Основные процессы протекающие в доменной печи реферат

Основные процессы протекающие в доменной печи реферат

Доменная печь относится к числу плавильных агрегатов шахтного типа. Рабочим пространством доменной печи называется объем, ограниченный огнеупорной футеровкой Очертание рабочего пространства называется профилем доменной печи. В горизонтальных сечениях профиль печи представляет окружности переменного диаметра, а в вертикальном сечении по оси печи—сложную симметричную конфигурацию, показанную на рис. 98. Форма и размеры профиля доменной печи обусловлены физико-химическими, газодинамическими и механическими процессами, протекающими в рабочем пространстве доменной печи.

Исходя из условий этих процессов профиль печи делится на пять частей, различающихся конфигурацией и размерами. Нижняя цилиндрическая часть печи называется горном. К горну примыкает расширяющаяся кверху коническая часть, называемая заплечиками. Наиболее широкая часть печи, имеющая форму цилиндра, называется распаром.

Сверху к распару примыкает наибольшая по объему часть печи — шахта, имеющая форму сужающегося кверху усеченного конуса. Наиболее узкая верхняя цилиндрическая часть, соединяющаяся с шахтой, называется колошником. Сумма объемов перечисленных частей профиля составляет объем рабочего пространства доменной печи.

Основным размером доменной печи является полезный объем — это объем рабочего пространства печи, ограниченный снизу горизонтальной плоскостью, проходящей через ось чугунной летки, а сверху — горизонтальной плоскостью, проходящей через основание большого конуса засыпного аппарата в опущенном положении.

Важнейшими размерами профиля доменной печи являются полезная и полная высота печи; высота горна, заплечиков, распара, шахты и колошника; диаметры горна, распара и колошника; углы наклона стен шахты и заплечиков. Высотные и поперечные размеры профиля и углы наклона стен взаимосвязаны. Изменение одного из этих размеров вызывает изменение и других размеров.

Размеры профиля доменной печи имеют очень важное значение:

1) от размеров профиля зависит полезный объем, а следовательно, и производительность печи;

2) от соотношения размеров зависит степень приближения профиля к рациональному, т. е. обеспечивающему наиболее благоприятное протекание доменного процесса.

Рассмотрим значение каждого из размеров профиля и условия, которыми эти размеры определяются.

Проект доменной печи производительностью 7000 т передельного чугуна в сутки

. жидкого и газообразного топлив явилось одним из главных направлений развития технологии доменного производства в истекшем десятилетии. В последние годы возрос интерес к использованию дешевого . состава и физических свойств, обеспечивающих получение чугуна заданной марки и нормальную работу печи. В доменном цехе и на аглофабриках в основном используют основные флюсы (известняк, доломитизированный .

Полезная высота доменной печи —это расстояние от оси чугунной летки до основания большого конуса засыпного аппарата в опущенном положении. Чем больше полезная высота, тем больше полезный объем доменной печи. Предельная полезная высота ограничивается прочностью горючего. Увеличивать полезный объем печи только за счет роста поперечных размеров недопустимо, так как существует предельное отношение поперечных размеров к полезной высоте, превышение которого ухудшает показатели работы печи. Следовательно, дальнейшее увеличение полезного объема связано с улучшением качества горючего.

Максимальная полезная высота современной работающей доменной печи достигает 33,5 м.

Полной высотой доменной печи называется расстояние от оси чугунной летки до верхней кромки опорного кольца кожуха печи, к которому крепится большая воронка засыпного аппарата. Полная высота больше полезной на величину расстояния от опорного кольца до основания большого конуса в опущенном положении. Максимальная полная высота самой большой работающей доменной печи 36,1 м.

Диаметр горна определяется производительностью печи и остальными размерами профиля во взаимосвязи с мощностью воздуходувных машин и качеством шихтовых материалов. Условиями увеличения диаметра горна являются улучшение газопроницаемости шихты и создание мощных воздуходувных машин, что в последние годы дало возможность увеличить диаметр горна от 8,2 до 14,7 м при соответствующем увеличении и других размеров профиля. Результаты работы больших доменных печей показывают, что достигнутый диаметр горна не является предельным.

Высота горна измеряется расстоянием от оси чугунной летки до нижней кромки заплечиков и должна соответствовать количеству продуктов плавки, накапливаемых в горне между выпусками. Уменьшение высоты горна приводит к сгоранию шлаковых и воздушных фурм, а чрезмерное увеличение — к понижению температуры в нижней части горна и к охлаждению продуктов плавки. Высота горна на современных доменных печах изменяется в пределах от 3,2 до 4,4 м. ‘

Расстояние от оси чугунной летки до низа огнеупорной футеровки печи — лещади — называется мертвым слоем. Назначение его состоит в предохранении лещади от действия высоких температур жидкого металла и в обеспечении нормального протекания процессов в горне. Высота мертвого слоя изменяется от 0,6 на малых доменных печах до 1,7 м на больших.

Диаметр распара влияет на распределение газового потока и движение шихтовых материалов. Являясь промежуточным по высоте доменной печи поперечным размером, диаметр распара должен быть связан с поперечными размерами горна и колошника вполне определенными соотношениями, которые обеспечивали бы плавное (без кострения) движение шихты и рациональное распределение газового потока. Диаметр распара самой большой работающей доменной печи достигает 16,1 м, а отношение его к диаметрам горна и колошника равно соответственно 1,10 и 1,49.

Высота распара должна соответствовать высоте зоны, где увеличение объема материалов вследствие их нагревания компенсируется уменьшением объема материалов, переходящих в жидкое состояние. Определение размеров этой зоны и ее положения по высоте печи затруднительно, поэтому высота распара и его положение определяются соотношением высотных и поперечных размеров печи с тем, чтобы получить соответствующие углы наклона стен шахты и заплечиков. Высота распара современных доменных печей изменяется в пределах от 1,7 до 2,3 м, а его положение по высоте печи определяется высотой заплечиков.

Проект доменной печи полезным объемом 2800 м

. колошника ,м: Для современных доменных печей принята высота колошника . В расчете примем Объемы цилиндрических частей профиля доменной печи Vx, м3, определяются в общем виде по формуле: Цилиндрические элементы печи — горн, колошник, распар. . выпусков определяется по формуле: где Z — коэффициент запаса, обеспечивающий безопасную работу печи, Z=2; Vпл — объем жидких продуктов плавки, м3/сут; Vм — .

Диаметр колошника влияет на распределение материалов при загрузке их в доменную печь и на характер их движения в печи. Этот размер должен быть увязан с диаметром распара определенным соотношением. При чрезмерном уменьшении диаметра колошника. По отношению к диаметру распара в печи будет развит периферийный поток газа, который вызовет увеличение расхода кокса и повышенный износ огнеупорной кладки печи. Увеличение диаметра колошника по отношению к диаметру распара сверх допустимых значений вызовет тугой ход шихты вследствие малого наклона стен шахты

Диаметр колошника самой большой работающей доменной печи достигает 8,2 м, а отношение его к диаметру распара 0,64.

