Период прохождения практики с 09. 02. 2012 по 13. 06. 2012 г



страница4/17
Дата28.11.2017
Размер1.2 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17

2.2. Доменная печь


Сам процесс протекает в доменной печи. Доменная печь - печь шахтного типа. Сверху в печь порциями непрерывно загружают шихтовые материалы - агломерат (окатыши) и кокс, которые медленно опускаются вниз; длительность их пребывания в печи составляет 4-6 ч. В нижнюю часть печи (верх горна) через фурмы подают дутье - нагретый воздух; у фурм за счет кислорода дутья сгорает кокс с выделением тепла, а горячие продукты сгорания движутся через столб шихты вверх, нагревая ее; время пребывания газов в печи составляет 3-12с. При опускании нагревающейся шихты в ней из оксидов восстанавливается железо, которое насыщается углеродом, расплавляется и каплями стекает в горн, формируя чугун, а не восстановившиеся оксиды в нижней части печи (низ шахты, распар) расплавляются, образуя шлак, который также стекает в горн. Накапливающиеся в горне чугун и шлак, имеющие температуру 1450-1500°С, периодически выпускают через чугунные и шлаковые летки.


Рис. 7 Схема печи объёмом 2700 м3

1 – чугунная летка; 2 – шлаковая летка; 3 – фурменный прибор; 4 – лещадь; 5 – чугуновоз; 6 – шлаковозы; 7 – газоотводы; 8 – засыпное устройство; 9 – фундамент; 10 – воздухопровод.


Профиль современной печи включает пять элементов (рис.7): колошник, шахту, распар, заплечики и горн. Колошнику, распару и горну обычно придают цилиндрическое очертание, а шахту и заплечики выполняют в форме усечённого конуса. Внутри печи навстречу один другому движутся два потока - шихты и газов. Высота противоточной зоны, равная расстоянию между поверхностью засыпи и горизонтом воздушных фурм, в большинстве случаев составляет 22-24 м при максимальной ширине 16-17 м распаре.

2.2.1. Назначение частей профиля печи


Фундамент – на него передаётся нагрузка доменной печи, горячих газов наполненной шихтой, газом и жидкими продуктами плавки, на грунт. Он состоит из верхней части – пня, и нижней – подошвы. Пень находится выше заводского пола, а подошва располагается в земле. Подошва представляет собой железобетонную восьмиугольную плиту.

Горн печи – служит для накопления продуктов плавки и сжигания топлива. Давление горячих газов в этой части печи достигает 0,4 МПа, температура их превышает 2000оС, а температура продуктов плавки - 1600оС. Сам горн состоит из лещади, металлоприёмника и фурменной зоны. Лещадью называется огнеупорная кладка нижней части горна, на которой скапливается чугун. Она находится под постоянным воздействием высоких температур и гидростатического давления жидкого чугуна. Металлоприёмником называется часть горна от верхнего уровня лещади до шлаковых лёток. Он служит для накопления чугуна и шлака в процессе работы петы печи. Металлоприёмник имеет несколько отверстий для выпуска продуктов плавки, оборудованных специальной арматурой. Нижние отверстия – чугунные лётки – устраиваются над «мёртвым слоем» чугуна (слой чугуна в лещади, толщина которого равна расстоянию от верхнего ряда лещади до оси чугунной лётки и составляет 500-1800 мм). Верхние отверстия – шлаковые лётки – на разных уровнях: на 1,6- 1,8 метров выше оси лётки для чугуна. Доменные печи объёмом до 2000 м3 имеют по одной лётке для чугуна и по две для шлака. На печах полезным объёмом 2000м3 и больше установлены 2- 4 чугунные и 1- 2 шлаковые лётки. Объём металлоприёмника рассчитывают, исходя из максимального количества чугуна, которое может накопиться между двумя смежными выпусками. Его ёмкость должна обеспечить нормальную работу печи без выпуска чугуна в течение 4- 5 часов.

Выше металлоприёмника находится фурменная зона, в которой происходит горение кокса, природного газа и других добавок. Здесь равномерно по всей окружности горна располагается ряд фурм, через которые в печь подаётся дутьё. На типовой печи объёмом 3200 м3 с диаметром горна 12 м имеются 28 фурм.

Снаружи горн вместе с лещадью опоясывается плитовыми холодильниками. Огнеупорная кладка вместе с холодильниками заключается в сплошной герметический кожух, который обеспечивает необходимую прочность горна. Он представляет собой сварную конструкцию из конических и цилиндрических поясов - царг.

Выше горна располагаются заплечики и шахта. В шахте доменной печи происходят процессы, связанные с нагревом шихты, восстановлением железа и образованием шлака.

По мере опускания вниз загруженные в печь материалы нагреваются, увеличиваются в объёме, поэтому шахту делают расширяющейся книзу в виде конуса. Между шахтой и горном располагаются заплечики. Их делают сужающимися к низу печи. Цилиндрическую часть шахты здесь называют распаром.

Верхнюю цилиндрическую часть печи, куда загружаются материалы для плавки, называется колошником. Эта часть печи для предохранения от ударных нагрузок выполняется из литых стальных плит. Сверху над колошником расположен купол печи, выполненный из листовой стали. Сверху на купол устанавливается опорное кольцо для засыпного аппарата, а в самом куполе делается 4 проёма для газоотводов.

2.3. Доменный процесс


Доменный процесс представляет собой совокупность механических, физических и физико-химических явлений, протекающих в работающей доменной печи. Загружаемые в доменную печь шихтовые материалы – кокс, железосодержащие компоненты и флюс – в результате протекания доменного процесса превращаются в чугун, шлак и доменный газ (рис.8)


Рис. 8 Схема доменной плавки:

К - кокс; ЖР - железорудные материалы;

Ф - флюс; Д - дутьё; ДТ - дополнительное топливо; КГ- колошниковый газ;

КП -колошниковая пыль; Ш - шлак; Ч - чугун



В химическом отношении доменный процесс является восстановительно-окислительным: из оксидов восстанавливается железо, а окисляются восстановители. Однако доменный процесс принято называть восстановительным, так как цель его состоит в восстановлении оксидов железа до металла.

Важнейшим условием осуществления доменного процесса в рабочем пространстве печи является непрерывное встречное движение и взаимодействие опускающихся шихтовых материалов, загружаемых в печь через колошник, и восходящего потока газов, образующегося в горне при горении углерода кокса в нагретом до 1000 – 1200С воздухе (дутье), который нагнетается в верхнюю часть горна через расположенные по его окружности фурмы. К дутью может добавляться технический кислород, природный газ, водяной пар.

Кокс поступает в горн нагретым до 1400 – 1500 С. В зонах горения углерод кокса взаимодействует с кислородом дутья. Образующийся в зонах горения диоксид углерода при высокой температуре и избытке углерода неустойчив и превращается в оксид углерода. Таким образом, за пределами зон горения горновой газ состоит только из оксида углерода, азота и небольшого количества водорода, образовавшегося при разложении водяных паров или природного газа. Смесь этих газов, нагретая до 1800 – 2000С, поднимается вверх и передает тепло материалам, постепенно опускающимся в горн вследствие выгорания кокса, образования чугуна и шлака и периодического выпуска их из доменной печи. При этом газы охлаждаются до 200 – 450С, а оксид углерода, отнимая кислород из оксидов железа, превращается частично в диоксид углерода, содержание которого в доменном газе на выходе из печи достигает 14 – 20 %.

Шихтовые материалы загружают в доменную печь при помощи засыпного аппарата отдельными порциями – подачами. Они располагаются на колошнике чередующимися слоями кокса, руды или агломерата и флюса при работе на не полностью офлюсованном агломерате. Загрузку подач производят через 5 – 8 мин. по мере освобождения пространства на колошнике в результате опускания материалов.

В процессе нагревания опускающихся материалов происходит удаление из них влаги и летучих веществ кокса и разложение карбонатов. Оксиды железа под действием восстановительных газов постепенно переходят от высших степеней окисления к низшим, а затем– в металлическое железо по схеме: Fe2O3  Fe3O4  FeO  Fe.

Свежевосстановленное железо заметно науглераживается еще в твердом состоянии. По мере науглераживания температура плавления его понижается. При температуре 1000 – 1100С восстановление железа почти заканчивается, и начинают восстанавливаться более трудновосстановимые элементы – кремний, марганец и фосфор. Науглероженное железо, содержащее около 4 % углерода и некоторое количество кремния, марганца и фосфора, плавится при температуре 1130 – 1150С и стекает в виде капель чугуна в горн. В нижней половине шахты начинается образование жидкого шлака из составных частей пустой породы руды и флюса. Понижению температуры плавления шлака способствуют невосстановленные оксиды железа и марганца. В стекающем вниз шлаке под действием возрастающей температуры постепенно расплавляется вся пустая порода и флюс, а после сгорания кокса – и зола.

При взаимодействии жидких продуктов плавки с раскаленным коксом в заплечиках и горне происходит усиленное восстановление кремния, марганца и фосфора из их оксидов, растворенных в шлаке. Здесь же поглощенная металлом в ходе плавки сера переходит в шлак. Железо и фосфор печи полностью восстанавливаются и переходят в чугун, а степень восстановления кремния и марганца и полотна удаления из чугуна серы в большой мере зависят от температурных условий, химического состава шлака и его количества.

Жидкие чугун и шлак разделяются в горне благодаря различным удельным массам. По мере скопления их в горне чугун выпускают через чугунную летку, а шлак – через шлаковые летки (верхний шлак) и чугунную летку во время выпуска чугуна (нижний шлак).

Все перечисленные процессы протекают в доменной печи одновременно, оказывая взаимное влияние.

2.3.1.Восстановление оксидов железа оксидом углерода


Одним из условий получения чугуна в доменной печи является удаление кислорода из оксидов, металлы которых входят в состав чугуна. Процесс отнятия кислорода от оксида и получения из него элемента или оксида с меньшим содержанием кислорода называется восстановлением. Наряду с восстановлением протекает окисление вещества, к которому переходит кислород оксида. Это вещество называется восстановителем.

Восстановительные процессы сопровождаются выделением или поглощением тепла. Химическая прочность оксида определяется силами химической связи данного элемента с кислородом.

По степени убывания кислорода оксиды железа располагаются в ряд: Fe2O3, Fe3O4 и FeO, содержащие соответственно 30,06; 27,64 и 22,28 % кислорода. Из трех оксидов железа, взятых в свободном состоянии, наиболее прочным в условиях рабочего пространства доменной печи, а точнее при температуре выше 570С, является FeO. Восстановление железа из его оксидов протекает ступенчато путем последовательного удаления кислорода и в зависимости от температуры может быть изображено двумя схемами:

- при температуре выше 570С: Fe2O3  Fe3O4  FeO  F

- при температуре ниже 570С:Fe2O3  Fe3O4  Fe.

Ниже 570С прочность FeO становится меньше прочности Fe3O4 и она превращается в Fe3O4 и Fe.

В доменной печи восстановление железа из его оксидов протекает в основном по первой схеме, так как уже через несколько минут после загрузки материалов на колошник они нагреваются до температуры выше 570 С. Большая половина кислорода, связанного в оксиды железа, отбирается оксидом углерода, поэтому основным восстановителем в доменной печи является оксид углерода.

Восстановление оксидов железа оксидом углерода при температуре выше 570С идет по реакциям:

3Fe2O3 + СО  2Fe3O4 + СО2 + 37,137 МДж,

Fe2O3 + mCO  3FeO + (m – 1)CO + СО2 – 20,892 МДж,

FeO + nCO  Fe + (n – 1)CO + СО2 + 13,607 МДж.

2.3.2.Образование чугуна


Восстановленное в доменной печи из руды железо поглощает углерод и другие элементы, образуя чугун. Процесс науглераживания железа начинается с момента его появления в виде твердой губки в зоне умеренных температур. Механизм науглераживания железа сводится к следующему. Свежевосстановленное железо служит катализатором реакций разложения оксида углерода на сажистый углерод и диоксид углерода. Эта реакция протекает на поверхности губки. Обладая повышенной химической активностью, сажистый углерод взаимодействует с атомами железа и образует карбиды железа. Науглераживание губчатого железа уже заметно протекает при 400 – 500 С. По мере науглераживания железа температура плавления его понижается. Если чистое железо плавится при 1539С, то сплав железа с углеродом, содержащий 4,3 % С, плавится при 1135 С. Однако науглероживание железа в твердом состоянии является лишь начальной стадией этого процесса, способствующей понижению температуры плавления металла. Более интенсивно науглероживание протекает после перехода металла в жидкое состояние. Капли металла, стекая в горн печи, контактируют на поверхности кусков раскаленного кокса с углеродом, в результате чего содержание углерода в сплаве резко возрастает. На горизонте фурм за пределами зон горения содержание углерода в чугуне достигает 3,8 – 4,0%. Окончательное науглероживание металла происходит в горне печи.

Переход других элементов в чугун (марганца, кремния, фосфора и серы) осуществляется по мере их восстановления на различных горизонтах рабочего пространства печи. Марганец при выплавке передельного чугуна заметно переходит в металл уже в распаре, однако наиболее интенсивное насыщение чугуна марганцем происходит в заплечиках и горне при восстановлении марганца. Основная масса кремния переходит в чугун в нижней части заплечиков и в горне. Содержание фосфора в пробах металла из распара почти такое же, как и в конечном чугуне, а иногда и выше. Это объясняется тем, что в металл из распара, попадает не только фосфор, который восстановился здесь и выше, но и фосфор, возгоняющийся из нижних горизонтов печи. Фосфор начинает переходить в металл уже в нижней части шахты.

