Общие сведения о технологическом процессе производства чугуна в доменном цеху

Машиностроение и механика

Проектирование доменных цехов: основы проектирования, характеристика цехов, система шихтоподачи.

Article Index
Проектирование доменных цехов: основы проектирования, характеристика цехов, система шихтоподачи.
Порядок разработки проекта
Основные части проекта
Проектные решения для доменных печей и условий их работы
Планировка доменных цехов
Цехи с островным расположением печей
Система шихтоподачи
Бункерная эстакада
Подача шихты на колошник
Подача материалов к колошниковому подъему
Подача материалов к конвейерному колошниковому подъему
Грохоты и питатели
All Pages

Основы проектирования

Проект и принципы проектирования

Проект – это комплекс проектной документации содержащей проектные решения по вопросам технического, организационного, социального и экономического характера, обеспечивающий строительство и эксплуатацию доменного цеха на более высоком уровне в сравнении с действующими передовыми доменными цехами.

· Одностадийное. Применяется для небольших объектов и чаще всего по типовым проектам.

· Двухстадийное. Применяется для более сложных объектов. Первая стадия – собственно проект, включающий принципиальное решение по основным вопросам сооружения, строительства и эксплуатации доменного цеха.
Вторая стадия – рабочая документация, которая конкретизирует основные проектные решения, принятые в проекте, и позволяет менять некоторые общие проектные решения.

Практикой проектирования и сооружения доменных цехов определены основные принципы проектирования, которые позволяют:

1. достичь высокого технического уровня строительства и эксплуатации доменных цехов;

2. обеспечить минимальные капитальные затраты;

3. наибольшую экономическую эффективность;

4. наиболее оптимальное решение в вопросах экологии, охраны труда и социальные вопросы.

1.) Принцип объективности. Этот принцип выражает необходимость объективной оценки необходимости сооружения доменного цеха, возможности реализации этого проекта и высокой экономической эффективности. Необходимость сооружения проекта обуславливается, прежде всего, потребностью чугуна в данном экономическом районе. Возможность сооружения доменного цеха определяется конкретными местными условиями, т.е. наличием энергоресурсов, материальных ресурсов и др. А высокая экономическая эффективность определяется сроками окупаемости капитальных вложений. Проект разрабатывается и осуществляется при положительных ответах на все три вопроса.

2.) Принцип прогрессивности. Этот принцип выражает необходимость использования современных прогрессивных методов строительства и эксплуатации доменных цехов. В каждом проекте должна быть полная и частичная новизна, новейшие достижения науки и техники и использование передового опыта в сооружении и эксплуатации доменных печей на передовых предприятиях.

3.) Принцип перспективности. Он определяет необходимость предусматривать возможности дальнейшего развития доменного цеха. Эти возможности закладываются в следующих решениях:

· резервирование площадей под сооружение новых объектов;

· планировка размещения основного технологического оборудования должна позволять увеличение объема и производительности действующих доменных печей;

· резервирование мощностей основного оборудования, которое позволит увеличивать производительность всех систем.

4.) Принцип комплексности. Данный принцип выражает необходимость комплексного решения вопросов как эксплуатации доменных печей в составе доменного цеха так и эксплуатации доменного цеха в составе комбината, а также комплексное использование рудных материалов содержащих не один, а несколько металлов.

5.) Принцип нормативности. Этот принцип обязывает широко использовать узаконенные нормативные и регламентирующие решения, выполненные в виде типовых проектов с использованием определенных норм и правил, технических условий и стандартов, которые обеспечивают не только высокий технический уровень проекта, но и сокращение капитальных затрат и повышение скорости их окупаемости. Как правило эти типовые решения проверены на практике и показали высокую эффективность их использования.

6.) Принцип экономичности. Принцип обязывает разрабатывать конкурирующие варианты, что обеспечивает снижение капитальных затрат и затрат по эксплуатации и производству. Экономическая эффективность выражается в следующих параметрах:

· относительная или сравнительная эффективность:

где К – капитальные затраты;

Е – нормативный коэффициент (Е = 0,12);

С – себестоимость продукции;

Т – транспортные расходы.

при сроках окупаемости более 8 лет проект не разрабатывается.

7.) Принцип территориальности. Он обязывает учитывать природные условия местности, где располагается доменный цех.

1. Климатические условия (средняя температура, количество осадков, роза ветров);

2. Инженерно-геологические условия (характер грунта и его несущая способность, наличие и уровень расположения грунтовых вод и характер их движения, сейсмичность).

8.) Принцип долговечности. Данный принцип имеет особое значение при разработке проектов доменных цехов. Доменные печи требуют очень высокого ресурса надежности в работе и долговечности всего оборудования обслуживающего доменную печь, т.к. даже незначительные (по времени) остановки доменной печи приводят к снижению эффективности работы и что не менее важно это нарушение режима работы в смежных цехах.

9.) Принцип безопасности. Он выражает необходимость создания безопасных методов работы обслуживающего персонала и предупреждающих возникновение профессиональных заболеваний, травматизма, а также обеспечивающий необходимые бытовые условия для персонала доменного цеха.

10.) Принцип эстетичности. Данный принцип определяет необходимость создания благоприятных внешних условий, способствующих нормальному выполнению функций каждого работника цеха. Это касается архитектуры, оборудования рабочих мест, а также комнат отдыха для рабочих.

Материалы для проектирования

В качестве материалов для проектирования используются:

· Обобщенный опыт строительства и эксплуатации доменных цехов на ведущих предприятиях всех развитых государств;

· Новейшие научные разработки в области проектирования строительства и эксплуатации доменных печей, а также изобретения и новые технологические приемы;

· Перспективные планы развития в целом всей отрасли, а также отдельных экономических районов. Планы технического перевооружения и развития отдельных предприятий;

· Нормативные материалы и типовые проекты.

Порядок разработки проекта

1.3.1 Обоснование проектирования и строительства доменного цеха.

Обоснование составляется (прорабатывается) в составе схемы развития металлургической компании и выполняется как общероссийскими, так и зарубежными проектными организациями. Обоснование строительства базируется на комплексном подходе с учетом развития смежных производств (состав и объем производства доменного цеха определяет состав и объем производства фабрик окускования и само зависит от объема производства сталеплавильных цехов). Особо решаются вопросы обеспечения цеха топливом и другими энергоресурсами. определяются источники снабжения сырьем, топливом, рассчитываются их удельные расходы, определяется состав цеха, его производственная программа, количество и конструкция основных агрегатов, система транспорта, решения по организации и технологии строительства. Прорабатываются вопросы защиты окружающей среды, экономики и управления.

В обосновании также выполняются расчеты по целесообразности и экономической эффективности реконструкции действующих агрегатов. В качестве обоснования реконструкции могут выступать требования:

· Улучшение технико-экономических показателей работы агрегата;

· Повышение качества продукции;

· Улучшение условий работы обслуживающего персонала;

· Защита окружающей среды.

1.3.2 Задание на проектирование

Задание составляется заказчиком на основании решений, принятых в обосновании. В задании разрабатываются следующие вопросы:

· Объем производства и сортамент продукции;

· Состав доменного цеха, объем и конструкция доменных печей, а также расчет количества основного технологического оборудования;

· Источники сырых материалов и топлива, показатели их качества, расчет в потребности сырья и топлива;

· Технические условия для подсоединения к источникам электро и теплоснабжения;

· Использование новейших научно-исследовательских и конструкторских разработок в области технологии и конструкции оборудования;

· Разработка заданий на проектирование, изготовление и опробирование нестандартного оборудования;

· Необходимость проведения дополнительных научных исследований и изысканий в области технологии и конструкции агрегата (заказчик предоставляет проектанту все необходимые отчеты и материалы по научно-исследовательским работам);

· В задании точно оговаривается место строительства цеха или доменной печи и необходимые геологические изыскания.

Задание на проектирование подвергается экспертизе и последующему утверждению той же организацией, которая будет утверждать проект доменного цеха (обычно это департамент промышленности).

1.3.3 Разработка проекта

Для проектирования выбирается (назначается) генеральный проектировщик в качестве которого обычно выступают государственные институты по проектированию металлургических заводов (ГИПРОМЕЗ) с назначением главного инженера проекта.

На основе задания на проектирование разрабатываются основные принципиальные решения по основным разделам проекта. Такими основными разделами являются:

· Технологический, который составляется изначально и определяет основные элементы технологии доменной плавки, а также основные объемно планировочные решения. Все остальные части проекта разрабатываются с учетом реализации основных положений технологической части;

· Проектно-сметная документация, в которой на основе обобщенных данных оценивается стоимость работ по сооружению и эксплуатации предприятий.

Проект состоит из пояснительных записок, расчетов, схем, чертежей. В проекте выполняются балансовые расчеты по железу, энергетике, водоснабжению и др.

1.3.4 Разработка рабочей документации

При разработке рабочей документации разрабатываются рабочие чертежи по строительству, монтажу оборудования. Составляются уточненные сметные расчеты, уточняются объемы производства и сортамент продукции, конструкции основных агрегатов и оборудования с учетом тех дополнительных научных разработок и экспериментальных исследований, которые были оговорены в задании на проектирование.

Основные части проекта

Основными частями проекта являются:

Технологическая часть. Эта часть изначально разрабатывается и включает в себя решение последующих вопросов:

· Количество и объем доменных печей;

· Основные конструкции доменных печей;

· Расчет удельных расходов шихтовых материалов (рудных, флюсовых, кокса) на основе составления материальных и тепловых балансов;

· Показатели качества чугуна и другой продукции;

· Показатели качества шихтовых материалов;

а) рудные материалы – лучше использовать один рудный материал (моношихта), — агломерат с содержанием железа не менее 58 %, спеченный из 100 % концентрата такой основности, которая бы обеспечивала полный вывод флюса из шихты (на практике используют в небольших количествах окатыши для корректировки основности шлака), содержание мелких фракций должно быть не более 8 %. Агломерат должен иметь высокую однородность по химсоставу.

б) кокс – минимальное содержание серы и золы, максимальная прочность. Кокс должен быть сухого тушения, что обеспечивает стабильность по содержанию влажности кокса. Прочность кокса оценивается несколькими показателями. В холодном состоянии М₂₅ (М₄₀) не менее 88-90 % (86-88 %) и М₁₀ не более 6-8 %. В горячем состоянии качество кокса оценивается с использованием показателей CSR (горячая прочность) не менее 55-60 % и CRI (реакционная способность) не более 25 %.

· Основные элементы технологии доменной плавки. Принимая параметры дутьевого режима необходимо учитывать: теоретическую температуру горения, оптимальную для данной печи, выбранную температуру дутья, вид и количество вдуваемого дополнительного топлива и влияние этих видов топлива на теоретическую температуру горения и затем рассчитывается содержание кислорода в дутье;

· Выбор основного технологического оборудования доменного цеха;

· Разработка технологической схемы работы доменного цеха (транспортные системы грузопотоков, т.е. уборка продуктов плавки (чугуна и шлака) и системы транспорта шихтовых материалов.

· Расчет количества и выбор грузоподъемных механизмов;

· План доменного цеха и размещение оборудования;

· Объемно-планировочное решение доменного цеха.

Транспорт доменного цеха. В настоящее время основным видом транспорта являются железнодорожный транспорт, основным достоинством которого является универсальность (чугуновозы, шлаковозы, думпкары). Недостатками рельсового транспорта являются:

· Очень низкая маневренноть;

· Высокие удельные капитальные затраты и эксплуатационные расходы;

· Большие площади под железнодорожные пути, что увеличивает протяженность всех коммуникаций доменного цеха и ведет к удорожанию строительства. Поэтому при сооружении новых предприятий в максимальной степени предусматривается использование других видов транспорта (конвейерного и др.).

Значительному упрощению грузопотоков способствует бесковшевая уборка шлака.

Энергохозяйство. В данной части разрабатываются вопросы электроснабжения, водоснабжения, а также газового и теплосилового хозяйств.

Электроснабжение –система включает в себя: цеховую подстанцию (одну или несколько); распределительные пункты; потребители электроэнергии.

Учитывая непрерывность производства, а также тяжелейшие последствия, вызываемые обесточиванием систем жизнеобеспечения основных агрегатов, система электроснабжения доменного цеха имеет и некоторые особенности:

· Обязательное наличие двух независимых источников питания, обычно первый источник – собственная электроцентраль ТЭЦ, второй источник – внешний (высоковольтная линия электропередачи);

· Трансформаторные подстанции имеют два и более трансформаторов, каждый из которых обеспечивает гарантированное снабжение электроэнергией основных потребителей;

· Для потребителей постоянного тока на одном из распределительных пунктов устанавливаются источники постоянного тока, как правило – это механические преобразователи. Для питания осветительных приборов подается напряжение 220 В от одного или нескольких пунктов;

Газовое хозяйство . В данном разделе определяется максимальный расход газообразного топлива, кислорода на обогащение дутья, рассчитываются протяженность и размеры газопроводов, также определяется расход кислорода на технические нужды и централизованная подача его к печам.

Теплосиловое хозяйство . Данный пункт включает в себя проектные решения по обеспечению доменных печей дутьем, централизованную подачу воздуха к воздухонагревателям, обеспечение доменного цеха паром, очистку доменного газа и использование вторичных энергоресурсов.

В настоящее время задачей обеспечения дутьем и паром решается системой ТЭЦ ПВС, а централизованное обеспечение воздухом воздухонагревателей для горения топлива осуществляется центральными воздуходувными станциями.

Основным направлением использования вторичных энергоресурсов является использование газовых утилизационных безкомпресорных турбин (ГУБТ), в которых используется энергия сжатого колошникового газа и который является приводом электрогенераторов, за счет этого в систему электроснабжения возвращается примерно до 80 % электроэнергии, затраченной на производство доменного дутья.

Водоснабжение . На предприятии организуются две независимые системы водоснабжения. Первая система – производственное водоснабжение (главным образом на охлаждение доменной печи), вторая система – пожаропитьевое водоснабжение.

Промышленное водоснабжение включает в себя: оборотные циклы водоснабжения, которые позволяют значительно уменьшить расход воды на технологические нужды и в этом случае в систему входят: водонасосные станции, системы очистки воды, системы охлаждения в случае необходимости (градирни, бассейны с брызгальными установками) и система водоводов.

Учитывая особую важность системы водоснабжения доменного цеха обязательно устанавливаются резервные (один или несколько) источников водоснабжения и насосных станций.

Организация производства. В этой части разрабатываются проектные решения по следующим вопросам:

1. Организационная схема доменного цеха и управления производством.

2. организация производственных процессов, т.е. режимы работы доменной печи и основного оборудования доменного цеха, графики ремонтов оборудования, организация и контроль технологического процесса, разработка технологических инструкций и систем управления АСУ ТП и отдельными технологическими процессами.

3. Организация трудовых процессов. Расстановочные штаты, нормирование труда, система оплаты труда, режим работы обслуживающего персонала и т.д.

Экономическая часть. В этой части составляются расчетные сметы стоимости проектно-изыскательных работ, строительных работ, монтажа оборудования и его стоимости, рассчитывается себестоимость продукции (цеховая и общезаводская), определяется прибыль и др. показатели экономической деятельности предприятия.

Техника безопасности. В этой части определяются основные опасности и вредности на всех участках доменного цеха и разрабатываются мероприятия по обеспечению безопасных методов труда. Также планируются вопросы бытового обеспечения работников цеха, пункты здравоохранения, общественного питания, обеспечения работников спецодеждой и инструментом и другие вопросы.

Кроме этого разрабатываются отдельные части проекта по защите окружающей среды, по эстетическому оформлению производственных помещений. Заканчивается проект сводной частью технико-экономических показателей работы доменных печей. Здесь указываются: производительность печи (удельная и КИПО), удельный расход кокса, сырых материалов и дополнительного топлива, основные показатели интенсивности доменной плавки, основные показатели газодутьевого режима, показатели качества продукции.

2. Доменные цехи. Общая характеристика доменных цехов

Доменный цех представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных агрегатов, зданий, сооружений и транспортных систем. Цех включает несколько доменных печей с относящимся к каждой из них и расположенным вблизи них комплексом объектов (центральный узел), а также бункерную эстакаду (иногда отдельные для каждой печи эстакады с конвейерными колошниковыми подъемниками), систему транспортных путей, газопроводов и ряд общих для цеха или нескольких печей отделений — отделение разливки чугуна, склад холодного чугуна, воздуходувная станция доменного дутья, иногда станция подачи воздуха горения, отделение приготовления огнеупорных масс (глиномялка), депо ремонта чугуновозных ковшей и иногда отделение подготовки ковшей, участок или установки переработки жидкого шлака, электроподстанции, насосная и системы оборотного водоснабжения, центральная приточная станция, вытяжные станции литейного двора и бункерной эстакады, административно-бытовой корпус, ремонтные мастерские и др.

В состав центрального узла, кроме доменной печи с колошниковым устройством, входят литейный двор, воздухонагреватели с газовоздухопроводами, система газоочистки, скиповой подъемник с машинным зданием, здание управления печью, иногда установки припечной грануляции шлака и некоторые другие.

Для доменных цехов характерны большой объем и сложная система грузопотоков. Основными линиями грузопотоков являются: грузопотоки шихтовых материалов к бункерной эстакаде с агломерационных фабрик, фабрик окомкования, коксохимического цеха и ряда других источников снабжения за пределами завода; грузопотоки материалов от бункерной эстакады к колошниковому загрузочному устройству; грузопотоки уборки продуктов плавки — чугуна, шлака, колошниковой пыли; уборки коксовой мелочи; грузопо­токи материалов, используемых при ремонтах объектов цеха; трубопроводная подача к печам кислорода и природного газа и отвод колошникового газа. Устройство доменного цеха, характер размещения в нем основных объектов во многом определяются выбранной системой грузопотоков и транспорта, и изменение этих систем существенно сказывается на планировке цеха.