Высота колошника в значительной мере влияет на распределение материалов. Цилиндрическая форма колошника позволяет стабилизировать влияние уровня засыпи на распределение материалов. Высота колошника определяется в зависимости от возможных колебаний высоты столба шихты. Для печей различного объема высота колошника изменяется в пределах от 2,5 до 3 м.

Высота заплечиков должна соответствовать горизонту, на котором начинается уменьшение объема материалов вследствие ^перехода части их в жидкое состояние. Чрезмерно высокие заплечики затрудняют сход материалов, так как сужение рабочего. пространства происходит раньше, чем начинается уменьшением объема материалов при их плавлении. При малой высоте стены заплечиков получаются пологими, что также препятствует нормальному опусканию материалов. У современных печей высота заплечиков колеблется от 3 до 3,4 м.

Угол наклона стен заплечиков определяется высотой заплечиков и разностью диаметров распара и горна. В современных доменных печах угол наклона стен заплечиков изменяется от 79 до 81°.

Высота шахты находится в прямой зависимости от полезной высоты печи. Диаметр шахты вверху определяется диаметром колошника, внизу — диаметром распара. Угол наклона шахты имеет очень важное значение для обеспечения нормального движения материалов и распределения газового потока по сечению. Он определяется высотой шахты и разностью диаметров распара и колошника Угол наклона стен шахты изменяется в пределах от 85° 30′ у печей малого объема до 83° 30′ у печей большого объема.

Развитие профиля доменной печи началось с момента возникновения доменного производства и продолжается и в настоящее время. Профиль первых доменных печей представлял собой два усеченных конуса, сложенных большими основаниями. Позже заметили, что при разгаре огнеупорной кладки производительность печи увеличивалась, а расход горючего уменьшался, поэтому начали увеличивать размеры рабочего пространства. В связи с тем что увеличению высоты печи, диаметра горна и диаметра колошника препятствовали низкая прочность горючего, малая мощность воздуходувных средств и ручная загрузка шихты, объем печи увеличивали преимущественно за счет расширения распара.

Постепенно профиль печи приобретал уродливые размеры с непропорционально широким распаром. Печи с таким профилем работали плохо вследствие частых подвисаний шихты.

С появлением паровых воздуходувных машин объем доменных печей заметно увеличился в основном за счет увеличения высоты. Применение минерального горючего вместо малопрочного древесного угля и более мощных воздуходувных машин привело к дальнейшему увеличению объема доменных печей. Так, уже в 80-х годах XIX в. сооружались доменные печи объемом 700—80Q м3. Однако профиль их был нерациональным. Диаметр горна был увеличен почти до размеров диаметра распара, тогда как колошник оставался узким из-за боязни ухудшить распределение материалов при загрузке в печь. Так появился бутылкообразный профиль доменной печи с узким колошником и преувеличенным диаметром горна. Опыт эксплуатации таких доменных печей показал несовершенство их профиля.

Под влиянием разработанных акад. М. А. Павловым основ профилирования доменных печей советские проектировщики в 20-х годах XX в. разработали первый типовой проект доменной печи полезным объемом 930 м3, профиль которой отличался про- порциональными размерами отдельных элементов. Это обеспечило наряду с другими мероприятиями высокую производительность и низкий расход кокса.

Вслед за первым типовым проектом был создан второй типовой проект доменной печи полезным объемом 1300 м8. За последние три десятилетия в СССР благодаря достигнутым успехам в области подготовки сырья, создания современного оборудования и накопления опыта строительства построены доменные печи объемом | 1386, 1513, 1719, 2002, 2300, 2700, 3000, 3200 и 5000 м3.

Характеристика профилей работающих доменных печей СССР приведена в табл. 28. Увеличение полезного объема доменных печей, построенных за годы советской власти, сопровождается пропорциональным увеличением поперечных размеров профиля, а их отношение к высоте неуклонно возрастает. Это стало возможным вследствие повышения газопроницаемости шихты и применения мощных воздуходувных машин.

Для успешного ведения доменного процесса необходимо соблюдать два основных условия:
1. Количество тепла и температура по высоте печи должны быть распределены так, чтобы все реакции протекали в определённом месте и в определённое время;
2. Образование шлака должно происходить только после окончания восстановления из руды железа и необходимых примесей.

Содержимое работы — 1 файл

Вариант 3 Контрольная работа .doc

Задание 1. Доменный процесс. Основные реакции. Устройство доменной печи.

Для успешного ведения доменного процесса необходимо соблюдать два основных условия:

1. Количество тепла и температура по высоте печи должны быть распределены так, чтобы все реакции протекали в определённом месте и в определённое время;

2. Образование шлака должно происходить только после окончания восстановления из руды железа и необходимых примесей.

Первое условие обеспечивается непрерывным движением в печи 2-х встречных потоков, поднимающих снизу вверх горячих газов от сгорания в горне топлива и опускающихся сверху вниз шихтовых материалов, нагревающихся под действием тепла газов.

Второе условие обеспечивается подбором по тугоплавкости шлаков соответственно сортам выплавляемого чугуна, чтобы образовавшийся шлак не сплавил руду до восстановления железа и др. примесей, не изменил заданного состава чугуна и не вызвал расстройство в ходе процесса.

Доменный процесс начинается с горения топлива.

Горячий воздух, вдуваемый через фурмы, сжигает углерод кокса по реакции:

Двуокись углерода (CO ) встречает углерод раскаленного кокса и почти полностью разлагается:

Одновременно с этим идёт реакция восстановления водорода из пара, содержащегося в дутье:

В результате этих реакций вверх из горна идут газы, состоящие из CO, H .

Подготовительные процессы в загруженных шихтовых материалах начинают происходить в верхних горизонтах печи немедленно под влиянием температуры поднимающихся газов. Сначала при температуре 100…200ºС испаряется гигроскопическая вода, а при 300…500ºС кристаллизационная, при соприкосновении которой с окисью углерода газов и углеродом кокса колошниковые газы получают дополнительно CO , CO и H .

Восстановление железа из руды начинает происходить при помощи окиси углерода (непрямое восстановление) в верхних горизонтах печи, где температура не высока, и постепенно усиливается при опускании вниз по мере повышения температуры примерно до 900°C. Обычно в доменных газах содержится небольшое количество водорода, поэтому основное восстановление идёт за счёт окиси углерода и углерода кокса.

Восстановление окисью углерода начинается в шахте и происходит ступенчато от высшего окисла железа к низшему в следующем порядке:

Протекают следующие реакции восстановления:

FeO + CO = Fe + CO₂ (6)

Основной реакцией считается реакция (6), т.к. конечным продуктом является металлическое железо и она называется реакцией косвенного восстановления железа, протекает при умеренных температурах (500…900°C) с выделением тепла.

При более высоких температурах (выше 1000…1100°C) в присутствии раскалённого кокса в доменной печи идёт восстановление железа при помощи углерода по реакции:

FeO + C = Fe + CO (7)

Эта реакция называется прямым восстановлением железа. Считается, что в доменной печи около 60…50% железа образуется по реакции (6), т.е. с помощью окиси углерода и 50…40% с помощью твёрдого углерода. Прямое восстановление железа происходит в районе распара доменной печи. Образующееся в доменной печи металлическое железо находится в твёрдом виде (губчатое железо), поскольку оно имеет температуру плавления 1535°C. В присутствии окиси углерода губчатое металлическое железо постепенно науглероживается по реакции:

Температура его плавления понижается вплоть до 1150…1200°C. Вследствие этого науглероженное железо (от 1,8 до 2 % C) переходит в жидкое состояние (расплавляется) и стекает по каплям между кусками раскалённого кокса на лещадь горна доменной печи.

