Устройство доменной печи и получение чугуна

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 м 3.

• 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 + О 2 = СО 2. При высокой температуре и наличии раскаленного кокса диоксид углерода преобразуется в его оксид: • СО 2 + С = 2 СО.

• 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: • 3 Fe 2 O 3 + СО = 2 Fе 3 О 4 + СО 2; • Fe 3 O 4 + СО = 3 Fе. О + СО 2; • Fe. O + СО = Fе + СО 2;

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

• Одновременно идет процесс восстановления оксидов марганца, кремния, фосфора: • Mn. O + C = Mn + CO; • Si. O 2 + 2 C = Si + 2 CO; • P 2 O 5(Ca. O)4 + 7 C + 2 Si. O 2 = 2 P + 2(Ca. O)2 Si. O 2 + 7 CO. • Сера и фосфор являются вредными примесями, ухудшающими физикомеханические свойства чугуна.

• Для удаления серы необходимы высокая температура и избыток свободной извести (Са. О): Fe. S + Ca. O + C = Fe + Ca. S + 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 Fе 3 С, 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, ферро марганец — 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 производитель ности 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.

Маркировка чугуна • Марки ковких чугунов: КЧ 30 -61; КЧ 35 -10, КЧ 37 -12 и др. • Буквы КЧ означают «ковкий чугун» , первые две цифры указывают предел прочности при растяжении, последние — относительное удлинение при растяжении (в процентах). • Марки высокопрочного чугуна: ВЧ 60 -2, ВЧ 40 -10 и др. Первое число указывает предел прочности при растяжении, второе — относительное удлинение при растяжении.

• Серый чугун: СЧ 12 – 28; • СЧ – обозначение – серый чугун; • 12 – предел прочности при растяжении (Мпа); • 28 – предел прочности при изгибе (Мпа).