При разработке технологической части проекта доменного цеха решаются следующие основные задачи: выбор числа, полезного объема и устройства доменных печей и параметров технологического процесса; определение расхода основных материалов и расчет на основании этого пропускной способности транспортных систем; обоснование и выбор конструкции и параметров работы воздухонагревателей, воздуходувок, газоочисток и других обслуживающих печь агрегатов; выбор схем доставки в цех шихтовых мате­риалов, систем подачи материалов к колошниковому подъему и типа колош­никового подъема, схем уборки продуктов плавки и соответствующего оборудования; выбор планировки литейного двора и вспомогательных отделе­ний цеха — депо ремонта ковшей, разливочных машин, глиномялки и др.; разработка наиболее рациональных грузопотоков и транспортных систем; оптимальная компоновка объектов цеха и транспортных путей в соответствии с требованиями технологического процесса и с целью уменьшения занимаемой цехом площади, при этом должна быть обеспечена возможность ремонта агрегатов без нарушения бесперебойной работы соседних печей и возможность расширения цеха.

Проектные решения для доменных печей и условий их работы

Закладываемые в проект цеха решения по конструкции, объему и производительности доменных печей и технологии производства должны отвечать последним достижениям доменного процесса в соответствующей области.

Полезный объем печей . Для доменного, так же как и для других металлургических производств важным является использование основных производственных агрегатов повышенной мощности, поскольку это ведет к повышению производительности труда и улучшению других технико-экономических показателей производства. В соответствии с установленным типовым рядом в нашей стране строились и эксплуатируются доменные печи с полезным объемом 1033, 1386, 1513, 1719, 2000, 2300, 2700, 3000, 3200 и 5000—5500 м 3 ; с течением времени полезный объем вновь сооружаемых печей непрерывно возрастал. По расчетам Гипромеза, эффективность повышения объема доменных печей характеризуется следующими цифрами:

Полезный объем печи, м 3 3200 5000

Удельные капиталовложения, % 95,5 93,3

Производительность труда, % * 117,6 140,0

Себестоимость чугуна, % * . . 97,1 95,7

Расходы по переделу, % * 94,3 88,7

* За 100% приняты показатели для печи объемом 2000 м 3 .

Для вновь сооружаемых цехов рекомендуются печи с объемом 3200, 4200 и 5500 м 3 . При реконструкции существующих цехов и капитальных ремонтах печей рекомендуется замена существующих печей печами большего объема с уменьшением их общего числа в цехе.

Число печей в цехе . Потребное число доменных печей в цехе можно определить из соотношения п = П_ц/П, где П_ц и П — годовая производительность соответственно цеха и одной печи (т/год).

Годовую производительность цеха определяют на основании составляемого баланса металла по заводу. Исходной величиной для составления баланса является годовой объем производства проката — готовой продукции металлургического завода. Зная эту величину и расходные коэффициенты металла, на прокатных станах вначале определяют потребность прокатных цехов в стальных слитках. Далее по известной величине расхода чугуна на 1 т стальных слитков определяют потребность сталеплавильных цехов в жидком чугуне. К найденной величине добавляют количество товарного чугуна, которое завод должен отправлять на сторону, и потребность вспомогательных цехов завода в литейном чугуне, получая требуемую величину П_ц. Необходимо также учитывать потери чугуна в скрап в желобах, в чугуновозных ковшах и со шлаком, которые по нормативам составляют соответственно 0,15; 0,1 или 0,5%. Кроме того, чугун дополнительно теряется при разливке на разливочных машинах, эти потери по нормам составляют 0,5%.

Производительность доменного цеха и печей определяют в расчете на передельный чугун. При выплавке чугунов специального состава производительность печи снижается, поэтому проводят ее пересчет на производительность при выплавке передельного чугуна с помощью пересчетных коэффициентов, учитывающих степень трудности выплавки различных видов чугуна. Величину этих пересчетных коэффициентов принимают для литейного чугуна 1,20; для ферромарганца 2,5; для феррофосфора 4,0. Таким образом, для доменной печи, выплавляющей передельный и специальные чугуны, годовая производительность по передельному чугуну составляет:

где П_пер, П_лпт, П_фм, П_фф — потребный годовой объем выплавки соответственно передельного и литейного чугуна, ферромарганца и феррофосфора (т).

Годовая производительность доменной печи П=n_сП_сут, где П_сут — среднесуточная производительность печи, т/сут; n_с — среднегодовое число рабочих суток печи за кампанию, сут/год.

Среднесуточную производительность доменной печи приближенно можно определить по формуле: П_сут=V/КИПО, где V — объем печи, м 3 ; КИПО — коэффициент использования полезного объема печи, м 3 сут/т. На хорошо работающих печах КИПО = 0,45-0,40 и иногда менее. Для проектировавшихся в последние годы печей большого объема, работающих на повышенном давлении и с применением природного газа и кислорода Гипромез принимал величину КИПО в пределах 0,370 — 0,385. Существует ряд более сложных методик расчета, позволяющих учесть конкретные параметры работы печи и более точно определить ее производительность в данных условиях.

Среднегодовое число рабочих суток печи

где Т_Р — общее число рабочих суток за кампанию печи, сут; Ткамп — общее число календарных суток за кампанию печи, сут. Общее число рабочих суток за кампанию получают путем деления объема выплавки чугуна за кампанию (П_камп) на среднесуточную производительность печи, т. е. Т_р=П_кам/П_с Выплавляемое за кампанию печи количество чугуна П_капм=V*П₀,

где V — объем печи, м 3 ; П₀—норматив выплавки чугуна за кампанию, т/м 3 объема печи. Величины П₀ для печей различного объема в соответствии с нормами технологического проектирования приведены ниже:

П₀, т/м 3 объема печи

Общее число календарных суток за кампанию (Ткамп) представляет собой сумму рабочего времени печи (числа рабочих суток Тр) и времени, затрачиваемого на капитальные ремонты печи. Существующими нормами в течение кампании предусмотрены один капитальный ремонт 1-го разряда, два капитальных ремонта 2-го разряда и капитальные ремонты 3-го разряда, выполняемые один или два раза в год. Соответственно,

Ткамп = Тр + Т1 +2Т2+ (ТрТ3/365),

где Т1, Т2 и Т3 — длительность ремонтов соответственно 1, 2 и 3-го разрядов.

Данные о плановой длительности капитальных ремонтов для печей разного объема приведены ниже.

Капитальный ремонт 1-го разряда предусматривает смену футеровки печи с полным выпуском продуктов плавки и капитальный ремонт оборудования печи; зачастую проводят реконструкцию печи, т. е. полную замену печи, выполняемую методом надвижки. Капитальный ремонт 2-го разряда предусматривает полную или частичную смену футеровки шахты, смену засыпного аппарата и защитных сегментов колошника, холодильников шахты и заплечиков. При капитальном ремонте 3-го разряда заменяют засыпной аппарат и защитные сегменты колошника. Годовая производительность доменных печей объемом 3200 и 5000 м 3 составляет соответственно ~3 и 4,6 млн. т чугуна в год.

Длительность ремонта, сут

Т1

Т2

Доменные печи необходимо сооружать с учетом новейших достижений науки и техники в области их конструирования и эксплуатации. В частности, должны быть предусмотрены загрузочные устройства бесконусного типа; самонесущий кожух без мораторного кольца; совершенствование профиля на основании опыта эксплуатации печей за последние годы; совершенствование конструкции горна и лещади, в том числе комбинированная кладка лещади из углеродистых блоков и высокоглиноземистых огнеупоров и воздушное охлаждение основания лещади, применение новых, более совершенных конструкций холодильников и др.

При реконструкции доменных печей предусматривают увеличение числа чугунных леток и воздушных фурм, усовершенствование профиля печи и конструкции горна и лещади, усовершенствование системы охлаждения печи, установку бесконусного загрузочного устройства, замену воздуходувных машин на более мощные. Реконструируемые печи должны заменяться печами большего объема, что позволит уменьшить их число в цехе. Новые и реконструируемые печи оборудуют автоматизированными системами управления технологическим процессом, должна быть предусмотрена полная механизация работ на литейном дворе. Печи объемом 2000 м 3 и менее должны иметь по две чугунных летки, печь объемом 2700 м 3 — три, печи объемом 3200—5500 — четыре летки.

Технология доменного процесса должна предусматривать использование предварительно подготовленных шихтовых материалов — офлюсованных агломерата и окатышей и полный вывод из шихты сырых флюсов. Все нужные добавки (известняк, марганцевая руда и др.) должны вводиться в состав шихты при производстве агломерата и окатышей. Их изготовление предусматривается осуществлять из обогащенных железорудных концентратов с содержанием железа 63—67%, что должно обеспечить выход шлака не более 350 кг на 1 т чугуна.

Технология должна включать следующие методы интенсификации доменного процесса: вдувание природного газа (до150 м 3 на 1 т чугуна); обогащение дутья кислородом (до 30—35%); работу при избыточном давлении под колошником до 0,25 МПа; повышение температуры дутья до 1300—1400 0 С; вдувание в печь угольной пыли и мазута, а также горячих восстановительных газов. Режим работы печей предусматривает примерно следующее число выпусков чугуна за сутки: на печах, с одной леткой от 8 до 10, на печах с двумя летками 10—14,.на печах с тремя-четырьмя летками 15—24.

Планировка доменных цехов

Для проектов первых отечественных доменных цехов, характерно применение печей с небольшим полезным объемом (600—930 м 3 ) и блочная планировка цеха, при которой затруднено обслуживание печей и трудно обеспечить уборку чугуна и шлака при значительном объеме производства (подробнее см. ниже). В последующем планировка доменных цехов и организация в, них грузопотоков совершенствовались и претерпели, особенно в последние годы, заметные изменения. К числу решений, наиболее существенно повлиявших на планировку, число и тип входящих в состав цеха объектов и транспортных систем, можно отнести:

· увеличение рабочего объема печей (до 5500 м 3 ) и соответственно их производительности;

· применение предварительно подготовленного сырья, что существенно изменило, в частности, схему подачи материалов к бункерной эстакаде;

· применение конвейерной системы подачи материалов на колошник;

· применение конвейерной подачи материалов к колошниковому подъему;

· увеличение числа чугунных леток, отказ от выпуска шлака через шлаковые летки на больших печах;

· устройство круглых литейных дворов, что обеспечило высокий уровень механизации работ на них;

· применение бесковшовой уборки шлака (припечной грануляции).

Существующие доменные цехи характеризуются многообразием отдельных проектных решений. Помимо различий в устройстве, производительности и числе доменных печей, цехи различаются устройством литейного двора и организацией выпуска чугуна в чугуновозные ковши и шлака в шлаковозные; системами подачи материалов на колошник (скипами или конвейером); системами подачи материалов к колошниковому подъему (вагон-весами, конвейерами, через центральные бункера); устройством и расположением бункерных эстакад; системой шлакоуборки (ковшевая и бесковшевая) и др. В целом можно выделить три разновидности планировки доменных цехов:

1. с блочным расположением печей;

2. с островным расположением печей и скиповым подъемом материалов на колошник;

3. с островным расположением печей и конвейерной подачей материалов на колошник.

Цехи первого и второго типов часто имеют в своем составе значительное число печей (до 6—8); большая часть грузопотоков в них обеспечивается железнодорожным транспортом. Характерной особенностью этих цехов является наличие основного направления внутрицеховых грузопотоков, вдоль которого располагают в ряд печи, бункерную эстакаду и транспортные рельсовые пути. В развитой сети железнодорожных путей выделяют «постановочные» и «ходовые» пути. Первые служат для установки на них подвижного состава для приема грузов (на пример, жидких чугуна и шлака) или их разгрузки, вторые — для передвижения подвижного состава к месту назначения.

Цехи с блочным расположением печей. Цех подобного типа имеет ряд расположенных в одну линию доменных печей, оборудованных скиповым колошниковым подъемом; общую, расположенную рядом с печами вдоль их фронта бункерную эстакаду; находящийся рядом с бункерной эстакадой рудный двор; ряд идущих вдоль линии печей железнодорожных путей для уборки чугуна, шлака и колошниковой пыли. Характерная особенность цеха — то, что печи попарно объединены в блоки, причем две входящие в блок соседние печи имеют один общий литейный двор. Первые строившиеся цехи с блочным расположением печей имели совмещенный грузопоток чугуна, шлака и пыли, т. е. все железнодорожные пути для уборки продуктов плавки располагались с одной стороны от печей, что предопределяло низкую пропускную способность путей. Такую планировку имеет доменный цех Липецкого металлургического завода «Свободный сокол».

Позднее в связи с увеличением объема строившихся печей и их производительности, а также с целью повышения пропускной способности уборочных путей железнодорожные пути для уборки чугуна стали располагать по одну сторону от печей и литейных дворов, а пути для уборки шлака — по другую. Одна из разновидностей планировки подобного цеха с блочным расположением печей показана на рис. 2.1, а. Две соседние печи 1 одного блока имеют общий литейный двор 15, обслуживаемый одним мостовым краном. Воздухонагреватели 2 двух соседних печей смежных блоков также расположены общей группой на одной площадке, что позволяет иметь для них общую дымовую трубу 3 и общий дымовой боров. Над бункерной эстакадой с рудными 6 и коксовыми 7 бункерами и рудным двором перемещается кран-перегружатель 4.

Со стороны бункерной эстакады и скипового подъемника 5 от печей проложены пути 11 для уборки шлака и путь 12 для уборки коксовой мелочи. С противоположной от печей стороны находятся пути 16 для уборки чугуна и колошниковой пыли, причем от ходовых путей 16 отходят тупиковые постановочные пути для уборки чугуна 9, уборки пыли — 10 и хозяйственный путь 13. Пылеуловители 8 расположены над тупиковыми путями для уборки пыли; путь 14— проездной.

Заезды с чугуновозных путей на шлаковозные и наоборот возможны только с торцов цеха. Основное достоинство планировки с блочным расположением печей – компактность цеха.

Недостатками подобной планировки являются:

1. невысокая пропускная способность путей уборки чугуна и шлака, связанная с необходимостью сложного маневрирования составами, поскольку невозможен переезд с чугуновозных путей на шлаковые, и с тем, что при тупиковых путях имеется встречное движение составов.

2. общий литейный двор затрудняет выполнение горновых работ, по условиям техники безопасности при выпуске чугуна с одной печи нельзя работать на второй смежной половине литейного двора.

3. затруднен ремонт печей, особенно в период выпусков чугуна на работающей печи.

Однако блочная планировка доменного цеха обеспечивала наименьшее расстояние между печами (50-60 м), меньшую протяженность всех коммуникаций, что имело большое значение для строившихся новых заводов в 30 е -40 е годы прошлого века в СССР.

Со второй половины сооружают цехи только с островным расположением печей.

Цехи с островным расположением печей, оборудованных скиповыми колошниковыми подъемами

Цехи подобного, типа составляют большую часть доменных цехов отечественных металлургических заводов. План одной из разновидностей подобных доменных цехов показан на рис. 2.1, б.

Для подобных цехов характерно (см. рис. 2.1, б) расположение доменных печей 1 в линию и наличие раздельных потоков уборки чугуна и шлака, причем поток уборки чугуна расположен с одной стороны от линии печей, а поток уборки шлака — с другой. Ряд железнодорожных путей, проложенных со стороны бункерной эстакады и скиповых подъемников 11, служит для уборки шлака (пути 9) и коксовой мелочи (путь 17); ряд продольных путей с противоположной от печей стороны — для уборки чугуна (пути 10) и колошниковой пыли (путь 6). Характерной особенностью островной планировки является то, что комплекс каждой доменной печи, в который входят печь, литейный двор, блок воздухонагревателей и постановочные пути для чугуна и шлака, расположен под небольшим углом (12—13°) к продольной оси цеха. Благодаря такому расположению появляется возможность иметь для каждой печи индивидуальные постановочные пути вдоль литейных дворов для чугуновозов и шлаковозов (пути 8 и 16) и переезды с одной стороны на другую и обратно между соседними печами. Это обеспечивает значительно более высокую пропускную способность уборочных железнодорожных путей, существенное улучшение маневренности железнодорожных составов, позволяет устанавливать под выпуск большее число ковшей.

Для уборки чугуна (транспортировки чугуновозных ковшей в сталеплавильный цех или на разливочную машину) обычно прокладывают два уборочных (ходовых) пути 10, с которых имеются съезды на два постановочных пути 8, располагаемых вдоль литейного двора 4 каждой печи; для уборки шлака ковшами к грануляционным установкам или на шлаковый отвал предусматривают два уборочных ходовых пути 9 со съездами на два у каждого литейного двора постановочных пути 16 для шлаковых ковшей. С ходовых путей 5 к каждому литейному двору отходит также тупиковый хозяйственный путь 14; путь 7 является проездным.

Рис. 2.1 Планировка доменных цехов с блочным расположением печей (а) и островным (б)

Цехи подобного типа имеют расположенную вдоль фронта печей общую бункерную эстакаду (с рудными 12 и коксовыми 13 бункерами), к которой во многих строившихся ранее цехах примыкает рудный двор, обслуживаемый кранами-перегружателями 15. Общей особенностью является расположение газоотводящих трубопроводов с противоположной от колошникового скипового подъемника стороны. Соответственно газоочистные аппараты располагают с противоположной от бункерной эстакады и колошникового подъема стороны доменных печей и под сухим пылеуловителем 5 грубой очистки газа прокладывают железнодорожный путь 6 для уборки пыли.

Блок воздухонагревателей (расположенные на одном фундаменте в линию воздухонагреватели 2 и дымовая труба 3) обычно располагают у печи вдоль постановочных путей для уборки чугуна и шлака с противоположной от литейного двора стороны. При двойном литейном дворе воздухонагреватели располагают вдоль уборочных путей за одним из литейных дворов или рядом с ним.

