Доменный процесс получения чугуна
Доменный процесс относится к типу противоточных. Навстречу поднимающемуся потоку горячих газов, образующихся при сгорании кокса у фурм, опускается столб шихтовых материалов.
Газовый поток, содержащий СO, СO2, Н2, N2 и др., образуется в результате горения углерода кокса. При этом в печи несколько выше уровня фурм развивается температура более 2000 °С. Горячие газы, поднимаясь, отдают теплоту шихтовым материалам, охлаждаются до температуры 200 – 300 °С и выходят из печи через колошник. Отсюда название газа – колошниковый.
Полезный объем доменной печи постоянно заполнен шихтовыми материалами. Опускание шихты происходит под действием ее веса, а условием ее движения является освобождение пространства в нижней части доменной печи в результате сгорания кокса и плавления рудного материала и флюса.
После загрузки в печь шихта начинает нагреваться и по мере непрерывного опускания, последовательно развиваются следующие процессы:
- испарение влаги шихты;
- восстановление оксидов железа и некоторых других элементов;
- диссоциация карбонатов.
Испарение влаги шихты
Шихта, загружаемая в доменную печь, содержит гигроскопическую, а иногда и гидратную влагу. Гигроскопическая влага легко испаряется и удаляется на колошнике, так как температура колошниковых газов выше температуры испарения влаги.
Н2Ож → Н2Опар.
Гидратная влага удаляется при температурах выше 400 °С, и выделяющийся водяной пар, взаимодействует с оксидом углерода или углеродом, обогащая поток газа водородом.
Н2Опар + СО = СО2 + Н2,
Н2Опар + С = СО + Н2.
Восстановление оксидов железа и некоторых других элементов
В результате взаимодействия оксидов железа с оксидом углерода и твердым углеродом кокса, а также водородом происходит восстановление железа. Восстановление газами называют косвенным, а твердым углеродом – прямым. Реакции косвенного восстановления сопровождаются выделением тепла и происходят в верхних горизонтах печи. Реакции прямого восстановления сопровождаются поглощением тепла и протекают в нижней части доменной печи, где температура более высокая.
Восстановление железа из руды происходит по мере продвижения шихты вниз в несколько стадий, от высшего оксида к низшему:
Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe
До температур 700 – 900 °С восстановление осуществляется газовым восстановителем (СО) по реакциям:
3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,
Fe3O4 + CO = 2FeO + CO2,
FeO + CO = Fe + CO2.
По мере опускания шихты до горизонтов с температурой 900 – 1200 °С, выделяющийся в ходе восстановления углекислый газ (СО2) начинает взаимодействовать с углеродом топлива по реакции:
СО2 + С = 2СО.
Процесс восстановления существенно изменяется и идет по реакции:
FeO + C = Fe + CO.
Таким образом, материал, загруженный в доменную печь, начинает восстанавливаться косвенным путем. По мере опускания шихты, выделяющийся в результате восстановления СО2 начинает взаимодействовать с углеродом твердого топлива и процесс непрямого или косвенного восстановления переходит в прямое восстановление.
Часть оксидов железа руды восстанавливается водородом, образующимся в доменной печи в результате реакции разложения паров воды:
Н2О + С = Н2 + СО
Восстановление оксидов железа водородом происходит также, как оксидом углерода (СО), по стадиям от высших к низшим
3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O;
Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O;
FeO + H2 = Fe + H2O.
Водород, как реагент-восстановитель, характеризуется более высокой степенью использования. Вследствие меньшего размера молекулы по сравнению с молекулой СО водород проникает в мелкие поры и трещины восстанавливаемого куска рудного материала, в которые молекулы СО не могут проникнуть. Поэтому, несмотря на относительно небольшое содержание водорода в доменном газе, он производит значительную восстановительную работу.
Кроме железа, в доменной печи происходит восстановление и других элементов, входящих в состав шихты.
Марганец
Марганец содержится во всех железных рудах в больших или меньших количествах. В соответствии с принципом последовательных превращений, оксиды марганца восстанавливаются последовательно от высших к низшим:
MnO2 → Mn2O3 → Mn3O4 → MnO → Mn.
Высшие оксиды марганца в доменной печи восстанавливаются полностью до MnO непрямым путем, взаимодействуя с СО. Оксид MnO восстанавливается только прямым путем, и то, частично по реакции:
MnO + С = Mn + СО.
Взаимодействуя с твердым углеродом, MnO образует карбид Mn3C, который растворяется в железе, повышая содержание марганца и углерода в чугуне. Другая часть MnO переходит в шлак.
Кремний
Кремний попадает в доменную печь с шихтой в виде SiO2. Восстановление его, как и марганца, осуществляется частично при высоких температурах твердым углеродом:
Источник: https://MetalSpace.ru/education-career/osnovy-metallurgii/domennaya-pech/394-domennyj-protsess-polucheniya-chuguna.html
Доменная печь
Доменная печь после многочисленных преобразований и модернизаций на современном этапе представляет собой конструкцию для получения чугуна как основного ингредиента сталелитейной промышленности.
Устройство доменной печи позволяет вести непрерывную плавку до капитального ремонта, который проводится с периодичностью один раз в 3-12 лет. Остановка процесса приводит к образованию сплошной массы из-за спекания компонентов (закозления). Для ее извлечения необходима частичная разборка агрегата.
Доменная печь
Рабочий объем современной доменной печи достигает 5500 м3 при высоте 40 м. Она способна выдать около 6000 т чугуна за одну плавку. А специальное оборудование, обслуживающее системы, расположенные вокруг, занимает несколько десятков гектар земли.
Доменная печь используется для производства литейного чугуна, который в дальнейшем проходит плавку для получения различных марок чугунов или отправляется на восстановление для получения конструкционных сталей.
Современная доменная печьСредневековая доменная печь
Большая потребность в металле совпала по времени с этапом электрификации и механизации производства. В связи с этим успехи черной металлургии связаны с началом использования электроприводов, электрических систем автоматического управления на всех этапах производственного процесса.
Устройство доменной печи
На заре черной металлургии плавку болотной руды проводили в домнице – это мини домна, воздух в которую поступал от мехов. А обогащение железа углеродом происходило от древесного угля. Объемы выплавляемого металла таким способом были невелики и отличались периодичностью.
Конструкция доменной печи
Строение доменной печи напоминает шахту. Ее диаметр в три раза меньше высоты. Монтаж высотной конструкции осуществляется на бетонном фундаменте толщиной 4 м. Необходимость в таком массивном фундаменте возникает из-за массы домны, которая более 30 000 т.
