Tehnik-ast.ru

Электро Техник
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Устройство и работа доменной печи

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

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

Современное металлургическое оборудование

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.

Принцип работы печи

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

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.

Устройство печи

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

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.

Читайте так же:
Как правильно затачивать ножи на точиле видео

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.

Плавильная печь

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.

Какая температура в доменной печи

Назначение. Конструкция печи. Технологический процесс выплавки чугуна.

metaljournal

Доменная печь

blast furnace

Чугун выплавляют в печах шахтного типа – доменных печах. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива.
При выплавке чугуна решаются задачи:

  1. Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава.
  2. Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нем золы кокса и удаление его из печи.

доменный цех

Доменная печь

Устройство и работа доменной печи

Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 шихта попадает в чашу11, а при опускании большого конуса 13 – в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.

Схема доменной печи

Схема доменной печи

blast furnace scheme

При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство подают новые порции шихты, чтобы весь полезный объем был заполнен.
Производство чугуна. Доменное производство чугуна. Технология производства чугуна. Процесс производства чугуна.
Полезный объем доменной печи – объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем – 2000…5000 м3.
В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива. Воздух поступает из воздухонагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка из огнеупорного кирпича, в которой имеются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подается очищенный доменный газ, который, сгорая, образует горячие газы. Проходя через насадку, газы нагревают ее и удаляются через дымовую трубу. Через насадку пропускается воздух, он нагревается до температуры 1000…1200 0С и поступает к фурменному устройству, а оттуда через фурмы 2 – в рабочее пространство печи. После охлаждения насадок нагреватели переключаются.
Горение топлива. Вблизи фурм природный газ и углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорают:
C + O2 = CO2 + Q
CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O(пар) + Q
В результате горения выделяется большое количество теплоты, в печи выше уровня фурм развивается температура выше 2000 0С. Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом по реакциям:
CO2 + C = 2CO — Q
H2O + C = CO + H2 — Q
Образуется смесь восстановительных газов, в которой окись углерода CO является главным восстановителем железа из его оксидов. Для увеличения производительности подаваемый в доменную печь воздух увлажняется, что приводит к увеличению содержания восстановителя. Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до 300…400 0С у колошника. Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре около 570 0С начинается восстановление оксидов железа.
Восстановление железа в доменной печи. Восстановление железа происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте и повышения температуры от высшего оксида к низшему, в несколько стадий:
Fe2O3 —> Fe3O4 —> FeO —> Fe
Температура определяет характер протекания химических реакций. Восстановителями окcидов железа являются твердый углерод, оксид углерода и водород. Восстановление твердым углеродом (коксом) называется прямым восстановлением, протекает в нижней части печи (зона распара), где более высокие температуры, по реакции:
FeO + C = Fe + CO — Q
Восстановление газами (CO и H2) называется косвенным восстановлением, протекает в верхней части печи при сравнительно низких температурах, по реакциям:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2 + Q
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2 — Q
FeO + CO = Fe + CO2 + Q
За счет CO и H2 восстанавливаются все высшие оксиды железа до низшего и 40…60 % металлического железа.
При температуре 1000…1100 0C восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температура плавления понижается и на уровне распара и заплечиков железо расплавляется (при температуре около 1300 0С).
Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 0C восстанавливаются из руды, и серой, содержащейся в коксе.
В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. Шлаки содержат Al2O3, CaO, MgO, SiO2, MnO, FeO, CaS. Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна.
Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку 16, а шлак – каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку 17 (летка – отверстие в кладке, расположенное выше лещади). Летку открывают бурильной машиной, затем закрывают огнеупорной массой. Сливают чугун и шлак в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши.
Чугун поступает в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи, или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек -слитков массой 45 кг.

Читайте так же:
Аккумулятор для шуруповерта не заряжается что делать

Предназначение огнеупорной футеровки в доменной печи

огнеупор_футеровка

Футеровка служит для выполнения рабочего пространства при строительстве и ремонтах доменных печей, сохранения его в процессе работы. Она предназначена для восприятия давления материалов и газов, уменьшения тепловых потерь, предохранения кожуха печи от тепловых и других вредных воздействий.

Всю огнеупорную футеровку доменной печи условно подразделяют на ряд зон (рис. 1). Верхнюю часть печи называют колошником. Шахта состоит из двух частей: верхней, неохлаждаемой, и нижней, охлаждаемой холодильниками. Шахта и колошниковая части печи опираются на опорное кольцо (мараторное). Ниже расположен распар – зона восстановления. В следующую зону – заплечики подается дутье. В этой зоне происходит горение топлива. Ниже расположена цилиндрическая часть – горн, в верхней части которого устроены летки для выпуска шлака, а в нижней – чугуна. Дно печи называют лещадью. Максимальные температуры зон следующие: в верхней части шахты и газопроводах 300-400°С, в нижней части шахты 1200-1250°С, в заплечиках 1710-1750°С, в горне 1550-1600°С, лещади 1300°С, в желобе 1500°С.

