ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ, цилиндрическая плавильная печь. Ее используют для выплавки из руд металлов, преимущественно железа и меди. Руда смешивается с коксом и Флюсом (при выплавке стали это известняк). К нижней части печи подведен трубопровод горячего сжатого воздуха, который нагнетается в печь и создает там температуру, необходимую для восстановления оксидных руд до металлов. Расплавленный металл опускается на дно печи и выводится из нее через специальное отверстие. Отходы, или шлак, плавают поверху расплава и удаляются из печи.
В доменной печи используется перегретый воздух, вдуваемый внутрь. В печь сверху загружают кокс, железную руду и известняк. Воздух, нагретый в горячих кауперах, нагнетается по трубам (называемым фурмами) в нижнюю часть печи. Руда превращается в жидкий чугун и стекает на дно печи, откуда чугун разливают каждые три - шесть часов. Известняк связывает примеси, содержащимися в руде, прежде всего с оксидами кремния, и образуется шлак. Расплавленный шлак образует слой поверх расплава чугуна, и его сливают через шлаковую летку.
Доменная печь представляет собой непрерывно действующий агрегат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.
Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака. А также верхняя - фурменная зона, где происходит вдувание комбинированного дутья в печь и нижняя часть - лещадь
В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.
На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом, в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.
В верхней части горна, где приток кислорода достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода и выделяя большое количество тепла.
Диоксид углерода, покидая зону, обогащённую кислородом, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода — главный восстановитель доменного процесса.
Поднимаясь вверх, монооксид углерода взаимодействует с оксидами железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до менее окисленного оксида.
Полученный в результате реакции металлический расплав каплями стекает по раскаленному коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 — 6,67 % углерода. Такой сплав называется чугуном. Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси — сера и фосфор. Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.
Ранее шлак выпускался через отдельную шлаковую лётку. В настоящее время и чугун, и шлак выпускают через чугунную лётку одновременно, таким образом, контакт чугуна и шлака увеличивается при перемешивании и часть серы чугуна переходит в шлак. Разделение чугуна и шлака происходит уже вне доменной печи — в жёлобе, при помощи разделительной плиты скиммерного устройства вследствие различных плотностей жидких продуктов плавки. Отделённый от шлака чугун поступает в чугуновозные ковши, либо в ковши миксерного типа. Шлак, по шлаковым желобам разливается в шлаковые чаши.
Доменная печь имеет стальной кожух, выложенный изнутри 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 (офлюсованный агломерат и окатыши). Шихтовые материалы поступают в бункера, расположенные на рудном дворе: офлюсованный агломерат с агломерационной фабрики, а кокс от коксовых батарей коксохимического завода. Из бункеров шихтовые материалы подаются в вагон-весы, на которых взвешивают определенные порции шихты. Из вагона-весов кокс и агломерат передаются в вагонетку 9 скипового подъемника.
Две скиповые вагонетки с помощью лебедки передвигаются по наклонному мосту 12 к засыпному аппарату 8 и, опрокидываясь, высыпают шихту в приемную воронку 7 распределителя шихты. При опускании малого конуса 10 засыпного аппарата шихта попадает в чашу 11, а при опускании большого конуса 13 — в доменную печь. Такая последовательность работы механизмов засыпного аппарата необходима для предотвращения выхода газов из доменной печи в атмосферу.
Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка после загрузки очередной порции материалов поворачиваются на угол, кратный 60°. Все механизмы засыпного аппарата и скипового подъемника работают автоматически по заданной программе. В процессе работы печи шихтовые материалы постепенно опускаются вниз, а через загрузочное устройство в печь подаются новые порции шихтовых материалов в таком количестве, чтобы весь полезный объем печи был заполнен.
Полезный объем печи — это объем, занимаемый шихтой от лещади до нижней кромки большого конуса засыпного аппарата при его опускании. Современные доменные печи имеют полезный объем 2000—5000 м3. Полезная высота доменной печи достигает 35 м. В верхней части горна находятся фурменные устройства 14, через которые в печь поступают нагретый воздух, необходимый для горения кокса, и газообразное топливо, в некоторых случаях жидкое или пылевидное топливо.
