Главная


Металлургия черных металлов




Листать книгу
Листать
Страницы: 1 ... 19 ... 57 ... 95 ... 133 ... 171 ... 209 ... 247 ... 285 ... 323 ... 356
38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75


скачать книгу Металлургия черных металлов




на 12 %. При полной замене руды в доменной печи на офлюсованный агломерат загрузка доменной печи мо­жет быть ограничена только двумя материалами: коксом и агломератом. В настоящее время в СССР применяют только офлюсованный агломерат.
...
Агломерат должен быть прочным, пористым, хорошо восстановимым. О прочности агломерата судят по испы­танию на прочность, которое проводится в глухом сталь­ном барабане. В барабан загружают 20 кг агломерата и вращают в течение определенного промежутка времени. По количеству образовавшейся мелочи судят о прочно­сти агломерата (мелочи в кусках 0—25 мм не должно быть больше 25 %). По содержанию РеО в агломерате судят о его пористости и восстановимости. Так, при спе­кании криворожских руд содержание РеО должно со­ставлять 18—24 %. При более высоком содержании РеО восстановимость агломерата снизится.
...
Прочность и восстановимость агломерата зависят от его структуры. Формирование структуры начинается в зоне подогрева шихты. По мере повышения температу­ры в первую очередь расплавляются вещества, образо­вавшиеся в зоне подогрева. Образовавшаяся жидкая фаза пропитывает твердые частички шихты и химически взаимодействует с ними. Пропитка и обволакивание час­тиц зависят от смачиваемости их жидкой фазой. Смачи­вающий расплав создает более плотную и прочную струк­туру агломерата. Структура агломерата продолжает формироваться и в процессе охлаждения, когда образу­ются стекловидные вещества, которые обладают повы­шенной хрупкостью и снижают прочность агломерата. Чем ниже скорость охлаждения агломерата, тем в мень­ших количествах образуются стекловидные вещества и тем прочнее агломерат. В условиях доменной печи заме­на пылеватой руды агломератом достаточной прочности улучшает восстановительную работу газов, так как рас­пределение газового потока в толще шихты становится более равномерным благодаря' повышенной пористости и газопроницаемости кусков агломерата.
...
В настоящее время использование агломерата в ших­те доменных печей СССР составляет 74 %. Значение агломерата возрастает в связи с тем, что на рудниках увеличивается количество пылеватых руд. Применение агломерата позволяет экономить кокс, так как газовый
...
поток в доменной печи становится более равномерным и улучшается контакт газа-восстановителя с оксидами железа. Вследствие этого улучшается восстановительная работа газов и использование их физического тепла. При­менение агломерата повышает производительность печи, что объясняется возможностью подавать в печь больше воздуха и тем самым форсировать ход печи. Примерная стоимость 1 т агломерата 11 руб.
...
Окомкование тонкоизмельченного концентрата мето­дом агломерации экономически невыгодно вследствие снижения производительности агломерационных машин и ухудшения качества агломерата, поэтому в последнее время получает большое распространение способ подго­товки железных руд окомкованием тонкоизмельченных концентратов методом окатывания. Продукт этого про­изводства — окатыши — используется как в доменной печи, так и для прямого получения железа восстановле­нием окатышей газом.
...
Окомкование рудного концентрата производится при помощи увлажнения и добавления связующего бентони­та (мелкодисперсной глины). При производстве офлюсо­ванных окатышей добавляют известь. После перемеши­вания шихты ее направляют на гранулятор, в котором и происходит образование комков. Гранулятор представ­ляет собой вращающийся барабан. Длина барабана в 2—3 раза больше его диаметра. Барабан наклонен на 2—3,5°. Благодаря поверхностным силам сцепления ма­териал в грануляторе слипается в комья по принципу об­разования снежного кома, и при вращении гранулятора происходит обкатка комков до сферической формы. Ком­ки могут иметь диаметр от 2 до 30 мм в зависимости от режима вращения барабана. Окомкование может быть также осуществлено в наклонной чаше диаметром до 7 м с бортами (рис. 14). Угол наклона чаши 45—60°, часто­та вращения 6—9 мин-1. Размер окатышей зависит от угла наклона и частоты вращения чаши.
...
В чаше одновременно с процессом окомкования про­исходит процесс сортировки окатышей по их крупности. Производительность чаши составляет 90 т/ч, барабан­ный гранулятор имеет производительность до 30 т/ч. Сы­рые окатыши подвергают сушке при 300—600 °С и уп­рочняющему обжигу при 1200—1300°С. При обжиге
...
образуется либо керамическая связка, либо происходит частичное размягчение поверхностного слоя частиц и их сваривание. Обжиг производится в шахтных печах, коль­цевых или конвейерных обжиговых машинах или на аг­ломерационных лентах.
...
На рис. 15 представлена схема производства окаты­шей. Исходная шихта, состоящая из возврата, концент­рата и тонкоизмельчен-ного известняка, из бун­керов подается на тран­спортер. Количество ших­ты определяется дозато­рами, расположенными снизу бункеров. В бара­бане происходит смеше­ние шихты, затем к ших­те добавляют бентонит для связи и воду. На та­рельчатом грануляторе происходит окомкование. Готовые сырые окатыши подают на ленточную спекательную машину. На конвейере машины окатыши проходят три зоны: I — подогрева, суш­ки; II — обжига; III — ОХ- Рис. 14. Тарельчатый граиулятор:
...
Обогрев шихты происходит сверху. В зоне охлажде­ния через слой окатышей продувается холодный воздух. Охлажденные окатыши разгружают на грохот. Фракции >10 мм направляют в доменные печи, а <10 мм —■ на переработку.
...
При обжиге происходит упрочнение окатышей вслед­ствие протекания следующих процессов: 1). окисления магнетита до гематита: 4Рез04+02 = 6Р2Оз, когда между зернами магнетита появляются перемычки из гематита, которые связывают все зерна в прочный монолит; 2) спе­кания отдельных железорудных зерен и укрупнения мел­ких; 3) образования в офлюсованных окатышах жидкой
...
Окатыши получаются более прочными, чем агломе­рат, что имеет большое значение при перевозках и пере­грузках. Применение окатышей в доменной печи повы-
...
/ — шихтовые бункера; 2 —сборный транспортер; 3 — смесительный барабан; 4 — бункер для бентонита; 5 — тарельчатый гранулятор; 6 — обжиговая машииа; 7 — вентиляторы; 8 — грохот
...
шает ее производительность благодаря равномерному распределению материалов, высокой газопроницаемости, применению продукта хорошо подготовленного к восста­новлению, ибо в нем смешаны и находятся в тесном кон­такте руда и флюс. Стоимость окатышей ~ 12,6 руб/т. В 1983 г. в СССР производилось около 160 млн. т агломе­рата и около 40 млн. т окатышей.
...