На фундаментной плите закрепляются колонны и цельный (монолитный) цилиндр, которые изготавливаются и термостойкого бетона. Внутреннее пространство конструкции обложено огнеупорными материалами, а верхняя часть шамотом. В районе заплечников, где температура достигает 2000°С — графитированными материалами, а под ванной с чугуном — футеровка из глинозема. Также на фундаменте монтируется печной горн.
Нижняя часть доменной печи, где температура максимальна, оборудуется холодильниками с водяным охлаждением.Для удержания собранной огнеупорной конструкции, с внешней стороны доменная печь заключена в металлическую рубашку толщиной 40 мм.
Процесс восстановления железа происходит из руды в среде известнякового флюса при высокой температуре. Температура плавления достигается горением кокса. Для поддержания горения необходим воздух, поэтому в домне установлены 4 — 36 фурм или леток.
Большой внутренний объем нуждается в больших объемах воздуха, которые подают турбинные нагнетатели. Чтобы не снижать температурный, режим воздух перед подачей подогревается.
Схематически доменная печь выглядит следующим образом.
Схема расположения оборудования для доменного производства
Состав конструкции производства литья:
- шихта (руда и известняк);
- коксовый уголь;
- загрузочный подъемник;
- колошник, предотвращающий попадание газов из домны в атмосферу;
- слой загруженного кокса;
- шихтовый слой;
- воздушные нагнетатели;
- отводимый шлак;
- литьевой чугун;
- емкость для приема шлака;
- приемный ковш для расплава;
- установка типа Циклон, очищающая от пыли доменный газ;
- кауперы, регенераторы газов;
- дымоотводящая труба;
- воздухоподвод в кауперы;
- угольный порошок;
- печь для спекания кокса;
- емкость для хранения кокса;
- отведение колошникового газа высокой температуры.
Доменная печь обслуживается вспомогательными системами.
Колошник – это затвор домны. От его исправной работы зависит экологическая обстановка вокруг производства.
Устройство колошника
Устройство колошника:
- воронка приемная;
- воронка маленького конуса, вращающаяся;
- конус маленький;
- межконусное пространство;
- конус большой;
- скип.
Принцип работы колошника следующий:
- Большой конус опущен, а малый поднят. Окошки во вращающейся воронке перекрыты.
- Скип осуществляет загрузку шихты.
- Поворачиваясь, воронка открывает окна, и шихта осыпается на малый конус 3. затем возвращается на место.
- Конус поднимается, тем самым препятствует выходу доменных газов.
- Конус опускается для передачи шихты в межконусное пространство, затем поднимается на исходную позицию.
- Конус опускается, а вместе с ним шихта загружается в доменную шахту.
Такая дозированная подача обеспечивает послойное распределение материалов.
Скип – черпак, при помощи которого осуществляется . Она выполняются по конвейерной технологии. Воздушные нагнетатели – летки и фурмы осуществляют подачу воздуха в доменную шахту под давлением 2-2,5 МПа.
Фурма и чугунная летка
Кауперы служат для нагревания подаваемого воздуха. В регенераторах он подогревается доменными газами, снижая тем самым энергетическую нагрузку на агрегат. Воздух нагревается до 1200°С и подается в шахту. При снижении температуры до 850°С подача прекращается, возобновляется цикл нагрева. Для бесперебойной подачи горячего воздуха устанавливается несколько регенераторов.
Принцип работы домны
Для получения чугуна необходимы следующие ингредиенты: шихта (руда, флюс, кокс), высокая температура, постоянная подача воздуха для обеспечения непрерывного горения.
Термохимические реакции
Восстановление железа из окислов путем ступенчатой химической реакции:
3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2,
Fe3O4+CO→3FeO+CO2,
FeO+CO→Fe+CO2.
Общая формула:
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2.
Получение необходимого количества углекислого и угарного газа обеспечивает горение кокса:
С + О2 → СО2,
СО2 + С → 2СО.
Для отделения железа от примесей используется известняковый флюс. Химические реакции, образующие шлак:
СаСО3 → СаО + СО2,
СаО + SiO2→CaSiO3.
Принцип работы доменной печи таков. После загрузки доменную печь начинают разжигать газом. По мере повышения температуры подключается каупер и начинается продувка воздухом. Кокс – топливо для доменной печи – начинает интенсивнее гореть, и температура в шахте значительно увеличивается. При разложении флюса образуется большое количество углекислого газа. Угарный газ в химических реакциях выступает восстановителем.
Схема производства чугуна
После сгорания кокса и разложения флюса столб шихты опускается, сверху добавляется очередная порция. Снизу в самой широкой части шахты происходит полное восстановление железа при температурах 1850°С — 2000°С. Затем оно стекает в горн. Здесь происходит обогащение железа углеродом.
Температура в доменной печи изменяется в сторону увеличения по мере опускания шихты. Процесс восстановления протекает при 280 °С, а плавка происходит после 1500 °С.
Разлив расплава происходит в два этапа. На первом через летки сливается шлак. На втором через чугунные летки сливается чугун. Больше 80% выплавляемого чугуна идет на производство стали. Из остального чугуна отливают в опоках болванки.
Работает доменная печь непрерывно. От загрузки шихты до получения сплава проходит 3-20 дней — все зависит от объема печи.
Обслуживание и ремонт доменной печи
Любому оборудованию, работающему в круглосуточном режиме, требуется постоянное обслуживание. Регламенты закладываются в технический паспорт оборудования. Несоблюдение графика технического обслуживания влечет за собой сокращение срока эксплуатации.
Работы по техническому обслуживанию доменных печей делятся на периодические и капитальные ремонты. Периодические работы проводятся без остановки рабочего процесса.
Капитальный же ремонт по объему выполняемых работ делится на три разряда. Во время первого разряда производится осмотр всего оборудования, при этом из шахты извлекаются расплавы. Во время второго разряда производится ремонт футеровки, замена вышедших из строя элементов оборудования. При третьем разряде производится полная замена агрегата. Обычно такой ремонт совмещают с модернизацией или реконструкцией домны.
Источник: https://stankiexpert.ru/spravochnik/litejjnoe-proizvodstvo/domennaya-pech.html
Устройство доменной печи, принцип работы доменной печи
Выплавка чугуна в промышленных масштабах невозможна без габаритных, сложных и мощных печей. Доменная печь – вертикальное сооружение шахтного типа, в котором железную руду переплавляют в полезный металл. Устройство доменной печи подразумевает непрерывную работу конструкции в течение 3-12 лет, вплоть до капитального ремонта.
