Устройство доменной печи и получение чугуна

Современная доменная печь – это крупное и сложное сооружение шахтного типа высотой до 35м и объемом до 5000 м3.

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 (рисунок 3.1). В верхней части печи и; колошнике устанавливается засыпной аппарат /, служащий для засыпки шихтовых материалов, и газоотводные трубы 2, по которым отводится доменный газ.

Нижняя часть доменной печи — горн — имеет цилиндрическук 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 лешади (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 вмонтированс охлаждающее устройство, по которому непрерывно циркулирует холодная вода. Производительность доменной печи определяется прежде всего ее полезным объемом V,,, т. е. объемом рабочей пространства от оси чугунной летки до уровня засыпки на дымнике составляющим 2700...3000 м3. На Новолипецком металлургическом заводе введена в эксплуатацию доменная печь с полезным объемом 3240 м3 производительностью 2,2 млн т чугуна в год. Печь имеет четыре летки для чугуна и одну для шлака. Все процессь механизированы и автоматизированы. Это позволяет осуществлять 16...20 выпусков чугуна в сутки, т. е. практически обеспечивается непрерывность процесса производства и выпуска чугуна. В 1975 г вступила в эксплуатацию доменная печь на Криворожском металлургическом заводе с полезным объемом 5000 м3 производительностью 4 млн т чугуна в год.

Шихтовые материалы хранятся на рудном дворе, откуда по мере надобности с помощью портального крана перегружаются и специальные бункеры. Каждый материал хранится в отдельном бункере, в нижней части которого имеется затвор для выпуска шихтовых материалов. Поступающие из бункеров шихтовые материалы автоматически взвешиваются и соответствующими порциями подаются в скиповые вагонетки, которые по рельсам наклонно поднимаются к верхней части доменной печи, где автоматически разгружаются. Приемное устройство засыпного аппарата является одновременно и загрузочным и запорным устройством, препятствующим выходу газов из печи. Подача шихтовых материалов может осуществляться и с помощью транспортера. Верхняя часть доменной печи двумя газоотводами соединяется с газоочистителями, с помощью которых производится улавливание пыли, выносимой из печи доменным газом.

Для обеспечения доменных печей сжатым воздухом устанавливаются турбовоздуходувки с подачей около 4500 м3/мин и давлением на выходе 0,25...0,35 МПа. В целях интенсификации процесс плавки и экономии топлива подаваемый воздух предварительно подогревается до 1000...1200 °С за счет сжигания доменного и природного газов. Для подогрева воздуха у каждой доменной печи имеется 3 — 4 воздухонагревателя-каупера.

В процессе плавки используются также кислород и водяной пар. В связи с этим при доменных цехах есть кислородные и парокотельные установки.

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.

Рисунок 3.1 - Сечение доменной печи

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:

ЗFе2О3 + СО = 2Fе3О4 + СО2 +Q; Fе3О4 + СО = ЗFеО + СО2 -Q; FeO + CO = Fe + CO2 +Q.

Следует учитывать, что в первом и третьем химическом процессе тепло выделяется, а во втором химическом процессе тепло поглощается. Восстановление оксидов железа оксидами углерода принято на­зывать косвенным восстановлением.

Параллельно идет процесс восстановления железа твердым углеродом раскаленного кокса: FеО+С = Fе+СО. Это процесс прямого восстановления.

Восстановленное таким образом железо находится в виде твер­дой губчатой массы и по мере насыщения его углеродом (ЗFе +2СО = FезС+СО2 + Q; ЗFе+С = FезС +Q) плавится и стекает в горн печи.

Одновременно идет процесс восстановления оксидов марган­ца, кремния, фосфора.

Восстановление марганца происходит ступенчато: MnO

Кремний восстанавливается по реакции:

Сера и фосфор являются вредными примесями, ухудшающими физико-механические свойства чугуна. Для удаления серы необхо­димы высокая температура и избыток свободной извести (СаО): FeS+ СаО+С = Fе+СаS+СО. Это в свою очередь обусловливает увеличение расхода кокса и снижение производительности доменной печи. Поэтому применяется обессеривание чугуна вне домны. Фосфор растворяется в чугуне.

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.

Дата добавления: 2014-01-15