Лещадь доменная печь для чего

Футеровка лещади доменной печи

Современные доменные печи имеют как цельноуглеродистые, так комбинированные лещади.

Цельноуглеродистая конструкция лещади

Для доменных печей > 3000 м 3 лещадь выкладывается полностью из углеродистых блоков.

Кладка лещади при этом представляет собой углеродистый стакан с размещением в основании вертикального ряда блоков, а по периферии – блоков уложенных горизонтально.

В нижней части лещади в центре устанавливают вертикальные и по периферии горизонтальные прямоугольные графитированные блоки. Графитированные блоки всегда размещают в основании лещади как более прочные и теплопроводные. Кладка ведется на углеродистой пасте с вертикальными (2,5 мм) и горизонтальными (1 мм) швами (рис. 7.4, 7.5). Каждый блок должен прилегать к соседним блокам своими плоскостями, образуя шов требуемой толщины. Шов между блоками должен быть заполнен углеродистой пастой, подогретой до 30-50 o С. Каждый последующий ряд укладывается после проверки вертикальности, горизонтальности и прямолинейности выполненного ряда и устранения замеченных дефектов.

Рисунок 7.4 – Лещадь цельноуглеродистая: а) двухкольцевая кладка; б) однокольцевая кладка, 1 – графитированные блоки; 2 – углеродистые блоки; 3 – высокоогнеупорные муллитовые изделия; 4 – углеродистая масса повышенной теплопроводности; 5 – углеродистая масса; 6 – углеродистые блоки (вертикальные) повышенной теплопроводности; 7 – шамотные изделия; 8 – плиты воздушного охлаждения лещади

Рисунок 7.5 – Лещадь цельноуглеродистая (план двухкольцевой кладки): 1 – графитированные блоки; 2 – углеродистые блоки; 3 – углеродистые блоки повышенной теплопроводности; 4 – углеродистая масса повышенной теплопроводности

Отклонение фактического расстояния от проектного (от основания лещади до оси чугунной летки) по высоте не должно превышать 20 мм, а отклонение от горизонтали не более 5 мм. Для этого основание лещади перед началом кладки тщательно выравнивают углеродистой массой. Выше графитированных блоков в центре лещади устанавливают ряд углеродистых блоков на углеродистой пасте.

Известна конструкция лещади, при которой выше графитированных блоков уложены два ряда углеродистых клинообразных блоков (рис. 7.6). По периферии клинообразные блоки обкладывают прямоугольными блоками, прилегающими к ним своими скосами. Зазор между блоками и холодильниками составляет 90 120 мм. Зазоры между вертикально и горизонтально установленными блоками составляют около 80 мм. Все зазоры заполняют нагретой до 70-80 o С углеродистой массой.

Рисунок 7.6 – Лещадь цельноуглеродистая с клинообразными углеродистыми блоками: 1 – графитированные блоки; 2 – клинообразные углеродистые блоки; 3 – горизонтальные углеродистые блоки; 4 – углеродистая масса; 5 – плитовые холодильники

Основным преимуществом углеродистых изделий перед шамотными является отсутствие дополнительной усадки при самых высоких температурах, практическое отсутствие смачиваемости шлаками, высокая огнеупорность, отсутствие деформации под нагрузкой при высоких температурах. Износ углеродистых блоков в горне и лещади доменной печи происходит главным образом от взаимодействия с парами воды, углекислотой и закисью железа и марганца. Кроме того, однородность материалов обеспечивает лучшую стойкость лещади.

Комбинированная конструкция лещади

Углеродистые графитированные блоки кладут также, как и в цельноуглеродистой лещади (рис. 7.7). Кладка выше графитированных блоков ведется на периферии из углеродистых трапециевидных блоков, укладываемых горизонтально, на углеродистой пасте при толщине горизонтальных швов до 1,0 мм, и вертикальных – до 0,5-0,7 мм. Вертикальные швы в смежных по высоте рядах углеродистых блоков должны располагаться вразбежку с расстоянием между швами не менее 100 мм. Кладку центральной части комбинированной лещади ведут из высокоглиноземистых изделий с содержанием глинозема не менее 62 % (Al2O3 > или = 62 %) на растворе жидкой консистенции из муллитового пластифицированного мертеля марки ММЛП 62, при этом толщина горизонтальных швов не должна превышать 1 мм, а вертикальных – 0,7 мм.