Рисунок 1. Доменная печь
Устройство домны
Современная печь – это огромная конструкция весом до 35000 т и высотой до 40 м. Чтобы многолетняя выплавка без простоев была возможной, печь должна быть прочной и надёжной. Снаружи устройство покрыто стальным кожухом – основа облицована толстыми листами (до 4 см).
Изнутри расположена огнестойкая футеровка. Она нуждается в постоянном охлаждении, поэтому внизу монтируют металлоёмкости, в которых циркулирует вода. Поскольку жидкости нужно очень много, иногда применяют охлаждение испарением. Суть метода – в испарении кипящей воды, активно поглощающей при этом тепловую энергию.
Рисунок 2. Устройство доменной печи
Печь представляет собой сооружение, состоящее из множества элементов. Основные представлены:
- колошником (колосником);
- распаром;
- шахтой;
- горном;
- заплечиками.
Колошник
Это верхний элемент, который служит для загрузки сырья (шихты) и отвода отработанных газов. часть колошника – засыпной агрегат. В большинстве случаев аппараты для засыпки шихты двуконусные. Между засыпками оба конуса прикрыты. После подачи сырья меньший элемент опускается, и железная руда попадает в больший. Как только набирается необходимая порция, малый конус закрывается, из большого руда попадает в печь. После этого герметизируется и крупное устройство.
Более продвинутые домны имеют улучшенную конструкцию колошника. Роль большого конуса играет вращающийся желоб с регулируемым углом наклона. Благодаря этому возможна засыпка сырья с любой стороны.
Колошник служит и газоотводом. В процессе выплавки образуется огромное количество газа. Вместе с ним удаляется и железосодержащая пыль, которую улавливают газоочистители.
Рисунок 3. Схема доменного производства
Шахта
Шахта занимает большую часть печного пространства. Конструкция, расширяющаяся книзу, представляет собой усечённый конус. Благодаря этому подача шихты происходит равномерно. Доменная печь – сооружение вертикальное и достаточно высокое. Это необходимо для обеспечения хим- и термообработки сырья нагретыми газами.
Распар
Элемент в форме цилиндра расположен в средней части рабочей доменной зоны. Для распара характерен наибольший диаметр. Назначение конструкции – увеличение печного пространства и ликвидация ненужного сырья. Здесь образуется пустая порода.
Заплечики
Укороченный конусообразный вариант распара – усечённый компонент обращён широкой частью вверх. С помощью заплечиков снижают объём выплавляемой шихты при производстве чугуна.
Горн
Основная часть, в которой и происходит выплавка металлов. Здесь горит кокс и образуется газ, накапливается шлак и чугун и происходит регулярный выпуск жидкого металла из конструкции. Состоит горн из фурменной зоны и металлоприёмника. Через фурмы, посредством воздухонагревателя и кольцевого воздуховода, в печь поступает горячий воздух. Он необходим для горения топлива. Дно металлоприёмника называется лещадь.
Внизу горна находятся шлаковые и чугунные летки – отверстия, через которые проходит расплавленный металл. После выпуска чугуна отверстие закрывают с помощью поршневого механизма огнеустойчивой массой.
Шлаковые отверстия находятся на 1,5-2 м выше чугунных леток. Их закрывают с помощью стальных штопоров с наконечниками. От чугуна шлак отделяется посредством агрегата, расположенного на печном желобе. Обе составляющие подаются в специальные ковши.
Всё это гигантское сооружение имеет огромную массу. Такой вес необходимо передавать грунту равномерно. Поэтому домну устанавливают на массивном бетонном фундаменте, толщина подошвы которого может достигать 4 м. Подошва служит опорой колоннам, на которые, в свою очередь, опираются металлоконструкции. Верхнюю фундаментную часть выполняют из жаростойкого бетона в формате монолитного цилиндра.
Давление огромной массы на грунт компенсируется устройством мощного фундамента
В таблице представлена взаимосвязь размеров некоторых современных печей.
| Размеры, мм | Полезный объём домны, м3 | ||
| 2000 | 3000 | 5000 | |
| Диаметр: | |||
| колошника | 7300 | 8200 | 11200 |
| распара | 10900 | 12900 | 16300 |
| горна | 9750 | 11700 | 14900 |
| Высота: | |||
| шахты | 18200 | 20100 | 19500 |
| горна | 3600 | 3900 | 4500 |
| полезная | 29200 | 32200 | 32200 |
| полная | 32350 | 34650 | 36900 |
Дополнительные печные элементы
Функционирование печи требует работы вспомогательных устройств. Среди них:
- воздухонагреватели; крупные элементы башенного типа располагают рядом с печью; в них поступает колошниковый газ, который затем сгорает; благодаря этому образуется ещё более горячий газ, посредством сложной системы нагревающий воздух; последний – нагретый до температуры, как минимум, 1000 градусов – идёт в ход для выплавки чугуна;
- воздуходувные машины; сжатый воздух необходим для топливного горения; в печь воздух поступает благодаря устройствам, образующим давление порядка 25 МПа;
- устройства для подъёма и засыпки шихты;
- газоочистители для очистки колошниковых газов;
- прочие вспомогательные устройства – например, мостовые краны, которыми оборудованы литейные дворы.
Рисунок 4. Пример современной доменной печи
Современные печи оснащаются системами автоматики. Компьютеризация позволяет контролировать и регулировать основные параметры, связанные с функционированием домны. Под контролем уровень засыпки сырья, давление газа, температура дутья и т. п.
Современные домны даны на откуп автоматике. Компьютер контролирует основные производственные процессы
Принцип работы доменной печи основан на сложных физико-химических процессах. Выделяют такие операции:
- сгорание топлива;
- восстановление железа;
- разложение известняка на окись кальция и угольный ангидрид;
- насыщение железа углеродом;
- плавка металла;
- плавление шлака и др.
Рисунок 5. Производство чугуна с химической точки зрения
В самом общем смысле доменная плавка – это производство чугуна из железорудного сырья. Главные материалы, с помощью которых возможна выплавка чугуна:
- топливо – кокс;
- железная руда – сырьё, из которого выплавляют чугун;
- флюс – спецдобавки из песка, известняка и некоторых других материалов.
В печи шихта попадает в виде мелкопородных сплавленных кусков – окатышей или агломератов. В качестве рудного вещества могут выступать марганцевые руды или различные вариации железняка. Сырьё засыпают в колошник слоями, чередуя с пластами флюса и кокса.