Склад холодного чугуна располагают на свободной площадке вблизи разливочных машин. Депо ремонта чугуновозных ковшей сооружают в одном из торцов доменного цеха. При островной планировке по сравнению с блочной расстояние между печами и соответственно площадь, занимаемая цехом, возрастают. Расстояние между печами при их объеме от 1000 до 1300 м 3 составляет не менее 100 м; для печей объемом более 1300 м 3 — не менее 110 м; при объеме печей 2000—3200 м 3 — от 123 до 165 м.

Цехи с островным расположением печей и конвейерным колошниковым, подъемом — это современные цехи с высокопроизводительными печами большого объема. Их характерная особенность — малое число доменных печей в связи с большой производительностью каждой из них. При годовой производительности печей объемом 3200 и 5000 м 3 соответственно около 3 и 4,6 млн. т чугуна обычный для современного металлургического завода объем выплавки чугуна достигается при установке в цехе двух-трех доменных печей.

Планировка этих цехов существенно отличается от относительно схожей планировки рассмотренных выше и строившихся ранее двух разновидностей доменных цехов со скиповым подъемом шихты на колошник и не является пока окончательно сложившейся. В связи с применением конвейерного колошникового подъема, имеющего большую длину, бункерная эстакада расположена вдали от печей. Рекомендуемая для новых цехов бесковшовая уборка шлака позволяет упростить систему грузопотоков и иметь менее развитую сеть железнодорожных, путей. Благодаря отсутствию у печей бункерной эстакады, меньшему числу печей в цехе и меньшему числу рельсовых путей появляется возможность применять различные варианты расположения объектов цеха.

Один из проектных вариантов планировки подобного цеха с ковшовой уборкой шлака показан на рис. 2.2: Две доменные печи 3а и 3б оборудованы круглым литейным двором 4. Имеется общая для двух печей бункерная эстакада 1, расположенная под углом по отношению к конвейерам колошниковых подъемов 2а и 2б. Материалы из бункерной эстакады выдаются на ленты колошниковых подъемов с помощью конвейеров 1а и 1б. Для уборки чугуна под литейным двором с одной его стороны расположены тупиковые пути 6а и с противоположной — 6б; уборку шлака также осуществляют с двух сторон литейного двора по тупиковым путям 7а и 7б. Тупиковые постановочные пути связаны с двумя рядами ходовых путей 8. Блок 5 воздухонагревателей расположен между рядами постановочных путей.

Рис. 2.2 План доменного цеха с конвейерным колошниковым подъемом и ковшевой уборкой шлака

Еще одна разновидность планировки доменного цеха с островным расположением печей, конвейерным колошниковым подъемом и бесковшовой уборкой шлака показана на рис. 2.3 Две доменные печи оборудованы круглыми литейными дворами 13. С двух противоположных сторон каждого литейного двора проложено по два сквозных пути 2 и 14 для уборки чугуна, имеющих выезды на ходовые пути 11 и 23. Имеются также железнодорожные пути 16 для уборки колошниковой пыли, проложенные под сухими пылеуловителями 18. Вблизи от пылеуловителей размещены газоочистные устройства 17. Под литейным двором проложен тупиковый хозяйственный путь 21 и имеется эстакада 15 для автовъезда на площадку литейного двора. Эти транспортные пути служат для подвоза вспомогательных материалов и оборудования.

Блок воздухонагревателей 5 с дымовой трубой 8 размещен вдоль чугуновозных уборочных путей с наружной их стороны. Рядом расположена станция 6 подачи воздуха в камеры горения воздухонагревателей и здание 4 управления печью. Между чугуновозными путями 2 и 14 размещены здания фильтров 9. Для каждого литейного двора предусмотрены вытяжная станция и газоочистка, расположенные в зданиях 7. Имеется общая для двух печей газотурбинная расширительная станция (ГТРС) 12.

Доменная печь оборудована двумя установками 3 припечной грануляции, расположенными с двух противоположных сторон от печи снаружи чугуновозных путей. Сжатый воздух для грануляционных установок 3 подают от воздуходувных станций 22. Гранулированный шлак от припечных установок транспортируют на склад 27 по конвейерным галереям.

Каждая печь имеет отдельную бункерную эстакаду 28, из; которой материалы выдаются на конвейерный колошниковый подъем 25. Шихтовые материалы (агломерат, кокс, добавки) на обе эстакады доставляют по общему конвейерному тракту 30 через перегрузочную станцию 29. Для каждой бункерной эстакады предусмотрено здание 24 управления шихтоподачей со станцией приточной вентиляции и блок 31 вытяжной вентиляции системы шихтоподачи с газоочисткой.

По путям 11 и 11а жидкий чугун транспортируют в конвертерный цех; с путей 23 — к разливочным машинам 2б. За ходовыми путями 11 расположены сооружения 10 оборотного водоснабжения доменных печей; между путями 11 и 23 размещены административно-бытовые здания 19 и депо 20 ремонта чугуновозных ковшей.

Следует отметить, что косоугольная планировка (расположение постановочных путей для чугуновозов и конвейеров шихтоподачи на колошник под углом 45° к ходовым путям) обеспечивает малую ширину зоны доменного цеха. Кроме того, компактности планировки и минимальной протяженности конвейерных галерей доставки основных технологических грузов, способствует принятая схема шихтоподачи по общему конвейерному тракту 30.

Планировку подобного типа можно считать приемлемой для вновь сооружаемых цехов. При этом в зависимости от условий генплана завода может изменяться взаимное расположение печей и бункерных эстакад, ходовых путей и других объектов цеха. Можно отметить общую особенность цехов с печами большого объема и бесковшовой уборкой шлака — наличие четырех уборочных путей для чугуна, располагаемых по два с обеих сторон литейного двора, причем все эти пути могут быть тупиковыми.

Расположение цеха на заводской площадке . При работе доменного цеха в атмосферу выделяется заметное количество пыли и вредных газов. Чтобы уменьшить загрязнение воздуха над другими цехами, доменный цех располагают на заводе с подветренной стороны. При размещении цеха необходимо обеспечить наиболее удобное сочетание внутрицеховых грузопотоков с общезаводскими транспортными потоками. Обычно цех располагают так, чтобы основное направление внутрицеховых железнодорожных путей соответствовало основному направлению общезаводских путей.

Система шихтоподачи

Основными составляющими шихты современных доменных печей являются агломерат, окатыши и кокс; загружают также некоторое количество добавок (главным образом, это железная и марганцевая руда и флюсы). Для обеспечения работы доменной печи требуется бесперебойная подача этих материалов к загрузочному устройству на высоту 60—80 м порциями с определенным темпом и в определенной последовательности. Количество загружаемых в современную высокопроизводительную печь рудных материалов достигает 20 тыс. т и кокса 5500 т в сутки.

Рис. 2.3. План доменного цеха с конвейерным колошниковым подъемом и бесковшевой уборкой шлака

Все это предъявляет жесткие требования к системе шихтоподачи, которая должна обеспечить прием, транспортировку, хранение, набор, взвешивание и подачу материалов на колошник к загрузочному устройству. В системе шихтоподачи можно выделить три участка или звена: подача материалов с фабрик окускования, коксохимического завода (цеха) и с внешней железнодорожной сети на бункерную эстакаду; подача материалов из бункеров эстакады к колошниковому подъему; колошниковый подъем.

Подача материалов на бункерную эстакаду

Сооружавшиеся в прежние годы доменные печи имеют в своем составе рудный двор (рис. 3.1). Он предназначался для приемки сырых материалов, хранения необходимого их запаса, усреднения и последующей подачи материалов на бункерную эстакаду, откуда они затем загружались в печь. Такую схему доставки и загрузки материалов использовали тогда, когда основу шихты доменных печей составляла железная руда. Сейчас доменные печи работают преимущественно на окускованном сырье, и с рудного двора в печи поступает незначительное количество материалов, а рудные дворы используют как склады для фабрик окускования или для создания запаса материалов в расчете на непредвиденные обстоятельства в работе шихтоподачи.

Рудный двор представляет собой расположенную вдоль линии доменных печей площадку, ограниченную с одной стороны бункерной эстакадой 6, а с другой — приемной траншеей 7. Материалы хранятся в штабелях 1, их вместимость и площадь двора рассчитывают на обеспечение работы цеха в течение 1,5—2’мес. Бетонированная приемная траншея 7 служит для разгрузки поступающих материалов; вдоль нее проложен железнодорожный путь для прибывающих вагонов и по ширококолейному рельсовому пути перемещается башенный вагоноопрокидыватель 2.

Вся площадь рудного двора обслуживается грейферным краном-перегружателем 3, который передвигается вдоль двора над: штабелями. Поступающие на разгрузочный путь открытые вагоны с материалами принимает башенный вагоноопрокидыватель 2 и переворачивает их вверх колесами, высыпая материалы в приемную траншею 7. Из траншеи материалы перегружают в штабель грейфером крана-перегружателя. Для подачи материалов к печам порцию нужного материала захватывают грейфером из штабеля и подают в перегрузочный вагон 5, который перемещается по рельсам бункерной эстакады 6 и разгружает материал в бункер.

Рис. 3.1 Схема рудного двора

Бункерная эстакада

Бункерная эстакада предназначена для хранения у печи требуемого оперативного запаса материалов, их приемки, а также механизации набора и передачи материалов к колошниковому подъему. В строившихся до недавнего времени доменных цехах с печами, оборудованными скиповыми подъемниками, сооружали общую бункерную эстакаду, которая представляет собой вытянутое вдоль цеха и фронта печей, возвышающееся на 9—12 м над уровнем заводского пола железобетонное сооружение, состоящее из ряда отдельных бункеров и обслуживающего их оборудования. Располагают эстакаду вблизи печей со стороны скиповых подъемников. Поперечный разрез показан на рис. 3.2. Бункера в такой эстакаде расположены в два ряда (18—32 бункера на одну печь). Над бункерами проложены два железнодорожных пути 8 для доставки агломерата и добавок в бункера 5. Ленточный конвейер 4 служит для доставки кокса в бункера 3. Под бункерами проложен рельсовый путь 7 для вагон-весов 2, доставляющих материалы от бункеров 5 к скиповой яме 11. Бункера оборудованы барабанными затворами 6 для выдачи материалов в вагон-весы.

Под бункерами эстакады против печей находятся скиповые ямы 11, куда опускается скип 10 для приема материалов, выдаваемых из вагон-весов через направляющий лоток 9, или кокса, выдаваемого из бункеров 3 через весовую воронку 1. Коксовые бункера располагают над скиповой ямой, чтобы уменьшить число перегрузок кокса, при которых он измельчается в связи с малой прочностью.

Другой разновидностью подобных эстакад являются такие, в которых материалы от бункеров 5 доставляют к скипу с помощью продольного конвейера. Бункера в таких эстакадах размещают как в два, так и в один ряд и оборудуют электровибрационными питателями и грохотами для выдачи материалов на конвейер. Доставку материалов в бункера такой эстакады осуществляют как конвейерами, так и железнодорожным транспортом.

Бункера эстакад делают металлическими или железобетонными с покрытием их внутренней поверхности стальными плитами, рельсами. Сверху бункера перекрыты защитными решетками с размером ячеек до 250×250 мм. Для предотвращения смерзания материалов подбункерные помещения отапливаются. Коксовых бункеров обычно два, и иногда четыре; их общую емкость принимают из расчета 0,7 м 3 на 1 м 3 полезного объема печи (запас примерно на 6 ч работы). Объем бункеров для рудных материалов при их подаче железнодорожным транспортом принимают из расчета 2,5 м 3 на 1 м 3 полезного объема печи (запас на 20—24 ч работы). При конвейерной подаче с близко расположенных фабрик окускования норма запаса уменьшается.

Отдельные бункерные эстакады . Для доменных цехов и печей с конвейерным колошниковым подъемом вместо общей, расположенной вдоль цеха вблизи печей бункерной эстакады обычно сооружают отдельные на одну-две печи бункерные эстакады, которые в связи с большой длиной конвейера подачи шихты на колошник располагают на значительном (250—450 м) расстоянии от печи.

Рис. 3.2 Бункерная эстакада с вагон-весами (а — поперечный разрез по бункерам; б — по скиповой яме) и с конвейерной выдачей материалов (в).

Подача материалов на эстакаду и ее устройство . Материалы на бункерные эстакады подают конвейерным или рельсовым транспортом (передаточные вагоны; специализированные железнодорожные вагоны-окатышевозы, коксовозы; полувагоны с откидывающимися люками в днище). Способ подачи и разгрузки материалов оказывает существенное влияние на устройство эстакады, величину капитальных затрат на ее сооружение и сложность ее обслуживания.

При подаче материалов железнодорожным транспортом и разгрузке вагонов непосредственно на бункерной эстакаде ее высоту делают в пределах 9—12 м. Бункера такой эстакады вследствие ограниченной высоты имеют сравнительно небольшой объем, что предопределяет необходимость сооружения большого числа бункеров, под каждым из которых обычно установлены грохоты для выдачи материалов и отсева мелочи (под бункерами для добавок— питатели), взвешивающие устройства и далее питатели. Получается сложная система выдачи мате­риалов с большим числом механизмов, узлов перегрузки и точек пыления (только в тракте набора, взвешивания и транспортировки агломерата в таких системах устанавливают 20—40 грохотов).

При конвейерной подаче материалов в бункера эстакады; отпадает ограничение в ее высоте и становится возможным создание бункеров большой емкости и уменьшение их числа, благодаря чему существенно упрощается система выдачи материалов из бункеров и уменьшается число точек пыления (в местах перегрузок). Подобные эстакады с конвейерной доставкой и загрузкой материалов в бункера рекомендуются: для вновь сооружаемых цехов (рис. 3.2 в).

При отдаленных источниках снабжения и доставке материалов в цех железнодорожным транспортом в соответствии с разработками Гипромеза рекомендуется сооружение рядом с эстакадой специального разгрузочного отделения. Материалы из вагонов, располагаемых на нулевой отметке, выгружают в приемные бункера разгрузочного отделения и из них наклонным конвейером доставляют на. бункерную эстакаду. По расчетам Гипромеза, создание разгрузочного отделения в сочетании с бункерной эстакадой большой высоты экономичнее сооружения обычных бункерных эстакад высотой до 12 м с разгрузкой вагонов непосредственно на эстакаде.

Подача шихты на колошник

Разработаны и в настоящее: время применяются: два способа подачи шихтовых материалов на колошник доменной печи к. ее загрузочному устройству — скиповой и конвейерный. Высота подъема материалов для крупных печей достигает 70—80 м.

Скиповой подъемник . Основными элементами скипового подъемника (рис. 3.3) являются наклонный мост 5, два перемещающихся по мосту скипа 3, скиповая лебедка 1 и система канатов 4 и блоков; для подвески и перемещения скипов. Наклонный мост представляет собой сварную пространственную металлоконструкцию, внутри которой проложены два рельсовых пути 7, по ; которым движутся скипы. Угол. наклона моста к горизонту составляет 47—54°, а на участке у скиповой ямы 6 достигает 60°. Наклонный мост имеет две опоры — фундамент у скиповой ямы и колонну 2 (пилон), опирающуюся на фундамент доменной печи.

Скип (рис. 3.4) состоит из кузова 3, передних 1 и задних 5 скатов (колес) и упряжного устройства. Кузов сварной из стальных листов, имеет открытый передний торец и закругленное дно. Упряжное устройство двумя продольными тягами 2, связанными поперечной траверсой 6, крепится к цапфам 4 кузова, к траверсе прикреплены балансиры 7, а к ним тяги 9, к которым через блоки 10 крепят два каната, идущие к скиповой лебедке. Балансиры 7 и тяга 8 служат для выравнивания натяжения канатов. Приближенно вместимость скипа V_ск = 0,0065V, где V — объем печи. Выпускают скипы вместимостью 4,5; 8; 10; 13,5 и 20 м 3 .

Рис. 3.3. Схема скипового подъемника

Перемещение скипов обеспечивает скиповая лебедка 1, размещаемая в машинном зале под наклонным мостом. Грузоподъемность скиповых лебедок возрастает при росте объема печи и скипа и для печей объемом 1033—3200 м 3 составляет 15—39 т. Скипы соединяют канатами с барабаном скиповой лебедки таким образом, что обеспечивается уравновешивание скипов; при движении груженого материалами скипа вверх порожний скип опускается вниз, в скиповую яму.

Загрузка материалов в скип 3б происходит в скиповой яме 6, разгрузка — на колошнике в приемную воронку засыпного аппарата путем опрокидывания (наклона) скипа. 3а. Опрокидывание скипа происходит вследствие того, что передние скаты скипа движутся по, рельсам, загибающимся книзу, а задние переходят на более широкую колею, загибающуюся кверху. Время подъема (опускания) скипа обычно составляет 35—45 с, скорость движения по мосту достигает 3—4 м/с.

Конвейерный подъемник . Материалы на колошник печи от бункерной эстакады подают с помощью одного наклонного ленточного конвейера, размещаемого в закрытой наклонной галерее. Угол наклона конвейера к горизонтали делают небольшим чтобы исключить скольжение и скатывание насыпного груза по ленте под действием силы тяжести. При транспортировке агломерата этот угол не должен превышать 12°; обычно угол наклона конвейера к горизонту делают в пределах 10—11°. Малый угол наклона обусловливает большую длину конвейера, которая составляет 250—500 м. В конвейерах колошниковых подъемников применяют резинотросовые ленты из теплостойкой резины, ширина ленты составляет 1,2—2,0 м. Скорость движения, ленты обычно составляет 2,0 м/с.