Предварительный нагрев воздуха необходим для уменьшения потерь теплоты в печи. Воздух поступает в доменную печь из воздухонагревателей. Для нагрева воздуха применяют воздухонагреватели регенеративного типа. Внутри воздухонагревателя имеется камера сгорания 2 и насадка 4, занимающая основной объем воздухонагревателя.
Насадка выложена из огнеупорных кирпичей 3 так, что между ними образуются вертикальные каналы. В нижнюю часть камеры сгорания к горелке 1 подается очищенный от пыли колошниковый газ, который сгорает и образует горячие газы. Горячие газы, проходя через насадку, нагревают ее и удаляются из воздухонагревателя через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается, и по трубопроводу через насадку пропускается холодный воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной.
Доменная печь имеет несколько воздухонагревателей: в то время как в одних насадка нагревается горячими газами, в других она отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. По охлаждении нагретой насадки воздухом нагреватели переключаются. Воздух, проходя через насадку воздухонагревателя, нагревается до 1000—1200° С и поступает к фурменному устройству 14 доменной печи а оттуда в ее рабочее пространство.
Верхняя часть печи называется колошником (от слова колоша: так называли короба, в которых перевозили уголь для загрузки в печь).
Через колошник печи, имеющий форму цилиндра, производится загрузка шихты и отводятся газы. Ниже колошника расположена UiaxTai представляющая собой усеченный конус, расширяющийся книзу. Такая форма шахты позволяет материалам расползаться в стороны и свободно опускаться вниз. Кроме того, расширение шахты устраняет уплотнение шихты. Наиболее широкая часть печи — распар — представляет собой короткий цилиндр, необходимый для создания плавного перехода от нижнего широкого основания шахты к сужающимся заплечикам — части печи, которая представляет собой усеченный конус с широкой частью вверху и узкой внизу. Если бы шахта непосредственно соединялась с заплечиками, то в месте их соединения образовывался тупой угол, в котором задерживались опускающиеся сырые материалы. Наличие распара сглаживает переход и устраняет мертвое пространство. Заплечики приобрели сужающуюся конусообразную форму потому, что в них происходит резкое сокращение объема загруженных материалов в связи с выгоранием кокса и образованием жидких продуктов плавки.
Нижняя часть печи представляет собой цилиндрический горн, в котором накапливаются жидкие продукты плавки — чугун и шлак. В нижней части горна расположены отверстия — летки для выпуска чугуна, в верхней части горна находятся фурмы, через которые в печь подается воздух.
Рассмотрим более подробно устройство основных частей доменной печи, общий вид которой представлен на рис. 17.
• Фундамент печи. Современная печь вместе со всеми сооружениями и металлоконструкциями, футеровкой и находящимися в ней шихтовыми материалами и продуктами плавки может иметь массу до 30 тыс. т. Эта масса должна быть равномерно передана грунту. Нижнюю часть фундамента (подошву) делают в виде восьмиугольной бетонной плиты толщиной до 4 м. На подошву опираются колонны, поддерживающие металлические конструкции печи (кожух).
Верхняя часть фундамента — пень — представляет собой монолитный цилиндр из жароупорного бетона, на котором и находится горн печи.
Горн (рис. 18) может быть разделен на три части. Нижняя, плоская часть горна — это лещадь, на которой находится жидкий чугун и шлак. Лещадь выдерживает ¦большое давление чугуна. Она выкладывается из углеродистых блоков снаружи, изнутри из крупноразмерного высокоглиноземистого кирпича, содержащего более 45% AI2O3. Общая толщина лещади достигает 5,5 м. Лещадь находится под воздействием высоких температур и гидростатическим воздействием жидкого чугуна. Жидкий Чугун проникает между кирпичами по швам и расклинивает кладку. Происходит разрушение лещади, особенно сильное в первое время после начала работы. Для сохранения лещади в печи поддерживают «мертвый слой» жидкого чугуна толщиной до 1000 мм, который не выпускают из печи. На крупных печах лещадь полностью выкладывают из углеродистых огнеупоров.