Рисунок 7.7 – Лещадь комбинированная: 1 – графитированные блоки; 2 – высокоогнеупорные муллитовые изделия; 3 – углеродистые блоки; 4 – углеродистые блоки вертикальные, повышенной теплопроводности; 5 – углеродистая масса повышенной теплопроводности; 6 – углеродистая масса; 7 – шамотные изделия; 8 – плиты воздушного охлаждения лещади

Рисунок 7.8 – Закладка деревянного креста при кладке алюмосиликатной части лещади: 1 – ось печи; 2 – шнур; 3 – брус

Рисунок 7.9 – Лещадь комбинированная: а – четный ряд; б – не четный ряд, 1 – углеродистые блоки; 2 – высокоогнеупорные муллитовые изделия; 3 – углеродистая масса; 4 – углеродистые блоки повышенной теплопроводности; 5 – углеродистая масса повышенной теплопроводности

Зазор между углеродистой кладкой и холодильниками шириной 90-120 мм и зазор между углеродистой и алюмосиликатной кладкой шириной 40 мм забивают углеродистой массой, как и при кладке цельноуглеродистой лещади.

Для печей менее 700 м 3 допускается лещадь, выполненная полностью из алюмосиликатных изделий.

Источник

Лещадь доменной печи

Изобретение относится к области металлургии, в частности к устройствам лещади доменных печей. Лещадь содержит три слоя огнеупорной футеровки с различными коэффициентами теплопроводности, водяное периферийное охлаждение. Между верхним и промежуточными слоями расположен дополнительный слой, состоящий из нескольких элементов с различными коэффициентами теплопроводности, значение которых уменьшается от центральных элементов дополнительного слоя к периферийным. 1 ил.

Изобретение относится к металлургии, в частности к устройствам лещади доменных печей.

Известна комбинированная лещадь доменной печи, состоящая из алюмосиликатных блоков, выложенных в виде ступенчатого конуса, обращенного основанием вниз и обложенного по периферии углеродистыми блоками.

Недостатком указанной лещади является неравномерное распределение тепла по ее площади и как следствие невозможность образования тонкого и ровного слоя настыля, неравномерность износа огнеупорной футеровки, сокращение межремонтного пробега печи, повышается вероятность аварии.

Также известна лещадь доменной печи, состоящая из трех слоев огнеупорной футеровки, периферийного водяного и подлещадного воздушного охлаждения.

Однако для больших по размерам печей эта конструкция является малоподходящей вследствие большого расхода тепла через нижнюю поверхность днища, в результате чего воздушное охлаждение этой поверхности оказывается недостаточным.

Водяное охлаждение нижней поверхности связано с большим риском, так как в случае нарушения его режима температура быстро повышается и может выйти за допустимые пределы и вызвать аварию.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению по технической сущности к достигаемому результату является лещадь доменной печи, состоящая из трех слоев огнеупорной футеровки с различными коэффициентами теплопроводности, причем коэффициенты теплопроводности верхнего и нижнего слоев меньше коэффициента теплопроводности промежуточного слоя [1] Основными недостатками такой конструкции лещади является неоднородное распределение температуры по поверхности верхнего слоя от ее периферии к центру и как следствие невозможность образования тонкого и ровного слоя настыля, неравномерность износа огнеупорной футеровки, сокращение межремонтного пробега печи, повышенная вероятность аварии.

Результатом изобретения является повышение стойкости лещади за счет выравнивания тепловой нагрузки по поверхности верхнего слоя.

Указанный результат достигается тем, что в известном устройстве лещади доменной печи, состоящей из трех слоев огнеупорной футеровки с различными коэффициентами теплопроводности, причем коэффициенты теплопроводности верхнего и нижнего слоев меньше коэффициента теплопроводности промежуточного слоя, лещадь снабжена дополнительным слоем, расположенным между верхним и промежуточными слоями, причем дополнительный слой состоит из нескольких элементов с различными коэффициентами теплопроводности, уменьшающимися от центра к периферии лещади, между элементами периферийного участка и промежуточным слоем, выходящим к радиаторам периферийного водяного охлаждения, помещена прокладка из материала с низким коэффициентом теплопроводности.

Благодаря тому, что лещадь снабжена дополнительным слоем, расположенным между верхним и промежуточным слоями, причем дополнительный слой состоит из нескольких элементов с различными коэффициентами теплопроводности, уменьшающимися от центра к периферии лещади, между элементами периферийного участка и промежуточным слоем, выходящим к радиаторам периферийного водяного охлаждения, помещена прокладка из материала с низким коэффициентом теплопроводности, становится возможным выравнивание температур по поверхности верхнего слоя, что способствует образованию тонкого и ровного слоя настыля, равномерному износу огнеупорной футеровки, т.е. повышению ее стойкости и как следствие увеличению межремонтного пробега печи, снижению вероятности аварии.

Анализ научно-технической и патентной литературы показал, что заявленная совокупность неизвестна, т. е. соответствует критерию «новизна». Проверка конструктивного исполнения показала, что заявленное соответствует критерию «промышленная применимость». А поскольку указанная совокупность позволяет получить новый эффект обеспечить выравнивание температуры по поверхности верхнего слоя, образование тонкого и ровного слоя настыля, что способствует равномерному износу огнеупорной футеровки, т.е. повышению ее стойкости и как следствие увеличению межремонтного пробега печи, снижению вероятности аварии, то заявленное соответствует критерию «изобретательский уровень».

На чертеже приведена схема лещади доменной печи.

Лещадь содержит верхний слой 1, воспринимающий основную тепловую нагрузку и выполненный из огнеупорного материала с низким коэффициентом теплопроводности , например, из полуграфита с l 20 ккал/м часград (здесь и далее приводятся величины , соответствующие рабочему состоянию и температуре), углеродистых блоков с l 5 ккал/м часград и т.п.

За верхним слоем 1 расположен дополнительный слой 2, состоящий из нескольких элементов 3, 4 и 5 из материалов с различными коэффициентами теплопроводности, размещенных таким образом, чтобы под наиболее теплонагруженными центральными участками верхнего слоя 1 были установлены элементы 3 из материала с наибольшим коэффициентом теплопроводности, а под менее нагруженными периферийными участками элементы 4 из материала с наименьшим коэффициентом теплопроводности.

Элементы 3, 4 и 5 дополнительного слоя 2 выполнены из огнеупорных материалов с различными коэффициентами теплопроводности, например из полуграфита с 20 ккал/м часград, графита с 30 ккал/м часград, углеродистых блоков с 5 ккал/м часград.

Далее расположен промежуточный слой 6 из материала с высоким коэффициентом теплопроводности, например графита, который выходит к радиаторам 7 периферийного водяного охлаждения.

Элементы 3, 4 и 5 дополнительного слоя установлены так, что часть из них (на чертеже элементы 3 и 4), расположенные под наиболее теплонагруженными центральными участками верхнего слоя 1, находятся в тепловом контакте с расположенным под ними промежуточным слоем 6 из материала с высокой теплопроводностью. Периферийные элементы 5 могут быть «развязаны» в тепловом отношении с промежуточным слоем 6. Для этого могут использоваться прокладки 8 из материалов с низкой теплопроводностью.

Далее располагается слой 9 из материала с низким коэффициентом теплопроводности, например из углеродистых блоков.

Таким образом, в предлагаемой конструкции для распределения тепловых потоков от участков верхнего слоя лещади формируются тепловые мосты с различными характеристиками, по которым с наиболее теплонагруженных участков верхнего слоя 1 снимается тепловая мощность (через элементы 3, слой 6 и далее на радиаторы 7 и слой 9), большая, чем с периферийных, менее теплонагруженных участков верхнего слоя 1.