Конвейер работает непрерывно, а транспортируемые материалы располагаются на нем отдельными порциями с определенными интервалами, величина которых зависит от режима работы загрузочного устройства печи и требуемой интенсивности загрузки, определяемыми заданной программой. Обычно управление режимом подачи материалов автоматизировано. Важным технологическим преимуществом системы является возможность подачи в одной порции агломерата, окатышей и добавок путем послойной их укладки на ленте при ее движении под подающими бункерами. Материалы можно подавать в таких соотношениях и последовательности, какие требуются для гибкого управления работой доменной печи.

Большая длина конвейера требует изменения планировки доменного цеха — бункерную эстакаду необходимо располагать на удалении от печи, а не рядом, как в случае применения: скипового подъемника. Конвейерная система подачи материалов на колошник вызывает также необходимость применения’ засыпных аппаратов новой конструкции, отличающихся от широко применяющихся двухконусных аппаратов с вращающимся распределителем. Эти аппараты должны иметь не менее двух специальных воронок-бункеров для приема подаваемых конвейером материалов.

На рис. 3.5 показан общий вид одного из конвейерных колошниковых подъемов. Наклонная галерея, в которой размещен конвейер, смонтирована на нескольких опорах. Материалы с конвейерной ленты поступают в приемную воронку 6 загрузочного устройства печи. Натяжное устройство ленты в этом подъемнике выполнено в виде груза.

На рис. 3.6 показана схема конвейерного подъемника печи объемом 5000 м 3 Криворожского металлургического комбината. Конвейер включает ленту 4; приводную станцию 7; хвостовой барабан 8 на натяжной тележке 9; натяжную станцию 14; головной барабан 1, разгружающий материалы в приемную воронку 2 загрузочного аппарата; отклоняющие барабаны 3 и систему роликов, поддерживающих ленту (на схеме не показана). Резинотросовая лента шириной 2 м размещена в наклонной галерее круглого сечения диаметром 6 м; угол наклона ленты составляет 10 0 30′, скорость ее движения 2,0 м/с. Разрывное усилие ленты составляет 8 МН, что соответствует запасу прочности, равному 10. Рабочая (груженая) ветвь ленты опирается на трехроликовые желобчатые опоры, расположенные с шагом 1,2 м; холостая ветвь — на двухроликовые опоры с шагом 3 м.

Рис. 3.5. Конвейерный колошниковый подъемник с грузовым натяжным устройством:1 — бункерная эстакада; 2-галерея ленточного конвейера;3— контргруз для натяжения ленты; 4— натяжной вал; 5 —опоры; 6 — загрузочное устройство; 7 — доменная печь

Материалы загружают на ленту в бункерной эстакаде отдельными порциями объемом до 37,5 м 3 с минимальными интервалами между ними 17 с (~35 м длины ленты), что обусловлено длительностью срабатывания механизмов, направляющих материалы в один или другой бункер загрузочного устройства лечи.

Приводная станция содержит два барабана 5 и 6, огибаемые лентой по S-образной схеме. Каждый барабан вращают двумя приводами (барабан 5 от двигателей мощностью по 800, барабан 6—по 500 кВт). Натяжная станция обеспечивает за счет груза 16 постоянное натяжение ленты, предотвращая ее провисание между опорными роликами. Груз через канат 15 и систему блоков 10, 11 и 12 воздействует на натяжную тележку 9, вызывая ее перемещение в случае удлинения или укорачивания ленты; возможный ход тележки равен 8 м. Наличие лебедки 13 позволяет сократить ход груза 16. В случае достижения грузом предельных верхнего или нижнего положений включают лебедку, наматывая на ее барабан канат 15 или сматывая его, и возвращают груз в нормальное установочное положение.

Рис. 3.6 Схема конвейерного колошникового подъемника печи объемом 5000 м 3

Общая характеристика колошниковых подъемов . Все строившиеся до недавнего времени доменные печи оборудованы скиповыми подъемниками шихты на колошник. Конвейерную систему подачи начали применять в последние годы на новых доменных печах большого объема. Основной причиной, обусловившей применение конвейерной подачи, явилось то, что скиповые подъемники не обеспечивают требуемый темп загрузки печей большой производительности. Преимущества конвейерной системы подъема по сравнению со скиповой состоят в значительно большей производительности, достигающей 30000 т материалов в сутки и более; снижении на 15—20 % удельных капитальных затрат на сооружение колошникового подъема и эксплуатационных расходов; создании единой системы подачи шихты на колошник непрерывным транспортом с полной ее автоматизацией; облегчении строительства доменной печи, так как печь и конвейерный подъемник являются независимыми сооружениями; отсутствии необходимости в сооружении скиповой ямы (все оборудование находится на поверхности, что облегчает обслуживание); освобождении территории около печи для размещения других агрегатов (например, установок припечной грануляции); большем в несколько раз сроке службы ленты конвейера, чем скиповых канатов; возможности подачи в одной порции нескольких материалов путем их послойной укладки на ленте.

С учетом изложенного для вновь сооружаемых доменных печей большого объема рекомендуется применение конвейерного колошникового подъема.

Подача материалов к колошниковому подъему

Применяют три разновидности систем подачи материалов к скиповому подъемнику — с использованием вагон — весов, ленточных конвейеров и через центральные бункера эстакады.

Система подачи с использованием вагон — весов схематично показана на рис. 3.7. По ближайшему к печи пути 1 к коксовым бункерам 12 с помощью перегрузочных вагонов 7 подают кокс (часто вместо них применяют конвейер), по средним путям 2 и 3 в бункера 5 подают прочие материалы от внешних источников снабжения с помощью железнодорожных вагонов 6, имеющих открывающиеся люки и днище и с рудного двора при помощи перегрузочных вагонов 8. Перегрузочные вагоны 7 и 8 (трасферкары) представляют собой самоходный, управляемый машинистом вагон с бункером, имеющим снизу две створки, открываемые с помощью электро- или пневмопривода. Рудный вагон имеет бункер емкостью 30 м 3 , коксовый — 60 м 3 и одну открываемую створку. Путь 4, расположенный на консоли эстакады над рудным двором, служит для разгрузки вагонов 17 на рудный двор.

Рис. 3.7 Схема подачи материалов к скиповому подъемнику с помощью вагон — весов

Под бункерами 5, оборудованными барабанными затворами 18 для выдачи материалов, проложен вдоль эстакады рельсовый путь для движения вагон — весов 9. Вагон — весы предназначены для набора, взвешивания, транспортировки материалов (кроме кокса) от бункеров к скиповой яме и разгрузки их в скипы. Вагон — весы — это самоходный электровагон грузоподъемностью 30 или 40 т. с двумя бункерами (карманами), имеющими днища в виде открываемых пневмоприводом створок. Вагон оборудован весами, позволяющими контролировать количество набираемых в карманы материалов. Вагон останавливают под определенным бункером 5, после чего имеющийся на вагоне специальный выдвижной механизм приводит во вращение барабанный затвор 18 бункера, обеспечивая тем самым выдачу материалов в карман вагон — весов. Далее вагон движется к скиповой яме, останавливается и выгружает материалы из карманов в скип 11 через направляющий лоток 10.

Кокс из расположенных над скиповой ямой бункеров 12 выдают путем включения грохота-питателя 13. При движении по нему кокса происходит отсев мелочи; крупные куски с грохота поступают в воронку — весы 14, откуда дозированная порция попадает в скип. Коксовая мелочь попадает в бункер 15 с затвором, а из него в скип 16 подъемника коксовой мелочи, выдающий мелочь в сборный бункер (на схеме не показан), откуда ее вагонами отправляют на аглофабрику.

Система набора и подачи материалов с помощью вагон — весов обладает рядом существенных недостатков: ограниченная производительность в связи с наличием холостых пробегов, ожиданий скипа, длительным набором материалов; невозможен отсев мелочи агломерата и других материалов; трудность автоматизации работы вагон — весов; значительное пылевыделение при (выдаче материалов из бункеров (особенно при выдаче агломерата и кокса сухого тушения); напряженные условия работы машиниста. Поэтому для вновь сооружаемых больших печей вагон — весы не применяют. В существующих цехах они используются на печах объемом 1719 м 3 и менее. При реконструкциях осуществляется замена их конвейерной системой подачи. Однако, и в этом случае организовать отсев мелких фракций рудных материалов не удается: габаритные размеры подбункерного помещения не позволяют установить грохоты и оборудование для уборки мелочи.

Системы с конвейерной подачей к скиповому подъемнику . Схема одной из подобных систем, разработанной для доменной печи объемом 2002 м 3 , показана на рис. 3.8. В бункерных эстакадах подобных систем бункера могут располагаться в одном или два ряда; материалы в них подают конвейерами или совместно конвейерами и вагонами. В рассматриваемой системе 20 бункеров эстакады расположены в один ряд по 10 бункеров с каждой стороны скиповой ямы, т. е. созданы две самостоятельные линии, подачи материалов. Агломерат из бункеров А с помощью элактровибрационных грохотов-питателей 3, отсеивающих мелочь, подается на пластинчатый конвейер 4, которым его транспортируют к скиповой яме, и посредством перекидного лотка 5 загружают в одну из двух весовых воронок 16. Для корректировки массы агломерата над скиповой ямой расположены два бункера довеса 6, из которых материал добавляют в весовые воронки малыми порциями. Отвешенную порцию материалов высыпают в скипы 14, открывая: затвор весовой воронки 16.

Рис. 3.8 Схема системы конвейерной подачи шихты к скиповому подъемнику

Отсеянная грохотом мелочь агломерата попадает на конвейер 2 и по нему в бункер мелочи, из которого скиповым подъемником 1 выдается в вагоны для отправки на аглофабрику для повторного спекания. Добавки (железная, марганцевая руда и известняк) через электровибрационные питатели 8 поступают в весовые воронки 10 и далее по конвейеру, через перекидной лоток 12 в промежуточный бункер 15, из которого их загружают в скип с агломератом.

Подачу в скипы кокса производят так же, как и в системе с вагон — весами. Из расположенного над скиповой ямой бункера 7 кокс с помощью электровибрационного грохота-питателя 11, отсеивающего мелочь, поступает в весовую воронку 13 и далее в скип. Мелочь кокса через бункер 18 скиповым подъемником 17 выдают в вагоны для отправки на аглофабрику. Работа системы автоматизирована. Недостатками подобных систем считают большое число бункеров и обслуживающих их механизмов и большое число точек пыления.

Система подачи материалов к скиповому подъемнику через центральные бункера (рис. 3.9) разработана в последние годы и применяется на печах объемом 3200 м 3 . Эта система является более совершенной, чем две предыдущие, так как обеспечивает загрузку большей части шихты (агломерата и кокса) в скипы непосредственно из расположенных над ними бункеров, позволяя исключить конвейеры подачи агломерата. Эти располагаемые в центре эстакады бункера должны иметь большой объем, чтобы вместить требуемый запас материалов.

Скиповый подъемник при этом делают с раздвоенным наклонным мостом, план такого подъемника показан на рис. 3.9. По каждой из двух сходящихся у доменной печи 17 ветвей 18а и 18б моста передвигается один скип (соответственно 9а и 9б). Под ветвями раздвоенного моста сооружают две скиповые ямы на удалении друг от друга, что позволяет размещать над ними бункера большого объема. Предпочтительным является также применение конвейерной доставки материалов на бункерную эстакаду, поскольку конвейерная система в отличие от рельсовой не ограничивает высоту эстакады, позволяя сооружать бункера большой высоты и объема, без чрезмерного заглубления скиповых ям.

Рис. 3.9 Схема системы подачи материалов к скиповому подъемнику через центральные бункера

Как следует из рис. 3.8, над каждой скиповой ямой установлено по два бункера для кокса и агломерата. У торцов центральных бункеров (справа и слева) расположены по два бункера для добавок и один резервный для агломерата, из которых материалы в скипы подают конвейерами.

Материалы на бункерную эстакаду подают конвейерами 13 и распределяют по бункерам реверсивными передвижными конвейерами 14.

Система загрузки скипов состоит из двух одинаковых независимых линий, каждая из которых подает материалы к одному из скипов. Кокс из бункеров К вибрационными грохотами 12, отсеивающими мелочь, подают в весовые воронки 8 и далее по наклонному желобу (течке) 10 в скип 9 а. Аналогичным образом подают в скип агломерат из бункеров А (вибрационными грохотами 12, отсеивающими мелкие фракции, и далее через весовую воронку 5 и течку 7). Отсеянная грохотами 12 мелочь кокса и агломерата попадает в течки-бункера 15 и далее с помощью специальных скипов 16 или конвейеров (на рис. не показаны) выдается в вагоны для отправки на аглофабрику.

Добавки из бункеров Д электровибрационными питателями 1 подают в весовые воронки 2 добавок и затем на конвейер 3, транспортирующий их в весовую воронку 5 агломерата. Агломерат из резервных бункеров А после грохотов 4 подают конвейером 3 в весовую воронку 5. Весовые воронки для кокса и агломерата снабжены весопроверочными устройствами 6 и 11. Работа системы автоматизирована.

Подача материалов к конвейерному колошниковому подъему

Обязательной составной частью рассмотренных ранее систем подачи является скиповой подъемник, который не обеспечивает темпа загрузки, требуемого для сооружающихся в последние годы крупных высокопроизводительных печей. Поэтому для них разработаны системы, где материалы от бункеров до колошника подаются полностью конвейерами.

Можно выделить две разновидности систем с конвейерной подачей материалов от бункеров до колошника. Одна из них предусматривает использование конвейерного колошникового подъема и конвейерную подачу материалов к нему от бункеров. Схема подобной системы, впервые примененной на доменной печи объемом 5000 м 3 (печь № 9 Криворожского металлургического комбината, Украина), представлена на рис. 3.10. По обе стороны от наклонного конвейера 8, подающего материалы на колошник, находятся две группы расположенных в два ряда бункеров для агломерата, окатышей, кокса и добавок. Агломерат и окатыши выдают соответственно из бункеров А и О в весовые воронки 2 с помощью самобалансных грохотов 1, отсеивающих мелочь. Из воронок отвешенные порции материалов подаются питателями 3 на сборный конвейер 5, который доставляет их к перегрузочному узлу 19, где их перегружают на наклонный конвейер 5. Кокс из бункеров Д с помощью вибрационных грохотов 9, отсеивающих мелочь, подается в весовые воронки 10 и далее питателями 11 на конвейер 5 с последующей перегрузкой на конвейер 5. Добавки подаются на сборочный конвейер 5 через весовые воронки 7 питателями 6.

Отсеянная грохотами 1 мелочь агломерата и окатышей поступает на конвейер 4 и далее сборочными конвейерами 18 выдается в бункер мелочи 16. Отсеянная мелочь кокса конвейерами 12 и 13 направляется в бункер мелочи 14. В случае необходимости мелочь агломерата и окатышей можно загружать в бункер 14 при помощи перекидных шиберов 17. Из бункеров 14 и 16 отсеянные материалы выдаются в железнодорожные вагоны питателями 15, снабженными увлажнителями. Конвейеры 5 и 8 работают непрерывно и материалы выдаются на них порциями с определенными интервалами в соответствии с заданной программой загрузки. Управление режимом набора, взвешивания и транспортировки шихты автоматизировано.

Более совершенной является вторая разновидность рассматриваемой системы загрузки, в которой исключены сборные конвейеры, передающие материалы от бункеров эстакады к наклонному конвейеру колошникового подъемника, т. е. в которой материалы от бункеров эстакады до колошника подаются одним конвейером. Схема подобной системы загрузки, разработанной для печи объемом 5500 м 3 , Череповецкого металлургического комбината показана на рис. 3.11. Горизонтально-наклонный конвейер 8 колошникового подъема проходит через размещенную вдоль него бункерную эстакаду; материалы из расположенных над конвейером бункеров эстакады выдаются на движущуюся ленту конвейер а, доставляющую их к колошниковому загрузочному устройству печи.

Бункерная эстакада состоит из пяти каналов выдачи на конвейерный подъемник агломерата, четырех каналов кокса, двух каналов окатышей, четырех каналов добавок и одного канала, предназначенного для окатышей или кокса. В каждом канале агломерата, окатышей и кокса материал из соответствующих бункеров А О и К выдают в весовую воронку 4 емкостью 80 м 3 с помощью трех самобалансных (ГСТ-62) грохотов 1, отсеивающих мелочь. Применение в одном канале трех грохотов 1 повышает производительность и улучшает эффективность грохочения. Из весовой воронки 4 материал с помощью самобалансного питателя 2 типа ПТ выдается на конвейер 8. Отсеянная грохотами 1 мелочь поступает на продольные ленточные конвейеры 6, с которых ее перегружают на поперечные конвейеры 7. Добавки из бункеров Д передаются электровибрационными питателями 9 в весовые воронки 5 и далее с помощью питателей 3 на ленту конвейерного подъемника 8. Материалы на конвейер 8 выдаются по заданной программе, работа системы шихтоподачи автоматизирована

Рис. 3.10 Схема системы шихтоподачи печи объемом 5000 м :3 Криворожского металлургического комбината

Рис. 3.11 Схема системы шихтоподачи печи объемом 5500 м 3 ЧерМК

Грохоты и питатели

Ниже дана характеристика широко используемых в доменных цехах грохотов и самобалансного питателя.

Грохоты. Для отсева мелочи агломерата в системах шихтоподачи существующих печей широко применяют электровибрационные грохоты 182-Гр. Для отсева мелочи кокса используют электровибрационные грохоты с резонирующими колосниками (типа ГВК), которые в последние годы заменяют самоцентрирующимися инерционными грохотами (ГИТ); на печах объемом 2700-3000 м 3 устанавливали не показавшие высокой эффективности рассева инерционные грохоты ВГО. На сооружаемых в последние годы печах объемом 3200- 5500 м 3 для рассева агломерата и кокса используют высокопроизводительные, с хорошей эффективностью рассева самобалансные вибрационные грохоты ГСТ-62.