Вторая нижняя часть горна — от лещади до леток (металлоприемник) — служит копильником для расплавленного чугуна и шлака. Металлоприемник выкладывается из углеродистых блоков на углеродистой пасте. Фурменные проемы, чугунные и шлаковые летки выкладываются шамотным кирпичом. Внизу кладка имеет толщину до 1500 мм, в верхней части 325 мм. Кладка лещади и металлоприемника охватывается плитовыми холодильниками, представляющими собой металлические плиты с трубами, по которым циркулирует вода.
Между лещадью и пнем в некоторых печах помещают металлические плиты с пазами для воздушного охлаждения. Снаружи плитовые холодильники и горн заключены в металлический кожух из листов толщиной 40—50 мм. Для компенсации теплового расширения кладки нижней части горна между холодильниками и кладкой
Оставляют зазор ~100 мм, который заполняется плотно утрамбованной углеродистой массой. В нижней части горна на расстоянии 600—1700 мм от лещади располагаются отверстия — летки для выпуска чугуна и шлака. В печах с объемом до 2000 м3 делают одно отверстие, в более крупных печах — до четырех. Через чугунные
Чугун. Чугунная летка обрамляется стальной литой рамой, прикреп-
Ленной к кожуху печи (рис. 19). Проем рамы футеруется высокоглиноземистым кирпичом. Оставляют сквозной канал шириной 300 и высотой 400—500 мм, который забивают огнеупорной массой. Для выпуска чугуна в нем прорезают отверстие диаметром 50—80 мм. После выпуска чугуна канал летки вновь забивают огнеупорной массой.
Выше уровня чугунной летки на 1400—1800 мм располагаются шлаковые летки, предназначенные для выпуска верхнего шлака. Шлаковые летки располагаются под углом 90° друг к другу и под углом 60° к чугунной летке. На печах среднего размера делают две, а на больших печах одну летку для выпуска шлака.
В проем шлаковой летки устанавливается шлаковый прибор, схема которого приведена на рис. 20. Основные части шлакового прибора: медная водоохлаждаемая фурма, медный холодильник, чугунный холодильник с залитым спиральным змеевиком для воды, чугунная водоохлаждаемая амбразура, с помощью которой прибор
Крепится к кожуху печи. Конусную полость шлакового прибора набивают огнеупорной масой, в которой прорезают отверстие для выхода шлака из печи. Шлаковая фурма закрывается металлической пробкой с помощью стопорного устройства. В крупных печах выпуск шлака происходит вместе с чугуном из одной летки.
Фурмы. В верхней части горна на расстоянии 2700—3500 мм от оси чугунной летки расположены по окружности печи фурмы для подачи в печь горячего воздуха, природного газа, пылевидного или жидкого топлива. Число фурм зависит от размера печи и составляет от 18 до 42. Воздух к печи подается в кольцевой воздухопровод внутренним диаметром до 1650 мм, окружающий доменную печь. От воздухопровода с помощью фурменных приборов дутье поступает в печь. Фурменный прибор (рис. 21) состоит из водоох- лаждаемой литой медной фурмы с внутренним диаметром до 200 мм, которая выступает внутрь печи из кладки на 300 мм. Фурма крепится в холодильниках. Холодильники способствуют охлаждению кладки горна, находящейся в непосредственной близости к очагам горения, позволяют установить фурму в гнезде и устранить выдувание газа из печи. Холодильник делается составным. Воздух к фурме подается по стальному футерованному соплу, которое подсоединено к подвижному колену. При помощи тяг и пружин сопло прижимается к фурме. Для смены сопла или фурмы колено должно быть оттянуто назад при помощи шарнирного сое-^ динения с переходным патрубком. Патрубок соединяется с фурменным рукавом, подсоединенным к кольцевому воздухопроводу. В торце фурменного прибора имеется гляделка для наблюдения за процессом сгорания топлива. При подаче в печь газа или мазута через фурму пропускают трубки, по которым подают топливо. Каждый
Фурменный прибор оборудован устройством для измерения и регулирования расхода воздуха.