Во время перемещения капелек металла происходит дополнительное насыщение железа углеродом примерно до 3,5…4 %, т.е. до обычного содержания углерода в жидком чугуне. Параллельно с процессом восстановления железа в доменной печи наблюдается восстановление из шихты марганца, кремния и фосфора, которые переходят в чугун.

Восстановление высших и средних окислов марганца до низшего окисла происходит ступенчато за счёт окиси углерода по схеме:

Закись марганца MnO трудно восстановимый низший окисел марганца, восстанавливается твёрдым углеродом по реакции:

MnO + C = Mn + CO (9)

Реакция сопровождается поглощением тепла и происходит при температурах выше 1100…1200°C. При выплавке марганцевистых марок чугуна доменная печь должна расходовать больше кокса и питаться горячим дутьём (800…900°C). Восстановление кремния из пустой породы происходит при температуре 1450°C при помощи твёрдого углерода по реакции:

SiO₂+ 2C = Si + 2CO – Q (10)

В присутствии железа эта реакция начинается при температуре 1050°C и требует поглощения меньшего количества тепла.

Фосфор содержится в руде в виде соединений (FeO)₃P₂O₅ и (CaO)₃P₂O₅ и восстановление его в присутствии пустой породы железной руды совершается за счёт твёрдого углерода:

и фосфат железа восстанавливается окисью углерода:

Сера поступает в плавку с рудой, флюсом и коксом в виде сульфида железа. Часть серы улетучивается (от 10 до 60%), оставшаяся часть серы руды и кокса переходит в шлак и в металл. Для удаления серы в шлак необходимо иметь избыточное количество извести:

FeS + CaO = FeO +CAS + Q (13)

Образующееся сернистое железо вступает в реакцию с известью. Другой путь удаления серы из чугуна – это после выпуска из печи выдержке и при перевозках в ковшах наличие реакции взаимодействия сернистого железа с марганцем:

FeS + Mn = MnS + Fe +Q (14)

Никель подобно железу восстанавливается окисью углерода, твёрдым углеродом и водородом. Процесс восстановления начинается и заканчивается раньше восстановления железа.

Хром, никель, титан и ванадий принадлежат к числу трудно восстанавливаемых элементов и восстанавливаются только твёрдым углеродом при температуре выше 1250…1300°C.

Шлакообразование, т.е. сплавление пустой породы руды с флюсом, начинается с образования наиболее лёгкоплавкого соединения из кремнезёма, глинозёма и извести. Это происходит в распаре при температуре около 1200°C. При более высоких температурах он изменяет свой химический состав в связи с растворением в нём золы кокса, флюсов и остатков пустой породы железной руды. Окончательный состав шлака находится в заплечиках и горне.

Устройство доменной печи.

Схема доменной печи представлена на рисунке 1.

Колошник 1 – верхняя цилиндрическая часть, куда при помощи засыпного аппарата загружаются проплавляемые материалы, а от боковых сторон его по газоотводам 2 удаляются колошниковые газы.

Шахта 3 – расположена под колошником. В ней в определённой последовательности идут процессы подготовки материалов, восстановление из окислов руды железа и др. элементов, науглероживание железа и плавление образовавшегося сплава. Шахте придаётся форма расширяющегося книзу усечённого конуса для облегчения опускания из колошника загруженных материалов.

Распар 4 – самая широкая цилиндрическая часть печи, где происходит плавление пустой породы руды и флюса с образованием из них шлака.

В заплечиках 5, следующей части печи в виде усечённого и расширяющегося кверху конуса, процесса шлакообразования заканчивается. Здесь остается в твёрдом состоянии только горючее и часть флюса.

В горне 6 происходит горение спустившегося сверху топлива и накапливаются в жидком состоянии чугун и шлак. Горячий воздух для сжигания топлива от воздухонагревателей подводится к печи по кольцевому воздухопроводу 7 через фурмы 8. Чугун и шлак накапливаются на дне горна, называемом лещадью 9, расположенной на мощном железобетонном фундаменте 10.

Чугун выпускается из печи через лётку, расположенную на дне лещади, по желобам в ковши, а шлак в специальные ковши через две шлаковые лётки.

В верхней части печи имеется малый конус засыпного аппарата, на который попадает шихта, при опускании его шихта попадает в чашу. Из чаши шихта попадает на большой конус, при опускании которого шихтовые материалы попадают в доменную печь, предотвращая при этом выход газов из доменной печи в атмосферу. Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приёмная воронка после очередной загрузки поворачивается на угол кратный 60º.

При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство в печь попадаются новые порции шихты в таком количестве, чтобы весь полезный объём печи был заполнен. Полезный объём печи – это объём, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Современные доменные печи имеют полезный объём 2000…50000 м , полезная высота доменной печи достигает 35 м, это более, чем в тир раза превосходит диаметр её поперечного сечения.

Это позволяет доменной печи, работающей по принципу встречного движения материалов и газов, иметь более высокий коэффициент полезного использования тепла (до 85%).

Кладка лещади и горна выполняется из углеродистых блоков и высокоглинозёмистых кирпичей, а заплечики, распар и шахта – из шамотных кирпичей высшего качества.

Лещадь и горн заключены в мощный стальной кожух и интенсивно охлаждаются водой при помощи специальных холодильников, к которым подведены две водопроводные магистрали, из них одна находится в работе, а другая — в резерве.

Колошник футерован стальными неохлаждаемыми плитами, полости которых заполнены шамотным кирпичом. Купол печи футерован чугунными плитами.

Вспомогательные устройства доменных печей.

1. Подъёмные и загрузочные устройства – служат для подъёма на колошник и загрузки в печь шихтовых материалов.

2. Литейные дворы и поддоменники – служат для обслуживания печей при выпуске чугуна и шлака. Они обслуживаются мостовым краном.

3. Воздухонагреватели – предназначены для нагрева воздуха, поступающего в доменную печь, для интенсификации плавильного процесса путём получения в горне высокой температуры при меньшем расходе воздуха. Они должны обеспечивать подачу в печь 3800 м /мин воздуха, нагретого до 1200 ºС при объёме печи 2002 м (работают одновременно по два воздухонагревателя, чередуясь; всего их 4).

Постоянная влажность дутья осуществляется при помощи пара, вводимого в воздухопровод холодного воздуха перед поступлением его в воздухонагреватель, причём заданная влажность регулируется автоматически до заданного предела.

4. Воздуходувные машины – обеспечивают доменные печи необходимым количеством сжатого воздуха для сжигания горючего и давлением на колошнике в пределах 5…7 МПа, а у новых печей до 25 МПа.

5. Газоочиститель – служит для очистки колошникового газа, поступающего из печи по газоотводам.

Задание 2. Строение вещества. Амфорные и кристаллические тела. Энтропия и изотропия.