Грохот с резонирующими колосниками типа ГВК устроен как и электровибрационный, отличаясь конструкцией колосниковой решетки, выполненной из расположенных вдоль короба колосников (стальных полос). В этой решетке чередуются стационарные (жестко прикрепленные к коробу) колосники и резонирующие при вибрации короба, которые прикреплены к коробу концом. Грохоты ГВК,-1 и ГВК-2 имеют соответственно площадь грохочения 2,5 и 4 м 2 и максимальную производительность 400 и 550 м 3 /ч.

Самоцентрирующийся инерционный грохот (рис. 3.12) включает подвешиваемый к бункеру 5 на тягах 4 с пружинами короб 8, в котором закреплены два сита 9 и 10, наклоненные к горизонту на угол 15—25°, и вибратор — эксцентриковый вал 7, на концах которого вне короба размещены диски 3 с противовесами (дебалансами); вал приводится во вращение электродвигателем 1 через клиноременную передачу 2. Вал с помощью подшипников закреплен в боковых стенках короба своей эксцентриковой частью, поэтому при вращении; вала с дебалансами его эксцентриковая часть вызывает перемещение короба по круговой траектории вокруг оси вала 7 с амплитудой 3—6 мм. Для обеспечения равномерной подачи кокса на грохот к бункеру 5 шарнирно подвешены пальцы 6.

Рис. 3.12 Самоцентрирующийся инерционный двухситовый грохот.

Инерционный грохот с простым дебалансным вибратором похож на самоцентрирующийся инерционный. Отличие его состоит в том, что вал вибратора прямой (не эксцентриковый). При вращении вала он вместе с коробом описывает круговую траекторию. Грохот ВГО-2 имеет производительность до 250 м 3 /ч.

Самобалансный грохот . На рис. 3.13 показан самобалансный грохот ГСТ-62А. Короб 4 грохота опирается через пружины 5- и опоры 1 на раму 3. В сварном коробе из двух боковых стенок, связанных двумя поперечными трубами-балками, закреплены два сита 9 с колосниковыми решетками. Колебания короба создают два дебалансных вибратора, представляющих собой вмонтированный в трубу-Салку вращающийся вал с дебалансами (противовесами) 8. Вращение валов с одинаковой скоростью, но в противоположных направлениях обеспечивают установленные на опорах 2 электродвигатели 6а и 66 через карданные валы 7. При вращении валов, имеющих дебалансы, возникают направленные инерционные силы, вызывающие колебания короба под углом 45° к горизонту с амплитудой 6 мм.

Размеры сита равны 2×5 м, максимальная производительность 400 м 3 /ч. У грохотов типа ГСТ-81 валы вибраторов соединены зубчатой передачей и вращаются от одного электродвигателя.

Рис. 3.13. Самобалансный грохот ГСТ-62А

Самобалансный питатель типа ПТ (рис. 3.14) устроен и работает так же, как самобалансный грохот. Колебания наклонно установленного на пружинах 3 короба (лотка) 1 вызывают два дебалансных вибратора 2, вращающихся в; противоположные стороны от отдельных электродвигателей. Размеры лотка равны 2,5х4,96 м, амплитуда колебаний под нагрузкой 5—6 мм, частота колебаний 980 мин -1 , производительность до 1000 м 3 /ч.

Рис. 3.14 Питатель самобалансный типа ПТ

Общие сведения о технологическом процессе производства чугуна в доменном цеху

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

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

Понятие доменной печи и плавки

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

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

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

Доменная 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.

Составляющие доменной печи

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

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

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи.

Рабочее пространство печи включает:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Дополнительные элементы доменной печи

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

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

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

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

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

Назначение доменной печи и принцип работы

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.

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

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

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

В целом, можно выделить такие процессы:

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

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

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

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.

Продукты доменного производства

Продуктами доменной плавки являются:

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

Чугун

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

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

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

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

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

Читайте также Доменная печь — устройство, принцип работы, схемы

Предельный чугун предназначается для переработки в сталь.

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

Поверхность излома чугуна имеет белый цвет.

В зависимости от состава и способа переработки различают:

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

Передельный чугун подразделяют на три вида:

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

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

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1-ЛК7.

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

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

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

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

Литейный чугун применяется для изготовления литых изделий:

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

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

Марганец придает чугуну твердость и хрупкость.

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

Фосфор делает чугун жидкоплавким, хорошо заполняющим тонкие сечения форм.

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

Сера придает чугуну густоплавкость и понижает его механические свойства.

Специальные чугуны (ферросплавы).

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

К ним относятся:

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

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

Шлак — побочный продукт, он является очень дешевым строительным материалом высокого качества и идет на изготовление цемента, бетона, кирпича, на грунтовку дорог.

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

Шлаки бывают основные и кислые.

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

Доменный (колошниковый газ)

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

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

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

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

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

Процесс получения чугуна осуществляется в доменных печах.

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

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

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

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

Общие сведения о технологическом процессе производства чугуна в доменном цеху

Сплавы железа с углеродом, содержащие более 2,14 % С, называются чугунами. В отличие от стали чугуны имеют более высокое содержание углерода, заканчивают кристаллизацию образованием эвтектики, обладают низкой способностью к пластической деформации и высокими литейными свойствами. Их технологические свойства обусловлены наличием эвтектики в структуре. Стоимость чугунов ниже стоимости стали.

Чугуны выплавляют в доменных печах, вагранках и электропечах.

Выплавляемые в доменных печах чугуны бывают передельными, специальными (ферросплавы) и литейными. Передельные и специальные чугуны используют для последующей выплавки стали и чугуна. В вагранках и электропечах переплавляют литейные чугуны. Около 20 % всего выплавляемого чугуна используют для изготовления литья. В литейном чугуне обычно содержится не более 4,0 % С. Кроме углерода обязательно присутствуют примеси S, P, Mn, Si причем в значительно большем количестве, чем в углеродистой стали.

В зависимости от формы выделения углерода различают следующие виды чугунов.

1. Белый чугун, в котором весь углерод находится в связанном состоянии в виде цементита Fe₃С. Чугун в изломе имеет белый цвет и характерный блеск.
2. Половинчатый чугун, в котором основное количество углерода (более 0,8%) находится в виде цементита. Чугун имеет структуру перлита, ледебурита и пластинчатого графита.
3. Серый чугун, в котором весь углерод или его большая часть находится в свободном состоянии в виде пластинчатого графита, а содержание углерода в связанном состоянии в виде цементита составляет не более 0,8 %.
4. Чугун с отбеленной поверхностью, в котором основная масса металла имеет структуру серого чугуна, а поверхностный слой – белого чугуна. Отбеленный слой получают в толстостенных массивных деталях при литье их в металлические формы. По мере удаления от поверхности вследствие уменьшения скорости охлаждения структура белом чугуна постепенно переходит в структуру серого. Чугун поверхностного слоя в микроструктуре содержит много твердого и хрупкого цементита, который хорошо сопротивляется износу. Поэтому чугуны с отбеленной поверхностью используют для деталей с высокой износостойкостью, для валков прокатных станов, мукомольных валов, вагонных колес с отбеленным ободом, лемехов плугов с отбеленным носком и лезвием. Отбел может достигаться путем местного увеличения скорости охлаждения за счет установки в литейную форму холодильников в виде металлических вставок.
5. Высокопрочные чугуны, в которых графит имеет шаровидную форму.
6. Ковкие чугуны, в которых углерод находится в виде хлопьевидного графита, получаются из белых чугунов путем отжига.

Технологический процесс производства чугуна

Конечным продуктом доменного производства является чугун, для выплавки которого в настоящее время в основном применяются доменные печи. Исходным сырьем для получения чугуна является шихта, в состав которой входят: руда железная и марганцевая, металлические добавки (скрап и стружка), флюс и горючее. В настоящее время железная руда в натуральном виде в доменном производстве не используется.

В целях лучшей восстановимости железная руда, как правило, подготавливается к доменной плавке и подается в доменную печь в виде офлюсованного агломерата или обожженных окатышей.

Флюсами называются материалы, вводимые в шихту для перевода пустой породы, золы кокса и серы в шлак определенного состава и текучести, что необходимо для получения чугуна заданной марки.

В зависимости от химического состава рудной части шихты (агломерата) и золы кокса применяют кислые или основные флюсы. В качестве основного флюса применяется известняк, а в качестве кислого — кварциты, которые добавляются в железную руду в процессе ее агломерации и окатывания.

В качестве горючего в доменной плавке используется в основном каменноугольный кокс. В последнее время в целях снижения расхода кокса в качестве добавок применяются: природный газ, нефть и пылевидное топливо. В результате применения природного газа производительность доменных печей повышается примерно на 3%, а относительный расход кокса уменьшается на 13—15%.

Сущность доменного процесса заключается в следующем. Шихтовые материалы загружаются в доменную печь порциями (подачами) в строго определенной последовательности. Подачу в доменную печь с большого конуса опускают в два приема, а именно: сначала все топливо подачи, затем рудную часть подачи и флюс. Следовательно, шихтовые материалы в доменной печи располагаются слоями: кокс, агломерат и известняк, опять кокс, агломерат и известняк и т. д. Печь заполняется все время шихтовыми материалами по мере схода шихты во время работы доменной печи. При хорошо идущей доменной плавке этот порядок подач шихтовых материалов регулярно поддерживается, в случае расстройства хода печи и снижения ее производительности, указанный порядок загрузки печи может быть изменен.

Железо, входящее в состав чугуна, получается из рудной части шихты, в которой оно находится в виде соединений с кислородом (окислы железа). Для восстановления железа необходимо отнять кислород руды, соединяя его с веществом, имеющим большое сродство к кислороду и образующим с ним более прочное соединение, чем соединение кислорода с железом.

Вещество, отнимающее кислород руды, называется восстановителем. В доменном процессе восстановителем и источником тепла является углерод топлива.

Чтобы происходило восстановление железа, необходимо нагреть рудную часть шихты и восстановитель. За счет сгорания кокса в доменной печи и развиваются необходимые для реакции восстановления температуры. Для сжигания кокса в нижнюю зону доменной печи (заплечики) через воздушные фурмы подается нагретый до температуры 1000— 1200°С воздух под давлением 28—42 Н/см 2 (2,8—4,2 кгс/см 2 ).

В результате интенсивного горения топлива в области воздушных фурм и расплавления шихтовых материалов в зонах распара, заплечиков и горна освобождаются некоторые объемы печи, в которые с верхних горизонтов опускается шихта, при этом слои шихты разрыхляются, создавая хорошую газопроницаемость, необходимую для равномерного распределения газов, прогрева шихты и восстановления окислов железа. Образующиеся в процессе горения топлива в фурменной зоне газы поднимаются снизу вверх, интенсивно нагревая при этом шихтовые материалы.

В результате прохождения горячих газов через слои шихтовых материалов происходят следующие процессы:

• при температуре 100—150°С происходит испарение гигроскопической влаги;
• при температуре 300—400°С — удаление химически связанной гидратной влаги;
• при температуре 400°С начинается важнейший процесс — восстановление железа н других элементов из их окислов (непрямое восстановление) ;
• при температуре 600—900°С — удаление летучих из топлива, разложение известняка СаСO₃ и магнезита MgСO₃.

Читайте также Теплотехника доменного процесса китаев

Весь процесс восстановления железа в доменной печи заключается в следующем. Окись железа, соприкасаясь при высокой температуре с окисью углерода, отдает окиси углерода свой кислород, частично восстанавливаясь до магнитной окиси железа, превращая при этом окись углерода в углекислоту: 3Fe2O3 + СО = 2Fe₃0₄ +CO₂.

Магнитная окись, опускаясь вниз, встречает новые порции окиси углерода, которые продолжают отнимать кислород от руды, восстанавливая ее дальше до закиси железа по следующей реакции: Fe₃О₄ + СО = 3FeO + СО₂.

Опускаясь еще ниже, закись железа восстанавливается посредством СО по следующей реакции: FeO + СО = Fe + СO₂.

При этом получается вместо закиси железа и окиси углерода — железо и углекислота. Все указанные превращения происходят при температурах от 300 до 950°С.

Принято считать, что в ходе доменного процесса железо на 50 % восстанавливается окисью углерода и водородом (косвенное восстановление) и на 50% твердым углеродом путем непосредственного контакта рудной части шихты с коксом (прямое восстановление). Прямое восстановление железа происходит при температурах выше 950°C в нижней части шахты, распаре, заплечиках и горне, где некоторая невосстановленная часть руды, соприкасаясь с раскаленным коксом, полностью восстанавливается и насыщается углеродом. Такое растворение углерода в железе понижает температуру плавления расплава, который уже плавится при температурах 1150—1200°С.

В результате в горне доменной печи скапливается не чистое железо, а чугун с содержанием углерода до 3,5—4%.

В доменной шихте, кроме окислов железа, всегда имеются окислы кремния, марганца, фосфора, кальция, магния и другие, которые также восстанавливаются и частично переходят в шлак и чугун.

Шлакообразование необходимо для сплавления между собой имеющих высокую температуру плавления следующих окислов пустой породы: кремнезема Si0₂, глинозема Аl₂O₃, извести СаО, магнезии MgO, золы топлива и флюсов с образованием при этом легкоплавких соединений (шлаков), температура плавления которых значительно ниже температуры каждого входящего в шихту окисла.

Восстановленный жидкий металл и шлак в процессе доменной плавки скапливаются в горне печи, где происходит отделение шлака от металла, при этом частицы шлака как более легкие всплывают на поверхность расплавленного чугуна. Выпуск чугуна и шлака осуществляется по мере их накопления. Шлак в процессе доменного производства является побочным продуктом, который служит хорошим сырьем для производства строительных материалов. Доменный шлак используется для производства следующих строительных материалов: различных видов высококачественных цементов, получаемых на основе гранулированного шлака; щебенки как заполнителя для бетона, получаемой методом дробления медленно остывшего шлака; брусчатки для мощения улиц, плит и блоков, отливаемых из огненно-жидкого шлака в металлические формы, прочность и плотность этих изделии приравнивается граниту; шлаковаты для термоизоляционных работ, получаемой методом распыления струи расплавленного шлака сжатым воздухом или паром; кирпича и шлакобетонных блоков, изготовляемых из гранулированного шлака с добавкой извести или цемента с последующим затвердением на воздухе или в паропропарочных камерах.

Современный доменный цех представляет собой комплекс различных весьма сложных сооружений и оборудования.

На рис 1. представлена схема расположения сооружений и оборудования доменного цеха.

Рис 1. Схема расположения сооружений и оборудования доменного цеха: 1 — вагоноопрокидыватель; 2 —рудный перегружатель; 3 —грейфер; 4 — рудный трансферкар; 5 — коксовый транспортер; 6 — силос; 7 —-коксовый трансферкар; 8 —бункерная эстакада; 9 — вагон-весы; 10 — грохот для отсева коксовой мелочи; 11— коксовые весы; 12 — скип; 13—наклонный мост; 14 — машинное здание; 15 —доменная печь; 16 — колошниковый копер; 17 — монтажная балка; 18 — газоотводы; 19 — воздуходувная станция; 20 — воздуходувка; 21 — воздухопровод холодного дутья; 22 — воздухонагреватель; 23 — труба; 24 — воздухопровод горячего дутья; 25 — фурменный прибор; 26 — чугунная летка н желоба; 27 — шлаковая летка; 28— ковши для шлака; 29 — ковши для чугуна; 30 — здание литейного двора; 31 — кран литейного двора; 32 — пылеуловители; 33 — газопровод грязного газа; 34 — электрофильтры; 35 — газопровод чистого газа; 36 — лебедки для кантовки чугуновозных ковшей; 37 — разливочная машина; 38- платформы для уборки холодного чугуна; 39 — паровоз; 40 — железнодорожные пути для уборки холодного чугуна на складе

В настоящее время все доменные печи имеют стальной кожух, изнутри футерованный огнеупорным кирпичом. Футеровка со стороны кожуха охлаждается чугунными холодильниками – плитами залитыми в них стальными трубами, внутри которых циркулируется вода.

Основными характеристиками доменной печи являются ее профиль и размеры.

Очертание рабочего пространства доменной печи в вертикальном сечении, проходящего через ось печи, называется профилем печи. Профиль доменной печи можно разделить по высоте на пять частей (рис. 2).

• колошник — верхняя цилиндрическая часть печи, предназначена для загрузки шихтовых материалов. Огнеупорная кладка стенок колошника защищается от ударов загружаемой шихты стальными литыми сегментами, заполненными огнеупорным кирпичом;
• шахта — коническая часть печи, расположенная ниже колошника, указанная форма способствует более свободному опусканию шихты н тем самым ее разрыхлению;
• распар — самая широкая цилиндрическая часть печи, здесь начинается плавление шихты. Огнеупорная кладка распара опирается на колонны через мараторное кольцо кожуха печи;
• заплечики — коническая часть профиля печи ниже распара, сужение профиля заплечиков книзу явилось следствием сокращения объема шихты;
• горн — нижняя цилиндрическая часть печи, является копильником жидких продуктов доменной плавки — чугуна и шлака.

Нижняя часть печи (дно горна) называется лещадью. Кроме указанных характеристик, принято учитывать следующие параметры доменных печей:

• полезный объем печи — объем, который занимают все шихтовые материалы и продукты плавки. Вычисляют этот объем от нижнего положения большого конуса в опущенном положении до оси чугунной летки;
• полезная высота печи — расстояние от оси чугунной летки до нижнего положения большого конуса в опущенном положении;
• полная высота доменной печи — расстояние от оси чугунной летки до верхнего края чаши большого конуса.