Назначение флюса – отделение чугуна от примесей и пустой породы (шлака)
Шлак всплывает на поверхности раскалённого чугуна. Примеси сливают до того, как жидкий металл застынет.
Подача сырья, как и работа печи, должна быть непрерывной. Постоянство процесса обеспечивают специальные транспортёры. Попадая через описанные элементы в горн, шихта проходит через ряд технологических процессов.
Рисунок 6. Схема домны
Сгорающий кокс даёт требуемую температуру, которая не должна опускаться ниже 2000 градусов. Горение способствует соединению кислорода и каменного угля. Параллельно образуется углекислый газ. Под влиянием высокой температуры последний становится оксидом углерода. Благодаря этому восстанавливается железо.
Восстановление железа – один из важнейших производственных этапов. Без этого процесса невозможно обретение металлом необходимой прочности.
Чугун становится таковым после того, как железо пройдёт через расплавленный кокс. Чтобы результат стал возможным, железо должно насытиться углеродом. К чугунам относят сплавы, в составе которых на долю углерода приходится 2-5%.
После того, как готовый металл накопился в горне, его выпускают через летки. Через верхнее отверстие сначала выпускают шлак, а после – через нижнее – чугун. Последний сливается по каналам в ковши и отправляется на последующую обработку.
Заключение
Доменная печь – одна из самых важных составляющих чёрной металлургии. В современных реалиях домны обычно «встроены» в металлургические комбинаты. Средняя печь способна ежедневно выдавать около 12000 т чугуна, расходуя при этом приблизительно 20000 т исходного сырья.
Источник: https://ZnatokTepla.ru/pechi/domennaya-pech.html
Сегодня 16.01.2020 19:29 свежие новости час назад Прогноз на сегодня : Реферат производство чугуна заключение . Развитие событий. Актуально сегодня (16.01.2020 19:29): Реферат производство чугуна заключение Реферат: Производство чугуна и стали Xreferat Банк. Реферат: Производство железа чугуна и алюминия Xreferat. Реферат: Производство чугуна. Сущность пайки Xreferat. Реферат Десульфурация чугуна Производство. Реферат Тема: Производство чугуна. Kursak. Производство передельного чугуна реферат курсовая. Реферат: Производство стали. Скачать бесплатно и без. Реферат: Производство стали Xreferat Банк. Реферат: Производство чугуна в доменной печи BestReferat. Производство стали в дуговых электрических печах Реферат. Реферат Производство стали и чугуна и их применение. реферат: Производство чугуна и стали. Реферат на тему производство чугуна и стали Официальный сайт.Производство железа чугуна и алюминия. Получение чугуна Для производства чугуна в доменных печах необходимо иметь следующие исходные материалы: железные руды топливо и флюсы Производство железа чугуна и алюминия Получение чугуна Для производства чугуна в доменных печах необходимо иметь следующие исходные материалы: железные руды топливо и флюсы При вытеснении чугуна испарение магния постепенно ослабевает давление паров уменьшается и полость камеры снова постепенно заполняется жидким чугуном вызывая испарение магния т е. Марганец при выплавке передельного чугуна заметно переходит в металл уже в распаре однако наиболее интенсивное насыщение чугуна марганцем происходит в заплечиках и горне при. Учебная работа на тему: Производство передельного чугуна. Скачать реферат курсовую на тему Производство передельного чугуна 2016 2017 Реферат можно скачать бесплатно производств: добычу руды получение кокса обогащение руды производство чугуна в доменной печи производство стали разливку стали прокатку. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Производство чугуна и стали. Конверторные и мартеновские способы получения стали сущность доменной плавки. Получение стали в электрических печах. Технико экономические. Мне с моими работами постоянно помогают на fast referat можете просто зайти узнать стоимость никто вас ни к чему не обязывает там впринципе всё могут сделать вне зависимости от уровня сложности у меня просто парень. Реферат Промышленность производство массовой выплавки стали применяют дуговые электропечи питаемые переменным током и дуговые печи постоянного тока Производство железа Литое железо получают сплавляя смесь чугуна металлолома и стали с коксом. Расплавленное железо разливают в формы и охлаждают реферат: Производство чугуна и стали 1.Производство чугуна и стали. Железо имело промышленное применение уже до нашей эры. В древние времена его получали в пластичном состоянии в горнах Реферат на тему производство чугуна и стали Реферат металлургия производство реферат: производство стали санкт петербургский государственный технический университет реферат на вашу .
1. Реферат производство чугуна
2. Реферат производство чугуна и стали
3. Реферат производство чугуна скачать
4. Реферат производство чугуна кратко
5. Реферат производство чугуна и стали скачать
6. Реферат на тему производство чугуна
7. Производство чугуна и стали реферат
8. Реферат на тему производство чугуна и стали
9. Доклад производство чугуна
10. Доклад производство чугуна и стали
11. Доклад производство чугуна по химии
12. Производство чугуна доклад
13. Доклад на тему производство чугуна
14. Доменное производство чугуна реферат
Реферат производство чугуна заключение
Реферат производство чугуна заключение
Реферат производство чугуна заключение
Реферат производство чугуна заключение
Доменный процесс печи
Сталями принято считать сплавы железа с углеродом с содержанием последнего до 2,14%. Все, что имеет более высокое содержание углерода – это чугуны. Получают стали на основе двух процессов — доменного (в результате получается передельный чугун) и собственно получения стали, когда из передельного чугуна путем выжигания углерода и добавки легирующих элементов получают стали и сплавы нужной марки и нужного состава.
Сырье
Основой для получения чугуна в доменном процессе служат железные руды. Поскольку железо обладает сравнительно большим сродством к кислороду, оно в чистом виде в земной коре не обнаруживается, а находится в виде соединений с кислородом и диоксидом углерода.
Основные руды железа, которые используются в металлургическом производстве – это окись-закись железа (Fe3O4 – магнетит, магнитный железняк), окись железа (Fe2O3 — красный железняк, 2Fe2O3 * 3H2O — бурый железняк) и карбонат железа FeCO3 .
Естественно, что в чистом виде данные вещества не встречаются, а имеют примеси других элементов (чаще всего серы и фосфора) и других веществ в виде сопутствующих пород, не образующих с целевым продуктом химических соединений (обычно SiO2, Al2O3, CaO, MgO).
Кроме того, в больших количествах в виде руд имеется железный колчедан FeS2, но он очень редко применяется в металлургии, так как выплавляемое из него железо получается очень низкого качества из-за большого содержания серы.