Основные элементы печи

Рисунок 1 Основные конструктивные элементы печи: 1 – купол; 2 – колошник; 3 – неохлаждаемая часть шахты; 4 – охлаждаемая часть шахты; 5 – распар; 6 – заплечики; 7 – горн; 8 – лещадь; 9 – опорное кольцо (мараторное); 10 – фурмы; 11 – жароупорная часть фундамента; 12 – фундамент из обычного бетона

Футеровка работает в тяжелых условиях: высокие температуры, давления газа и материалов (рис. 2), воздействия расплавов чугуна и шлака, различных элементов и соединений.

огнеупоры для доменного пр-имг-2

Рисунок 2 Изменение температуры периферийных газов и давления газов по высоте доменных печей: 1 – средняя температура; 2 – максимальная температура; 3 – давление газов на колошнике 125 кПа; 4 – давлении газов на колошнике 350 кПа

Множество выявленных к настоящему времени факторов, способствующих разрушению огнеупорных материалов, из которых возводится футеровка, можно условно разделить на три группы:

  • тепловые (высокие температуры и колебания их во времени, высокие градиенты температур по высоте и сечению кладки);
  • физико-химические (размывающее действие чугуна и шлака, отложения углерода и цинка, взаимодействие рабочего слоя футеровки с компонентами, понижающими его огнеупорность);
  • механические (удары загружаемой шихты; истирание опускающимися материалами и восходящим газовым потоком, несущим абразивную пыль; давление газа, шихты, расплавов; расклинивающее действие застывшего чугуна; всплывание огнеупорных изделий под действием выталкивающей силы при проникновении чугуна и свинца в швы кладки).
Читайте так же:
Лазерный модуль для резки фанеры

Наиболее интенсивно огнеупорная футеровка изнашивается в первые четыре месяца ее эксплуатации.

Тепловое и химическое воздействие возрастает от верха печи к низу. При повышении температуры усиливается насыщение огнеупорных материалов примесями, понижающими его огнеупорность вплоть до расплавления, т.е. происходит шлакование огнеупоров.

Механические нагрузки преобладают главным образом в верхних 2/3 высоты шахты и имеют свой максимум в цилиндрической части колошника. Кладка печи здесь испытывает максимальное ударное воздействие от падающих с засыпного аппарата шихтовых материалов.

В табл. 1 представлены основные причины износа футеровки доменной печи в конструктивных элементах кладки. Разрушающее воздействие на футеровку большинства факторов усиливается от колошника к горну, поэтому требования к огнеупорам для разных элементов профиля отличаются: чем ближе элементы к горизонту фурм, тем жестче требования.

Таблица 1 Факторы, способствующие разрушению кладки в различных зонах доменной печи

ФакторыЗоны печи
Высокие температурыЛещадь, горн, заплечики, распар, низ шахты
Напряжения, возникающие в огнеупорах под действием разности температур (температурные напряжения)Во всех, и особенно в охлаждаемых
Насыщение рабочего слоя футеровки компонентами (Na2O, K2O, FeO…), понижающими огнеупорность кирпичаЗаплечики, распар, низ шахты
Абразивный износ движущимися шихтовыми материалами и газами, содержащими большое количество пылиВсе, кроме лещади
Воздействие чугуна и шлакаЛещадь, горн, распар, заплечики, низ шахты
Гидростатическое давление чугуна и шлакаЛещадь, горн
Подъемная (архимедова), силаЛещадь
Отложение цинка с последующим превращением его в цинкит, способствующим росту кладкиВерх шахты, колошник
Удары загружаемой шихтойКолошник, верх шахты
Отложение углерода в порах, а также трещинах, образовавшихся в огнеупорах в результате действия температурных напряженийШахта

Футеровка нижней части шахты и заплечиков в наибольшей степени подвержены износу и фактически определяют срок службы доменной печи. Основными причинами износа огнеупоров в этих местах является химическое воздействие шлаков, и особенно в нижней части шахты, паров щелочей, монооксида углерода, цинка, а также значительные колебания температур, способствующие возникновению термических ударов; абразивный износ, создаваемый опускающейся шихтой и жидким чугуном.

Щелочные оксиды содержатся в некоторых железных рудах (до 0,6 %). При эксплуатации доменных печей вследствие различных расстройств их хода возможен неравномерный нагрев отдельных участков кладки нижней части шахты, приводящий к образованию трещин, в которые и проникают пары щелочных соединений и химически взаимодействуют с алюмосиликатными огнеупорными материалами, образуя щелочные алюмосиликаты. В футеровке шахты их может быть до 8-10 %.