Рудный двор. На всех металлургических заводах, имеющих в своем составе доменные печи, имеются рудные дворы (см. рис. 1), предназначенные для создания определенных резервных запасов руд и усреднения их.

Создание рудных дворов особенно необходимо, если руда и флюсы завозятся издалека, учитывая могущие быть задержки в пути и особенно в зимнее время.

Рудные дворы размещаются вдоль фронта доменных печей. Емкость рудных дворов зависит от дальности и сезонности доставки шихтовых материалов, а также от назначения двора (хранение сырья или его усреднение).

Литейный двор. Для наблюдения за ходом доменной плавки и выполнения работ около фурменной зоны (замена фурменных и шлаковых приборов) вокруг горна доменной печи устраивают рабочую площадку, называемую поддоменником.

Кроме этого непосредственно к поддоменнику примыкает литейный двор, на котором осуществляются работы по выпуску чугуна и шлака из доменной печи. Литейный двор оснащается оборудованием, необходимым для выпуска чугуна и шлака, а также для хранения необходимых для указанных целей вспомогательных материалов и запасных частей.

Наклонный мост. Он предназначен для связи бункерной эстакады и скиповой ямы с засыпным устройством доменной печн. Обычно мосты колошниковых подъемников выполняют решетчатой конструкции, двухпутными, с двумя опорами, которые устанавливают внизу на фундамент скиповой ямы и наверху на специальный пилон, монтируемый на фундаменте доменной печи. По нижнему поясу моста прокладывают два пути в скиповую яму, где осуществляется загрузка скипов шихтой.

В верхней части моста находятся разгрузочные кривые рельсовых путей, с помощью которых осуществляется опрокидывание и разгрузка скипов в приемную воронку засыпного устройства. На мосту имеются площадки, на которых установлены направляющие канатные шкивы скиповых канатов, канатов для лебедок управления конусами и канатов
зондовых лебедок.

На доменных печах полезным объемом 3200 м 3 скиповой подъемник шихтовых материалов выполнен из двух мостов, расположенных (не параллельно) расходящимися лучами вниз.

На доменной печи полезным объемом 5000 м 3 подача шихтовых материалов осуществлена с бункерной эстакады непосредственно на колошник при помощи ленточных конвейеров с резиновой лентой.

Скиповая яма. Для подхода скипов главного скипового подъемника и подъемника коксовой мелочи под загрузку предназначена скиповая яма. В скиповой яме устанавливаются: воронка-весы для кокса, бункера для коксовой мелочи, желоба для спуска сырья в скипы, оборудование для подавления пыли, образующейся при спуске в скипы сырья, и насосы для откачки грунтовых вод, проникающих в яму.

Машинное здание. В машинном здании устанавливают оборудование колошниковой скиповой лебедки, лебедки управления конусами, зондовых лебедок и автоматических станций густой смазки для механического оборудования колошника.

Воздухонагреватели. Они предназначены для нагрева подаваемого в доменную печь воздуха. В настоящее время применяются исключительно регенеративные воздухонагреватели с возможностью нагрева в них воздуха до 1100—1200°С.

Бункерная эстакада. Она является промежуточным хранилищем шихтовых материалов для доменной плавки, обеспечивающем необходимый запас сырья для бесперебойной и ритмичной загрузки его в доменную печь, что является решающим условием для ровного и устойчивого хода печи.

В подбункерном помещении устанавливают оборудование для организации механизированной подачи сырья к скиповому подъемнику. На большинстве доменных печей Советского Союза принята система транспортировки шихты машинами периодического действия, при которой руда, агломерат и добавки транспортируются в бункера железнодорожными вагонами или кранами-перегружателями с рудного двора в рудный трансферкар, который развозит материалы по бункерам. Кокс транспортируется в бункера также железнодорожными вагонами или же непосредственно с коксохимического завода при помощи конвейера с резиновой лентой в промежуточный бункер (силос) и далее трансферкаром в коксовые бункера.

Бункерная эстакада располагается между фронтом доменных печей и рудным двором. Бункерная эстакада в основном строится из железобетона. Стенки бункеров изготовляются из листовой стали и, как правило, защищаются от износа пакетами рельсов или листами из марганцовистой стали. Стенки коксовых бункеров выкладываются шамотным кирпичом. В целях техники безопасности и для того, чтобы в бункера не попадали негабаритные куски шихтовых материалов, верхние проемы всех бункеров перекрываются решетками с размерами ячеек 200×200—250×250 мм.

Газоочистка. На заводах с полным металлургическим циклом, включая и коксохимическое производство, значение доменного газа как топлива чрезвычайно велико. На таких предприятиях тепло, получаемое из доменного газа, составляет 25—35% общего расхода энергетического топлива. Вследствие того что потребители доменного газа требуют, чтобы содержание пылн в нем не превосходило 20 мг/м 3 , а для обогрева коксовых печей 10 мг/м 3 , на каждой доменной течи сооружается газоочистительная система, назначение которой состоит в очистке доменного газа.

Разливочная машина предназначена для механизированной разливки чугуна из чугуновозных ковшей в специальные формы — мульды. Разлитый в мульды чугун охлаждается водой при помощи форсунок и в виде чушек отгружается на железнодорожные платформы иногородним потребителям или на заводские полувагоны для отправки на внутризаводский склад чугуна.

Испарительное охлаждение. Интенсивная работа доменной печи приводит к быстрому износу ее огнеупорной футеровки, если не примять надлежащих мер в целях удлинения ее срока службы. Одной из таких мер является охлаждение футеровки. Все современные доменные печи оснащаются устройствами для интенсивного охлаждения футеровки — внутренними холодильниками, которые охлаждают футеровку на значительную часть ее толщины. В настоящее время для охлаждения футеровки доменных печей применяют две системы охлаждения — водяное и испарительное. При водяном охлаждении через систему трубопроводов и охлаждающих устройств — холодильников, представляющих собой чугунные плиты с залитыми в них стальными трубами, пропускают техническую воду или воду из оборотного цикла, охлажденную в брызгальных бассейнах или градирнях. Отбор тепла при водяном охлаждении от элементов охлаждения достигается за счет перепада температуры в подводимой и отводимой воде. При испарительном охлаждении отбор тепла происходит за счет скрытой теплоты парообразования воды, температура которой 100°С и выше, в зависимости от того, какое давление поддерживается в системе испарительного охлаждения.

Читайте также 2.5 Методы интенсификации доменного процесса

При этой системе каждый килограмм охлаждающей воды отбирает не 83,7 Дж (20 ккал) тепла, как при водяном охлаждении, а около 2,5 кДж (600 ккал). Вследствие этого расход воды на охлаждение печи резко уменьшается, а также исключается полностью образование накипи в трубках холодильников и охлаждаемых элементах клапанов горячего дутья.

Для испарительного охлаждения применяется химически очищенная вода, получаемая от химической водоочистки ПВС. Испарительное охлаждение работает по замкнутому контуру, поэтому безвозвратные потери химически очищенной воды незначительны. Полученный в системе испарительного охлаждения пар поступает на ПВС для подогрева конденсата, подаваемого на котлы. При испарительном охлаждении расход технической воды сокращается до 70% от расхода воды при водяном охлаждении.

Выплавка чугуна в низкошахтных печах

В некоторых странах Западной Европы (ФРГ, Бельгия и др.) для выплавки чугуна из низкосортного неметаллургического горючего и бедных руд применяют в ограниченных (промышленных и полупромышленных) масштабах низкошахтные печи.

Действующие печи различных заводов по своей конструкции довольно сильно отличаются друг от друга. Общим для низкошахтных печей является небольшая высота столба шихтовых материалов (до 5 м) и, соответственно, малый полезный и полный объем (до 120 м 3 ).

В поперечном сечении низкошахтные печи имеют круглую, овальную или прямоугольную форму. По высоте от горна до колошника поперечное сечение у одних печей сохраняется постоянным, у других печей изменяется, но в гораздо меньшей степени, чем в обычных доменных печах. Иногда колошник делается большего сечения, чем горн.

Особенность работы низкошахтных печей — малое время пребывания шихты в печи. Если в обычных доменных печах продолжительность пребывания шихты составляет 6—8 ч, то в низкошахтных печах она не превышает 2,5—3 ч. Меньшее время пребывания шихты требует ускорения всех физико-химических процессов, протекающих в печи, иначе шихтовые материалы могут поступать в горн неподготовленными, что вызовет нарушение нормального хода печи. Ускорения реакций восстановления и процесса теплообмена можно достигнуть путем увеличения реакционной поверхности шихты, улучшением контакта между частицами руды и горючего и газом.

В связи с этим для низкошахтных печей особое значение приобретает подготовка шихтовых материалов. Подготовка заключается в предварительном измельчении, сортировке и тщательном перемешивании материалов как перед загрузкой, так и при загрузке их в печь. При этом должна быть обеспечена гранулометрическая однородность и постоянство качества применяемого сырья. Применение рудноугольных и руднококсовых брикетов, железококса в этом отношении является наиболее перспективным.

Для улучшения тепловой работы и повышения производительности низкошахтных печей при малом их объеме оказалось целесообразным применение дутья, обогащенного кислородом. При этом достигается концентрация зоны высоких температур в горне и одновременное снижение температуры колошника.

Применение дутья, обогащенного кислородом, позволяет выплавлять из бедных руд и низкосортного топлива не только передельный чугун, но и ряд ферросплавов, а также дает возможность отказаться от нагрева дутья, что резко сокращает капиталовложения. При использовании углей с большим выходом летучих и смолы, кроме чугуна, можно получать газ, пригодный для синтеза жидкого топлива или аммиака. Производительность низкошахтных печей колеблется от 80 до 120 т в сутки. Выход металла 21—22%. Выход шлака 2,3—2,5 т на 1 т чугуна. Расход кокса порядка 2,0 т на 1 т чугуна. К. и. п. о. 0,96—0,99.

Доменная печь

Доменная печь после многочисленных преобразований и модернизаций на современном этапе представляет собой конструкцию для получения чугуна как основного ингредиента сталелитейной промышленности.

Устройство доменной печи позволяет вести непрерывную плавку до капитального ремонта, который проводится с периодичностью один раз в 3-12 лет. Остановка процесса приводит к образованию сплошной массы из-за спекания компонентов (закозления). Для ее извлечения необходима частичная разборка агрегата.

Рабочий объем современной доменной печи достигает 5500 м3 при высоте 40 м. Она способна выдать около 6000 т чугуна за одну плавку. А специальное оборудование, обслуживающее системы, расположенные вокруг, занимает несколько десятков гектар земли.

Доменная печь используется для производства литейного чугуна, который в дальнейшем проходит плавку для получения различных марок чугунов или отправляется на восстановление для получения конструкционных сталей.

Современная доменная печь Средневековая доменная печь

Большая потребность в металле совпала по времени с этапом электрификации и механизации производства. В связи с этим успехи черной металлургии связаны с началом использования электроприводов, электрических систем автоматического управления на всех этапах производственного процесса.

Устройство доменной печи

На заре черной металлургии плавку болотной руды проводили в домнице – это мини домна, воздух в которую поступал от мехов. А обогащение железа углеродом происходило от древесного угля. Объемы выплавляемого металла таким способом были невелики и отличались периодичностью.

Конструкция доменной печи

Строение доменной печи напоминает шахту. Ее диаметр в три раза меньше высоты. Монтаж высотной конструкции осуществляется на бетонном фундаменте толщиной 4 м. Необходимость в таком массивном фундаменте возникает из-за массы домны, которая более 30 000 т.

На фундаментной плите закрепляются колонны и цельный (монолитный) цилиндр, которые изготавливаются и термостойкого бетона. Внутреннее пространство конструкции обложено огнеупорными материалами, а верхняя часть шамотом. В районе заплечников, где температура достигает 2000°С — графитированными материалами, а под ванной с чугуном — футеровка из глинозема. Также на фундаменте монтируется печной горн.

Нижняя часть доменной печи, где температура максимальна, оборудуется холодильниками с водяным охлаждением.Для удержания собранной огнеупорной конструкции, с внешней стороны доменная печь заключена в металлическую рубашку толщиной 40 мм.

Процесс восстановления железа происходит из руды в среде известнякового флюса при высокой температуре. Температура плавления достигается горением кокса. Для поддержания горения необходим воздух, поэтому в домне установлены 4 — 36 фурм или леток.

Большой внутренний объем нуждается в больших объемах воздуха, которые подают турбинные нагнетатели. Чтобы не снижать температурный, режим воздух перед подачей подогревается.

Схематически доменная печь выглядит следующим образом.

Схема расположения оборудования для доменного производства

Состав конструкции производства литья:

1. шихта (руда и известняк);
2. коксовый уголь;
3. загрузочный подъемник;
4. колошник, предотвращающий попадание газов из домны в атмосферу;
5. слой загруженного кокса;
6. шихтовый слой;
7. воздушные нагнетатели;
8. отводимый шлак;
9. литьевой чугун;
10. емкость для приема шлака;
11. приемный ковш для расплава;
12. установка типа Циклон, очищающая от пыли доменный газ;
13. кауперы, регенераторы газов;
14. дымоотводящая труба;
15. воздухоподвод в кауперы;
16. угольный порошок;
17. печь для спекания кокса;
18. емкость для хранения кокса;
19. отведение колошникового газа высокой температуры.

Доменная печь обслуживается вспомогательными системами.

Колошник – это затвор домны. От его исправной работы зависит экологическая обстановка вокруг производства.

1. воронка приемная;
2. воронка маленького конуса, вращающаяся;
3. конус маленький;
4. межконусное пространство;
5. конус большой;
6. скип.

Принцип работы колошника следующий:

• Большой конус опущен, а малый поднят. Окошки во вращающейся воронке перекрыты.
• Скип осуществляет загрузку шихты.
• Поворачиваясь, воронка открывает окна, и шихта осыпается на малый конус 3. затем возвращается на место.
• Конус поднимается, тем самым препятствует выходу доменных газов.
• Конус опускается для передачи шихты в межконусное пространство, затем поднимается на исходную позицию.
• Конус опускается, а вместе с ним шихта загружается в доменную шахту.

Такая дозированная подача обеспечивает послойное распределение материалов.

Скип – черпак, при помощи которого осуществляется загрузка. Она выполняются по конвейерной технологии. Воздушные нагнетатели – летки и фурмы осуществляют подачу воздуха в доменную шахту под давлением 2-2,5 МПа.

Фурма и чугунная летка

Кауперы служат для нагревания подаваемого воздуха. В регенераторах он подогревается доменными газами, снижая тем самым энергетическую нагрузку на агрегат. Воздух нагревается до 1200°С и подается в шахту. При снижении температуры до 850°С подача прекращается, возобновляется цикл нагрева. Для бесперебойной подачи горячего воздуха устанавливается несколько регенераторов.

Принцип работы домны

Для получения чугуна необходимы следующие ингредиенты: шихта (руда, флюс, кокс), высокая температура, постоянная подача воздуха для обеспечения непрерывного горения.

Термохимические реакции

Восстановление железа из окислов путем ступенчатой химической реакции:

Получение необходимого количества углекислого и угарного газа обеспечивает горение кокса:

Для отделения железа от примесей используется известняковый флюс. Химические реакции, образующие шлак:

Принцип работы доменной печи таков. После загрузки доменную печь начинают разжигать газом. По мере повышения температуры подключается каупер и начинается продувка воздухом. Кокс – топливо для доменной печи – начинает интенсивнее гореть, и температура в шахте значительно увеличивается. При разложении флюса образуется большое количество углекислого газа. Угарный газ в химических реакциях выступает восстановителем.

Схема производства чугуна

После сгорания кокса и разложения флюса столб шихты опускается, сверху добавляется очередная порция. Снизу в самой широкой части шахты происходит полное восстановление железа при температурах 1850°С — 2000°С. Затем оно стекает в горн. Здесь происходит обогащение железа углеродом.

Температура в доменной печи изменяется в сторону увеличения по мере опускания шихты. Процесс восстановления протекает при 280 °С, а плавка происходит после 1500 °С.

Разлив расплава происходит в два этапа. На первом через летки сливается шлак. На втором через чугунные летки сливается чугун. Больше 80% выплавляемого чугуна идет на производство стали. Из остального чугуна отливают в опоках болванки.

Работает доменная печь непрерывно. От загрузки шихты до получения сплава проходит 3-20 дней — все зависит от объема печи.

Обслуживание и ремонт доменной печи

Любому оборудованию, работающему в круглосуточном режиме, требуется постоянное обслуживание. Регламенты закладываются в технический паспорт оборудования. Несоблюдение графика технического обслуживания влечет за собой сокращение срока эксплуатации.

Работы по техническому обслуживанию доменных печей делятся на периодические и капитальные ремонты. Периодические работы проводятся без остановки рабочего процесса.

Капитальный же ремонт по объему выполняемых работ делится на три разряда. Во время первого разряда производится осмотр всего оборудования, при этом из шахты извлекаются расплавы. Во время второго разряда производится ремонт футеровки, замена вышедших из строя элементов оборудования. При третьем разряде производится полная замена агрегата. Обычно такой ремонт совмещают с модернизацией или реконструкцией домны.

Похожие записи:

1. Физико-химические процессы, происходящие в доменной печи
2. Доменный процесс производства чугуна и стали
3. Машины для промышленного разделения воздуха.
4. Поведение щелочных металлов в доменной печи

Устройство доменной печи: конструкция, принцип работы

Доменная печь. Устройство, принцип работы и предназначение :

Особенности доменной плавки

Доменная печь является одним из основных плавильных агрегатов в черной металлургии. Ее главная технологическая задача – выплавка чугуна заданных характеристик и состава. Своим внешним видом доменная печь напоминает башню высотой с тридцатиэтажный дом.

С наружной стороны она имеет обшивку из листовой стали, а изнутри ее выкладывают несколькими слоями огнеупорных кирпичей (шамотов).

