂ от литейного двора. В процессе используется также большое количество воды. Однако в процессе предусматриваются возможности для рециклинга различных твердых отходов/побочных продуктов, которые не должны быть во многих процессах DRI. Способность к десульфуризации доменной печи также дает возможность использовать топлива и восстановители с повышенным содержанием серы экологически безвредными способами.

Доменный шлак можно использовать для дорожного строительства или гранулировать для изготовления цемента. Побочные продукты должны иметь экологические преимущества, так как при этом снижается потребность в первичных наполнителях. Важно напомнить, что традиционный доменный процесс предусматривает возможности для рециклинга и размещения железосодержащих материалов, отфильтрованных осадков и масел от последующего производства стали по технологической цепочке, которые могут не появляться во многих восстановительных процессах. Традиционная технология также дает возможность использования широкого набора сырья и восстановителей различного качества.

Затраты на установку (ориентировочные)

1150 млн. евро за 3,3 млн. т /год (включая затраты на агломерационную установку и коксовые печи).

Прямое восстановление (DR)

Масштаб производства

На процессы на основе газа из установленных DR приходится большая часть мощностей во всем мире, и 63% этих мощностей используют технологию MIDREX. Такие процессы в настоящее время имеют максимальную производительность одного агрегата 1,76 млн. т/год. DRI обычно используется как замена лома для EAF. Процессы DRI отличаются относительно низкой производительностью по сравнению с доменными печами, и обычно они устанавливаются, используя преимущества местных факторов, таких как очень низкие затраты на энергию и (или) железную руду.

Исходное сырье

Уголь (когда используется для меньшинства процессов) — широкий диапазон твердых топлив от антрацита до бурого угля, включая древесный уголь (вращающиеся печи).

Газ — содержание серы в газе должно быть низким для предотвращения отравления катализатора реформера и достижения высокого качества продукта.

Металлическая часть — так как в процессе не происходит изменение физического состава, требуются окатыши и кусковая руда высокого качества.

Потребность в энергии

Обычно 10,5 – 14,5 ГДж/т твердого DRI (на основе газа) из предположения 100% использования крупной руды (требуется дополнительная энергия для плавления и окатышей, если они используются).

Качество продукта

У продукта имеется склонность к повторному окислению, если только не проводится пассивирование или брикетирование. Качество в значительной степени зависит от качества шихты.

Экологические показатели

Так как в большинстве DR процессов используются железорудные окатыши, на окружающую среду воздействуют выбросы от процесса получения окатышей, которые следует учитывать. В продукте DRI обычно содержится 2-4% пустой породы, и требуется дополнительная энергия для переработки, и следует учитывать дополнительные выбросы в окружающую среду. Выделяемая пыль сходна с той пылью, которая характерна для доменной печи, так как сырьевые материалы просеиваются перед переработкой. Имеется необходимость в обеспечении экологически удовлетворительного маршрута для утилизации рудной мелочи, если DRI является заменой традиционной выплавки чугуна. Оксиды азота выделяются на стадии реформинга газа. В самых успешных процессах DR используется природный газ, хотя уголь остается самым крупным источником энергии, доступным для человека.

С точки зрения устойчивого развития следует учитывать, что газ должен быть в резерве для производства продуктов высокого качества. Распределение с коксовальными печами предотвращает выбросы в воздух пыли и ЛОС от печей и различных органических химикатов от установок для переработки побочных продуктов. Выбросы от процессов рафинирования коксохимического производства в виде нефтепродуктов и смол также должны быть исключены.

Кроме того, используются большие количества воды в процессе, которую необходимо экономить. При исключении агломерационных установок снижаются выбросы в воздух металлической/не металлической пыли и газообразных загрязнителей, таких как диоксид серы. Большая часть доменных печей в настоящее время имеет литейный двор с улавливанием дыма и бесконусные системы загрузки, и их экологические показатели должны быть, поэтому, сопоставимы с выбросами от восстановительных установок с эквивалентными системами.

Взаимодействия между средами

Так как в DR не происходит изменения физического состояния или отделения химических примесей, качество продукта полностью зависит от качества сырья. Производимое DRI не может иметь эквивалентное качество качеству чугуна в доменных печах, если используется сырье низкого качества. Для учета экологических целей, необходимо, чтобы DRI было в расплавленном виде для непосредственного сравнения с чугуном из доменной печи. Потребность в дополнительной энергии и выбросы, связанные с этим изменением физического состояния необходимо учитывать.

Затраты на установку (ориентировочные)

210 млн. евро за 1,36 млн. т/ год (предполагая доступность подходящих окатышей или кусковой руды).

Восстановительная плавка (SR)

Масштаб производства

SR менее распространена. Только процесс Corex/Finex коммерциализирован. В настоящее время установленная производственная мощность составляет около 7,45 млн. т/год (8 объектов).

Исходное сырье

Уголь — не коксующиеся угли, требования к техническим условиям более гибкие, чем для доменного процесса

Металлическая часть — кусковая руда и рудная мелочь, агломерат или окатыши

Кислород — требуются большие количества кислорода для процесса Corex (с соответствующими энергетическими последствиями)

Потребность в энергии

Трудно количественно определить эффективность процесса, и она зависит от кредита, предоставляемого для экспортируемой энергии или производства большего количества DRI c помощью процессов DRI на основе газа

Качество продукта

Идентично чугуну из доменной печи.

Экологические показатели

При рассмотрении процессов восстановительной плавки следует иметь в виду большие объемы колошниковых газов, образующихся в процессе Corex, и что эффективность использования энергии будет низкой, если только отходящие газы не будут использоваться для производства энергии или большего количества губчатого железа.

В некоторых процессах SR требуется утилизировать большие количества отходящих газов. Кроме того, потребности в энергии для SR и выбросы СО₂, чем в случае доменной печи. Имеется необходимость в обеспечении экологически благоприятного пути для утилизации мелких фракций, если SR используется для замены традиционного доменного процесса.

Взаимодействия между средами

Потребления угля и потребность в кислороде выше, чем для доменной печи, и выбросы диоксида углерода значительно выше. Следует учитывать оксиды азота от реформинга газа как для SR, так и для DR.

Затраты на установку (ориентировочные)

240 млн. евро за 0,6 млн. т/год (включая затраты на кислородный блок и предполагая работу с кусковой рудой).

Источник https://xn--c1acbndxhf7e.xn--p1ai/pech-i-kamin/zarisovat-shemu-domennogo-processa.html

Источник https://drobemet48.ru/oborudovanie-domennogo-proizvodstva/

Источник https://metallurgist.pro/alternativnye-tehnologii-dlya-proizvodstva-chuguna/