В настоящее время основное количество чугуна вы­плавляют в доменных печах. Наиболее крупные домен­ные печи имеют полезный объем, превышающий 5000 м3, производительность таких печей может достигать 11000 т/сут.
...
Шихтовые материалы в- доменную печь загружают сверху, снизу подают воздух для сжигания топлива. Про­дукты доменной плавки — жидкий чугун и шлак — вы-
...
пускают снизу. Профиль внутреннего, плавильного про­странства доменной печи выбран таким образом, чтобы в нем происходило равномерное опускание загруженных материалов и равномерное распределение выделяющихся
...
/ — летка для выпуска чугуна; 2 — фурменное устройство для подачи комбинированного дутья; 3 —ци­линдрическая часть колошника с защитными плитами; 4 — большой коиус колошника; 5 — малый конус колошника; 6 — устройство для вра­щения приемной воронки; 7 — при­емная воронка; 8 — скип; 9 — на­клонный мост; 10 — межконусное пространство; // — летка для вы­пуска шлака; 12 — площадка
...
газов по сечению печи. Газы поднимаются снизу вверх. Профиль печи. На рис. 16 представлен профиль со­временной доменной печи1. 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 шaxтai 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.
...
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% АЬ03. Общая толщина лещади достигает 5,5 м. Лещадь находится под воздействием высоких температур и гид­ростатическим воздействием жидкого чугуна. Жидкий
...
/ — бетонная подошва печи; 2— пень печи; 3— углеродистые блоки лещади горна; 4 — высокоглиноземистый кирпич; 5 — чугунные плитовые холодиль­ники
...
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 че­
...
обрамляется стальной литой рамой, прикреп­ленной 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.
...
сти 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
...
/ — чугунная водоохлаждаемая амбра­зура; 2 — чугунный холодильник; 3— медный холодильник; 4 — медная во­доохлаждаемая фурма
...
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
...
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
...
/ — медная воздушная фурма; 2, 3 — холодильники; 4 — сопло; 5 — подвижное колено; 6 — переходный патрубок к воздухопроводу
...
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 толщина в'НижНёЙ Части 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 его. 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, засыпаемых 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.
...
Основной частью устройства является засыпной аппа­рат. Он предназначен для загрузки и равномерного рас­пределения шихтовых материалов в печи. Конструкция двухконусного засыпного аппарата доменной печи пред­ставлена на рис. 22. Аппарат состоит из приемной ворон­ки, вращающегося распределителя шихты, состоящего из воронки и малого конуса, большого конуса, чаши боль­шого конуса и газового затвора. Нижний большой конус подвешен к штанге, проходящей по оси засыпного ап­парата. Штанга прикреплена к рычагу балансира. Для открывания большого конуса плечо балансира при помо­щи штока приподнимается и конус опускается вниз. Малый конус подвешен на штанге — трубе, внутри кото­рой проходит штанга большого конуса. Это дает воз- • можность малому конусу вращаться и закрываться не­зависимо от большого конуса.
...
По наклонному мосту подъемника движутся одновременно два скипа: груже- • ный поднимается вверх, пустой опускается. Скипы вза­имно уравновешиваются. Объ­ем каждого скипа) достигает
...
м3. В крайнем верхнем по­ложении скип опрокидывает­ся благодаря тому, что перед­ние его колеса катятся по рельсам, в то время как зад­ние колеса идут по другим рельсам, поднимающим зад­нюю часть скипа. Материал из скипа высыпается в при­емную воронку на поверх­ность малого конуса. При опускании малого конуса ших­та просыпается вниз на по­верхность большого конуса. Чтобы обеспечить равномер­ную загрузку материалов по
...
чтобы можно было открыть большой конус, в межконус­ное пространство подают чистый газ для выравнивания давления. После срабатывания большого конуса давле­ние в межконусном пространстве больше атмосферного и это препятствует открыванию малого конуса. Для уст­ранения перепада давлений автоматически открывается
...
Доменная печь объемом 5000 м3 имеет новое загру­зочное устройство для конвейерной подачи материалов. Засыпной аппарат состоит из приемного бункера, в ко­торый шихта ссыпается с транспортерной ленты. Бункер имеет две заслонки. Далее шихта поступает в один из двух промежуточных бункеров емкостью по 25
...
Газоотводы. Для отвода газа из купольной части пе­чи служат четыре газоотвода, расположенные симмет­рично по окружности купола. Для снижения скорости га­за суммарное сечение газоотводов должно быть равным 0,4—0,5 площади колошника. Газоотводы соединяют сначала симметрично попарно, а затем в один газоход, нисходящий к пылеуловителям. Изнутри газоотводы фу­теруются одним слоем огнеупорного кирпича. В верхних точках газоотводов расположены дистанционно управля­емые атмосферные клапаны, предназначенные для вы­пуска газа в атмосферу при остановках печи.
...
Существуют две системы подачи шихты: скиповая и конвейерная. Скиповая подача шихты осуществляется по скиповому подъемнику, представляющему собой мост с углом наклона 50°. Подъем и опускание скипов происхо­дят при помощи скиповой лебедки, имеющей барабан, на который наматываются и одновременно разматываются тросы, связанные с каждым скипом. Скорость перемеще­ния скипов на эстакаде моста достигает 15 км/ч. Скипо­вая лебедка работает автоматически.
...
Загрузка скипа шихтовыми материалами,осуществля­ется в скиповой яме, в которую опускают поочередно скипы. По бокам ямы расположены бункера для кокса, закрытые затворами, с грохотами для отсева коксовой Мелочи и коксовые весы с воронкой и затвором. Скипы "могут по рельсам также подаваться под воронки-весы с агломератом и добавками.
...
Руду, агломерат, окатыши и флюсы подают к скипам .ли'бтгтГри помощи ваТОн-весов" либо транспортеров и про­межуточных взвешивающих воронок.
...
Рудный двор и бункерная эстакада. Запасы сырых материалов, флюсы, окатыши хранятся в штабелях на рудном дворе. Агломерат поступает в вагонах с аглофаб-рики. Вагоны с агломератом, коксом, окатышами пода­ются на бункерную эстакаду, которая расположена вдоль -фронта доменного цеха, к ней примыкает рудный двор. Бункера представляют собой бетонированные конусооб-
...
разные емкости для материалов, оборудованные паровы­ми подогревателями. Сверху над ними проходят рельсо­вые пути, по которым движутся составы с материалами. Разгрузка материалов в бункера производится либо пу­тем открывания днищ вагонов, либо при помощи вагоно-опрокидывателей. Кокс доставляется на эстакаду само­ходными вагонами-перегружателями, в подобных же ва­гонах могут доставляться агломерат и окатыши. Снизу бункера закрыты затворами барабанного типа. Барабан затвора плотно прижимается к краю бункера. При вра­щении барабана материал высыпается из бункера. При­водится во вращение барабан механизмом, установлен­ным на вагоне-весах. Внизу под бункерами проложены пути для движения вагон-весов. Вагон-весы имеют два бункера для забора материалов. Бункера опираются на рычаги весового механизма. Масса насыпаемого мате­риала отмечается на циферблате весов. Для забора нуж­ного материала вагон-весы подъезжают к определенному бункеру, сцепляется с шестерней барабанного затвора и приводит ее во вращение, насыпает необходимую порцию материала. Затем вагон-весы наезжают на скиповую яму, створки дна вагона открываются и шихта ссыпает­ся в скип или в промежуточный бункер.
...
Доменные печи могут иметь непрерывную конвейер­ную транспортерную подачу материалов к скипам. При такой подаче материалов взвешивание шихты произво­дится в весовых воронках непосредственно около печи. Конвейерная загрузка имеет автоматическое управле­ние. Вычислительное устройство определяет вид и вес загружаемых материалов, устанавливает очередность вы­дающих их отдельных бункеров, корректирует вес подач с учетом фактического веса предыдущих подач и ведет запись хода загрузки. Кроме этого, конвейерная система шихтоподачи обеспечивает более хорошие санитарно-технические условия благодаря уменьшению мест пыле-образования, применению гидросмыва, централизованной вентиляционной системы. При конвейерной подаче ших­ты на колошник шихтовые бункера располагаются с обе­их сторон наклонного конвейера на колошник.
...
Материалы из бункеров-подаются при помощи грохо­тов в весовые воронки и из них на промежуточные тран­спортеры. Основной колошниковый конвейер работает непрерывно и материалы согласно заданной программе загрузки размещаются на нем порциями с определенны­ми интервалами. Также конвейерами собирается отсеян-
...
ная мелочь агломерата, окатышей и кокса и направля­ется в сборные бункера. По сравнению со скиповой по­дачей конвейерная имеет следующие преимущества: удельные капитальные затраты и эксплуатационные рас­ходы ниже на 15—20%, более высокая производитель­ность, возможность создания единой системы машин не­прерывного транспорта от бункеров до колошника и пол­ная ее автоматизация с применением ЭВМ.
...
При расчете шихты для доменной печи определяют необходимое количество материалов для выплавки 100 кг чугуна и потом пересчитывают это количество на величину коксовой колоши, которая всегда остается по­стоянной, например весит 6000 кг. Определяют, сколько агломерата, флюса, окатышей нужно загрузить в печь на 6000 кг кокса. Таким образом получают величину всей подачи. Загрузку ведут в определенной последовательно­сти по схеме, например АК.КАК, где А — скип агломера­та, К — скип кокса. Загрузка может иметь несколько схем. Например, на большой конус набирают всю подачу (кокс и агломерат вместе) и потом все загружают в печь — это совместная загрузка. При раздельной загруз­ке сначала загружают на большой конус агломерат," опускают его в печь и затем набирают и загружают кокс-
...
Необходимо отметить высокий уровень автоматиза­ции системы загрузки доменной печи. Автоматически дви­гаются скипы и изменяется скорость- их движения па эстакаде, вращаются и опускаются малый и большой ко­нусы. Скипы опрокидываются только тогда, когда малый конус закрыт. Измеряется и автоматически регистриру­ется уровень засыпи печи, а также уровень жидкого рас­плава. Автоматизирована система набора, взвешивания и подачи агломерата и кокса. По выбранной программе осуществляется последовательность и чередование за­грузки компонентов шихты, контролируется отправление скипов, открывание уравнительных клапанов. На пульте управления доменной печью сосредоточены все регист­рирующие и показывающие контрольные приборы, кото­рые измеряют температуру воды, состав, давление и тем­пературу отходящих газов; скорость подачи, влажность и состав дутья, температуру насадок регенераторов воз­духонагревательных аппаратов. Автоматизированы про­цессы нагрева воздухонагревателей и переключение ап-
...
паратов с нагрева на дутье, а также сжигание газа в воздухонагревателях. Автоматически поддерживается за­данное соотношение между количеством углерода в топ­ливе и рудной загрузкой с непрерывным контролем влаж­ности кокса. Доменная печь является одним из самых вы­сокомеханизированных и автоматизированных металлур­гических агрегатов. Вычислительная машина учитывает все входные данные, а именно: состав шихты, агломера­та, флюса, температуру и состав дутья и другие факторы и устанавливает оптимальные соотношения между ними, обеспечивающие максимальную производительность до­менной печи, высокое качество чугуна заданного состава.
...
Выпуск чугуна из крупных доменных печей происхо­дит почти -непрерывно. После закрытия одной летки через 10—15 мин открывают другую летку. За один вы­пуск может выдаваться до 800 т чугуна. Для выпуска чу­гуна в летке с помощью электробуромолота просверли­вают канал диаметром 60 мм. По каналу чугун стекает в футерованный желоб и устремляется к чугуновозному ковшу. При помощи качающегося желоба поток чугуна может изменять свое направление и наполнять ковши поочередно. После выпуска чугуна летку заделывают с помощью пушки поршневого типа зарядом огнеупорной глины. Пушка на поворотном кронштейне укреплена ря­дом с леткой и для заделки подводится к каналу летки.
...
Чугун из доменного цеха перевозится в ковшах гру­шевидной формы емкостью 140—300 т. Схема ковша представлена на рис. 25. Изнутри ковш футеруется ша­мотным кирпичом в несколько слоев. При перевозке чугуна на длительное расстояние применяют ковши мик-серного типа удлиненной цилиндрической формы ем­костью до 600 т. Жидкий чугун можно перевозить на рас­стояние до 300 км. Среднее понижение температуры жид­кого чугуна в чугуновозе составляет 5°С/ч.. В СССР такие перевозки осуществляются между Западно-Сибир­ским и Кузнецким металлургическими комбинатами.
...
1 Шлак выпускают либо отдельно через шлаковые лет-и, либо вместе с чугуном через чугунные летки. Шла­ковая летка имеет набор холодильников, канал летки закрывается медной водоохлаждаемой пробкой на стопо­ре. При выпуске вместе с чугуном шлак отделяется от металла в специальных разделителях — скиммерах.
...
Скиммер горновой канавы не доходит до ее дна на 200— 300 мм. Шлак задерживается и отводится в шлаковую-чашу. Чугун проходит под скиммером и идет далее своим путем. Шлак стекает по желобу в шлаковозные чугун­ные или стальные чаши емкостью до 24 м3. Новые до­менные цехи в СССР оборудованы устройствами для
...
Грануляция шлака производится в бетонированных бассейнах с водой. По одной стороне бассейна проложен путь для шлаковозных ковшей, по другой — пути для же­лезнодорожных вагонов, в которые грейферный кран перегружает гранулированный шлак из бассейна. Гра­нуляция шлака происходит при плавном сливе струи шлака из ковша в бассейн. Недостаток этого типа грану­ляции связан с высокой влажностью шлака и дополни­тельными расходами на сушку и перевозку. Этих недо­статков лишен метод полусухой грануляции. Вначале жидкий шлак сливают в ванну. В ней улавливается жид­кий чугун, который может попасть вместе с шлаком в шлаковую чашу. Из ванны шлак поступает по наклонно­му грануляционному желобу во вращающийся барабане лопатками. Через торцы барабана подают воду. При поступлении в барабан шлак разбивается лопатками и до­полнительно гранулируется в пароводяной среде. Лопат­ками барабана шлак отбрасывается на большое рассто­яние. В воздухе гранулы полностью застывают. Влаж­ность шлака при этом способе грануляции не превышает 10 %. На Новолипецком металлургическом комбинате
...
грануляционные установки построены рядом с литей­ным двором печи № 6. Жидкий шлак по желобу поступа­ет в грануляционный бассейн. Гранулированный мелкий шлак транспортером направляется на склад.
...
Большая часть чугуна, выплавляемого в доменной печи, направляется в передельные мартеновские или кон­вертерные цехи, но часть чугуна отправляется с метал-
...
лургического завода в слитках. Чугунные слитки — чуш­ки отливаются на разливочных машинах. Машина пред­ставляет собой двухленточный наклонный конвейер из чугунных форм — мульд, прикрепленных к шарнирно-пластинчатым бесконечным цепям. Цепи опираются на ролики. Схема машины представлена на рис. 26. Муль­да имеет борт, перекрывающий зазор между смежными мульдами, что обеспечивает создание непрерывного по­лотна конвейера, исключающее выплески чугуна из мульд при разливке. Наклон ленты в 14°
...
Разливка чугуна осуществляется наклоном ковша через носок. Струя металла поступает на Т-образный же­лоб, направляющий два потока чугуна на ленты машины.
...
По мере продвижения к разгрузочному концу машины чугун в мульдах застывает, покрывается сверху коркой. Для ускорения полной кристаллизации мульды полива­ют водой из расположенных над конвейером брызгал. Скорость движения машины рассчитана таким образом, чтобы за время нахождения чугуна в мульде он успел полностью затвердеть. При переворачивании мульды на разгрузочном конце машины чугунная чушка вывалива­ется из нее и падает на направляющий желоб, по кото­рому идет в железнодорожный вагон. Для предотвраще­ния возможного приваривания чугуна к мульдам при движении мульд по нижней ветви машины производится опрыскивание их известковым раствором. Для подсуши­вания мульд перед заливкой чугуна они прогреваются газовыми горелками, расположенными в нижней части машины. Производительность двухленточной машины достигает 1800 т/сут.
...
Современные доменные печи для своей работы требу­ют огромного количества воздуха. Объем воздушного дутья достигает 2,4 м3/мин на 1 м3 объема печи, так что для печи объемом 5000 м3 требуется подача воздуха 10—12 тыс. м3/мин. Для подачи такого большого коли­чества дутья доменный цех имеет специальную станцию дутья, в которой установлены центробежные машины — турбовоздуходувки с газотурбинным или паротурбинным подводом. Воздуходувка представляет собой турбину с несколькими дисками, снабженными лопатками. При вращении колеса воздух благодаря центробежной силе перемещается от центра к периферии. При этом происхо­дит уплотнение воздуха и увеличение скорости его дви­жения. Частота вращения ротора, на котором насажено несколько колес, составляет 3000 мин-1. Одна машина может подавать до 7000 м3/мин при давлении 400 кПа (4,5 атм). Перед входом в турбины воздух очищается от пыли. Воздушное дутье обогащают кислородом, который получают на кислородной станции завода и подают либо на всасывающую сторону турбовоздуходувки, либо к воз­духонагревателю. Воздух, подаваемый в доменные печи, подогревают до 1200—1300°С.Л1одогрев осуществляется в воздухонагревателях, называемыми кауперами, в-дёсть "Каупера, тШрвыёТгОлутгившего патент на р^'енератичвный воздушный нагреватель.
...
Схема воздухонагревателя представлена на рис. 27. Воздухонагреватель работает на принципе регенерации тепла. Сначала в нем сжигают газ. Во время нагрева воздухонагревателя в камеру сгорания через горелку поступает смесь газа и воздуха, которая воспламеняется от соприкосновения с раскаленными стенками воздухона­гревателя. Под куполом аппарата продукты горения за­ворачивают вниз и проходят через насадку, находящую­ся на решетке, которая расположена на колоннах. Из поднасадочного пространства продукты горения по двум каналам уходят в дымовой боров и оттуда в дымовую трубу. Когда насадки достаточно нагреваются и темпе­ратура под куполом достигнет 1600°С, прекращают пода­чу газо-воздушной смеси и переключают воздухонагрева1 тель на холодное дутье. Воздух поступает через клапан в поднасадочное пространство, проходит через насадку снизу вверх, заворачивает в камеру сгорания и через тру­бопровод горячего дутья направляется к доменной печи. Благодаря соприкосновению с горячими насадками воз­дух нагревается.
...
/ — камера горения; 2 — подку-польное пространство; 3 — на­садка; 4 — поднасадочная ре­шетка; 5 — выпускной клапан; 6 — дымовые клапаны; 7 — кла­пан холодного дутья; 8 — кла­пан горячего дутья; 9 —люк для зажигания газов; 10 — го­релка
...
Для увеличения полезной площади насадки и тепло­вой мощности воздухонагревателей строятся воздухона­греватели с выносными камерами горения (рис. 28), в этих аппаратах поверхность нагрева достигает 87,5 тыс. м2, в обычном ~55,5 тыс. м2.
...
По мере охлаждения насадки каупера температура воздушного дутья снижается, что недопустимо для нор­мальной работы доменной печи. Поэтому воздух нагрева-
...
ют в воздухонагревателе до более высокой температуры и для поддержания нужной температуры дутья подмеши­вают к горячему дутью холодный воздух. Дозировка хо­лодного воздуха осуществляется автоматически. Нагрев воздухонагревателя продолжается в два раза дольше, чем подогрев воздуха. Поэтому для непре­рывной подачи дутья на печи должно быть не менее трех возду­хонагревателей. Фак­тически же устанавли­вают 4 аппарата, или 7 на две печи, имея один аппарат в резерве.
...
Вместе с колошниковы­ми газами из доменной печи выносится большое количе­ство мелких твердых части­чек. Содержание пыли в га­зе достигает 60 г/м3. Такой газ нельзя использовать для работы отопительных уст­ройств. Газ необходимо очистить до содержания пы­ли 0,005 г/м3. Это осуществ­ляется при помощи системы
...
/ — камера насадки; 2— каме­ра горения; 3— штуцер клапа­на горячего дутья; 4 — штуцер газовой горелки; 5 — штуцер дымового клапана
...
Первая ступень очистки доменного газа до содержания 1— 3 г/м3 проводится в пылеуловителе или циклоне. Пылеуловитель (рис. 29) представляет собой цилиндрический сосуд диаметром около 10—15 м и высотой 12 м. Очистка газа происходит под действием си­лы тяжести. При поступлении газа в большой объем скорость га­зового потока резко уменьшается и пыль осаждается на дне пыле­уловителя. В циклоне с тангенциальным подводом газа (рис. 30)
...
поток газа вращается по окружности. Вследствие центробежной силы частицы пыли отбрасываются на стенки циклона и, встречая препятствие в виде приваренных по окружности стальных уголков, падают вниз. Для того, чтобы газовый поток, уходящий в централь­ную трубу со сравнительно большой скоростью, ие увлекал за собой пыль, в нижней части пылеуловителя устанавливается зонт в виде конуса.
...
Вторая ступень очистки понижает содержание пыли до 0,5 г/м3. Она осуществляется в скрубберах путем смачивания частичек пыли водой и удаления их в виде шлама. Схема скруббера представлена на рис. 31. Скруббер представляет собой металлический резервуар высотой до 35 м и диаметром 4—6 м. Внутренняя полость скруббера заполнена несколькими ярусами деревянных насадок. Насадки оро­шаются брызгалами, установленными в верхней части. Грязный газ нз сухого пылеуловителя с большой скоростью поступает в нижнюю часть скруббера радиальио под углом 50°. Крупные частицы пыли, соприкасаясь с водой, смачиваются и осаждаются на днище, а мел­кие частицы вместе с газом поднимаются вверх. Навстречу газу движутся мелкие капли воды, образующие туман. Вода, соприка­саясь с горячим- газом, испаряется и насыщает газ парами. Мелкие частицы увлажняются, прилипают к насадкам и смываются струями воды в нижнюю часть скруббера, откуда в виде шлама через водо­слив направляются в отстойные бассейны. Очищенный и охлажден­ный до 40 СС газ выходит из скруббера и направляется к агрегатам
...
поток газа вращается по окружности. Вследствие центробежной силы частицы пыли отбрасываются на стенки циклона и, встречая препятствие в
...
тонкой очистки. Получают распространение и безнасадочные скруб­беры, в которых устанавливают внутри четыре ряда эвольвентно расположенных форсунок, через которые подают воду с избыточным давлением 3 МПа для хорошего ее распыления.
...
/ — газопровод для получистого газа; 2 — брызгала; 3 — насадка; 4— газо­провод грязного газа; 5 — водослив
...
Тонкая очистка газа до 0,005 г/м3 осуществляется в трубах-рас­пылителях Вентури. Труба-распылитель (рис. 32) представляет со­бой вертикальную или горизонтальную трубу с пережимом. В пере­жим трубы, в котором скорость газа увеличивается в 2—3 раза, через специальные форсунки под большим давлением перпендикулярно га­зовому потоку подается вода.
...
Турбулентное движение газа и водяной туман создают благо­приятные условия для смачивания пылинок, которые осаждаются на выходе из трубы и уходят в виде шлама в отстойник. При работе доменной печи на повышенном давлении газа под колошником после
...
тонкой очистки. Получают распространение и безнасадочные скруб­беры, в которых устанавливают внутри четыре ряда эвольвентно расположенных форсунок, через которые подают воду с избыточным давлением 3 МПа для хорошего ее распыления.
...
труб Вентури устанавливают дроссельное устройство с клапанами. Оно создает повышенное давление газа в трубопроводах и в домен­ной печи. В дроссельное устройство также подают воду для пылеза-держания. Большая скорость газа в дроссельном устройстве и рез­кое изменение направления его движения способствуют выделению пыли из газа и коагуляции пылннок
...
Кроме труб Вентури, применяют электрофильтр. Электрофильтр представляет собой металлический цилиндр, внутри которого распо­ложен набор металлических трубок. Трубки являются положитель­ным электродом. Внутри трубок протянута проволока — отрица­тельный электрод. Диаметр трубок составляет 325 мм и длина 4 м. К электродам подводят ток напряжением 50—100 кВ, возникает коронный разряд, газ ионизируется. Отрицательные ионы газа осаж­даются на частицах пыли и влаги, сообщая им отрицательный за­ряд, и частицы осаждаются на стенках трубок. Пыль с анодов-тру­бок удаляют встряхиванием в сухих электрофильтрах и Смыванием водой в мокрых. Сочетание в системе очистки циклона, безнасадоч-ного скруббера, трубы Вентури, электрофильтра и дроссельного уст­ройства позволяет получать газ с содержанием пыли не более 0,002 г/м3.
...
Очищенный газ идет на отопление воздухонагревателей доменно­го цеха (15—30°/о), коксовых печей (30%), нагревательных колод­цев и печей прокатных цехов (20—25 %) и на другие нужды завода.
...
Шихтовые материалы, загружаемые на колошник до­менной печи, медленно двигаются вниз. Продолжитель­ность пребывания материалов в доменной печи составля­ет 4—6 ч. Опускание шихты происходит благодаря ос­вобождению объема из-за сгорания кокса, образования жидких продуктов плавки, уплотнения материалов. По­скольку основное количество кокса сгорает в фурменной области, то здесь и происходит основное движение ма­териалов. Скорость опускания на периферии печи боль­ше, чем по оси, например перемещение материалов по периферии колошника составляет до 140 мм/мин, а в центре 70—120 мм/мин. В верхней части горна около •фурм в шихте образуются кратеры — зоны сгорания кок­са. В центре столб шихтовых материалов, в основном кокс, постепенно погружается в жидкий шлак и выно­сится снизу к очагам горения.
...
Навстречу твердым материалам с большой скоростью по всему сечению печи движется газовый поток. Газы об­разуются при сгорании кокса около фурм. Длительность
...
труб Вентури устанавливают дроссельное устройство с клапанами. Оно создает повышенное давление газа в трубопроводах и в домен­ной печи. В дроссельное устройство также подают воду для пылеза-держания. Большая скорость газа в дроссельном устройстве и рез­кое изменение направления его движения способствуют выделению пыли из газа
...
а — в зависимости от величины зазора между кромкой коиуса и стенкой колошника; б — в зависимости от уровня засыпи.
...
ются вверх вдоль стенок печи, тем более, что газосопро­тивление в этой области меньше, чем в центральных час­тях печи. Для выравнивания сопротивления потоку газов стремятся загружать печь так, чтобы у стен располагал­ся более толстый слой агломерата, газосопротивление которого больше, чем у кокса, а в центральной части пе­чи находилось больше кокса. Распределение шихты на колошнике печи зависит от различных факторов.
...
Зазор между кромкой большого конуса и стенкой ко­лошника. Если посмотреть сверху на засыпанные в печь материалы, то можно увидеть неровную поверхность с кольцевым гребнем (рис. 33,
...
состоянии до поверхности шихтовых материалов в печи. Это расстояние измеряется с помощью двух механичес­ких зондов, опущенных в печь. С увеличением высоты па­дения кусков шихты до /г2
...
Влияние массы подачи. Распределение шихты в до­менной печи можно регулировать, изменяя количество материалов, единовременно ссыпаемых в печь с поверх­ности большого конуса. Кокс имеет меньший угол естест­венного откоса, чем агломерат, поэтому слой агломерата получается более толстым у стенок печи. С уменьшением массы подачи в центре можно создать зону, в которой не будет агломерата (только кокс). В этом случае газы пой­дут по оси печи. С увеличением массы подачи слой кокса в центре будет перекрываться агломератом и газовый поток от периферии будет отклоняться к стенкам печи.
...
Изменение порядка загрузки. От чередования загруз­ки агломерата, кокса, известняка также зависит распре­деление материалов. Все вместе взятое позволяет орга­низовать наилучшим образом ход печи. Возникающие в ходе кампании доменной печи неполадки: неравномер­ный ход, образование настылей на стенках и др. снижа­ют суточную выдачу чугуна. Если не принять должных мер, то нарушения равномерного хода домны усилива­ются и могут привести к серьезным осложнениям вплоть до остановки печи. Поэтому уметь правильно вести до­менную печь — это большое искусство, требующее не только хорошего знания процесса выплавки чугуна, но и большого производственного опыта.
...
В зоне горения кокса температура достигает 2000 °С, газообразные продукты сгорания СО, С02, азот воздуха нагреваются до высокой температуры и поднимаются вверх. Тепло газов передается твердым материалам. Сте­пень нагрева проплавляемых материалов зависит от то­го, как далеко они расположены от горна и какой газо­проницаемостью обладают. На каждом горизонте домен­ной печи, несмотря на неравномерное распределение температуры по сечению, слой материалов нагрет до ка­кой-то постоянной средней температуры. Самая низкая
...
температура на колошнике доменной печи. Поднимаю­щиеся сюда газы успели отдать большую часть своего тепла и имеют температуру 200—400 °С. Внизу шахты температура повышается до 1000—1150°С, в районе рас­пара до 1200°С и в верхней части горна — до 2000 °С.
...
определяется распределением плавиль­ных материалов по высоте и сечению печи, соотношениями между количест­вами топлива и агломерата в шихте, физическим и химическим составом шихты, температурой и количеством дутья. При перемещении вверх к ко­лошнику по оси печи наблюдается до­вольно быстрое снижение температу­ры, так что переход к зоне умеренных температур происходит на уровне рас­пара. Таким образом, загружаемые в печь материалы основную часть своего пути от колошника до верхней части горна совершают в области умеренных температур и меньшую часть в зоне сравнительно высоких температур. На рис. 34 приведены кривые, характери­зующие изменение температуры по вы­соте доменной печи.
...
ные в печь куски кокса в первую оче­редь теряют влагу. Этот процесс про­текает быстро — как только кокс на­гревается до 110°С. После того как кокс нагреется до 300—400 °С, из него
...
Загружаемая в печь руда и агломерат содержат гиг­роскопическую влагу в свободном состоянии и в гидрат-ном — в соединениях. Гигроскопическая влага удаляется при нагреве материалов до температур несколько выше 100 °С. Удаление ее зависит от крупности кусков и пори­стости. Чем крупнее куски материалов, чем меньше их пористость, тем больше требуется времени для их про­грева и удаления влаги.
...
Гидратная влага находится в буром железняке, в марганцевой руде, в пустой породе, например в каоли­нитах глины А1203- 5Ю2-2Н20 и иногда во флюсах. Разложение гидратов Ре203-Н20; А1203-5Ю2-2Н20 на­чинается при 200 °С и может заканчиваться при ^550° С. Выделение гидратной влаги заканчивается при 1000 °С. Поскольку в настоящее время в доменном процессе редко используются сырые руды и флюсы, то большого влияния на ход плавки выделение гидратной влаги не оказывает.
...
Основными видами углекислых соединений — карбо­натов, поступающих в доменную печь, являются извест­няк СаСОз и доломит СаСОз-МдС03. При нагреве кар­бонаты диссоциируют с выделением углекислого газа по реакциям СаС03=СаО-ЬС02; МдС03=МеО
...
Интенсивное разложение известняка в доменной пе­чи протекает при температуре ~1000°С. Разложение крупных кусков заканчивается при более высокой тем­пературе. Применение флюсов в доменной печи приво­дит к повышенному расходу кокса, так как требуется дополнительное тепло на разложение карбонатов. Обра­зующаяся при разложении карбонатов С02 взаимодей­ствует с углеродом кокса по реакции С02-(-С=2С0, протекающей с поглощением тепла. Эта реакция требует также расхода кокса. Восстановительная способность доменных газов понижается вследствие разбавления их диоксидом углерода С02. В связи с этим применяют офлюсованный агломерат, при производстве которого происходит основное разложение карбонатов. Так, заме­на в доменной печи 1 кг известняка позволяет экономить 0,4 кг кокса. При агломерации процесс разложения из­вестняка обеспечивается сжиганием низкосортного топ-
...
лива — коксика, а не высококачественного металлургиче­ского кокса. Известняк или доломит загружают в печь в незначительных количествах для поддержания необходи­мой основности шлака, т. е. необходимого содержания в шлаке извести.
...
Восстановлением называют процесс отнятия кислоро­да от оксида и получение из него элемента или оксида с меньшим содержанием кислорода. При этом кислород переходит к веществу, которое окисляется. Такое веще­ство называется восстановителем. В процессе восстанов­ления одно вещество восстанавливается (теряет кисло­род), другое окисляется (приобретает кислород). Оба процесса идут параллельно по уравнению: Л1еО-|-В = =Ме-\-ВО, где В — восстановитель, МеО — оксид, Ме — восстановленный металл, ВО — оксид восстанови­теля. Восстановителем может быть элемент или вещест­во, обладающее большим сродством к кислороду, чем металл оксида, например углерод или кремний по отноше­нию к железу. Чем большим сродством к кислороду об­ладает элемент, тем более сильным восстановителем явля­ется. В доменной печи восстановителями служат углерод кокса, оксид углерода — СО и водород. Рассмотрим ос­новные процессы, связанные с восстановлением оксидов железа.
...
По теории академика А. А. Байкова, восстановление оксидов протекает ступенчато: от высших к низшим. При температуре >570°С восстановление проходит следую­щие стадии: Ре203->-Рез04->-РеО-»-Ре; при температуре <570°С: Ре20з^Рез04-^Ре.
...
Восстановление твердым углеродом называется пря­мым, а восстановление газами — косвенным. Прямое восстановление состоит из двух стадий: косвенного вос­становления и реакции взаимодействия С02 с углеро­дом:
...
ному контакту кусков агломерата или руды с кусками кокса, а вообще участие твердого углерода и его расхо­дование на восстановление оксидов.
...
С развитием реакций прямого восстановления коли­чество углерода, достигающего зоны фурм, уменьшается. Косвенное восстановление оксидов железа оксидом угле­рода СО при температуре >570°С протекает по следую­щим реакциям:
...
Реакции (1) и (3) протекают с выделением тепла, а реакция (2) — с поглощением тепла. При температуре <570°С имеет место реакция (1) и реакция FeзO^-\--г-4СО=ЗРе-г-4С02—11480 Дж, также протекающая с выделением тепла.
...
Наиболее'легко восстановимым оксидом железа явля­ется Ре203. При нагреве кусков руды или агломерата до 300—350 °С Ре203 восстанавливается до Ре304. Посколь­ку в современном доменном процессе используется агло­мерат, не содержащий Ре203, то реакция (1) в доменной печи практически не имеет места. Магнитный оксид желе­за также легко восстанавливается в доменной печи. Рас­четы показывают, что Ре304 должна была бы восстанав­ливаться газами еще на колошнике печи. Однако процесс восстановления требует времени, поэтому восстановление Ре304 продолжается на более низких горизонтах печи, при опускании проплавляемых материалов в зоны с бо­лее высокой температурой и более высоким содержанием СО в газе. По лабораторным данным, восстановление химически чистого магнитного железняка в чистом СО начинается при 450 °С. В доменной печи эта температура .должна быть выше, так как СО смешан с С02 и парци­альное давление СО невысокое. Кроме того, реакция (2), но которой протекает восстановление Ре304, эндотермич-на. После восстановления магнитного оксида железа на­чинается восстановление РеО. Этот процесс сопровожда­ется выделением тепла. Образование металлического железа в результате взаимодействия РеО с СО в услови­ях доменной печи начинается при 750—800 °С или ранее, ■когда куски руды или агломерата оказываются в ниж­ней части шихты. Но восстановление РеО не успевает
...
завершиться в шахте доменной печи и продолжается в области распара при более высокой температуре. На уровне распара и даже несколько выше его в восстанов­лении РеО участвует раскаленный кокс. При этом проте­кают одновременно реакции Ре04-СО=Ре-}-С02; С02-[-+ С=2СО.
...
При температуре >900 °С взаимодействие С02 с угле­родом кокса приводит к тому, что весь диоксид углерода, появляющийся в ходе восстановления РеО оксидом угле­рода СО, реагирует с твердым углеродом и вновь превра­щается в оксид углерода СО. Поскольку оба процесса идут одновременно, то их можно представить в виде сум­марной реакции РеО + С=Ре-}-СО, которую называют реакцией прямого восстановления. Как уже было сказа­но, для восстановления РеО углеродом не требуется пря­мого контакта частиц оксидов и кокса. Отнятие кислоро­да от РеО может совершаться оксидом углерода внутри кусков агломерата, а выделяющийся при этом С02 будет реагировать затем с коксом вне куска агломерата или РУДЫ.
...
Восстановление РеО твердым углеродом сопровож­дается поглощением теплоты. Чем выше температура кусков агломерата и кокса, чем больше тепла к ним под­водится, тем активнее будут проходить реакции восста­новления. На основании опытных данных можно ска­зать, что восстановление РеО твердым углеродом, начав­шееся на уровне распара, заканчивается в верхней части заплечиков или несколько ниже. К этому моменту мате­риалы нагреваются до 1200—1300°С. Большую роль в развитии теории доменного процесса сыграли работы академика М. А. Павлова, который впервые установил количественные соотношения между прямым и косвен­ным восстановлением оксидов железа. Прямым восста­новлением в доменной печи получается 20—50 % желе­за. Прямое восстановление железа углеродом менее желательно, чем косвенное, так как требует большего расхода кокса. Для развития реакций косвенного восста­новления необходимо использовать в доменной печи природный газ, повышать равномерность распределения материалов и газов в печи, соответствующим образом подготавливать шихту, в этом случае степень прямого-восстановления может быть снижена до 20—30 %. В вос­становлении оксидов железа принимает участие и водо­род. Водород в доменной печи образуется в результате разложения метана и паров воды, содержащейся в ших-
...
(4) (5) (6)
...
При этом только реакция (4) является экзотермичес­кой, остальные эндотермические. Сравнение восстанови­тельной способности водорода и СО показывает, что до 810°С сродство к кислороду у водорода слабее, чем у СО, и он обладает меньшей восстановительной способно­стью, поэтому СО может взаимодействовать с водяным паром, образующимся при восстановлении, и суммарная реакция будет соответствовать уравнению (6):
...
При температурах >810° оксид углерода имеет мень­шее химическое сродство к кислороду, чем водород. Однако взаимодействие водорода с С02 не получает раз­вития, так как при 900—1000 °С водяной пар и диоксид углерода активно взаимодействует с углеродом, превра­щаясь в водород и оксид углерода. Водород в доменной печи принимает активное участие в восстановлении, являясь промежуточным реагентом или переносчиком кислорода от оксидов железа к оксиду углерода СО или к углероду. Содержание водорода в газе в начале и в конце процесса может и не изменяться.
...
К моменту завершения восстановления оксидов же­леза вещество агломерата находится еще в твердом ви­де. Оно становится все более пористым и ноздреватым, содержит уже значительное количество металла и при­нимает форму губки. Железо, содержащееся в губчатом продукте восстановения агломерата, еще не успело спла­виться с углеродом, марганцем, кремнием, серой и фос­фором. Его зерна еще тесно перемешаны с частицами пустой породы, не претерпевшими химических и физиче­ских превращений. Поскольку температура плавления ■чистого железа 1540°С, то после своего образования ме-
...
таллическое железо остается твердым и продолжает продвигаться с шихтой в нижнюю часть доменной печи— в зону более высоких температур. Степень восстановле­ния железа достигает 99 %. Лишь 1 % железа переходит в шлак.
...
Кремний попадает в доменную печь либо в виде кремнезема Si02, либо в виде силикатов^ (соединений кремнезема с другими оксидами) в составе железной руды или агломерата, золы кокса, известяка. Кремний имеет сродство к кислороду значительно более высокое, чем железо, поэтому кремний восстанавливается по ре­акции прямого восстановления: Si02-f-2C==Si + 2C04-
...
Для восстановления кремния необходимо увеличи­вать расход кокса, повышать температуру дутья, обога­щать дутье кислородом, применять легковосстановимую железосодержащую шихту с тугоплавкой пустой поро­дой, кремнезем которой равномерно распределен в массе оксидов железа. В доменной печи восстанавливается до 30 % кремния, остальное в виде Si02 переходит в шлак. При производстве высококремнистых чугунов необходи­мо стремиться к получению шлака с пониженным содер­жанием извести, так как СаО связывает кремнезем в прочные соединения (силикаты), которые с трудом под­даются восстановлению. Обычно содержание кремния в передельных чугунах составляет 0,5—0,8 %, в литейных 0,7—3,8 %. При дефиците электрического ферросилиция в доменных печах иногда выплавляют бедный ферроси­лиций, содержащий 9—18 % кремния. Для этого в до­менную печь приходится давать большое количество ме­таллолома— до 450 кг на тонну сплава и значительно повышать долю кокса. В среднем на каждый процент
...
§ 6. Восстановление кремния и выплавка кремнистых чугунов
...
кремния в чугуне расход кокса достигает 1000—1300 кг/т. Из этих данных видно, что производство такого сплава в доменной печи малоэффективно.
...
Марганец в доменную печь попадает либо в составе агломерата в виде силикатов марганца МпО-БЮг; (МпО^-ЭЮг, либо с марганцевой или железной рудой, которые загружают в печь при выплавке чугуна с высо­ким содержанием марганца. Марганец в состав руд вхо­дит в виде оксидов МпСЬ, Мп20з, МпзСч. Высшие окси­ды марганца довольно легко восстанавливаются домен­ными газами при умеренных температурах на колошни­ке доменной печи до МпО по следующим реакциям:
...
Эти реакции протекают с выделением большого доли-чества тепла. Процесс восстановления марганца из МпО по реакции МпО+С = Мп-т-СО-г-288288 Дж протекает с поглощением тепла. В доменной печи возможно обра­зование и карбида марганца: ЗМпО + 4С=МпзС+ЗСО. В присутствии железа процесс восстановления марганца протекает при 1100—1300 °С. Большая часть марганца в виде силиката МпО-8102 переходит в шлак, но благода­ря наличию извести, стремящейся соединиться с кремне­земом, восстановление марганца из шлака углеродом возможно и протекает по реакции МпО-5Ю2-т-СаО+С = =Мп-т-СаО-8Ю2+СО+229068 Дж. Степень восстанов­ления марганца составляет при выплавке обычных чугу­нов ~50 %, а при выплавке марганцовистых ферроспла­вов 70 %• Марганец теряется частично в виде оксидов в шлаке, частично улетучивается с доменным газом. Для максимального извлечения марганца из шихтовых мате­риалов необходимо обеспечивать дополнительных приход тепла в печь, для чего повышают расход кокса, тем­пературу дутья. Применяют дутье, обогащенное кисло­родом, повышают содержание извести в шлаках. Содер­жание марганца в литейном чугуне 0,5—1,3 %, а в пере­дельном 0,5—1,5 %. Содержание марганца в передельном чугуне зависит от содержания серы, поскольку марганец
...
способствует удалению серы из чугуна. При работе на сернистом коксе содержание марганца повышают до 1,0 °/о, а при работе на низкосернистом коксе в чугуне может быть 0,25—0,50 °/о Мп. Для доменщиков выгодно выплавлять чугун с пониженным содержанием марганца, так как это позволяет экономить кокс, повышает произ­водительность печи и снижает себестоимость чугуна. Однако для успешного хода кислородно-конвертерного процесса требуется чугун с содержанием 0,7—1,1 % мар­ганца. Помимо обычных чугунов, в случае необходимости в доменной печи можно выплавлять ферромарганец с 70—75 % марганца, зеркальный чугун с содержанием марганца 10—25 %. Для выплавки этих сплавов в шихту дают марганцевую руду или марганцевый агломерат, повышают расход кокса до 1000 кг/т зеркального чугу­на и 2000 кг/т ферромарганца. Дутье обогащают кисло­родом до 30—35 %• Это снижает высокую температуру на колошнике печи, помогает уменьшить потери марган­ца в результате его испарения, уменьшает на 20—30 °/о расход кокса.
...
Возможность восстановления элементов из доменной шихты во многом определяется их сродством к кислоро­ду. По степени сродства в порядке его возрастания они могут быть расположены следующим образом: Си, Аэ, №, Ре, Р, 1п,
...
Целиком восстанавливаются и переходят в состав чугуна медь, мышьяк, фосфор. Полностью восстанавли­вается цинк, но он улетучивается и откладывается в швах кладки печи, что приводит к их разрушению. Вана­дий и марганец восстанавливаются на 80, хром на 90 %•
...
Находясь в постоянном контакте с доменными газа­ми и раскаленным коксом, губчатое железо, получивше­еся в результате восстановления кусков агломерата или руды, постепенно науглероживается. С повышением тем­пературы растворимость углерода в железе достигает 5—6 %. Рассмотрим особенности науглероживания же­леза при его взаимодействии с СО: 2СО+[С] =С02.
...
Науглероживание губчатого железа частично уже происходит в области температур, где завершается вос­становление РеО до Ре. По мере повышения температу­ры науглероживание ускоряется и углерод, растворив­шийся в поверхностном слое кусков железа, диффунди­рует к центру. Диффузия углерода приводит постепенно к превращению губчатого железа в сплав железа с угле­родом, когда в твердом состоянии образуются карбиды железа.
...
Науглероживание железа в основном происходит в области заплечиков печи и несколько выше их. Темпера­тура плавления науглероженного железа значительно ниже температуры плавления чистого железа (1540°С). Так, сплав железа с 4,3 % углерода плавится при 1147°С. В некоторый момент, когда температура плав­ления сплава железа с 2—3 % С становится равной тем­пературе доменных газов, начинается оплавление кусков железа и образование капель сплава при 1250—1300°С, т. е. к концу полного восстановления оксидов железа на горизонте распара и верхней части заплечиков.
...
Капли железоуглеродистого расплава сливаются в струйки и стекают в горн печи. При движении вниз ме­талл контактирует с кусками раскаленного кокса и пу­тем прямого растворения углерода ЗРе-[-С = РезС допол­нительно науглероживается. Благодаря науглерожива­нию в жидком состоянии концентрация углерода в металле повышается до 3,5—4,5 %. Конечное содержа­ние углерода в чугуне будет определяться следующими факторами: 1) химическим составом металла, т. е. содер­жанием в нем кремния, марганца и других элементов, влияющих на растворимость углерода в железе; 2) тем­пературой нагрева чугуна; 3) длительностью пребыва­ния чугуна в нижней части печи. Чугун тем больше на­сыщается углеродом, чем дольше он находится в контакг те с раскаленным коксом и чем выше его температура. Высокий нагрев увеличивает растворимость углерода в железе. После выпуска чугуна из печи и некоторого его охлаждения углерод выделяется из сплава в виде твер­дого чешуйчатого графита или спели, которая при хра­нении чугуна в ковше или в миксере всплывает на поверх­ность. Кроме углерода, в железо переходят фосфор, кремний, марганец, сера. Содержание углерода в литей­ном чугуне составляет ~4,0 %, а в передельном 4,5 %.
...




    Зварювальні матеріали
    Контактная сварка
    Термическая обработка в машиностроении: Справочник
    Металлургия черных металлов

    rss
    Карта