Вещества состоят из отдельных мельчайших частиц. Их называют атомами. Во многих случаях атомы не существуют поодиночке, а объединяются в группы – молекулы. Атомы и молекулы чрезвычайно малы: в любом крошечном кусочке вещества, который мы в состоянии разглядеть (например, в пылинке) содержится больше атомов, чем звезд во всей нашей Галактике.

Молекула (рис.2) – это наименьшая частица вещества, определяющая его свойства и способная к самостоятельному существованию. Молекулы построены из атомов. На рисунке изображена молекула воды, которая состоит из атома водорода и двух атомов кислорода.

Ключевые слова конспекта: производство чугуна, производство стали, железная руда, чугун, сталь, руда, кокс, силикат кальция, пирит, доменная печь.

ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА. ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ

По объёму производства и потребления железо является важнейшим металлом. Обычно железо используется в виде сплавов. Отрасль промышленности, производящая железо и его сплавы, – чёрная металлургия.

Источником получения железа является железная руда. В руде основными компонентами являются соединения железа:

• Fe₃O₄ – магнетит (магнитный железняк),
• Fe₂O₃ – гематит (красный железняк),
• Fe₂O₃nH₂O – лимонит (бурый железняк),
• FeS₂ – пирит (железный колчедан, серный колчедан).

Пирит сначала обжигают (в ходе производства серной кислоты), а огарок (Fe₂O₃) используют в производстве чугуна.

Продуктами производства являются чугун и сталь.

Чугун – сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет более 2%, а также имеются примеси кремния, фосфора, серы и марганца.

Производство чугуна осуществляют в доменных печах (см. рис). Сырьём для производства являются железная руда, кокс, известняк и горячий воздух.

Руда последовательно претерпевает превращения:

В руде присутствует также пустая порода, которую образует главным образом кремнезём – SiO₂. Это тугоплавкое вещество. Для превращения его в легкоплавкие соединения к руде добавляется флюс. Обычно это известняк. При взаимодействии его с кремнезёмом (SiO₂) образуется силикат кальция:

Образующийся силикат легко отделяется в виде шлака.

При восстановлении руды железо получается в твёрдом состоянии. Постепенно оно опускается в более горячую часть печи – распар – и растворяет в себе углерод. Образуется чугун. Последний плавится и стекает в нижнюю часть домны, а жидкие шлаки собираются на поверхности чугуна, предохраняя его от окисления. Чугун и шлаки периодически выпускают через особые отверстия.

Когда металлическое железо выделяется в жидком состоянии, в нём сравнительно хорошо растворяется углерод. При кристаллизации такого раствора образуется чугун – сплав железа с углеродом. Он обладает высокой хрупкостью из-за большого содержания в нём карбида железа Fe₃C (цементита), который образуется в результате побочных реакций:

В чугуне содержатся примеси фосфора, серы. Сера ухудшает текучесть чугуна и вызывает красноломкость стали – хрупкость при нагревании до температуры красного каления. Фосфор вызывает хладноломкость стали – хрупкость при обычной температуре.

ПРОИЗВОДСТВО СТАЛИ

Сталь – сплав железа с углеродом, в котором массовая доля углерода составляет менее 2%.

Сущность получения стали из чугуна заключается в уменьшении содержания углерода в металле и возможно более полном удалении примесей – серы и фосфора, а также в доведении содержания кремния, марганца и других элементов до требуемых пределов.

Существует несколько способов переработки чугуна в сталь : мартеновский, бессемеровский и томасовский. Они различаются методами окисления.

В бессемеровском и томасовском способах окисление осуществляется кислородом воздуха, продуваемого через расплавленный металл. Во всех процессах углерод, содержащийся в металле, окисляется до СО и СO₂, удаляемых из реакционной зоны. Кремний Si, марганец Мn, хром Сг и другие металлы, окисляясь, переходят в шлак в виде SiO₂, МnО и т. д.

Механизм процесса окисления может быть представлен следующим образом. В первую очередь окисляется часть железа. Часть образующихся оксидов растворяется в металле и взаимодействует с примесями:

С + FeO ⇆ Fe + СО
Si + 2FeO ⇆ 2Fe + SiO₂
2P + 5FeO ⇆ 5Fe + P₂O₅

Для максимального удаления примесей серы и фосфора необходимо, чтобы в процессе передела чугуна получались основные шлаки; это достигается путём добавления известняка или извести. Сера, содержащаяся в чугуне в виде FeS, реагирует с оксидом кальция СаО:

FeS + СаО = CaS + FeO

Образующийся сульфид кальция переходит в шлак. Образовавшийся P₂O₅ также взаимодействует с известью, образуя фосфат кальция, переходящий в шлак:

Бессемеровский и томасовский способы осуществляют в конвертерах. Конвертеры – аппараты грушевидной формы, изготовленные из специальной котельной стали (кожух) и футерованные изнутри огнеупорными материалами.

Доменная печь (домна) – вертикальная (шахтная) печь, работающая по принципу противотока (рис.1). Шихтовые материалы в домну загружают сверху, и по мере сгорания топлива, они под действием собственного веса непрерывно опускаются к основанию печи. Внизу в печи развивается тепло (от горения топлива), которое передается восходящими горящими газами опускающимся материалам. При этом происходят процессы восстановления и науглероживания железа и других элементов и образование шлака.

Верх печи называют колошником (см. рис.1.1). К колошнику прикреплены газоотводные трубы для отвода колошникового газа. В колошнике же находится засыпной аппарат для загрузки шихты, состоящий из двух конусных затворов. Вниз от колошника идет самая большая часть доменной печи – шахта, расширяющаяся книзу и заканчивающаяся цилиндрической частью – распаром. Под распаром находятся заплечики. Нижняя часть печи – горн. Под горна называется лещадью. В верхней части горна расположены фурменные отверстия (8 – 16 штук для кокосовых печей), через которые поступает воздух, подогретый до 950 – 1200 о С в воздухонагревателях-регенераторах, а также газообразное топливо (природный газ), а в некоторых случаях – пылевидное или жидкое (мазут). Ниже фурменных отверстий имеются две шлаковые лётки – для выпуска шлака, а на самом нижнем уровне – лещади – чугунная лётка для выпуска чугуна.

В современных домнах для повышения производительности печи воздушное дутье обогащают кислородом до 32 %. Добавление кислорода увеличивает производительность в 2 раза, а расход кокса снижается в 2 раза.

Рис.1.1. Устройство типовой доменной печи и схема распределения шихтовых материалов и температур по высоте печи: 1 – жидкий чугун; 2 – чугунная лётка; 3 – жидкий шлак; 4 – шлаковая лётка; 5 – жёлоб для выпуска чугуна; 6 – фурмы; 7 – жёлоб для выпуска шлака; 8 – топливо; 9 – руда; 10 – флюс; 11 – капли чугуна; 12 – капли шлака.

Вблизи фурм сгорает углерод кокса и температура в этой зоне достигает 1800 – 2000 о С:

При высоких температурах в присутствии твердого углерода (топлива) соединение СО₂ неустойчиво:

С + СО₂ = СО -171,9 Дж.