На верхний ярус домны специальными подъемниками доставляется шихта: кокс, который представляет собой спекшийся, чрезвычайно твердый пористой структуры углеродистый продукт высокотемпературной переработки каменного угля, известняковый материал, улучшающий условия плавки. Туда же поднимают подготовленную железную руду.

Обратите внимание

Затем через устройство, которое называется колошником, весь доставленный материал слоями загружается внутрь печи. Снизу через специальные форсунки (фурмы) осуществляется подача топлива и горячей воздушной смеси, обогащенной кислородом и смешанной с природным газом.

Принцип работы

Доменная печь, принцип работы которой основан на высокотемпературном сгорании кокса в атмосфере максимальной насыщенности кислородом, является плавильным агрегатом вертикально-шахтного типа.

Для успешности протекания доменного процесса и для того, чтобы шихта хорошо пропускала газовую и воздушную смесь, требуется предварительная подготовка руды. Она заключается в спекании рудного материала в большие коржи или круглые окатыши.

Под воздействием собственной массы шихта опускается, проходя практически через всю доменную печь и по пути омываясь газами, выделяющимися при сгорании коксового материала. Основная часть плавильного процесса протекает в горне.

Шихта дополнительно нагревается горячим воздухом, что позволяет значительно минимизировать затраты кокса, а также повысить производительность печи.

Из истории доменной печи

Второе тысячелетие до нашей эры можно считать началом зарождения черной металлургии. Сначала для получения железа использовались костры, позже им на смену пришли плавильные ямы, названные сыродутными горнами. В них помещали руду и древесный уголь.

Необходимая для поддержания процесса горения воздушная смесь подавалась естественной тягой, которую позже с развитием технологий сменили мехи. Конечно же, такой способ не мог дать качественного металла. Железо имело вид тестообразной массы с обильными вкраплениями шлаков и остатков не полностью сгоревшего древесного угля.

Низкое содержание углерода делало металл мягким, изделия из него легко гнулись, быстро тупились и практически не поддавались закалке. С течением столетий процесс выплавки все больше совершенствовался. Так горны начали превращаться в небольшие печи, позволявшие получать более качественный металл.

Первая доменная печь появилась в Европе на рубеже XIV – XV вв. Такие агрегаты начали строить в провинции Намюр (Бельгия) и в Англии. В качестве топлива продолжали использовать древесный уголь, что по мере наращивания объемов металлургического производства приводило к вырубке все больших площадей леса.

В 1735-м году английским изобретателем Абрахамом Дерби был успешно применен в доменном процессе каменноугольный кокс, не содержавший примесей других типов топлива. Это помогло не только сэкономить значительные лесные ресурсы, но и существенно повысило эффективность и производительность плавильного производства.

Современные доменные печи являются сложными и высокотехнологичными сооружениями, которые способны выплавлять в сутки до 5000 – 5500 тонн высококачественного чугуна. Все процессы по подготовке и загрузке шихтового материала в них полностью механизированы.

Устройство

Устройство доменной печи вертикально-шахтного типа планируется с учетом того, что при увеличении полезного внутреннего объема сооружения повышается также его экономичность. Сейчас все крупные предприятия стараются иметь агрегаты с тоннажем не менее 2000 – 3500 м3.

Например, на металлургическом комбинате «Криворожсталь» с 1974-го года работает гигант объемом 5000 м3. Воздух на таких крупных агрегатах вдувается через 14 – 36 форсунок-фурм. Для нагревания воздушной смеси используются специальные мощные электрические устройства.

Каждая крупногабаритная доменная печь промышленного масштаба обслуживается тремя-четырьмя автоматически переключающимися воздухонагревателями.

Также работу агрегата обеспечивают многочисленные вспомогательные устройства, к числу которых относятся специальные шихтовые дворы, оснащенные разгрузочно-погрузочными приспособлениями; эстакады бункерного типа с вагон-весами, предназначенными для автоматического взвешивания загружаемых материалов; подъемные механизмы, которые доставляют самоопрокидывающиеся тележки-скипы к загрузочному блоку сооружения. Для нормального функционирования всей системы также предназначаются специальные нагревательные устройства, необходимые при осуществлении процесса высокотемпературного дутья, литейные дворы, чугуновозы, шлаковозы и разливочные машины. По большому счету, современная доменная печь представляет собой своеобразное автоматизированное мини-предприятие, обслуживаемое множеством специалистов самого разного профиля. Такие огромные и сложнейшие производственные структуры являются агрегатами непрерывного действия и работают несколько лет безостановочно до тех пор, пока не произойдет износ внутренней огнеупорной кладки.

Устройство и работа доменной печи

Назначение доменной печи — осуществление процессов выплавки ферросплавов и чугуна. Для производства этих материалов используется железорудное сырье. История происхождения названия такого оборудования уходит корнями в 14 век. Термин «доменная» возник от слова дутье. Первые печи появились в Европе, а затем, уже после 16 века, пришли в Россию.

Устройство доменной печи выглядит следующим образом: печь установлена на фундаменте, а снаружи ее покрывает стальной кожух. Фундамент достаточно высок, его поверхностная, жароустойчивая часть называется пнем.

Кожух обычно имеет толщину от 4 до 6 см, внутри него, вдоль стенок, находятся огнеупорные изделия. На верхушке фундамента выложена лещадь, подвергающаяся гидростатическому давлению выплавляемой массы и воздействию высоких температур. Кладки лещади, находящиеся внутри кожуха, окружают специальные холодильники.

Они представлены чугунными плитами со змеевиками, по которым осуществляется циркуляция воды.

Оборудование, незаменимое в черной металлургии

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.

Принцип работы оборудования

• 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.

Шихта в современном понимании – это смесь кокса, железорудного агломерата и офлюсованного сырья. Перед процессом плавки шихта проходит специальную подготовку. Сначала она дробится, затем просеивается. После просеивания крупные куски отправляются на повторное дробление.

Результатом процесса горения становится повышение температуры. Высшая температурная точка может достигать значения более 2000 градусов Цельсия. Процессы происходят под давлением горячих газов. При подъеме эти газы остывают до 300-400 градусов у кокошника.

Назначение печей

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.

Доменная печь — назначение, элементы и продукты производства

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

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

Понятие доменной печи и плавки

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

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

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

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.

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.

Обратите внимание

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.

Читайте также: Расчет утеплителя кровли: формула

Составляющие доменной печи

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

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

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи.

Рабочее пространство печи включает:

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

1. Колошник. Верхняя (узкая) часть печи называется колошником. Колошник имеет засыпной аппарат для загрузки шихты (руды, топлива, флюсов) и газоотводные трубы, по которым из доменной печи отводятся газы, называемые доменными или колошниковыми. Часть печи между колошником и распаром называется шахтой. Часть печи, обращенная усеченным конусом вверх и поддерживающая шихту в распаре вместе с шихтой и колошником, носит название заплечиков. В этой части печи происходит довольно резкое сокращение объема загружаемых материалов в результате выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки.
2. Шахта. На долю шахты приходится большая часть общей высоты и объема печи. Профиль шахты, представляющий собой усеченный конус, расширяющийся к низу, обеспечивает равномерное опускание и разрыхление шихтовых материалов. Значительная высота шахты позволяет осуществлять тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися горячими газами.
3. Распар. Это средняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи, имеющая самый большой диаметр. Распар создает некоторое дополнительное увеличение объема печи и устраняет возможные задержки шихтовых материалов.
4. Заплечики. Это часть профиля печи, расположенная ниже распара и представляющая собой усеченный конус, обращенный широким основанием к распару. Обратная конусность заплечиков соответствует уменьшению объема проплавляемых материалов при образовании чугуна и шлака.
5. Горн. Нижняя часть печи, имеющая форму цилиндра, в которой скапливаются продукты плавки — жидкий чугун и шлак, — называется горном. В горне имеются радиально расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия (10—16, в зависимости от размера домны). В эти отверстия вставлены из красной меди, бронзы или алюминия трубы с двойными стенками. Эти отверстия носят название фурмы. Через фурмы вдувается вентилятором или воздуходувными машинами нагретый в воздухонагревателях (кауперах) горячий воздух. Фурмы охлаждаются водой, циркулирующей в пространстве между стенками труб.

Дополнительные элементы доменной печи

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

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

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

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

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

Назначение доменной печи и принцип работы

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.

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

Принцип работы доменной печи зависит от вида этого громоздкого приспособления.

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

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

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

В целом, можно выделить такие процессы:

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

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

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

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.

Продукты доменного производства

Продуктами доменной плавки являются:

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

Чугун

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

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

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

Предельный чугун предназначается для переработки в сталь.

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

Поверхность излома чугуна имеет белый цвет.

В зависимости от состава и способа переработки различают:

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

Передельный чугун подразделяют на три вида:

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

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

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1-ЛК7.

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

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

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

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

Литейный чугун применяется для изготовления литых изделий:

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

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

Марганец придает чугуну твердость и хрупкость.

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

Фосфор делает чугун жидкоплавким, хорошо заполняющим тонкие сечения форм.

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

Сера придает чугуну густоплавкость и понижает его механические свойства.

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

К ним относятся:

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

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

Шлак

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

Шлаки бывают основные и кислые.

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

Доменный (колошниковый газ)

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

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

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

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

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

Процесс получения чугуна осуществляется в доменных печах.

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

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

Конструкция доменной печи и вспомогательное оборудование

Современная доменная печь является крупным сооружением общей высотой более 40 м и массой 10 тыс. т. При этом конструк­ция ее должна быть выполнена с большой точностью без малей­шего перекоса и с минимальной неравномерностью осадки.

В про­тивном случае расстроится работа засыпного устройства, а также могут возникнуть другие серьезные неполадки при эксплуатации печи.

Поэтому большое значение для успешного сооружения и работы доменной печи имеет правильный расчет и установка фундамента.

Обратите внимание

Железобетонный фундамент доменной печи (рис. 22) имеет многогранную, обычно восьмиугольную форму и состоит из двух частей. Нижняя часть (так называемая подошва) заглублена на 6—7 м в грунт и представляет собой монолитную железобетонную плиту.

Площадь ее основания выбирается в зависимости от допустимых нагрузок на грунт, составляющих обычно 192— 254 кн/м2 (1,9—2,5 кГ/см2). Кольцевая арматура по периметру подошвы воспринимает усилия, возникающие в результате тер­мических напряжений.

Читайте также: Установка газового котла в квартире своими руками (видео)

Допустимая температура в несущей плите фундамента составляет 250° С.

Верхняя часть фундамента, пень, выступающий над уровнем земли примерно на 5 м, имеет меньшие поперечные размеры и строится из жароупорного бетона.

Она подвержена действию высоких температур от теплового потока из зоны жидкого чугуна.

Огнеупорность жароупорного бетона 1400—1500° С, допустимая температура нагрева — до 1100° С, предел прочности 14,2— 17,2 Мн/м2 (140—170 кГ/см2), плотность 1600—1800 кг/см3, пористость 20—35%.

Нижняя часть футеровки и металлических конструкций домен­ной печи непосредственно опирается на фундамент, верхняя же часть печи — от распара до колошника — чаще всего имеет опору на фундамент через колонны (см. рис. 22), поддерживающие мораторное кольцо.

На пне фундамента устанавливают швеллеры или специальные плиты с каналами для воздушного охлаждения. На них помещают лист, служащий основанием огнеупорной кладки нижней части горна—лещади.

Материалами для изготовления лещади (ближе к оси печи) служат высокоглиноземистый кирпич (62% Аl2O3 остальное SiO2), углеродистые и графитированные блоки (по пери­ферии). Высота лещади достигает 5,5 м, что необходимо для пре­дохранения материала фундамента от перегрева. Опасность пере­грева увеличивается по мере разгара лещади.

Температура ле­щади и верхней части фундамента контролируется установкой специальных термопар. Более длительной и надежной службе лещади способствует ее охлаждение.

Последнее улучшается благодаря выкладке нижних рядов лещади на все ее сечение из графитированных блоков, имеющих повышенную теплопроводность 156 вт/(м·град) или 134 ккал/(м·ч·град) при 1000° С. Периферия лещади на всю высоту облицована плитовыми холодильниками водяного охлаждения или снабжена испарительным охлаждением.

Верхние слои лещади подвергаются давлению слоя чугуна и шлака, через которые передается также и давление газа в печи.

При недостаточно качественных швах возможно проникновение в них жидкого чугуна, затвердевание и расплавление (при колеба­ниях температуры), расклинивание кладки и всплывание кирпи­чей.

Поэтому к выкладке лещади предъявляются высокие требо­вания по горизонтальности рядов, вертикальные швы в рядах практически не должны совпадать и толщина швов не должна превышать 0,5 мм.

Стенки горна выше лещади служат в тяжелых условиях, так как подвержены воздействию чугуна и шлака, которые оказывают значительное давление, имеют высокую температуру и химически воздействуют на кладку. Кладка верхней части горна, кроме того, испытывает воздействие раскаленных окислительных газов, обра­зующихся при горении кокса.

Для удлинения срока службы кладки горна ее интенсивно охлаждают плитовыми холодильни­ками. Эти холодильники, как и холодильники лещади, пред­ставляют собой чугунные плиты толщиной 160 мм с залитыми в них стальными трубами диаметром около 45 мм, по которым проходит вода.

Они укреплены в несколько рядов один над дру­гим на стальном сварном кожухе горна из брони толщиной 20 — 30 мм.

Большая часть футеровки горна современной доменной печи выполняется из углеродистых блоков.

Этот материал хорошо про­тивостоит химическому воздействию шлака и чугуна, не смачи­вается этими жидкими фазами и способствует более интенсивному охлаждению внутренней поверхности горна.

Толщина кладки металлоприемника горна на крупных доменных печах составляет до 1300 мм. Зазоры между кладкой и холодильниками и между холодильниками и кожухом горна заполняют для компенсации теплового расширения хромистым железняком.

В горне размещают устройства для подвода дутья и выпуска продуктов плавки. Это — фурмы с фурменными приборами для подачи в горн горячего дутья и топливных добавок, шлаковые летки для выпуска накапливающегося в верхней части металлоприемника верхнего шлака и чугунные летки для выпуска чугуна и нижнего шлака, вытекающего из печи вместе с чугуном.

Фурмы равномерно располагаются по окружности горна в верхней его части на 400—500 мм ниже перехода горна в заплечики.

Число фурм определяется из расчета: n = 2d + 1, или в последнее время из расчета: n = 2d, где d — внутренний диаметр горна в метрах.

Некоторое сокращение числа фурм во вновь проектируемых печах максимального объема связано с тем, что при значительном повышении давления в печи уменьшается кинетическая энергия дутья, изменяется зона его реагирования у фурм.

Расстояние между осями фурм по внутренней окружности горна находится в пределах 1,3—2,0 м.

При этом зоны воздействия дутья (зоны разрыхления) у смежных фурм смыкаются или касаются друг друга, создавая общую зону воздействия дутья.

Обратите внимание

Ее протяженность в глубь горна в большой мере зависит от линейных скоростей и кинетической энергии подаваемого дутья. При больших диаметрах горна рекомендуется линейная скорость дутья до 200 м/сек.

Горячее дутье к фурмам поступает из кольцевого футерован­ного воздухопровода, опоясывающего печь на уровне верха запле­чиков и имеющего диаметр в свету до 1500 мм. К каждой фурме идет воздухоподводящий рукав.

Фурменный прибор (рис. 23) состоит из полой водоохлаждаемой медной фурмы 1, литого медного холодильника 2, чугунного холо­дильника с залитой стальной спиральной трубкой (амбразуры) 3, сопла 4, примыкающего к фурме, подвижного колена 5 с глядел­кой и‘неподвижного колена с шарниром 6.

Конструкция позво­ляет сменить фурму за 4—7 мин. Фурма, сопло, подвижное и не­подвижное колено соединены на шлифованных шаровых заточках, что компенсирует возможные неточности сборки прибора. Подвиж­ное колено подвешивают к неподвижному колену на двух шар­нирных подвесках с клиньями.

Натяжной болт 7 прижимает сопло к фурме, а подвижное колено — к соплу.

Наиболее распространены фурмы с внутренним коническим суживающимся каналом, выступающие внутрь горна на 200— 300 мм. Это расстояние называют высовом фурмы. Внутренний диа­метр фурм в свету составляет от 120 до 300 мм.

В современных доменных печах делают две шлаковые летки. Это обеспечивает возможность бесперебойного выпуска шлака и попеременный его выпуск из разных районов горна. Последнее благоприятно действует на работу печи.

Шлаковые летки смещены на значительный угол от чугунной летки для удобства обслуживания выпуска и приема шлака. Одна из леток располагается под углом 45—60° к чугунной летке, а другая под углом 60—90° к первой.

Шлаковые летки располагают ниже оси фурм на 1400— 1600 мм, чтобы предотвратить заливание фурм шлаком при макси­мальном его подъеме перед выпуском из печи.

Шлаковый прибор (рис. 24) состоит из медной штампованной или литой водоохлаждаемой фурмочки 1 (обычно внутренним диа­метром 65 мм), литого медного полого холодильника 2, чугунного холодильника с залитой стальной спиральной трубкой — ка­душки 3 и чугунного внешнего холодильника-амбразуры 4. Амбразура соединяется с рамой шлакового прибора 5, которая закрепляется на кожухе печи 6.

В нижней части металлоприемника горна расположена чугун­ная летка или две чугунные летки (в печах объемом 2000—2700 м3). Это наиболее уязвимая часть в конструкции горна, так как ее огнеупорная футеровка интенсивно размывается при выпуске больших масс чугуна и особенно шлака.