Заплечики. Кладку заплечиков выполняют в один кирпич толщиной 345 мм. Кладка охлаждается плитовы — ми ребристыми холодильниками. Как показывает опыт, огнеупорная кладка заплечиков подвергается интенсивному износу и быстро выгорает. На оголенных местах на поверхности холодильников образуется защитный слой
Из шлака и шихтовых материалов (гарнисаж), который и защищает холодильники от действия высокой температуры и жидких продуктов плавки.
Распар. Стенки распара имеют значительную толщину — до 690 мм, они выкладываются из шамотного кирпича и охлаждаются мараторными холодильниками, в торцы которых залиты огнеупорные кирпичи. Кожух шахты опирается на массивное металлическое мараторное кольцо и передает на него давление кладки и конструкций верхней части печи. Кольцо опирается на колонны.
Шахта. Шахту выкладывают шамотным кирпичом. Ее толщин^ ЬГНк!>кНёЙ lIiiCTH зависит от способа охлаж- дения и может изменяться от 690 до 1020 мм, вверху толщина кладки 920 мм. Почти по всей высоте шахты на две трети от распара устанавливают холодильники в шахматном порядке. Между кожухом и кирпичной кладкой или между кирпичами и холодильниками оставляют зазор 50—60 мм, заполненный шамото-асбестовой набивкой для компенсации теплового расширения кладки шахты. Кладка шахты сильно изнашивается под влиянием потока раскаленных газов, несущего мелкие твердые частицы материалов. В нижней части шахты и в распаре шамотный кирпич может разрушаться вследствие era взаимодействия со шлаком. В верхних и средних горизонтах шахты может происходить, разрушение кладки из-за отложения сажистого углерода по реакции 2СО = = С02 + С.
Разрушению кладки способствует также отложение в швах кладки оксида цинка, образующегося вследствие окисления цинка, испаряющегося при плавке. Средняя продолжительность кампании шахты 4—5 лет. Снаружи кладка шихты заключена в прочный кожух. С помощью системы брызгал кожух поливают водой, которая стекает вниз в короба, приваренные внизу шахты.
Колошник. Футеровка колошника выполняется из стальных плит, предохраняющих конструкцию печи от ударов сырых материалов, засылаемых в печь. Между плитами и кожухом печи делают слой кладки из шамотного кирпича. Верхняя часть кожуха печи называется куполом. К нему крепится кольцо засыпного аппарата. Купольная часть изнутри футерована чугунными плитами с залитым в них кирпичом.
Кожух печи. Всю печь охватывает сварной кожух, выполненный из листов толщиной от 20 до 50 мм.
Современные крупные доменные печи оборудованы автоматизированными системами управления с использованием ЭВМ, Микро-ЭВМ и программируемых логических контроллеров. Системы управляют загрузкой доменных печей, работой воздухонагревателей, тепловым состоянием и ходом печей, учитывают и контролируют шихтовые материалы и продукты плавки, наблюдают за состоянием оборудования и ходом доменного процесса. Применяемые системы отличаются большим числом выполняемых функций, высоким уровнем технического, математического и информационного обеспечения. Микро-ЭВМ регулируют объем дутья, его температуру и влажность, давление на колошнике, расход кислорода, контролируют температуру во многих точках печи. Результаты измерений отображаются на экране дисплея. Кроме того, от быстродействующего хроматографа поступают сигналы о составе колошникового газа. Другие операции с использованием Микро-ЭВМ выполняются контрольно-диагностической системой. Главная задача заключается в контроле состояния доменной печи с точки зрения происходящих в ней газодинамических, физико-химических, массо-теплообменных процессов и в выдаче конкретных рекомендаций оператору на основании результатов анализа этих процессов.
Дата добавления: 2015-08-28; просмотров: 343 | Нарушение авторских прав
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| Найти интервал сходимости степенного ряда. | | | business-blogger.ru |