Окончательное содержание углерода в чугуне не поддается регулированию и зависит от элементов в сплаве. Марганец и хром, являясь карбидообразующими элементами, способствуют увеличению содержания углерода в чугуне. Кремний и фосфор, образуя более прочные с железом соединения, разрушают карбиды железа и понижают содержание углерода в чугуне. Если в передельном маломарганцовистом чугуне содержится 4 – 4,6% углерода, то в зеркальном чугуне, содержащем 10 – 25 % марганца, углерода содержится 5 – 5,5 %, а в 75 %-ом ферромарганце содержание углерода достигает 7 – 7,5 %. Наоборот, в литейном чугуне, содержащем 2,5% кремния, содержание углерода не превышает 3,5 %, а в ферросилиции содержание углерода понижается до 2 % и ниже.

Содержание марганца и кремния сильно влияет на структуру чугуна, что имеет очень важное значение при производстве литейного чугуна, используемого в машиностроении. Известно, что углерод в чугуне может находиться в химически связанном состоянии в виде карбида и в свободном состоянии в виде графита. В литейном чугуне благодаря повышенному содержанию кремния значительная часть углерода находится в виде графита, что способствует повышению прочности отливок. В изломе такой чугун имеет серый цвет. Увеличение содержания карбидов железа в чугуне повышает его хрупкость. В изломе такой чугун имеет белый цвет. Качество чугуна для отливок также зависит и от условий выплавки чугуна в доменной печи.


2.3.3.Образование шлака


В доменной печи шлак образуется под действием высоких температур в результате плавления пустой породы железосодержащих материалов и флюса, к которым в горне присоединяется зола сгоревшего кокса. Шлакообразующими оксидами являются SiO2, CaO, MgO, Al2O3, FeO, MnO, а также сульфиды металлов, преобладающим из которых является CaS.

Образованию шлака предшествуют процессы размягчения и спекания пустой породы и флюса, сопровождающиеся образованием твердых растворов и различных химических соединений. В процессе шлакообразования различают первичный, промежуточный и конечный шлаки. Первичный шлак появляется в начальной стадии шлакообразования в результате плавления легкоплавких соединений. Первичный шлак, перемещаясь в зоны с более высокими температурами, нагревается, а химический состав его непрерывно изменяется вследствие восстановления железа и марганца из соответствующих оксидов и растворения в шлаке новых количеств CaO и MgO, увеличивающих количество шлака. Конечный шлак образуется в горне после растворения в шлаке золы сгоревшего кокса и остатков извести и окончательного распределения серы между чугуном и шлаком.

С применением офлюсованного агломерата условия шлакообразования изменяются. Присутствие извести в агломерате обеспечивает хороший контакт шлакообразующих оксидов, поэтому их размягчение при нагреве и образование первичного шлака протекает в сравнительно не большой зоне по высоте печи, от чего значительно повышается газопроницаемость этой зоны. Восстановление железа из офлюсованного агломерата протекает интенсивнее и равномернее по сечению, вследствие чего в первичном шлакообразовании участвует меньшее количество FeO, а зона начала образования шлака смещается в область более высоких температур.

2.3.4. Продукты плавки.


Конечными продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой. В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.

В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида: передельный, идущий на передел в сталь; литейный, предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении; доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

Передельный чугун подразделяют на три вида:



    1. Передельный коксовый (марки М1, М2, М3, Б1, Б2).

    2. Передельный коксовый фосфористый (МФ1, МФ2, МФ3).

    3. Передельный коксовый высококачественный (ПВК1, ПВК2, ПВК3).

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1 – ЛК7. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.



2.3.5.Данные по процессу


Таблица 1.

Параметры работы доменной печи



Наименование и единицы измерения

Значение

Расход, м /т чугуна:

природного газа


100

технологического кислорода

100


Процесс дутья:

температура, °С


1250


влажность, г/м3


11

давление, атм

3,0


Давление колошникового газа, атм.

1,5


Потери восстановленного железа, кг/т чугуна

12


Температура чугуна и шлака на выпуске, °С

1480

Таблица 2.

Химический состав рудных материалов, %






Fe

FeO

Si02

А1203

СаО

MgO

МпО

P2O5

S

А

53,3

15,3

7,9

3,9

8,7

2,2

0,13

0,09

0,048

0-1

63,2

1,3

4,3

1,2

3,9

0,4

0,09

0,07

0,050

0-2

65,2

1,1

6,0

0,4

0,2

0,4

0,20

0,05

0,004

Среднее

59,9

7,0

6,2

2,3

5,5

1,2

0,12

0,08

0,048

Рудная часть шихты (табл.2) включает три компонента: агломерат А (45% массы рудных материалов), офлюсованные окатыши 0-1 (40%) и неофлюсованные 0-2 (15%). Таблица 2 содержит сведения о количестве серы, оксидов железа, марганца и фосфора. Этих данных достаточно, чтобы установить марку и приблизительный состав чугуна.






Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   17


База данных защищена авторским правом ©vossta.ru 2019
обратиться к администрации

    Главная страница