На некотором расстоянии от фурм углерод сгорает не полностью (неполная реакция горения):

2С + О₂ = 2СО + 110,5 Дж.

Газы СО₂, СО и др. поднимаются вверх, нагревают шихту, в результате из неё удаляется влага и летучие вещества. При прогреве шихты примерно до 570 о С начинается восстановление оксидов железа, содержащихся в агломерате.

Восстановление железа твёрдым углеродом называется прямым, а газами – косвенным.

При температурах 570 – 900 о С оксиды железа восстанавливаются по реакциям:

FeO + CO = Fe + СО₂;

При этих температурах в нижней зоне шахты образуется губчатое железо. Часть оксида FeO опускается до уровня распара и заплечиков, где имеет место прямое восстановление железа углеродом кокса:

По мере опускания шихта достигает зоны с температурами 1000…1100 о С, при этих температурах железо интенсивно науглероживается при взаимодействии с коксом, оксидом углерода СО и сажистым углеродом:

По мере растворения углерода в железе температура плавления железа снижается, и на уровне распара и заплечиков оно расплавляется. Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса и руды, дополнительно насыщаются углеродом (до 4 %), марганцем, кремнием и фосфором, восстановленными из руды. Фосфор образует в чугуне фосфиды железа Fe₃P. Помимо этого в чугун при плавке переходит сера, содержащаяся в коксе и в руде (в руде сера содержится в виде сульфидов железа и сульфатов кальция). Сера летуча и часть её удаляется с газом при нагреве. Сера кокса окисляется вблизи фурм до соединения SO₂, и, поднимаясь вместе с газами, восстанавливается твердым углеродом.:

Часть серы образует сульфиды железа, растворяющиеся в чугуне. С помощью оксида кальция СaO, содержащегося в шлаке, сульфиды железа удаляются из металла, и сера образует в шлаке более прочное сочинение с кальцием:

В шлаке образующиеся оксиды FeO связываются в силикаты FeO·SiO₂, что препятствует их обратному переходу в металл. Шлак образуется постепенно, его состав изменяется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна благодаря меньшей плотности. В условиях доменного производства кремнезём SiO₂ и глинозем Al₂O₃, содержащиеся в пустой породе, соединяются с оксидом кальция СаО (флюс) и переходят в шлак. В соответствии с законом распределения, изменяя состав шлака, можно изменять соотношение между количеством примесей, входящих в состав металла и шлака. Убирая шлак с поверхности металла и наводя новый путем подачи флюса нужного состава, управляют процессом удаления вредных примесей (главным образом серы) из металла.

Шлак выпускают каждые 1 – 1, 5 часа, а чугун – каждые 3 – 4 часа. Чугун и шлак выпускают по жёлобам, проложенным по литейному двору в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши, установленные на железнодорожных платформах. Чугуновозные ковши (емкостью 90-140 т) транспортируют чугун в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи для передела в сталь. Чугун, неиспользуемый в жидком виде, поступает на разливочную машину, где заливается в формы-изложницы, где он затвердевает в виде чушек массой 45 кг.

Читайте также:

• Реферат день победы на казахском
• Компьютерные сети реферат по информатике
• Тициан реферат с планом
• Реферат доверенность форма содержание виды
• Социальные выплаты и пособия порядок их получения посредством цифровых технологий реферат

Конструкция доменной печи

Доменная печь предназначена для выплавки 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.

Читайте также: Гриндер для измельчения табака — что это и зачем использовать

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.

Описание и процеcсы

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий аппарат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши . Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода ; цилиндрической части — горна , служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака .

В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха , обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл .

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.

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.

Продукты доменного производства

Продуктами доменной плавки являются:

Читайте также:

• 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.

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.

Фосфористые чугуны.

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

Литейные чугуны.

Читайте также: Как правильно точить ножи?

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.

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.

Конструкция и методика расчёта доменной печи

Читать далее: Теплообмен в доменных печах

Читайте также: Штукатурный рубанок. Исправление дефектов механизированной штукатурки

1.1 Устройство и работа доменной печи …………………………………….4

1.2 Теплообмен в доменных печах …………………………….……….7

1.3 Показатели работы доменных печей……………………………… 10

Список использованных источников …………………………………14

1 Доменные печи

1.1 Устройство и работа доменной печи

Доменная печь предназначена для выплавки чугуна из железных руд и является важнейшим агрегатом чёрной металлургии. Основой технологических процессов, протекающих в доменной печи, являются процессы восстановления окислов железа.

Доменная печь представляет собой высокую шахту круглого сечения (рисунок 1), опирающуюся на железобетонный фундамент обычно многогранной формы. Нижняя часть (подошва) фундамента находиться на глубине 6 – 7 м. Надземная часть фундамента выложена из огнеупорного бетона.

Профиль рабочего пространства печи в вертикальном разрезе составляют колошник (верхняя цилиндрическая часть), шахта (верхняя конусная часть), распар (широкая цилиндрическая часть), заплечики (нижняя конусная часть) и горн (нижняя цилиндрическая часть).

Футеровка колошника защищена металлическими кольцами, собранными из сегментов, от ударного и истирающего действия кусков шихты, падающих с большого конуса засыпного аппарата. Шахту, распар и заплечики футеруют высококачественным шамотным кирпичом, а горн и лещадь (под печи) – высокоглиноземистым кирпичом или углеродистыми блоками. Футеровку нижней части шахты, а также распара, заплечиков, горна и лещади охлаждают водяными холодильниками.

Кладка шахты заключена в цельносварной стальной кожух. Внизу, на уровне перехода шахты к распару, кожух заканчивается опорным кольцом, которое поддерживается колоннами со специальными опорами, передающими нагрузку на несущую плиту фундамента. Горн также опоясан сварным стальным кожухом.

Горячее дутье от воздухонагревателей через футерованный воздухопровод поступает в футерованную кольцевую трубу. Из кольцевой трубы воздух направляется в футерованные рукава и через медные водоохлаждаемые фурмы, расположенные в верхней части горна по окружности, поступает в доменную печь. Фурмы вставлены в конические холодильники, которые входят в амбразуры, плотно прилегающие к кожуху печи.

В нижней части горна на высоте 600 – 1000 мм от лещади расположены одна или две чугунные летки – каналы для периодического выпуска чугуна и шлака. Шлак отделяют от чугуна в желобе при помощи перевала и перегородки (скимера). В промежутках между выпусками чугуна отверстие летки забивают огнеупорной массой при помощи специального устройства – электрической поршневой пушки.

На высоте 1400 – 1600 мм от чугунной летки под некоторым углом друг к другу расположены две шлаковые летки, через которые выпускают шлак. Шлаковая летка состоит из полой медной водоохлаждаемой фурмы, которая входит в конический медный холодильник, вставленный в чугунный холодильник, вставленный в чугунный холодильник со змеевиком. Отверстие шлаковой летки закрыто специальным стопором со стальной пробкой.

Доменную печь загружают шихтой сверху через специальный засыпной аппарат. Он состоит из большого конуса с воронкой, перекрывающего колошник печи, и малого конуса с вращающейся приемной воронкой. Такая конструкция засыпного аппарата позволяет равномерно распределять материал на окружности колошника и устраняет потери газов в атмосферу. Загрузку шихты в доменную печь осуществляют послойно.

