Схема доменного виробництва і доменного процесу

ВИРОБНИЦТВО ЧАВУНУ. ДОМЕННИЙ ПРОЦЕС

Сукупність процесів, протікаючих у працюючій доменній печі, називають доменним процесом.

У цю сукупність входять процеси механічні (рух шихтових матеріалів), гідродинамічні (рух чавуну і шлаку), газодинамічні (рух газу в доменній печі), хімічні (розкладання і відновлення матеріалів), фізико-хімічні (плавлення чавуну і шлаку, горіння палива), теплофізичні (теплообмін між газом і шихтою, шлаком і чавуном). Особливістю доменного процесу є те, що всі перераховані його складові протікають одночасно в обмеженому просторі і, природно, роблять вплив один на одного і залежать один від одного.

Доменний процес на відміну від інших металургійних процесів має ряд особливостей, основними з яких є його безперервність, протитечійність і відновний характер.

Не дивлячись на дискретність завантаження шихтових матеріалів в доменну піч, періодичний випуск із неї рідких продуктів плавки (чавуну і шлаку), процеси нагріву шихтових матеріалів, відновлення оксидів, окислення вуглецю палива, створення чавуну і шлаку протікають безперервно з моменту подачі в доменну піч дуття і до її припинення. Без аварійних (вимушених) зупинок доменної печі її робота може продовжуватися місяцями і навіть протягом років.

Протитечійність доменного процесу полягає в проти-лежному напрямі руху шихтових матеріалів, чавуну і шлаку, що опускаються назустріч висхідному потоку пічних газів (рис.3.1).

Основною метою доменного процесу є відновлення заліза з його оксидів. Одночасно йде процес відновлення й інших елементів, тому в чавуні в тих або інших кількостях присутні кремній, марганець, сірка, фосфор, а іноді й інші елементи. На відміну від доменного процесу всі сталеплавильні процеси носять окислювальний характер – їхня основна задача перевести в шлак або газ шляхом окислення домішки, що в надлишку містяться в сплаві.

Всю сукупність процесів, протікаючих в доменній печі, умовно можна розділити на три групи: процеси окислення, процеси відновлення і процеси плавлення.

Процеси окислення протікають в обмеженому просторі доменної печі в нижній її частині і зводяться, в основному, до окислення вуглецю палива при його взаємодії з киснем дуття.

Велика частина об'єму доменної печі використовується для відновлення заліза і часткового відновлення інших елементів.

До процесів плавлення відноситься створення в доменній печі чавуну і шлаку.

Схема доменного виробництва і доменного процесу

Схема доменного виробництва представлена на рис. 3.2.

Залізну і марганцеву руди, що поступають на металургійне підприємство, крупністю до 10 мм, концентрат (продукт збагачення бідного залізняку), і флюс направляють на фабрику окускування, де з них виготовляють агломерат, окатиші або брикети, які після відсіву дрібних фракцій направляють в доменний цех.

    1 – колошник; 2 – засипний апарат; 3 – газовідводи; 4 – шахта; 5 – розпар; 6 – заплечіки; 7 – зони горіння коксу; 8,9 – горизонти створення чавуну і шлаку; 10 – повітряні фурми; 11 – чавунна льотка; 12 – шлакова льотка; 13 – горно

Рис. 3.1 - Розріз доменної печі

Рис. 3.2 - Схема доменного виробництва

Одночасно туди подають кокс і додатковий флюс. Агломерат, окатиші, брикети, флюс і відсіяний від дрібняку кокс завантажують у доменну піч. Дуття, яке подається повітродувною машиною, підігрівають у повітронагрівачах до температури 1100 – 1350°С і нагнітають у доменну піч під тиском 250-300 кПа. Для інтенсифікації доменної плавки дуття збагачують киснем. З метою зниження витрати коксу в піч можуть подаватися інші види палива і відновники: природний газ, мазут, кам'яновугільний пил.

Флюсом доменної плавки частіше всього є вапняк, що складається майже повністю з карбонату кальцію, який після дисоціації в печі перетворюється на СаО. Необхідність введення в доменну піч флюсу пояснюється тим, що пуста порода, яка залишається після відновлення заліза, має високу температуру плавлення, а її взаємодія з флюсом дозволяє отримати рідкий шлак при температурах 1200-1300°С.

Продуктами доменної плавки є рідкий чавун, рідкий шлак і колошниковий газ.

