Промышленные печи

Промышленные печи и трубы

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Элементы доменной печи и основы доменного процесса

Доменная печь относится к шахтным печам и служит для выплавки чугуна из железных руд. Верхняя цилиндрическая часть печи называется колошником и служит для приемки материалов и отвода газов. Расположенная ниже коническая часть печи называется шахтой. Цилиндрическая часть печи, расположенная ниже шахты, носит название распар и соединяет верхнюю коническую часть с нижней обратной конической частью печи — заплечиками. Расширяющаяся конусообразная форма шахты способствует опусканию материалов, а суживающаяся форма заплечиков соответствует уменьшению объема материалов вследствие их плавления. Нижняя цилиндрическая часть печи называется горном. В верхней части горна — фурменной зоне — вводится в печь дутье и происходит сгорание кокса, а в нижней — металлоприемнике — скапливаются расплавленный чугун и шлак.

Чугуном называют сплав железа с углеродом, в котором содержится от 2 до 4,3% углерода и незначительное количество примесей: кремния, марганца, серы и фосфора.

Железо содержится в руде в количестве 35—70% в виде окислов: Fe203, Fe304 и FeO.

При выплавке чугуна из руды протекают сложные химические процессы, заключающиеся в том, что находящееся в руде железо освобождается от химически связанного с ним кислорода, т. е. восстанавливается. Одновременно железо освобождается от пустой породы и части вредных примесей (серы, фосфора), содержащихся в руде, и поглощает некоторое количество углерода, марганца и кремния.

Исходные материалы — кокс, руда и известь, служащая плавнем (флюсом) для пустой породы, называемые шихтой,— загружают в печь сверху через колошник. Опускаясь вниз навстречу поднимающимся продуктам горения, они постепенно высушиваются и нагреваются. Воздух для горения подается в фурменную зону, где происходит сгорание кокса.

Продукты горения, поднимаясь вверх, раскаляют близлежащие слои кокса и руды; при этом углерод кокса вступает в реакцию с окислами железа и восстанавливает  их   по   формулам

Одновременно углекислый газ, образовавшийся от сгорания кокса, проходя через его раскаленный слой, взаимодействует с углеродом и превращается в окись углерода С02+С=2СО. Окись углерода в свою очередь является восстановителем железа по формулам

Восстановленное железо поглощает некоторое количество углерода и других примесей (марганца, кремния) и образует чугун. Чугун и пустая порода с известью в зоне высоких температур плавятся, при этом чугун как более тяжелый опускается вниз, а сплав пустой породы с известью — шлак — скопляется поверх слоя чугуна.

Чугун   является основным продуктом доменной плавки. Он подается в жидком виде в конверторы   или мартеновские печи для  переплавки в сталь или в  специальные разливочные  машины для  разливки  в чушки, которые затем идут также   для   переплавки   в   сталь или   для   изготовления   чугунных отливок.

Шлак — побочный продукт, его количество составляет до 60% веса выплавленного чугуна; он используется как дешевый строительный материал для приготовления шлаковой ваты, цемента, бетона, кирпича и др.

Отходящие из печи газы содержат значительное количество окиси углерода, являются горючими с теплотворностью 3560— 4190 кДж/мг [850—1000 ккал/м3]. В связи с тем что они выносят из печи значительное количество пылевидной руды, так называемой колошниковой пыли, их перед использованием пропускают через пылеуловитель и газоочистку, где пыль оседает.

Очищенный доменный газ используют как топливо для коксовых батарей и паровых котлов; в смеси с коксовальным газом он идет для отопления воздухонагревателей доменных печей, мартеновских и нагревательных печей. При сжигании 1 т кокса получается около 4000 м3 газа.

В наиболее высокотемпературной зоне печи требуется температура порядка 1800° С, а при выплавке специальных сортов чугуна даже 2000° С. Получить такие температуры при подаче холодного воздуха для горения кокса нельзя. В связи с этим воздух перед подачей в доменную печь подогревают до температуры 900—1200° С в воздухонагревателях регенеративного типа.

Каждая доменная печь оборудуется тремя-четырьмя воздухонагревателями, через один из которых подается подогреваемый воздух, а три (два) других в это время находятся на разогреве. Нагрев насадки воздухонагревателей ведется за счет сжигания в них смеси коксо-доменного или природного газа. Для создания в печи давления, достаточного для преодоления сопротивления столба шихты, воздух (дутье) подается под давлением 3— 4 кгс/см2 и выше от специальной воздуходувки.

Шихтовые материалы хранят в бункерах, откуда их подают в колошник с помощью наклонного подъемника. По наклонному мосту подъемника проложены два рельсовых пути, по которым движутся навстречу друг другу две вагонетки — скипы. Достигнув верхнего положения, скип опрокидывается и материалы высыпаются в приемную воронку печи. В это время в скип, находящийся в нижнем положении, засыпают материалы из бункеров, после чего опорожненный скип опускают, а загруженный поднимают. Вся работа по загрузке печи автоматизирована.

Величина доменной печи характеризуется полезным объемом ее рабочего пространства. В Советском Союзе наиболее распространены печи объемом 2000 ж3. В настоящее время строятся печи объемом 3200 м3 и подготовляется строительство доменной печи объемом 5000 мъ.

Отношение полезного объема печи к ее суточной  производительности — называется коэффициентом использования полезного объема печи (КИПО). Величина КИПО колеблется в среднем от 0,55 до 0,8.

  Доменные цехи. В доменном цехе производится выплавка чугуна из ...

  Как получают металлы. Металлические материалы

  Основы технологии черных металлов. Доменное производство.