Процесс развития доменного производства идет в направлении повышения содержания железа в рудном сырье, снижения расхода топлива и частичной замены природным газом (реже мазутом) дефицитного топлива, которым является кокс. Увеличиваются также размеры доменных печей. Полезные объемы доменных печей достигают 5000 м3.

Повышение содержания железа в рудном сырье, ведущее к уменьшению количества шлака, снижает затраты физического тепла на нагрев и плавление составляющих шлака, приводит к разогреву низа печи и позволяет снизить расход топлива. Снижение расхода топлива увеличивает в свою очередь экономичность и производительность печи.

В настоящее время в качестве рудной части шихты используют агломерат – продукт обогащения железной руды спеканием измельченной руды, железного концентрата, колошниковой пыли и флюсов.

Весьма перспективным является применение окатышей – продукта окомкования и обжига железного концентрата.

Основным видом топлива в доменной печи является кокс. В качестве дополнительного топлива используется природный газ, который подаётся через фурмы.

Раскаленные газы, получающиеся в области фурм в результате горения опускающегося кокса до СО и вдуваемого природного газа до СО и Н2, продуваются (фильтруются) через столб кусковых материалов под действием напора, создаваемого воздуходувками. Загружаемые через засыпной аппарат рудное сырьё и кокс постепенно нагреваются и теряют влагу и летучие. При использовании флюсов и сырых руд происходят также процессы разложения карбонатов. Железорудное сырьё восстанавливается. Высший окисел Fe2O3 превращается в железо последовательно через промежуточные окислы. Процесс восстановления осуществляется практически по всей высоте печи, но заканчивается выше уровня фурм до поступления составляющих рудного сырья в зону горения. Восстановителями служат компоненты газа (СО и Н2), окисляющиеся в процессе восстановления до СО2 и Н2О.

Процесс восстановления железа складывается из реакций

FeO + CO = Fe + CO2

Такой процесс требует затраты углерода и поглощает большое количество (156,64 МДж/моль) тепла.

При высоких температурах, достигаемых после расплавления и разделения составляющих рудной части шихты на металл и шлак, получают некоторое развитие эндотермические процессы прямого восстановления кремния и марганца, а также процесс науглероживания железа. Эти процессы осуществляются при стекании струй чугуна и шлака через слой кокса (коксовую постель), выполняющего роль фильтра, пропускающего расплавы и газы и преграждающего путь ещё не расплавленным или полурасплавленным кускам рудных материалов.

Окись углерода, которая образуется по реакциям (1) и представляет собой основную горячую составляющую доменного (колошникового) газа, удаляется из печи с температурой примерно 650 К и используется в дальнейшем для отопления доменных печей.

Для отвода газа в куполе печи предусмотрены четыре боковых восходящих газоотвода. Вертикальные участки газоотводов соединены попарно в два газоотвода, переходящих в один нисходящий газоотвод, который входит сверху по оси в первичный пылеуловитель. Газоотводы футерованы шамотным кирпичом.

Читать далее: Теплообмен в доменных печах

Информация о работе «Конструкция и методика расчёта доменной печи»

Раздел: Промышленность, производство Количество знаков с пробелами: 15187 Количество таблиц: 2 Количество изображений: 0

Похожие работы

Конструкция, методика расчёта мартеновских печей черной металлургии

… мартеновской плавки. От интенсивности передачи тепла твердой шихте или жидкой ванне зависит скорость нагрева и плавления шихто­вых материалов и качество работы мартеновской печи в целом. Большая часть различных мер (совершенствование конструкции головок и печи в целом, организация факела и режима завалки и т. д.) направлена на то, чтобы создать условия, при которых максимум подведенного тепла в …

Читайте также: Сверлильный станок на магнитной подошве (основании)

Конструкция, методика расчёта обжиговых печей чёрной металлургии

… работы печи дают возможность не только определить стоимость обжига принятой единицы продукции, но и судить о совершенстве той или иной конструкции, наметить пути дальнейшего ее усовершен­ствования. 1.2 Обжиговые печи В черной металлургии обжиговые шахтные печи применяют глав­ным образом для обжига железных руд, известняка, магнезита и доломита. По виду используемого топлива обжиговые шахтные …

Конструкция, методика расчёта толкательных методических печей

… печей в значительной мере соответствует графику изменения температуры по длине печи (рисунок 6). Рисунок 6 – Изменение температуры газов и металла по длине методической печи 1.2 Конструкция пода и транспортирующих устройств Возможны следующие основные конструктивные варианты: 1) сплошной (неканализированный) под с неохлаждаемыми опорами и другими устройствами для транспорта заготовок; …

Конструкция, методика расчёта нагревательных и термических печей для сортового проката

… площади пода печей определяют не через время нагрева, а используя величину напряжённости активного пода На. В этом случае Fа = Р/На, а длина печи La = Fa/B, где В – ширина печи. 4 Печи для термической обработки сортового проката. 4.1 Режимы термической обработки. Наиболее распространённым видом термической обработки сортового проката является отжиг с целью проведения полной фазовой …

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.

Наряду с основным продуктом при плавке получаются дополнительные продукты – шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль. Шлак используется для изготовления строительных материалов. К примеру, если его вылить в воду, получится материал, имеющий мелкозернистую структуру. Впоследствии его применяют для производства кирпичей, цемента и других материалов.

Колошниковый газ, образующийся при сгорании топлива, очищается специальным методом от пыли и частиц руды. Его применяют в качестве топлива в доменных печах и котлах, работающих на воде или на пару. Если смешать колошниковый газ с природным, то его можно использовать в мартеновских печах.

Еще одним продуктом доменной плавки является колошниковая пыль. Она содержит в своем составе от 40 до 50% железа и широко применяется при агломерации.

Уборка чугуна и шлака доменной печи

После выпуска чугуна летку закрывают огнеупорной массой нагнетаемой в канал летки поршневой машиной (пушкой) с электрическим или пневматическим приводом. Чугун отвозят ковшами емкостью 80—100 т, футерованными шамотным кирпичом.

Передельный чугун направляют в сталеплавильный цех и заливают там в миксер — цилиндрический футерованный сборник емкостью от 600 до 2000 т, предназначенный для усреднения химического состава и хранения запаса жидкого чугуна.

Литейный чугун поступает на разливочную машину, которая представляет собой бесконечный конвейер из чугунных изложниц, шарнирно скрепленных роликами, движущимися по направляющим. Жидкий чугун из ковша сливается в желоб, а с него — в изложницы. Зубцы ведущего колеса конвейера последовательно захватывают ролики и весь конвейер приводится в движение. Когда изложницы огибают верхнее направляющее зубчатое колесо, чушки чугуна массой около 50 кг выпадают из них и по желобу сбрасываются на железнодорожную платформу.

Шлак ковшами отвозят в отвал или гранулируют и используют для производства кирпича, цемента в строительстве й для других нужд.

Доменная печь

Доменная печь, домна — большая металлургическая вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до её капитального ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.