Плитовые холодильники горна имеют у чугунной летки вырез для леточного канала. Летку обрамляют стальной литой рамой, приклепанной к кожуху печи, с проемом 620×754 мм. Холодиль­ник и рама у чугунной летки предохраняются от воздействия чу­гуна и шлака огнеупорной футеровкой и набойкой, так называе­мым футляром.

При углеродистой футеровке горна канал чугун­ной летки выкладывают двумя фасонными углеродистыми блоками с облицовкой шамотным или глиноземистым кирпичом. Это предот­вращает разрушение блоков от действия влаги сырой леточной массы, которой закрывают само леточное отверстие после очеред­ного выпуска чугуна.

Углеродистая футеровка подвергается окислительному воздей­ствию главным образом в месте установки фурм и шлаковых леток. Окислителями при этом являются горячее дутье и продукты его взаимодействия с коксом вблизи фурм, а также кислород воздуха при смене частей шлакового и фурменного приборов.

Для предохра­нения от окислительного воздействия углеродистую футеровку вокруг фурм и леток окружают арками из шамотного или глино­земистого кирпича.

В некоторых случаях, особенно на уже дей­ствующих печах, верхняя часть футеровки горна полностью выло­жена из высококачественного шамотного или глиноземистого кирпича.

Заплечики в большинстве случаев делают тонкостенными с толщиной кирпичной футеровки до 345 мм. При условии их ин­тенсивного охлаждения вместо быстро срабатывающейся первоначальной кладки на внутренней поверхности образуется гарниссаж.

Он представляет собой затвердевший слой, состоящий главным образом из шлака.

Гарниссаж при правильной работе является достаточной защитой от дальнейшего воздействия на стенки агрессивных доменных шлаков, имеющих на горизонте заплечи­ков повышенные содержания закиси железа и марганца.

Необходимое для получения устойчивого гарниссажа интен­сивное охлаждение достигается чаще всего применением пери­ферийных ребристых холодильников (рис. 25).

Такие холодильники имеют увеличенную охлаждающую поверхность.

Ребристые холодильники делают толщиной 270 мм, из которых 150 мм приходится на часть с ребрами и залитыми кирпичами и 120 мм на наружную металлическую часть с охлаждающими трубками.

В верхней части шахты при более низких температурах возможно отложение в кладке сажистого углерода, так как условия здесь благоприятствуют протеканию распада СО (пониженные температуры и наличие железного катализатора). Иногда возможно также отложение в кладке других веществ — окиси цинка, щелочей и пр.

Условия работы распара и шахты позволяют лучше сохранить футеровку и внутренние очертания этих частей печи, чем это возможно в заплечиках. Для этого следует использовать высококачественные огнеупорные материалы при значительной толщине стенок и не столь интенсивном охлаждении, как в заплечиках.

Кладку шахты производят из высоко плотного высокообожженного шамотного кирпича. Общая толщина кладки может достигать 1265 мм в нижней и 1035 мм в верхней части шахты. Холодильники, устанавливаемые в шахте, охлаждают участки кладки на значительную глубину.

Для этой цели применяют холодильники ящичного (коробчатого) типа.

Их устанавливают перпендикулярно поверхности кладки шахты в 12—15 рядов (по 24 в ряду) на 1/2—2/3 высоты шахты.

Обратите внимание

В более поздних конструкциях предусмотрены также распар и шахта с меньшей толщиной стенок и охлаждением плитовыми или ребристыми холодильниками. Так для печи объемом 2002 м3 толщина кладки распара и охлаждаемой части шахты составляет 690 мм, холодильники имеют толщину 235 мм, толщина неохлаждаемой части шахты равна 920 мм.

Наиболее новым вариантом охлаждения кладки доменной печи, в том числе и шахты, является испарительное охлаждение. При этом происходит значительно большее поглощение тепла, расходуемого на парообразование, а не просто на нагрев воды. Вода должна быть химически чистой для предотвращения образования накипи. Малый расход воды обеспечивается применением замкнутой системы циркуляции.

Колошник печи служит в условиях более низких температур, не превышающих 400° С, однако подвержен механическому воздей­ствию от ударов загружаемых материалов. Поэтому его футеровка защищается массивными чугунными плитами, обычно корытооб­разной формы. Они крепятся к кожуху печи специальными под­весками, допускающими некоторый рост кладки. Футеровку раз­мещают внутри защитных плит.

Устройство доменной печи, принцип работы доменной печи

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.

Устройство домны

Современная печь – это огромная конструкция весом до 35000 т и высотой до 40 м. Чтобы многолетняя выплавка без простоев была возможной, печь должна быть прочной и надёжной. Снаружи устройство покрыто стальным кожухом – основа облицована толстыми листами (до 4 см).

Изнутри расположена огнестойкая футеровка. Она нуждается в постоянном охлаждении, поэтому внизу монтируют металлоёмкости, в которых циркулирует вода. Поскольку жидкости нужно очень много, иногда применяют охлаждение испарением. Суть метода – в испарении кипящей воды, активно поглощающей при этом тепловую энергию.

Печь представляет собой сооружение, состоящее из множества элементов. Основные представлены:

• колошником (колосником);
• распаром;
• шахтой;
• горном;
• заплечиками.

Колошник

Это верхний элемент, который служит для загрузки сырья (шихты) и отвода отработанных газов. Главная часть колошника – засыпной агрегат. В большинстве случаев аппараты для засыпки шихты двуконусные.

Между засыпками оба конуса прикрыты. После подачи сырья меньший элемент опускается, и железная руда попадает в больший. Как только набирается необходимая порция, малый конус закрывается, из большого руда попадает в печь.

После этого герметизируется и крупное устройство.

Более продвинутые домны имеют улучшенную конструкцию колошника. Роль большого конуса играет вращающийся желоб с регулируемым углом наклона. Благодаря этому возможна засыпка сырья с любой стороны.

Колошник служит и газоотводом. В процессе выплавки образуется огромное количество газа. Вместе с ним удаляется и железосодержащая пыль, которую улавливают газоочистители.

Шахта

Шахта занимает большую часть печного пространства. Конструкция, расширяющаяся книзу, представляет собой усечённый конус. Благодаря этому подача шихты происходит равномерно. Доменная печь – сооружение вертикальное и достаточно высокое. Это необходимо для обеспечения хим- и термообработки сырья нагретыми газами.

Распар

Элемент в форме цилиндра расположен в средней части рабочей доменной зоны. Для распара характерен наибольший диаметр. Назначение конструкции – увеличение печного пространства и ликвидация ненужного сырья. Здесь образуется пустая порода.

Читайте также: Нанесение короеда на пенопласт после утепления дома

Заплечики

Укороченный конусообразный вариант распара – усечённый компонент обращён широкой частью вверх. С помощью заплечиков снижают объём выплавляемой шихты при производстве чугуна.

Горн

Основная часть, в которой и происходит выплавка металлов. Здесь горит кокс и образуется газ, накапливается шлак и чугун и происходит регулярный выпуск жидкого металла из конструкции.

Состоит горн из фурменной зоны и металлоприёмника. Через фурмы, посредством воздухонагревателя и кольцевого воздуховода, в печь поступает горячий воздух. Он необходим для горения топлива.

Дно металлоприёмника называется лещадь.

Внизу горна находятся шлаковые и чугунные летки – отверстия, через которые проходит расплавленный металл. После выпуска чугуна отверстие закрывают с помощью поршневого механизма огнеустойчивой массой.

Шлаковые отверстия находятся на 1,5-2 м выше чугунных леток. Их закрывают с помощью стальных штопоров с наконечниками. От чугуна шлак отделяется посредством агрегата, расположенного на печном желобе. Обе составляющие подаются в специальные ковши.

Всё это гигантское сооружение имеет огромную массу. Такой вес необходимо передавать грунту равномерно. Поэтому домну устанавливают на массивном бетонном фундаменте, толщина подошвы которого может достигать 4 м. Подошва служит опорой колоннам, на которые, в свою очередь, опираются металлоконструкции. Верхнюю фундаментную часть выполняют из жаростойкого бетона в формате монолитного цилиндра.

В таблице представлена взаимосвязь размеров некоторых современных печей.

Размеры, мм	Полезный объём домны, м3
2000	3000	5000
Диаметр:
колошника	7300	8200
распара
горна	9750
Высота:
шахты
горна	3600	3900	4500
полезная
полная

Дополнительные печные элементы

Функционирование печи требует работы вспомогательных устройств. Среди них:

• воздухонагреватели; крупные элементы башенного типа располагают рядом с печью; в них поступает колошниковый газ, который затем сгорает; благодаря этому образуется ещё более горячий газ, посредством сложной системы нагревающий воздух; последний – нагретый до температуры, как минимум, 1000 градусов – идёт в ход для выплавки чугуна;
• воздуходувные машины; сжатый воздух необходим для топливного горения; в печь воздух поступает благодаря устройствам, образующим давление порядка 25 МПа;
• устройства для подъёма и засыпки шихты;
• газоочистители для очистки колошниковых газов;
• прочие вспомогательные устройства – например, мостовые краны, которыми оборудованы литейные дворы.

Современные печи оснащаются системами автоматики. Компьютеризация позволяет контролировать и регулировать основные параметры, связанные с функционированием домны. Под контролем уровень засыпки сырья, давление газа, температура дутья и т. п.

По какому принципу работает доменная печь?

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.

Заключение

Доменная печь – одна из самых важных составляющих чёрной металлургии. В современных реалиях домны обычно «встроены» в металлургические комбинаты. Средняя печь способна ежедневно выдавать около 12000 т чугуна, расходуя при этом приблизительно 20000 т исходного сырья.

Доменная печь и ее использование при производстве чугуна

Схема доменного процесса.

Суть этого процесса состоит в том, что в печи происходит восстановление оксидов железа, которые находятся в исходном материале — руде, продуктами сгорания топлива — водородом, оксидом углерода и твердым углеродом. Устройство доменной печи шахтного типа не отличается большой сложностью. Она состоит из нескольких деталей.

Конструкция печи

Верхняя часть доменной печи называется колошником. Он оборудован газоотводами, служащими для удаления колошникового газа. Сюда посредством специального засыпного аппарата загружается сырье.

Под колошником располагается шахта, имеющая вид усеченного конуса, расширяющегося книзу. Такая форма позволяет упростить процесс поступления в нее сырья из колошника. В шахте специальным образом подготавливается исходное сырье из окислов руды восстанавливается железо.

Самая широкая часть доменной печи носит название распар. Здесь плавится пустая порода флюса и руды, за счет чего из них получается шлак.

Следующая часть печи представляет собой усеченный конус, расширяющийся кверху. Называется она заплечики. В этом отделении конструкции заканчивается шлакообразование, оставляя в нем некоторое количество флюса и твердого топлива.

Горение поступившего сверху топлива происходит в горне. Он также служит для накопления чугуна и шлака, которые находятся в жидком состоянии.

Чтобы происходило сжигание топлива, необходим горячий воздух. Он поступает в печь от воздухонагревателей посредством кольцевого воздуховода, проходя через фурмы.

Дно горна, носящее наименование лещадь, располагается на массивном фундаменте из железобетона. Здесь происходит накапливание шлака и чугуна.

По окончании процесса плавки чугун и шлак выпускаются по специальным желобам через летки, предназначенные для этого, в ковши.

Принцип работы доменной печи

Схема доменной печи.

Конструкция доменной печи устроена таким образом, что шихта попадает в чашу через засыпное устройство, выполненного в виде небольшого конуса, расположенного вверху.

Далее из чаши, попадая на большой конус при его опускании, шихта поступает в печь. Такая система не позволяет газу из доменной печи проникать в окружающую среду.

После загрузки малый конус и воронка для приема сырья поворачиваются на угол, кратный 60 градусам. Это необходимо для того, чтобы шихта распределялась равномерно.

Обратите внимание

Металлургическая печь продолжает работать, шихта расплавляется и спускается дальше вниз, освобождая место для новых порций сырья. Полезный объем домны должен быть всегда полностью заполнен.

Современная доменная печь может иметь полезный объем от 2000 до 50000 м³. Ее высота может достигать 35 м, что почти втрое больше ее диаметра.

Такая конструкция придумана неслучайно: принцип работы доменной печи основан на движении материалов и газов навстречу друг другу, что позволяет увеличивать использование тепла до 85%.

Горн и лещадь выполняются из кирпича, имеющего в своем составе большое количество глинозема или из углеродистых блоков.

Они расположены внутри стального кожуха и постоянно в процессе работы охлаждаются водой, поступающей по двум водопроводным системам из холодильников особой конструкции.

Причем когда первая система работает, вторая в это время находится в резерве. Заплечики, шахта и распар изготавливаются из шамотного кирпича.

Колошник отделан плитами из стали, полости внутри которых полностью заполнены шамотом, а купол печи — плитами из чугуна.

Дополнительные элементы доменной печи

Устройство доменной печи схема.

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

Доменная печь требует постоянного обслуживания, особенно при выпуске шлака и чугуна. Для этого приспособлены литейные дворы, которые оборудованы мостовыми кранами. Нагрев воздуха для работы печи, высокая температура плавки при меньшем количестве воздуха обеспечивают воздухонагреватели.

К примеру, в печь, имеющую полезный объем 2000 м³, такое оборудование должно подавать в минуту 3800 м³ воздуха, температура которого составляет 1200 градусов. Пар, образующийся за счет поступления воздуха в воздухонагреватель, должен быть постоянно влажным.

Значение этого показателя регулируется при помощи автоматической системы.

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

В чем заключается доменный процесс

Устройство доменной печи:1. Горячее дутьё.2. Зона плавления (заплечики и горн).3. Зона восстановления FeO (распар).4. Зона восстановления Fe2O3 (шахта).5. Зона предварительного нагрева (колошник).6. Загрузка железорудных материалов, известняка и кокса.7. Доменный газ.8. Столб железорудных материалов, известняка и кокса.9. Выпуск шлака.10. Выпуск жидкого чугуна.11. Сбор отходящих газов.

Для успешной плавки чугуна в доменной печи должны всегда соблюдаться основные моменты. Во-первых, температура по всему объему печи и тепло должны обеспечивать протекание требуемых реакций в нужном месте и в определенное время. Это происходит за счет движения навстречу друг другу двух потоков.

Газ от сгорания топлива поднимается снизу вверх, а шихта, нагревающаяся теплом газа, спускается сверху вниз. Во-вторых, шлак должен образовываться только тогда, как закончится восстановление железа и необходимых примесей из руды. Здесь важно правильно подобрать тугоплавкость шлака сорту чугуна.

Это необходимо для того, чтобы шлак преждевременно не сплавил руду, что приведет впоследствии к изменению состава чугуна и может вызвать сбой в процессе плавки.

Началом данного процесса является горение топлива. При взаимодействии с кислородом, природный газ и углерод кокса сгорают, образуя значительное выделение тепла.

C + O2 = CO2 + Q; CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O + Q

Происходит взаимодействие продуктов сгорания с коксом в соответствии с реакциями:

CO2 + C = 2CO — Q; H2O + C = CO + H2 — Q

В этой смеси окись углерода — главный восстановитель железа из оксидов железа. Чтобы увеличить производительность печи, воздух, поступающий в печь, увлажняют, за счет чего увеличивается количество восстановителя. При поднятии газы, температура которых достаточно высока, нагревают шихту.

Сами они при этом охлаждаются приблизительно до 300-400 градусов. Шихта двигается вниз навстречу газу. Когда температура достигнет приблизительно 570°С, происходит восстановление оксидов железа. Этот процесс состоит из нескольких последовательных этапов по схеме: Fe2O3 -> Fe3O4 -> FeO -> Fe.

Эти химические реакции определяет температура. Восстановление оксида железа происходит твердым углеродом (прямое восстановление), водородом и оксидом углерода (косвенное восстановление). В первом случае процесс осуществляется в зоне распара при наличии высоких температур в соответствии с реакцией: FeO + C = Fe + CO — Q.

Во втором случае, при косвенном восстановлении, реакция происходит при более низкой температуре в верхней части печи: 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q; Fe3O4 + CO = 3Fe O + CO2 — Q; Fe O + CO = Fe + CO2 + Q.

Образование шлака

При требуемой температуре железо, восстановленное из руды, при определенных реакциях растворяет углерод. За счет этого происходит снижение температуры плавления, и железо расплавляется при температуре приблизительно 1300°С.

Получившийся сплав, соприкасаясь с коксом, насыщается такими элементами, как кремний, фосфор, углерод, марганец, восстанавливаемые из руды. Насыщение серой происходит при температуре 1200 градусов из кокса. Внизу печи при сплавлении флюсов, пустой породы руды и золы образуется шлак, содержащий в составе окислы тех же элементов, что и сплав.

Состав шлака, как и чугуна, определяется составом исходной шихты. Из-за того, что шлак имеет меньшую плотность, он располагается на поверхности чугуна.

Готовый чугун выпускается из печи через летку каждые 3-4 часа. Шлак также выпускается через другую летку через 1-2 часа. Летки открываются посредством специального устройства, а потом их закрывают огнеупорным составом.

Чугун и шлак сливается в специальные ковши и чаши. Далее чугун отправляется в цех — мартеновский или кислородно-конвертерный, — где происходит его дальнейшая обработка.

Продукты, получаемые в результате доменного процесса

Самым главным продуктом, получающимся в результате плавки, являются чугуны, которые бывают разных видов — литейные и передельные. Они имеют различное содержание компонентов, в зависимости от чего происходит их дальнейшее использование.

Источник http://mashmex.ru/metallurgi/120-domennie-ceha.html?showall=1

Источник https://enersb.ru/domennaya-pech/obshhie-svedeniya-o-tehnologicheskom-processe-proizvodstva-chuguna-v-domennom-cehu/

Источник https://applesakhalin.ru/ustanovka/ustrojstvo-domennoj-pechi-konstruktsiya-printsip-raboty.html