В результате проведения специальных технологий дробления руды и флотационного процесса значительную часть пустой породы удается отделить от целевого продукта, в результате чего в ряде случаев удается повысить содержание железа в руде до 63-67%, а иногда до 69-72%.
Однако полностью удалить пустую породу не удается, эта операция осуществляется в самом доменном процессе путем перевода пустой породы в шлаки, которые отделяются от чугуна.
Процесс и схемы
Процесс доменной плавки (процесс получения передельного чугуна) осуществляется в шахтных печах (домнах). Домна, схематический разрез которой дан на рис. 5.
1, представляет из себя устройство в виде конуса в верхней части высотой в несколько десятков метров, обложенное изнутри огнеупорным кирпичом и снаружи стянутое железными обручами или окруженное сплошной железной оболочкой.
Верхняя часть домны носит название шахты и заканчивается наверху отверстием — колошником, которое закрывается подвижной воронкой – колошниковым затвором. Самая широкая часть домны называется распаром. Нижняя часть домны образует горн. В горне имеются отверстия – фурмы, через которые в печь вдувается горячий воздух.
При запуске доменную печь загружают сначала углем (коксом), а потом послойно смесью руды с флюсом и углем и чистым углем. Нижние слои угля зажигают, после чего горение и необходимая для выплавки температура поддерживаются вдуванием в горн подогретого в рекуператорах тепла воздуха. Последний поступает в кольцевую трубу, расположенную вокруг нижней части печи, а из нее по распределительным трубкам через фурмы в горн.
В горне уголь сгорает, превращаясь в углекислый газ, который, поднимаясь вверх и проходя сквозь слой раскаленного угля, превращается в оксид углерода. Этот оксид углерода восстанавливает основную часть руды, превращаясь снова в углекислый газ. Однако такая схема не полностью отражает многообразие химических реакций, протекающих в печи. Порядок превращения руды в чугун и распределение температур изображены на рис. 5.2.
Рис. 5.1. Схематическое изображение шахтной печи для получения чугуна (домны).
Рис. 5.2. Схема химических реакций, протекающих по высоте доменной печи.
В нижней части печи, как уже упоминалось, происходит горение кокса по реакции:
< C > + { O2 } = { CO2 }
Здесь угловыми скобками обозначено твердое состояние, фигурными – газообразное.
Проходя вверх далее через слой раскаленного угля, СО2 превращается в оксид углерода:
{ CO2 } + < C > = 2 { CO }
Монооксид углерода является сильным восстановителем и именно он восстанавливает железо из руд. Реакция идет постадийно, что и отображено на рисунке. В результате образуются крупинки твердого железа.
По мере сгорания угля это железо опускается вниз по печи в ее более горячую часть — распар, и здесь при температуре порядка 1200°С плавится при соприкосновении с углем, отчасти растворяя его и образуя заэвтектический чугун с содержанием углерода 4-4,5%.
В то время как чистое железо плавится при 1535°С, чугун в точке эвтектики плавится при 1150°С, поэтому капли жидкого чугуна стекают в нижнюю часть горна. Для того, чтобы сэкономить тепловую энергию отходящих газов и возвратить ее в процесс, отходящие газы из домны направляются в т.н. «кауперы», где газы отдают часть тепла.
Сначала эти газы направляются в один из кауперов, в то время как через второй продувается воздух для последующей подачи в домну, где он нагревается. Через определенные промежутки времени потоки меняются местами.
Одновременно с восстановлением железа происходят процессы отделения пустой породы от целевого продукта через образование шлака при взаимодействии примесей с флюсовыми добавками.
Конечный шлак на 85-95% состоит из SiO2, Al2O3 и СаО; остальное — MgО (2-10%), FeO (0,2-0,6%), MnО (0,3-2%) и 1,5-2,5% серы в виде CaS.
Стремятся создать наиболее легкоплавкий шлак, поэтому, в зависимости от типа примесей в используемой руде в шихту добавляют либо кислые (SiО2), либо щелочные компоненты (оксиды кальция и магния).
Для выпуска жидких продуктов плавки используют раздельно чугунные и шлаковые летки.
Поскольку шлак – многокомпонентная система, кроме того, процесс перехода из твердого в жидкое состояние осуществляется в достаточно большом интервале температур, вязкость шлака определяется не только температурой, но и составом шлака, поэтому у каждого типа шихты свои особенности.
Еще одна проблема, которая наблюдается в доменном процессе и которую решают для каждого типа шихты по-разному – это проблема серы. Сера – вредный элемент, ухудшающий качество металла. Она является причиной красноломкости стали и ухудшает качество литейных чугунов, увеличивая вероятность образования раковин в отливках.
Ограничения по сере для стали и литейного чугуна весьма серьезны – в этих материалах ее не должно быть более нескольких сотых процента. Вместе с тем, если не принимать каких-либо специальных мер, в чугуне может набраться до 0,9% серы.
Поскольку серу легче удалять из руд и чугунов, чем из стали, именно на стадии подготовки компонентов шихты и в доменном производстве эти операции и производятся.
Хотя значительное количество серы удаляется при огневой обработке руд (агломерации и обжиге окатышей), очень много серы вносится в доменную печь с коксом и железорудными материалами в виде сернистого железа (пирита FeS2), барита BaSO4 и гипса CaSO4 * H2O.
Часть серы удаляется при проведении технологических процессов естественным путем через образование газов (SO2, H2S и др.), но это лишь небольшая часть, по оценке для обычного доменного процесса порядка 15%. Поэтому основное внимание обращается на перевод соединений серы, растворяющихся в чугуне, в соединения, в нем не растворяющихся, например, по реакции:
FeS + CaO = CaS + FeO
FeO + C = Fe + CO
FeS +CaO + C = CaS +Fe + CO
Существуют и другие способы десульфуризации, что позволяет в целом решать эту проблему при использовании самых различных руд.
Конечными продуктами доменной плавки являются чугун (целевой продукт) и шлак и доменные газы (побочные продукты производства). Нас в данном случае интересует только чугун, на нем и остановимся.
Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, кремнием, марганцем и серой. В зависимости от назначения чугуна в нем могут содержаться и другие вещества, содержание которых регламентируется соответствующими стандартами.
Основной вид чугуна, производимый в доменном производстве, — это передельный чугун (до 90% от всего выпускаемого чугуна), который затем используют для получения различных видов сталей.
Производство чугуна имеет и самостоятельное значение, поскольку некоторые виды используют для отливок. Для получения чугунных отливок используется и небольшая часть передельного чугуна. Некоторые типы чугунных изделий можно оцинковывать, но об этом мы поговорим позже.
В зависимости от назначения чугуна последний перевозится от доменных печей чугуновозами в жидком виде либо в сталеплавильные цехи, либо на разливочные машины (при выплавке товарного чугуна).
Возможно Вас так же заинтересуют следующие статьи:
Источник: https://ECM-zink.ru/info/stati/domennyij-proczess-pechi.html
Доменная печь. Выплавка чугуна. Печь для выплавки чугуна. Схема доменной печи. Устройство доменной печи. Работа доменной печи. Параметры и конструкция доменной печи. | мтомд.инфо
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:
- Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава.
- 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.
Схема доменной печи
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 – 20005000 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 10001200 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 300400 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 4060 % металлического железа.
При температуре 10001100 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 34 часа через чугунную летку 16, а шлак – каждые 11,5 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.
Источник: http://www.mtomd.info/archives/1828
Строим малый и большой бизнес на производстве чугуна
Химический состав чугуна близок к составу стали, но отличается от неё повышенным, более 2%, содержанием углерода. Так же в его состав обязательно входят кремний, марганец, фосфор и сера.
При выплавке стали из железной руды он является промежуточным продуктом производственного процесса, так как температура его плавления на 300 градусов ниже температуры плавления стали.
На следующем этапе процесса при повышении температуры плавки и удаления примесей из него получают сталь. Для этого используется около 85% всего выплавляемого чугуна.
В силу этих обстоятельств он стоит гораздо дешевле стали.
Высокое содержание углерода делает чугун хрупким и уязвимым для ударных воздействий. Но при этом он обладает большой устойчивостью при сжатии.Из-за его структуры изделия из этого материала не чувствительны к повреждениям своей поверхности и такие повреждения не ведут к деформации или разрушению всего изделия в целом.
Эти свойства обуславливают большую, чем у стали, лёгкость резки чугуна, особенно при обработке на токарном станке.Поэтому его часто применяют для изготовления деталей различных устройств, которые не подвергаются ударным и растягивающим воздействиям.История промышленного производства чугуна в России насчитывает без малого 300 лет. В 20-и веке СССР занимал первое место в мире по выплавке чугуна и стали.
За это время валовое производство черных металлов достигло в России вместе с Украиной 153 млн. тонн.После распада СССР выплавка сократилась более чем в два раза. В 2008 году в России выплавлялось 68, 5 млн. тонн. Сейчас на долю России досталось четвертое место в рейтинге производителей черной стали после Китая, Японии и США.
Особенность современного положения дел в чугунолитейной отрасли в России состоит в том, что она большей частью работает на экспорт, производя чугун главным образом в виде чушек, отправляемых за рубеж для дальнейшей обработки.В результате сложилась ситуация, когда в России, несмотря на большой объём валового производства чугуна, существует постоянный дефицит готовых изделий из литейного чугуна.
Благодаря этому в России создалась ниша для малого бизнеса, занимающегося фасонным литьём чугуна.Следует сказать, что это производство относится к числу сложных и предъявляет высокие требования к технической грамотности и технологической дисциплине, как менеджеров, так и рядовых работников.
Постараемся дать в общих чертах представление об основных способах выделки чугуна и их привлекательности для малого бизнеса.
Доменный способ производства чугуна
Доменное производство имеет своей целью выплавку железа из руды, при этом в ходе плавки удаляются пустая порода и вредные примеси.
Принципиальная схема работы доменной печи остаётся неизменной со времён создания в России чугунолитейного производства.
-
- Сама печь представляет собой сооружение с вертикальной рабочей камерой, внутренняя поверхность которой выложена огнеупорным кирпичом.
- Шихта – сырьё для плавки, подаётся в верхнюю часть доменной печи, называемую колошником.
Колошник оснащён газоотводами, через которые из доменной печи удаляется смесь из колошниковых газов и шихтовой пыли, скопившихся во время плавки. Затем смесь сепарируется, и пыль уходит в агломерацию, снова попадая в шихту, а газ применяется для использования на вспомогательных производствах.
- Основная часть рабочей камеры – шахта, выполнена в виде усеченного конуса, расположенного основанием вниз.
- Под шахтой расположена ёмкость цилиндрической формы – распар. В распаре происходит расплавление шихты, он опирается на столбы, которые укреплены непосредственно в фундаменте доменной печи.
- Под распаром находится ещё одна ёмкость цилиндрической формы – горн. В верхней части горна имеется летка для выпуска шлака, а в нижней – летка для выпуска чугуна. Через летки во время плавки периодически происходит вывод чугуна и шлака из доменной печи.
- Выше шлаковой летки расположены отверстия – фурмы, через которые производится подача кислорода, нагретого воздуха и прочих добавок.
Выплавка в доменной печи происходит следующим образом:
- Поданный через фурмы кислород вступает в реакцию с содержащимся в шихте углеродом, температура горения при этом составляет до 2000 градусов.
- Расплавленное железо, освобожденное от сгоревшего углерода, скапливается в переходной камере конусообразной формы между горном и распаром – заплечиках. Здесь часть выделившегося из шихты углерода соединяется с железом, науглероживая его. Здесь же с железом соединяются освобожденные из шихты марганец с кремнием, сера, фосфор и другие элементы.
- Образовавшийся таким образом чугун стекает из заплечиков в горн, а расплавленный шлак скапливается над ним.
- Чугун и шлак выпускаются из доменной печи через соответствующие летки.
- Из летки расплавленный чугун, температура которого при этом составляет около 1500 градусов, по желобу попадает в раздаточный ковш.
Выплавленный чугун делится в зависимости от его назначения на следующие виды:
- Передельный чугун, который в дальнейшем будет переделан в сталь.
- Литейный чугун, который характеризуется увеличенным содержанием кремния и уменьшенным содержанием серы, служит для выделки чугунного литья.
- Специальный (ферросплавный) чугун, в котором может быть увеличено содержание таких элементов, как марганец или хром, служит для производства специальных сталей.
При разливе из раздаточного ковша, передельный чугун отправляется в миксер, откуда его отбирают для передела в сталь. Литейный же чугун заливается в формы для изготовления чугунных чушек.
Объём доменной печи составляет от 1500 до 5000 м3, высота её может достигать нескольких десятков метровРабота доменной печи происходит в непрерывном режиме на протяжении нескольких лет, что требует постоянной подачи огромного количества шихты и топлива.
При этом функционирование доменной печи обеспечивается сложной и высокоразвитой инфраструктурой, состоящей из вспомогательных производств и коммуникаций по транспортировке сырья и конечного продукта.Инвестиции, необходимые для организации доменного производства, исчисляются миллиардами рублей. Поэтому его организация под силу только крупным корпорациям.
В силу всего вышесказанного можно резюмировать, что организация доменного производства чугуна слишком далеко выходит за рамки возможностей малого бизнеса.
Переплавка чугуна в вагранке
В отличие от доменной плавки, переплавка чугуна в вагранке при грамотном подходе способна приносить прибыль при относительно небольших вложениях и представляет несомненный интерес для малого бизнеса.Вагранка, как и домна, принадлежит к печам шахтного типа.
В качестве топлива в ней используется кокс, в последнее время всё большее распространение получают вагранки, работающие на газе.Для достижения высокой температуры горения используется нагнетание воздуха в рабочую камеру.
В отличие от доменной печи, где металл выплавляется из руды, в вагранке производится переплавка лома чугуна и чугунных чушек с последующим разливом расплава в формы для получения готовых изделий.
Ввиду небольшого размера обслуживание таких печей на порядки проще, чем обслуживание домны. По этой же причине упрощен их ремонт и процедура остановки.
Принципиальная схема вагранки, работающей на коксе, выглядит так:
- Основной частью вагранки является металлический цилиндр — кожух, изготовленный из листов стали 6-12 мм. Внутренняя поверхность его выложена жаропрочным кирпичом или иным огнеупорным материалом, толщина которого равняется 200-300 мм.
- Основанием для кожуха служит подовая плита, которая опирается на четыре колонны. Для удаления остатков чугуна при ремонте служит отверстие, расположенное в центре плиты, закрытое заслонкой.
- Для загрузки кусков чугуна, кокса и присадок служит завалочное окно.
- Часть рабочего пространства от подовой плиты до завалочного окна называется шахтой.
- Часть пространства кожуха, находящаяся выше завалочного отверстия, называется трубой.
- Нижняя часть шахты называется горном. В горне имеются фурмы для подачи воздуха или кислорода, а так же летки, чугунная и шлаковая.
- Часть горна в районе фурм – плавильный пояс.
- Розжиг производится через рабочее окно с помощью дров.
Процесс плавки происходит таким образом:
- Через завалочное окно в шахту загружаются куски чугуна и кокса, а так же флюса и иных присадок.
- При сгорании кокса, температура горения которого повышается благодаря нагнетаемому через фурмы воздуху, происходит расплавление чугуна, который выходит через чугунную летку.
- Шлак, который в силу своей лёгкости плавает поверх чугуна, выходит сквозь шлаковую летку.
- Газообразная смесь, образовавшаяся при горении, уходя вверх по шахте, нагревает опускающуюся от завалочного окна шихту и уходит в трубу.
Для облегчения заливки больших форм и выдерживания постоянного химического состава чугуна вагранки, как правило, оснащены еще одним горном – копильником, в котором накапливается выходящий из летки кожуха чугун.В этом случае раздача расплава производится из копильника.Рабочий цикл составляет от 10 до 20 часов, после чего вагранка гасится и производится ремонт жаропрочной облицовки её внутренней поверхности.
Производительность такой печи может равняться от 0,2 до 25 т/час, соответственно, при диаметре шахты от 500 до 2000 мм, при полезной высоте шахты от 3 до 5 метров.
Инвестиции, необходимые для начала производства по литью в вагранке
Постараемся определить рентабельность, которой обладает литейное производство, при использовании вагранки производительностью 0,2-0,35 т/час.Потребляемая электроэнергия такой печи равна 2 кВт/ч.Она способна выплавлять чугун нескольких видов – литейный, модифицированный и рафинированный. Это происходит за счёт использования технологии ШПР – шлейфовой продувки расплава.
За месяц такая печь способна производить 22 плавки с выходом готового продукта на одну плавку – 5400 кг. Что за месяц составит 118 т чугуна.Стоимость такой печи около 4500000 р. В эту цифру, кроме оборудования, входит стоимость его доставки и монтажа, а так же обучения сотрудников.
Аренда производственных помещений и их подготовка к монтажу оборудования, а так же закупка инструмента, спецодежды и тому подобного – 45000 р.
Источник: https://bisnesideya.ru/nestandartny-e-idei-biznesa/stroim-malyj-i-bolshoj-biznes-na-proizvodstve-chuguna.html
Доменная печь — устройство и работа
редакционная статья
Категории: доменное производство
Назначение. Конструкция печи. Технологический процесс выплавки чугуна.
Доменная печь
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:
- Восстановление железа из окислов руды, науглероживание его и удаление в виде жидкого чугуна определенного химического состава.
- 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 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
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 – 20005000 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 10001200 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 300400 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 4060 % металлического железа. При температуре 10001100 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 34 часа через чугунную летку 16, а шлак – каждые 11,5 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.
>
Источник: https://www.metaljournal.com.ua/blast-furnace/
Основные процессы доменной печи. Особенности производства чугуна
Поговорим о том, какова роль кокса в доменном процессе. Подробно рассмотрим суть этого металлургического производства.
В наше время при изготовлении чугуна и стали используют доменный процесс, в котором важным компонентом является печь.
Специфика агрегата
Рассмотрим особенности устройства, его предназначение. Основные процессы доменной печи связаны с плавкой кокса. Он представляет собой пористый материал, который спекается из массы углерода, получаемой путем прокаливания каменного угля без присутствия кислорода воздуха.
Доменная печь – это мощный и высокопроизводительный агрегат, где расходуется существенное количество дутья и шихты.
сырья
Современная доменная печь предполагает нахождение в ней материалов в течение 4-6 часов, газообразных веществ – 3-12 секунд. Если газы будут полностью распределены по сечению печи, можно рассчитывать на высокие показатели плавки, идет производство чугуна. Доменный процесс предполагает учет движения газов по зонам, имеющим меньшее сопротивление шихты.
Поэтому при ее загрузке в печь осуществляется регулировка, перераспределение кокса и агломерата по сечению печи так, чтобы они отличались по газопроницаемости. В противном случае больший процент газов будет уходить из печи со значительной температурой, что негативно отразится на применении тепловой энергии, доменный процесс будет не в полной мере эффективным.
На тех участках, которые имеют большое сопротивление, шихта газов будет проходить незначительно нагретой, потребуется дополнительный расход тепла в нижней части печи, в результате существенно возрастет расход сырья.
Какие еще особенности важно учитывать при загрузке? Доменный процесс получения чугуна – энергоемкое производство. Именно поэтому у стен печи используют слой менее газопроницаемого агломерата, в центре – увеличивают слой кокса, благодаря чему перераспределяется поток газа к центру. Материалы по окружности располагают равномерно.
шихты осуществляется отдельными порциями – подачами. Одна порция состоит из нескольких скипов, рудной части (агломерата), кокса. Соотношение исходных ингредиентов определяют специалисты.
Доменный процесс допускает совместную подачу сырья, при которой скипы кокса и агломерата скапливают на большом конусе, а затем его загружают в печь.
Регулировка распределения шихты
Управление распределения кокса и агломерата по сечению колошников осуществляется следующими приемами:
- меняется порядок расположения сырья на большом конусе;
- применяются расщепленные и раздельные подачи;
- устанавливаются подвижные плиты у стен колошника.
Доменный процесс предполагает учет определенных закономерностей внесения сыпучих материалов:
- укладка сырья, падающего с большого конуса, на колошнике с возвышением – гребнем;
- у гребня (в месте падения) шихты накапливается мелочь, крупные куски скатываются к подножию гребня, поэтому в этой зоне газопроницаемость шихты больше;
- на гребень влияет уровень засыпки на колошнике, а также расстояние с большим конусом;
- большой конус опускается не полностью, благодаря чему на периферию попадают мелкие куски кокса.
В большей части в центр печи попадает материал из скипов подачи, которые последними загружались в большой конус. Если изменить порядок загрузки, то можно добиться перераспределения материалов по сечению колошника.
Для регулирования процесса распределения по объему печи используемой шихты применяют два конусных аппарата. В последнее время некоторые доменные печи оснащаются подвижными плитами у стенок колошника, позволяющие менять угол наклона, перемещать их по горизонтальной плоскости.
Куски шихты, которые падают на плиты, отражаются от них, что позволяет направлять сырье в определенные зоны колошника.
Варианты печей без конуса
В печи, которые не имеют конусного загрузочного устройства, сырья проводится через два открывающихся поочередно шлюзовых бункера. К ним сырье доставляется наклонными ленточными конвейерами, на которых с четкими интервалами располагается кокс и агломерат. Одна порция поступает с ленты в один бункер, затем выгружается на колошник печи по вращающемуся наклонному лотку. Им за период выгрузки совершается порядка десяти полных оборотов вокруг неподвижной центральной оси.
Цикл загрузки
Под ним принято называть повторяющееся количество порций шихтовых материалов. Максимальную порцию определяют по объему шлюзового бункера засыпного механизма. Количество порций в одном цикле может составлять от 5 до 14.
Как получить в полном объеме продукты доменного процесса? Для того чтобы ответить на этот вопрос, подробнее рассмотрим суть процесса. При повышенном содержании в смеси углекислого газа низкая температура способствует полноте протекания теплообменных и химических процессов в доменной печи.
Чтобы аппарат работал экономично и интенсивно, количественное содержание углекислого газа по оси и на периферии печи должно быть пониженным, а на высоте одного-двух метров от стен – повышенным.
Контроль температур в новых печах осуществляется путем введения через отверстия в кожухе зондов. Обязательным для всех процессов является контроль уровня засыпки на колошнике.
Среди новаций – применение бесконтактных способов измерения уровня, основанных на показаниях микроволновых, инфракрасных датчиков.
Особенности распределения температур
Кроме тепла, которое вносится нагретым дутьем, в качестве основного источника тепла для нагревания газов и шихты, проведения восстановления и компенсации теплопотерь, компенсировать потери можно теплом, что выделяется при сгорании топлива в верхней части горна. По мере движения газообразных продуктов из горна вверх тепло опускается к шихтовым холодным материалам, происходит теплообмен. Подобный процесс объясняет понижение с 1400 до 200 градусов температуры на выходе из печного колошника.
Выведение избыточной влаги
Рассмотрим основные физические и химические процессы в доменной печи. В шихте, которая загружается в доменную печь, имеется гигроскопическая влага. К примеру, в составе кокса ее содержание может составлять до пяти процентов. Влага быстро испаряется на колошнике, поэтому для ее устранения требуется дополнительное тепло.
Появляется гидратная влага при загрузке в доменную печь бурого железняка, а также каолина. Для решения проблемы в современном производстве чугуна практически не применяют в качестве сырья данные руды.
Процессы разложения карбонатов
Соли угольной кислоты могут поступать в доменную печь. По мере их нагревания происходит их разложение на оксиды кальция и углерода, а процесс сопровождается выделением достаточного количества энергии.
В последнее время в доменные печи почти не загружают руды. Какова роль флюсов в доменном процессе? Они повышают его эффективность, позволяют снижать затраты на производство. Благодаря использованию офлюсованного агломерата, полному выведению из доменной шихты известняка можно добиться существенной экономии кокса. Процесс разложения известняка при агломерации обеспечивается сгоранием топлива низкого сорта.
Железо вводится в доменную печь в виде оксидов. Основной задачей процесса является максимальное извлечение железа из оксидов путем восстановления. Суть процесса состоит в удалении кислорода, для этого используется углерод, угарный газ, водород.
Восстановление углеродом называют прямым процессом, а реакцию с газообразными веществами именуют косвенным взаимодействием. Каковы их отличительные особенности? При прямой реакции расходуется углерод, в результате чего существенно сокращается его количество.
Для второго вида восстановления железа из оксидов требуется избыточное количество водорода.
В ходе процесса образуется твердое железо. Степень восстановления в чугун составляет 99,8 %. Таким образом, только 0,2 -1 % превращаются в шлак.
Выплавка марганцовистых чугунов
В процессе выплавки переделываемых чугунов в доменную печь марганец попадает в виде агломерата. В некоторых количествах марганцевые руды в виде силикатов марганца способствуют получению марганцовистого чугуна.
Восстановление из оксидов марганца происходит ступенчато. Для того чтобы полностью провести процесс, в горне должны быть установлены высокие температуры. Процесс выплавки передельных чугунов сопровождается восстановлением марганца только в соотношении 55-65 %.
В настоящее время из-за дефицитности марганцевых руд и марганца в технологической цепочке стали использовать незначительное количество марганцовистых чугунов.
При переходе на маломарганцовистые чугуны можно экономить не только сам марганец, но и кокс, так как будет снижаться его расход на прямое восстановление металла.