Этимология

Слово «домна» образовано от старославянского «дмение» — дутьё. На других языках: англ. blast furnace — дутьевая печь, нем. Hochofen — высокая печь, фр. haut fourneau — высокая печь. кит. 高炉 (gāolú) — высокая печь, хорв. Visoka peć — высокая печь.

Следует иметь в виду коренное отличие в значении слов «домница» и «доменная печь»: в домнице получали (в виде кусков или криц) штуки восстановленного сыродутного (от слова «сырое», то есть неподогретое дутьё) железа, а в доменной печи — жидкий чугун.

История

Первые доменные печи появились в Китае к IV веку. В эпоху Средневековья в Европе применялся т. н. каталонский горн, который позволил механизировать кузнечные меха за счёт гидравлического привода, что способствовало увеличению температуры плавки. Однако его ещё нельзя было назвать доменной печью ввиду особых габаритов (кубический метр).

Непосредственным предшественником доменной печи был штюкофен (кричные печи), которые появились в XIII веке в Штирии. Штукофен имел форму конуса высотой 3,5 метра и имел два отверстия: для нагнетания воздуха (фурма) и вытаскивания крицы.

В Европе доменные печи появились в Вестфалии во второй половине XV века, в Англии доменные печи начали строить в 1490-х годах, в будущих США — в 1619 г. Это стало возможным благодаря механизации. Высота домны достигала 5 метров. В России первая доменная печь появилась в 1630 году (Тула, Виниус). В 1730-х гг. на заводах Урала доменные печи сооружали вблизи основания плотины и на одном фундаменте часто помещали два агрегата, сокращая расходы на строительство и обслуживание.

Дутьё в большинстве случаев подавали двумя работавшими по очереди клинчатыми мехами, изготовленными из дерева и кожи и приводимыми в действие водоналивным колесом. Концы сопел обоих мехов помещали в неохлаждаемую чугунную фурму прямоугольного сечения, носок которой не выходил за пределы кладки. Между соплами и фурмой оставляли зазор для наблюдения за горением угля. Расход воздуха достигал 12—15 м³/мин при избыточном давлении не более 1,0 кПа, что было обусловлено малой прочностью кожи мехов. Низкие параметры дутья ограничивали интенсивность плавки, объём и высоту печей, суточная производительность которых длительное время не превышала 2 т, а время пребывания шихты в печи от момента загрузки до образования чугуна составляло 60—70 ч. В 1760 году Дж. Сметон изобрёл цилиндрическую воздуходувку с чугунными цилиндрами, повысившими количество дутья. В России эти машины появились впервые в 1788 году на Александровском пушечном заводе в Петрозаводске. На каждую печь действовало 3—4 воздушных цилиндра, соединённых с водяным колесом посредством кривошипа и зубчатой передачи. Количество дутья возросло до 60—70 м3/мин.

Высокий расход древесного угля на получение железа вызвал истребление лесов вокруг металлургических заводов Европы. По этой причине в Великобритании с 1584 году ввели ограничение на рубку леса для металлургического производства, что вынудило эту страну, богатую каменным углём, в течение двух столетий ввозить часть чугуна для собственных нужд сначала из Швеции, Франции и Испании, а потом из России. В 1620-х годах Д. Дадли пытался плавить чугун на неподготовленном каменном угле, но без успеха. Только в 1735 году А. Дарби II после многолетних опытов удалось получить каменноугольный кокс и выплавить на нём чугун. С 1735 года основным топливом доменной печи стал каменный уголь (Великобритания, Абрахам Дарби III).

Низкая стоимость кокса в сравнении с древесным углем, его высокая механическая прочность и удовлетворительное качество чугуна стали основанием для последующей повсеместной замены органического топлива минеральным. Наиболее быстро этот процесс закончился в Великобритании, где к началу XIX века почти все доменные печи перевели на кокс, тогда как в Континентальной Европе минеральное топливо начали использовать позже.

11 сентября 1828 года Джеймс Бомон Нилсон получил патент на использование горячего дутья (британский патент № 5701) и в 1829 г. осуществил нагрев дутья на заводе Клайд в Шотландии. Использование в доменной печи нагретого только до 150 °С дутья вместо холодного привело к снижению удельного расхода каменного угля, применяемого в доменной плавке, на 36 %. Нилсону также принадлежит идея повышения содержания кислорода в дутье. Патент на это изобретение принадлежит Генри Бессемеру, а практическая реализация относится к 1950-м годам, когда было освоено производство кислорода в промышленных масштабах.

19 мая 1857 года Э. А. Каупер запатентовал воздухонагреватели (британский патент № 1404), также называемые регенераторами или кауперами, для доменного производства, позволяющие сэкономить значительное количество кокса. Внедрению горячего дутья на заводах Урала способствовало распространение в 1860—1870-х годах доменных печей Рашета, имевших горн эллиптического или прямоугольного поперечного сечения и снабжённых улавливающими устройствами для нагрева подаваемого в печь воздуха.

Во второй половине XIX века, с возникновением и распространением сталеплавильных технологий требования к чугунам стали более формализованными — они подразделялись на передельные и литейные, при этом для каждого вида сталеплавильного передела были установлены чёткие требования, в том числе и по химическому составу. Содержание кремния в литейных чугунах было установлено на уровне 1,5—3,5 %. Они делились по категориям в зависимости от величины зерна в изломе. Существовал ещё отдельный сорт литейного чугуна — «гематитовый», выплавляемый из руд с низким содержанием фосфора (содержание в чугуне до 0,1 %).

Передельные чугуны различались по переделам. Для пудлингования использовался любой чугун, при этом от выбора чугуна (белый или серый) зависели свойства получаемого железа. Для бессемерования предназначался серый чугун, богатый марганцем и кремнием и содержащий как можно меньше фосфора. Томасовским способом перерабатывали низкокремнистые белые чугуны со значительным содержанием марганца и фосфора (1,5—2,5 % для обеспечения правильного теплового баланса). Передельный чугун для кислой мартеновской плавки должен был содержать лишь следы фосфора, тогда как для основного процесса требования по содержанию фосфора не были столь строги.

При нормальном ходе плавки руководствовались видом шлака, по которому можно было ориентировочно оценить содержание в нём четырёх главных составляющих его оксидов (кремния, кальция, алюминия и магния). Кремнеземистые шлаки при застывании имеют стекловидный излом. Излом шлаков, богатых оксидом кальция — камневидный, оксид алюминия делает излом фарфоровидным, под влиянием оксида магния он принимает кристаллическое строение. Кремнеземистые шлаки при выпуске вязки и тягучи. Кремнеземистый шлак, обогащённый оксидом алюминия, становится более жидким, но ещё может вытягиваться в нити, если оксида кремния в нём не менее 40—45 %. Если же содержание оксидов кальция и магния превышает 50 %, шлак становится вязким, не может течь тонкими струйками и при застывании образует морщинистую поверхность. Морщинистая поверхность шлака говорила о том, что плавка «горячая» — при этом кремний восстанавливается и переходит в чугун, следовательно, в шлаке становится меньше оксида кремния. Гладкая поверхность имела место при выплавке белого чугуна с невысоким содержанием кремния. Оксид алюминия придавал поверхности шлака чешуйчатость.

Индикатором хода плавки был цвет шлака. Основный шлак с большим количеством оксида кальция имел при выплавке графитистого «чёрного» чугуна в изломе серый цвет с голубоватым оттенком. При переходе к белым чугунам он постепенно желтел вплоть до коричневого, а при «сыром» ходе значительное содержание оксидов железа делало его чёрным. Кислые, кремнистые шлаки при тех же условиях меняли свой цвет от зелёного до чёрного. Оттенки цвета шлака позволяли судить о присутствии марганца, который придаёт кислым шлакам аметистовый оттенок, а основным — зелёный или жёлтый.

Описание и процессы

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий аппарат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

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

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.

В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

В верхней части горна, где приток кислорода достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода и выделяя большое количество тепла.

Диоксид углерода, покидая зону, обогащенную кислородом, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода — главный восстановитель доменного процесса.

Поднимаясь вверх, монооксид углерода взаимодействует с оксидами железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до металла:

F e 2 O 3 + 3 C O = 2 F e + 3 C O 2 O_+3,CO=2,Fe+3,CO_> >

Полученное в результате реакции железо каплями стекает по раскаленному коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 — 6,67 % углерода. Такой сплав называется чугуном. Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси — сера и фосфор. Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.

Ранее шлак выпускался через отдельную шлаковую лётку. В настоящее время и чугун, и шлак выпускают через чугунную летку одновременно. Разделение чугуна и шлака происходит уже вне доменной печи — в жёлобе, при помощи разделительной плиты. Отделенный от шлака чугун поступает в чугуновозные ковши, либо в ковши миксерного типа и вывозится либо в сталеплавильный цех, либо в разливочные машины.

Автоматизация доменного производства

Основные направлениями автоматизации и контроля в доменном производстве:

• Химический состав и физические свойства шихтовых материалов.
• Загрузка шихтовых материалов.
• Состояние верхней зоны печи (колошника)
• Состояние шахты печи.
• Параметры комбинированного дутья.
• Состояние нижней зоны печи (горна)
• Технико-экономические показатели плавки.
• Воздухонагреватели

Фундамент печи

Современная печь вместе со всеми сооружениями и металлоконструкциями, футеровкой (огнеупорной кладкой) и находящимися в ней шихтовыми материалами и продуктами плавки может иметь массу свыше 30 тыс. т. Эта масса должна быть равномерно передана грунту. Нижнюю часть фундамента (подошву) делают в виде массивной бетонной плиты толщиной до 4 м. На подошву опираются колонны, поддерживающие металлические конструкции печи (кожух). Верхняя часть фундамента (пень) представляет собой монолитный цилиндр из жароупорного бетона, на котором находится горн печи.

Горн доменной печи

Горн доменной печи — нижняя часть доменной печи, цилиндрическая по внутреннему очертанию и коническая (иногда цилиндрическая) по наружной форме. Горн оснащен устройствами для выпуска чугуна и шлака (чугунными и шлаковыми летками) и приборами (фурмами) для вдувания нагретого (на кауперах) до 1100—1400 °С, обогащенного кислородом до 23—25 %, воздуха. Горн доменной печи — наиболее ответственная часть её конструкции. Здесь скапливается до 1000 т. и больше расплавленных продуктов плавки — чугуна и шлака. На дно горна оказывает давление весь столб шихты массой 9—12 тыс. тонн. Давление горновых газов составляет 0,4—0,5 МПа, а их температура в очагах горения кокса достигает 1700—2100 °С. Внутри горна непрерывно движутся и обновляются кокс, жидкие чугун и шлак, горновые газы. По сути это мощный непрерывно движущийся реактор. В связи с этим к конструкциям горна предъявляются жесткие требования по прочности, герметичности и огнеупорности. Основные конструктивные элементы горна — кожух, холодильники, чугунная и шлаковая летка, фурменные приборы.

Чугунная лётка

Это канал прямоугольной формы шириной 250—300 мм с высотой 450—500 мм. Канал делают в огнеупорной кладке горна на высоте 600—1700 мм от поверхности лещади. Каналы для шлаковых лёток выкладывают на высоте 2000—3600 мм. Канал чугунной летки закрыт огнеупорной массой. Открывают чугунную лётку путём высверливания бурильной машиной отверстия диаметром 50—60 мм. После выпуска чугуна и шлака (на современных больших доменных печах выпуск чугуна и шлака осуществляется через чугунные лётки) отверстия забивают с помощью электрической пушки. Носок пушки вводят в лётку и в неё из пушки под давлением подают лёточную огнеупорную массу. Шлаковая лётка на доменной печи защищена водоохлаждаемыми элементами, которые в совокупности называют шлаковыми стопорами и рычажной конструкции с пневматическим приводом, управляемым дистанционно. Доменные печи большого объёма (3200—5500 м3) оборудованы четырьмя чугунными лётками, работающими попеременно, и одной шлаковой лёткой. Выпуск чугуна и шлака из доменной печи включает в себя следующие операции:

Воздухонагреватели

Воздухонагреватели сооружаются при домнах с момента изобретения Э. А. Каупера, то есть с 1857 года. Воздухонагреватели имеют вид больших башен, расположенных рядом с домной. Из домны по трубе — газоотводу — в воздухонагреватель поступает горячий колошниковый газ, который в специальной камере внутри воздухонагревателя смешивается с поступающим по другой трубе воздухом и сгорает. Образующийся ещё более горячий газ проходит через насадку — сложенную из кирпичей колонну с зазором между ними для прохода газа. Этот газ нагревает насадку и выводится из воздухонагревателя через третью трубу. Когда насадка нагреется до необходимой температуры, в воздухонагреватель пускают обычный, ненагретый, воздух, который, проходя через насадку, нагревается до температуры свыше 1000 °С и далее идёт в домну для выплавки чугуна. Насадка при этом постепенно охлаждается, и когда она достаточно охладится, её снова разогревают сжиганием колошникового газа. Отсюда видно, что процесс нагрева воздуха для домны не является непрерывным, а поскольку выплавка чугуна в домне идёт постоянно, при ней сооружают несколько воздухонагревателей — пока один из них работает на нагрев насадки колошниковым газом из домны, другой работает на нагрев насадкой воздуха для домны.

• Таганрог. Металлургический завод
• Доменная печь в Дуйсбурге, Германия
• Фурмы доменной печи
• Составные части доменной шихты: окатыши, кокс, известняк
• Окатыши на рудном дворе доменного цеха
• Воздухонагреватели и доменные печи НТМЗ

В геральдике

Плавильная печь — редкая негеральдическая фигура, символизирующая отношение к металлургической, рудодобывающей и рудоперерабатывающей промышленности. Используется в гербах Екатеринбурга (1783, 1998 гг.) и гербах Луганска (1903, 1992 гг.), а также в гербе Барнаула.

• Герб Барнаула
• Проект герба Екатеринбурга 1862 года
• Герб Луганска 1903 года

Источник https://obrazovanie-gid.ru/referaty/osnovnye-processy-protekayuschie-v-domennoj-pechi-referat.html

Источник https://platan-metal.ru/oborudovanie/domennaya-pech-shema-2.html

Источник https://stilin.ru/stati/1652-domennaya-pech.html