Механизм разрушения огнеупорной кладки связан с циркуляцией щелочных металлов и их соединений в печи. В зонах высоких температур при наличии углерода щелочи восстанавливаются, K и Na в виде пара вместе с другими газами поднимаются вверх и при температуре менее 900 o С реагируют с футеровкой, образуя соединения типа, Na2O*Al2O3*nSiO2 плотность которых примерно на 45 % меньше, чем у огнеупоров футеровки. В результате изменения объема прореагировавшей части футеровки между ней и остальной массой возникают напряжения, измененная часть скалывается, а неизмененная часть снова вступает в реакцию. Сколки же опускаются с шихтой в зоны высоких температур, где, как уже было сказано, K и Na восстанавливаются. Таким образом, замыкается цикл их перемещения в печи.

Наиболее действенным способом борьбы с химическим разъеданием огнеупорной кладки является применение тонкостенной футеровки печей с усиленным охлаждением. Повышению стойкости огнеупорной кладки способствует также применение карбидкремниевых огнеупоров. Их щелочеустойчивость в 5-10 раз больше, чем шамотных.

Читайте так же:
Гидропресс своими руками видео

Щелочи путем инфильтрации и диффузии проникают не только в алюмосиликатные изделия, но и в углеродистые блоки лещади и горна вызывая их разбухание. Щелочи в условиях доменной печи разрушительно действуют на углеродистый кирпич уже при 850 o С. Атомы щелочных металлов (K, Na) внедряются в плоскости кристаллической решетки графита или углерода. Увеличение объема углерода вызывает механическое повреждение блоков, которое выражается в образовании мелких трещин. Наиболее агрессивным является K2CO3.

Доменная плавка цинкосодержащих руд и агломерата, сопровождается отложением в шахте печи цинкитных настылей. При 650-800 o С образуется сплав железа с цинком, проникающий в швы и трещины футеровки печи. Охлаждение кладки ниже 647 o С вызывает затвердевание этого сплава, происходящее с увеличением объема. Увеличение объема сплава создает распирающие усилия в кладке, что является причиной образования дополнительных трещин. Многократное повторение этого явления ведет к росту кладки и разрыву кожуха печи. Наиболее подвержена воздействию цинка нижняя часть шахты, но разрыв кожуха происходит обычно в верхней, менее прочной части шахты печи. Максимальное количество цинка (в металлической форме) откладывается в нижней части шахты доменной печи, в верхней части кладки шахты цинк находится в форме кристаллического оксида – цинкита.

Влияние К2О и ZnO на расширение шамотного кирпича в атмосфере СО показано на рис. 3, из которого следует, что проникновение щелочей увеличивает коэффициент расширения в 2 раза и более. Такое аномальное расширение приводит к раздавливанию и к растрескиванию изделий под действием высоких напряжений, что становится причиной выпадения кирпичей из кладки.

огнеупоры для доменного пр-имг-3

Рисунок 3 Влияние компонентов ZnO и К2О на расширение шамотного кирпича в атмосфере СО

Наиболее распространенной причиной преждевременного выхода из строя футеровки доменной печи является реакция отложения сажистого углерода.

При температуре от 425 до 650 o С в доменной печи протекает реакция Белла:

Отложение сажистого углерода приводит к перерождению структуры огнеупорного кирпича и к росту кладки. Пары цинка при этом выступают катализаторами процесса, взаимодействуя с СО по реакции

Zn + CO → ZnO + C.

Эта реакция протекает с увеличением линейного размера на 6 %, что приводит к появлению распирающих усилий, росту и разрушению футеровки. Наиболее разрушительно сажистый углерод действует на футеровку шахты доменной печи в зонах выше мараторного кольца.

Из шахты и продуктов плавки образуются настыли двух категорий:

  • настыли на стенах при интенсивном их охлаждении в результате обогащения продуктов плавки тугоплавкими материалами огнеупоров (жидкая фаза застывает при соприкосновении с более холодными стенами печи);
  • настыли, затвердевающие при местном похолодании печи – при неровном ходе, неправильном распределении шихты или попадании воды в печь.

При некоторой толщине настылей первой категории между скоростью нарастания и износа наступает равновесие, позволяющее работать даже при отсутствии футеровки. Настыли такого рода называются гарнисажем. Постоянный тепловой режим позволяет сохранять гарнисаж. При перемене теплового режима гарнисаж оплавляется или нарастает.

Настыли второй категории ухудшают работу печи, и при достижении значительных размеров их удаляют, что часто вызывает разрушение футеровки.

Источник:
"Огнеупоры и их эксплуатация"
Дюдкин Д.А., Ухин В.Е.

Доменная печь. Выплавка чугуна. Печь для выплавки чугуна. Схема доменной печи. Устройство доменной печи. Работа доменной печи. Параметры и конструкция доменной печи.

