Устройство доменной печи и получение чугуна По своему

Устройство доменной печи и получение чугуна

По своему устройству доменная печь относится к печам шахтного типа, высота которых значительно больше диаметра поперечного сечения. Снаружи доменная печь имеет металлический кожух, внутри выложена огнеупорным кирпичом.

Современная доменная печь состоит из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна. В верхней части печи на колошнике устанавливается засыпной аппарат 1, служащий для засыпки шихтовых материалов, и газоотводные трубы 2, по которым отводится доменный газ.

Нижняя часть доменной печи — горн — имеет цилиндрическую форму. В верхней части горна по окружности расположены фурмы 3, через которые в печь подаются подогретый до 1000...1200 °С воздух и природный газ. Нижняя часть горна, в которой собираются чугун и шлак, называется лещадью.

Выше лещади (на высоте 1500 мм) находится летка 5 для выпуска чугуна, а на высоте 3000...3500 мм располагается шлаковая летка 4. Обе летки забиваются огнеупорной массой, а перед выпуском чугуна пробиваются. В футеровку сильно нагревающихся частей печи вмонтировано охлаждающее устройство, по которому непрерывно циркулирует холодная вода.

Производительность доменной печи определяется прежде всего ее полезным объемом Vп, т. е. объемом рабочего пространства от оси чугунной летки до уровня засыпки на дымнике, составляющим 2700...3000 м3.

Шихтовые материалы в определенной последовательности слоями загружают в доменную печь. Через фурменные отверстия в доменную печь поступает горячий воздух. Сгорание кокса происходит с образованием диоксида углерода: С + О2 = СО2. При высокой температуре и наличии раскаленного кокса диоксид углерода преобразуется в его оксид: СО2 + С = 2СО.

По мере выгорания кокса шихтовые материалы перемещаются вниз, а навстречу им снизу вверх движется мощный поток раскаленных газов, в котором шихта высушивается и прогревается. При температурах 500... 900 °С происходит основной процесс плавки — восстановление железа из руды: 3Fe2O3 + СО = 2Fе3О4 + СО2; Fe3O4 + СО = 3FеО + СО2; FeO + СО = Fе + СО2;

Восстановление оксидов железа оксидами углерода принято называть косвенным восстановлением. Параллельно идет процесс восстановления железа твердым углеродом раскаленного кокса: FeO + C = Fe + CO. Это процесс прямого восстановления. Восстановленное таким образом железо находится в виде твердой губчатой массы и по мере насыщения его углеродом (3Fe + 2СО = Fе3С + СО2; 3Fе+С = Fе3С) плавится и стекает в горн печи.

Одновременно идет процесс восстановления оксидов марганца, кремния, фосфора: MnO + C = Mn + CO; SiO2 + 2C = Si + 2CO; P2O5(CaO)4 + 7C + 2SiO2 = 2P + 2(CaO)2SiO2 + 7CO. Сера и фосфор являются вредными примесями, ухудшающими физико-механические свойства чугуна.

Для удаления серы необходимы высокая температура и избыток свободной извести (СаО): FeS + CaO + C = Fe + CaS + CO. Это в свою очередь обусловливает увеличение расхода кокса и снижение производительности доменной печи. Поэтому применяется обессеривание чугуна вне домны.

Кроме того, в печи происходит плавление пустой породы, а в процессе взаимодействия извести и пустой породы образуется шлак, который стекает в горн печи и, как более легкая фракция, всплывает на поверхность чугуна. Выпуск продуктов плавки производится раздельно через соответствующие летки: чугуна — через каждые 1,5... 2 ч, шлака — 1 ч.

Чугун выпускается в чугуновозные ковши и транспортируется для разлива в чушки или для дальнейшей переработки в сталеплавильные цехи. Доменная печь работает непрерывно в течение 10...12 лет, после чего подвергается капитальному ремонту.

Продукты доменной плавки и их использование Основным продуктом доменного производства является чугун Исходя из химического состава и назначения, различают передельный, литейный и специальный чугуны.

Около 85...90 % всего выплавляемого чугуна приходится на передельный (белый) чугун. В этом чугуне углерод находится в виде химического соединения Fе3С, поэтому чугун отличается повышенной твердостью, хрупкостью и используется в основном для производства стали.

Литейный (серый) чугун характеризуется повышенным содержанием кремния (до 4 %), способствующего выделению углерода в виде графита. Такой чугун обладает хорошими литейными свойствами и применяется для изготовления различных деталей. Разновидностью литейных чугунов являются природно-легированные чугуны, получаемые из железных руд, содержащих ванадий, хром, никель и др. Эти элементы при плавке переходят в состав чугуна и улучшают его свойства. Природно-легированный чугун является хорошим конструкционным материалом.

Специальные чугуны — это сплавы с высоким содержанием одного или двух неосновных их компонентов. Ферросилиций, например, содержит более 13 % кремния, ферро­марганец — до 75 % марганца. Ферросплавы применяют для раскисления и легирования сталей.

В результате плавки, кроме чугуна, получаются и некоторые побочные продукты: шлак, доменный газ и колошниковая пыль. Доменный шлак — это сплав пустой породы, флюсов и золы кокса. Он используется как строительный материал. Из него изготовляют шлакобетонные блоки, шлаковату. Большая часть шлака гранулируется и служит сырьем для изготовления цемента.

Доменный (колошниковый) газ после очистки его от пыли используется в основном непосредственно в доменном цехе в воздухонагревателях и для работы воздуходувных машин. Избыточная его часть направляется в нагревательные печи и котельные установки. Колошниковая пыль улавливается и используется при производстве агломерата.

Технико-экономические показатели доменной плавки Основными показателями, характеризующими работу доменной печи с технической стороны, являются: производительность, коэффициент использования полезного объема печи (КИПО), удельный расход кокса.

1. Производительность доменной печи оценивается массой чугуна (в тоннах), производимого в сутки или за год 2. Эффективность работы печи оценивается коэффициентом использования полезного объема печи (КИПО), который представляет собой отношение полезного объема печи (Vп) в кубометрах к средней суточной производитель­ности печи Q : K=Vп /Q. Чем меньше КИПО, тем выше производительность доменной печи.

3. Важнейшим показателем доменной плавки, характеризующим экономичность работы доменной печи, является удельный расход кокса. Этот показатель показывает степень использования теплоты сгорания топлива, подготовки сырья к плавке и отражает мастерство ведения доменного процесса.

Для экономической оценки результатов работы доменных цехов пользуются такими показателями, как производительность труда и себестоимость чугуна. Производительность труда определяется объемом годовой выплавки чугуна, приходящимся на одного рабочего. В себестоимости чугуна учитываются стоимость материалов, живого труда и амортизация основных фондов.