Чавун являє собою багатокомпонентний сплав на основі заліза, що містить більш 2-х відсотків вуглецю, а також кремній, марганець, сірку і фосфор. Розрізняють три основних види чавуну:

- переробний, який є основною сировиною для виробництва сталі;

- ливарний, з якого відливають вироби;

- феросплави, призначені для розкислювання і легування сталі.

Основна кількість чавуну, що виплавляється, призначена для виробництва сталі.

Шлак являє собою розплав оксидів кремнію, кальцію, алюмінію, магнію, марганцю та інших елементів, зокрема невеликої кількості заліза, які не відновилися в доменній печі. Він використовується для виробництва будівельних матеріалів.

Колошниковий газ, що виходить із печі використовується як паливо, оскільки крім азоту і вуглекислоти містить значну кількість СО, Н₂ і СН_4.

Колошниковий пил, що виноситься з доменної печі газовим потоком, містить до 50% заліза і до 10% вуглецю, використовується як сировина для виробництва агломерату або брикетів.

Чавун, що випускають із доменної печі, розливається в чавуновозні ковші місткістю 140 - 300 т і транспортується в сталеплавильні, ливарні цехи або на розливні машини.

Доменний шлак розливають у шлаковозні чаші місткістю 16 м³ і направляють на шлакопереробку. Деякі доменні печі обладнані установками припічної грануляції шлаку.

Загальну схему доменного процесу можна представити таким чином (рис. 3.3). У будь-який момент часу вся доменна піч заповнена шихтовими матеріалами, які опускаються вниз у міру згорання коксу в горні. Горновий газ, який утворюється, підіймається догори, нагріваючи шихту і відновлюючи оксиди заліза.

Внутрішня конфігурація доменної печі називається профілем. Профіль доменної печі складається з декількох елементів (рис. 3.1, 3.3). Самий верхній елемент доменної печі, який має форму циліндра – колошник. Його технологічні функції – прийом і необхідний розподіл завантажуваних у піч матеріалів.

1 – колошник; 2 – шахта; 3 – розпар; 4 – заплечіки; 5 – фурми для дуття; 6 – шлакова льотка; 7 – шлак; 8 – чавун; 9 – чавунна льотка

Рис. 3.3 - Розподіл основних хімічних реакцій по висоті доменної печі

Наступним елементом профілю доменної печі є шахта, яка має форму усіченого конуса, що розширюється вниз. Така форма шахти полегшує опускання шихтових матеріалів, які у міру нагрівання збільшуються в об'ємі. В шахті відбувається нагрів матеріалів, їхнє відновлення, а в нижній частині шахти створення чавуну і шлаку.

Найширшим елементом профілю доменної печі є розпар, який має форму циліндра і служить перехідним елементом між шахтою і заплечіками, які мають форму усіченого конуса, що звужується донизу. В розпарі закінчується розплавлення шихтових матеріалів, продовжується їхній нагрів і відновлення.

В заплечіках всі матеріали, окрім коксу, знаходяться в рідкому стані, їхній об'єм за рахунок цього зменшується, зменшуються і поперечні розміри доменної печі.

Самим нижнім елементом профілю доменної печі є горно, що має форму циліндра.

У верхній частині горна розташовані фурмені прилади, через які в доменну піч подається нагріте повітря, зване гарячим дуттям. У фурмених зонах йде процес взаємодії кисню дуття з вуглецем палива, розвиваються найвищі в доменній печі температури (біля 2000 ^оС), утворюються горнові гази, які є основним джерелом тепла і відновника, оскільки остаточно складаються з трьох компонентів: монооксиду вуглецю, водню і азоту.

Нижня частина горна служить для накопичення чавуну і шлаку і періодичного їх випуску з доменної печі через спеціальні пристрої, так звані льотки: шлакова льотка служить для випуску шлаку, чавунна льотка – для видалення з доменної печі чавуну. В даний час все в більшій мірі практикується випуск із доменної печі чавуну і шлаку тільки через чавунні льотки з подальшим їх розділенням поза доменною піччю завдяки різній щільності.

Через колошник у доменну піч завантажуються залізовмісні матеріали (залізна руда, агломерат, окатиші, брикети), тверде паливо (деревне вугілля, кокс, кам'яне вугілля, паливні брикети), при необхідності флюси, марганцева руда, кускові відходи металургійного виробництва (сталеплавильні шлаки, зварювальний шлак).

Дата добавления: 2015-07-17