Чугун выплавляют в печах шахтного типа – доменных печах . Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды оксидом углерода, водородом и твердым углеродом, выделяющимся при сгорании топлива.

При выплавке чугуна решаются задачи:

  1. Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава.
  2. Оплавление пустой породы руды, образование шлака, растворение в нем золы кокса и удаление его из печи.

Устройство и работа доменной печи

Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный огнеупорным шамотным кирпичом. Рабочее пространство печи включает колошник 6, шахту 5, распар 4, заплечики 3, горн 1, лещадь 15. В верхней части колошника находится засыпной аппарат 8, через который в печь загружают шихту. Шихту подают в вагонетки 9 подъемника, которые передвигаются по мосту 12 к засыпному аппарату и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 – в доменную печь, что предотвращает выход газов из доменной печи в атмосферу.

Читайте так же:
Аксиально поршневой насос схема

Схема доменной печи

При работе печи шихтовые материалы, проплавляясь, опускаются, а через загрузочное устройство подают новые порции шихты, чтобы весь полезный объем был заполнен.

Полезный объем доменной печи – объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Полезная высота доменной печи (Н) достигает 35 м, а полезный объем – 2000…5000 м 3 .

В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступает нагретый воздух, необходимый для горения топлива. Воздух поступает из воздухонагревателя, внутри которого имеются камера сгорания и насадка из огнеупорного кирпича, в которой имеются вертикальные каналы. В камеру сгорания к горелке подается очищенный доменный газ, который, сгорая, образует горячие газы. Проходя через насадку, газы нагревают ее и удаляются через дымовую трубу. Через насадку пропускается воздух, он нагревается до температуры 1000…1200 0 С и поступает к фурменному устройству, а оттуда через фурмы 2 – в рабочее пространство печи. После охлаждения насадок нагреватели переключаются.

Горение топлива. Вблизи фурм природный газ и углерод кокса, взаимодействуя с кислородом воздуха, сгорают:

В результате горения выделяется большое количество теплоты, в печи выше уровня фурм развивается температура выше 2000 0 С. Продукты сгорания взаимодействуют с раскаленным коксом по реакциям:

Образуется смесь восстановительных газов, в которой окись углерода CO является главным восстановителем железа из его оксидов. Для увеличения производительности подаваемый в доменную печь воздух увлажняется, что приводит к увеличению содержания восстановителя. Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам и нагревают их, охлаждаясь до 300…400 0 С у колошника. Шихта (агломерат, кокс) опускается навстречу потоку газов, и при температуре около 570 0 С начинается восстановление оксидов железа.

Восстановление железа в доменной печи. Восстановление железа происходит по мере продвижения шихты вниз по шахте и повышения температуры от высшего оксида к низшему, в несколько стадий:

Температура определяет характер протекания химических реакций. Восстановителями окcидов железа являются твердый углерод, оксид углерода и водород. Восстановление твердым углеродом (коксом) называется прямым восстановлением, протекает в нижней части печи (зона распара), где более высокие температуры, по реакции:

FeO + C = Fe + CO — Q

Восстановление газами (CO и H2) называется косвенным восстановлением, протекает в верхней части печи при сравнительно низких температурах, по реакциям:

За счет CO и H2 восстанавливаются все высшие оксиды железа до низшего и 40…60 % металлического железа.

При температуре 1000…1100 0 C восстановленное из руды твердое железо, взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом, интенсивно растворяет углерод. При насыщении углеродом температура плавления понижается и на уровне распара и заплечиков железо расплавляется (при температуре около 1300 0 С).

Капли железоуглеродистого сплава, протекая по кускам кокса, дополнительно насыщаются углеродом (до 4%), марганцем, кремнием, фосфором, которые при температуре 1200 0 C восстанавливаются из руды, и серой, содержащейся в коксе.

В нижней части доменной печи образуется шлак в результате сплавления окислов пустой породы руды, флюсов и золы топлива. Шлаки содержат Al2O3, CaO, MgO, SiO2, MnO, FeO, CaS. Шлак образуется постепенно, его состав меняется по мере стекания в горн, где он скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности. Состав шлака зависит от состава применяемых шихтовых материалов и выплавляемого чугуна.

Чугун выпускают из печи каждые 3…4 часа через чугунную летку 16, а шлак – каждые 1…1,5 часа через шлаковую летку 17 (летка – отверстие в кладке, расположенное выше лещади). Летку открывают бурильной машиной, затем закрывают огнеупорной массой. Сливают чугун и шлак в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши.

Чугун поступает в кислородно-конвертерные (см. Кислородный конвертер) или мартеновские цехи (см. Мартеновская печь), или разливается в изложницы разливочной машиной, где он затвердевает в виде чушек-слитков массой 45 кг.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector