1.4 Доменный цех.

Характеристика сырых материалов доменной плавки и порядок их складирования. К сырым материалам металлургического производства прежде всего относят руды, топливо и флюсы. На практике приходится иметь дело с магнитной окисью железа Fe3О4 (72,4 % Fe), безводной окисью железа Fe2О3 (70 % Fe) и водной окисью железа Fe2О3•тН2О, соединениями железа с двуокисью углерода FeСО3 (48,3 % Fe).

Подготовка железной руды к плавке имеет большое значение, так как это зависит поступление в печь железорудного концентрата определенной крупности, равномерного химического состава, хорошей восстановимости и, главное, с высоким содержанием железа. Чем тщательнее подготавливают руду к плавке, тем выше производительность доменной печи, ниже расход топлива и выше качество выплавляемого чугуна. В конечном итоге, стремятся снабжать доменную печь шихтой, состоящую только из двух компонентов: офлюсованного железорудного сырью и кокса определенной кусковатости и содержащих мелких фракций (ниже 5 – 8 мм для железорудной шихты и ниже 20 – 30 мм для кокса). Для обеспечения хорошей газопроницаемости плавильных материалов желательно, чтобы шихта была однородной по кусковатости. Также важным резервным фактором повышения производительности доменных печей и снижения расхода топлива является увеличение содержание железа в шихте, т.е. обогащение. Рудный двор и доставка сырья к доменной печи. Запасы сырых материалов создаются на складе, называемом рудным двором, который находится вблизи доменного цеха. На этом дворе складируют кусковую руду или окатыши, а также флюсы. С одной стороны рудного двора находится разгрузочная эстакада, а с другой стороны бункера для приема шихты.

Материалы доставляются на разгрузочную эстакаду в саморазгружающихся вагонах. Иногда для разгрузки предусматривают вагоноопрокидыватели, применение которых позволяет полностью механизировать разгрузку материалов. Руду, добавки, флюсы, окатыши, агломерат, и кокс подают к печи разными способами. В соответствии с этим следует различить три подачи шихты. Первый поток – подача прочных железорудных материалов, привозимых со стороны (железной руды, окатышей, известняка, марганцевой руды). Второй поток – подача агломерата с аглофабрики. Третий поток – подача кокса при помощи транспортера. Для современных больших печей полезная высота равна 29 – 32 м. Средний объем печей 1000 – 3000 м3, самая большая печь объемом 5000 м3.Доменная печь заключена в металлический кожух толщиной 20 – 25 мм в верхней части и 35 – 40 в нижней, состоящий из ряда цилиндрических и конических поясов. Кожух выполняют цельносварным. С внутренней стороны кожуха находится огнеупорная футеровка, охлаждаемая холодильниками. Материал на колошник подают при помощи транспортера. Основной частью колошникового устройства является засыпной аппарат состоящей из большого и малого конуса с приемной воронкой. Для равномерного распределения шихты малый конус вращается вокруг своей оси, которой опускается в межконусное пространство. Большой конус опускается в доменную печь. Наличие двух поочередно опускающихся конусов обеспечивает герметизацию колошника при загрузки шихты. В нижней части печи находятся фурменные устройства через которые подается нагретое дутье и добавки газообразного, жидкого или пылевидного топлива. Жидкие продукты плавки непрерывно стекают вниз в горн печи, в которой расположены летки для выпуска чугуна и для выпуска шлака. Через эти летки периодически выпускают продукты плавки. Таким образом, процессы в печи и подача шихты происходят непрерывно, а выпуск чугуна и шлака – периодически. Назначение и устройство воздухонагревателей. Для подачи в доменную печь дутья и его сжатия применяют воздуходувные машины различных типов. В настоящее время в качестве дутья и его сжатия применяют воздух, обогащенный кислородом. Наружный диаметр воздухонагревателя равен 9 м, высота до верха купола составляет 36 м. Верхнюю часть насадки и купол выкладывают из высокоглиноземистого кирпича или динаса, а нижнюю часть – из шамотного кирпича. Толщина насадочного кирпича составляет 40 мм. Следует различать газовый и воздушный периоды работы воздухонагревателя. В газовый период осуществляется нагрев насадки продуктами сжигания газа, а в воздушный период нагревается дутьё за счет охлаждения насадки. По мере охлаждения насадки воздухонагревателя температура горячего воздуха, выходящего из него, падает. Это недопустимо для нормальной работы доменной печи, поэтому воздух нагревают до более высокой температуры, чем это необходимо, и к нему подмешивают, используя автоматическое дозирование, требуемое количество холодного воздуха, чтобы поддерживать температуру дутья постоянной. Газовый период примерно в два раза продолжительнее воздушного. Следовательно, необходимо не менее трех кауперов – два одновременно нагреваются, а один нагревает воздух. Фактически на печь приходится четыре каупера, а некоторых случаях – семь кауперов на две печи. Поверхность нагрева воздухонагревателей составляет 60 – 100 м2 на 1 м3 объема печи.

Например, на доменной печи объемом 2 700 м3 поверхность нагрева одного воздухонагревателя составляет 42 500 м2, а все четыре 170 000 м2, а для доменной печи объемом 5 000 м3 она увеличена до 500 000 м2. Основные процессы в доменной печи. В соответствии с основными закономерностями процесса восстановления окислов железа, выявленными академиком А.А. Байковым высший окисел железа Fe2О3 превращается в железо последовательно через промежуточные окислы. Железо, восстановленное в доменной печи, поглощает углерод и другие элементы, образуя чугун. В чугун в небольших количествах переходят на разных горизонтах печи другие восстановленные элементы (кремний, марганец, фосфор, и в некоторых случаях ванадий, мышьяк, хром, никель, мель), а также сера. При современной доменной плавке установлено следующее % содержание углерода: в ферросилиции составляет около 2 %, в литейном чугуне – 4 %, в предельном чугуне – около 4,5 % и в ферромарганце – около 7 %. Продукты плавки: чугун, шлак, газ. Состав чугуна, получаемый в ходе доменной плавки, определяется требованиями потребителей и возможностями доменной плавки. Сообразно с этим стремятся подобрать состав шихтовых материалов технологический режим плавки. Все доменные чугуны по своему назначению подразделяют три основных вида: Передельный: предназначается для дальнейшего передела в сталь; Литейный: используемый после переплава в чугуноплавильных цехах для отливки чугунных изделий; Доменные ферросплавы, используемые в качестве раскислителей или присадки сталеплавильном и чугунолитейном производствах. Выплавка в доменных печах неизбежно сопровождается получением значительного количества доменного шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки. Шлак образуется в доменной печи из флюсов, золы кокса и железосодержащих материалов. Обычно при выплавке передельного и литейного чугунов выход шлака составляет 0,3 – 0,6 т на 1 т чугуна. Газ, выходящий из печи через ее верхнюю часть – колошник, называют колошниковым. Он состоит из СО, СН4., Н2, СО2 и N2. После очистки от содержащейся в нем пыли, газ используют как топливо для нагрева насадок воздухонагревателей, стальных слитков, коксовых батарей, для отопления котлов и других целей. Горючими компонентами в газе являются СО, СН4. и Н2., которого больше 50 %. Выпуск и уборка чугуна и шлака. Для выпуска жидких продуктов плавки предназначены чугунные и шлаковые летки.

Чугунную летку вскрывают при помощи бурильной машины ударно-вращательного действия. Эта машина выполняет операции рассверливания, заполненного огнеупорной затвердевшей массой леточного отверстия, и пробивки чугунной корки на внутренней поверхности летки. Глубина бурения достигает 2,5 м при диаметре бура 50 – 70 мм. Летку разделывают под углом 8 - 10° по отношению к горизонту. После выпуска чугуна летку заделывают огнеупорной глиной, которую подают в канал летки при помощи пушки поршневого типа. Заряд огнеупорной глины составляет 0,6 – 1,0 т. Чугун после отделения от него шлака стекает по желобу в чугуновозные ковши. Специальный передвижной желоб позволяет направлять чугун с одного ковша в другой. Для перевозки чугуна применяются чугуновозы. Пока еще широко распространены ковши с грушевидными чашами емкостью 90 – 140 т, но в последнее время стали применять сигарообразные ковши емкостью 150 – 420 т. Использование таких ковшей позволяет отказаться от поворотных желобов в сталеплавильных цехах в качестве промежуточных емкостей. Чугун в чугуновозах направляют в сталеплавильные цехи, а в случае выплавки так называемого товарного чугуна предназначенного для вывоза из завода, - на разливочные машины. На ленте машины крепятся около 300 мульд, и масса получаемых чушек чугуна составляет 45 кг. Скорость движения конвейера выбирают из условия затвердевания чугуна, она равна примерно 10 м /мин. Суточная производительность двух ленточной машины около 2000 т. чугуна. Шлак иногда выпускают не только вместе с чугуном, но и через шлаковые летки. Для закрывания и открывания шлаковых леток применяют дистанционно управляемые шлаковые стопоры рычажной конструкции обычно с пневматическим приводом.

Рабочим органом стопора является стальная пробка, которая плотно закрывает охлаждаемую водой фурмочку. Шлак из печи, как верхний, так и нижний, стекает по желобам в специальные устройства так называемой припечной грануляции или же в шлаковозы, в которых его вывозят дальнейшей переработки. Контрольно–измерительная аппаратура доменной печи. В настоящее время разработаны и внедряются различные новые приборы для контроля доменного процесса и автоматизации отдельных операций. В частности, освоено автоматическое регулирование дутья, подаваемого на каждую фурму, автоматическое управление процессом вращения распределителя шихты по температуре газов в нескольких точках периферийных зон колошника, непрерывное измерение температуры выпускаемого чугуна, изменение температуры очагов горения топлива у фурм. Существенное значение имеют приборы, служащие для непрерывного контроля состава доменного газа. Разработаны и проходят проверку различные схемы автоматического управления доменным процессом, включающие математическую обработку счетно-решающими машинами показаний приборов и автоматизацию отдельных узлов контроля регулирования: распределение потока газа по радиусу колошника, сход шихтовых материалов, тепловое состояние отдельных зон печи, распределение потока газа по окружности печи. Большое значение имеют автоматические устройства, регистрирующие основные параметры доменного процесса. Устройства подобного рода осуществляют последовательный опрос измерительных приборов, передают измеренные и преобразованные величины в запоминающее, а затем на печатающее устройство. Основные технико-экономические показатели работы цеха. Основными показателями, характеризующими работу доменной печи, являются: производительность в единицу времени и расход кокса на тонну выплавляемого чугуна. Для оценки производительности доменных печей различного объема в отечественной практике применяют относительный показатель:

Коэффициент Использования Полезного Объема доменной печи, представляющий собой отношение полезного объема доменной печи V , выраженного в м3, к ее среднесуточной производительности Р, выраженной в тоннах, ти.е. т/сут: к.и.п.о. = V/ Р. Таким образом, единицей измерения к.и.п.о. является м3∙сут/т. Важнейшим показателем доменной плавки, характеризующим экономичность работы печи, служит удельный расход кокса. Его величина не только непосредственно влияет на производительность печи, но и показывает использование химической и тепловой энергий топлива в рабочем пространстве печи. Почти все мероприятия, осуществляемые в доменном производстве, находят свое отражение в удельном расходе кокса. На лучших доменных печах в настоящее время расход кокса достигает 360 – 400 кг/т.