В результате происходит выравнивание температуры по поверхности верхнего слоя огнеупорной футеровки, что способствует образованию тонкого и ровного слоя настыля, равномерному износу огнеупорной футеровки, т.е. повышению ее стойкости и как следствие увеличению межремонтного пробега печи, снижению вероятности аварии.

Лещадь доменной печи, включающая три слоя огнеупорной футеровки с различными коэффициентами теплопроводности, причем коэффициенты теплопроводности верхнего и нижнего слоев меньше коэффициента теплопроводности промежуточного слоя, водяное периферийное охлаждение, контактирующее с промежуточным слоем, отличающаяся тем, что она снабжена расположенным между верхним и промежуточным слоями дополнительным слоем, состоящим из нескольких элементов с различными коэффициентами теплопроводности, значение которых уменьшается от центральных элементов дополнительного слоя к периферийным элементам, между которыми и промежуточным слоем помещена прокладка из материала с низким коэффициентом теплопроводности.

Источник

Устройство доменной печи

Чугун выплавляют в доменных печах, представляющих собой шахтную печь. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, газообразными (СO, Н2) и твердым (С) восстановителями, образующимися при сгорании топлива в печи.

Процесс доменной плавки является непрерывным. Сверху в печь загружают исходные материалы (агломерат, окатыши, кокс), а в нижнюю часть подают нагретый воздух и газообразное, жидкое или пылевидное топливо. Газы, полученные от сжигания топлива, проходят через столб шихты и отдают ей свою тепловую энергию. Опускающаяся шихта нагревается, восстанавливается, а затем плавится. Большая часть кокса сгорает в нижней половине печи, являясь источником тепла, а часть кокса расходуется на восстановление и науглероживание железа.

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество материалов. Современная доменная печь расходует около 20000 тонн шихты в сутки и выдает ежесуточно около 12000 тонн чугуна.

Для обеспечения непрерывной подачи и выпуска такого большого количества материалов необходимо, чтобы конструкция печи была проста и надежна в работе в течение длительного времени. Доменная печь снаружи заключена в металлический кожух, сваренный из стальных листов толщиной 25 – 40 мм. С внутренней стороны кожуха находится огнеупорная футеровка, охлаждаемая в нижней части печи с помощью закладываемых специальных холодильников – металлических коробок, внутри которых циркулирует вода. В связи с тем, что для охлаждения печи требуется большое количество воды, на некоторых печах применяют испарительное охлаждение, сущность которого состоит в том, что в холодильники подают воды в несколько раз меньше, чем при обычном способе. Вода нагревается до кипения и интенсивно испаряется, поглощая при этом большое количество тепла.

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи. Рабочее пространство печи включает:

Колошник

Это верхняя часть доменной печи, через которую осуществляется загрузка шихтовых материалов и отвод доменного или колошникового газа. Основной частью колошникового устройства является засыпной аппарат. На большинстве доменных печей установлены двухконусные загрузочные устройства. В обычном положении оба конуса закрыты и надежно изолируют внутреннее пространство печи от атмосферы. После загрузки шихты в приемную воронку малый конус опускается и шихта падает на большой конус. Малый конус закрывается. После того, как на большом конусе будет набрано заданное количество шихты, большой конус опускается при закрытом малом конусе и шихта высыпается в печь. После этого большой конус закрывается. Таким образом, рабочее пространство доменной печи постоянно герметизировано.

Шихтовые материалы обычно подаются на колошник печи с одной стороны. В результате, в воронке малого конуса образуется откос. Длительная Работа доменной печи с перекосом уровня шихты недопустима. Для устранения этого явления приемная воронка и малый конус сделаны вращающимися. После загрузки шихты воронка вместе с конусом поворачивается на угол кратный 60, благодаря чему после разгрузки нескольких подач неравномерность полностью устраняется. 0

На современных печах могут устанавливаться более сложные по конструкции засыпные аппараты. Вместо большого конуса устанавливается вращающийся желоб, угол наклона которого может регулироваться. Такая конструкция позволяет изменять место подачи материалов по диаметру колошника.

В процессе доменной плавки образуется большое количество газа, который отводится из колошниковой части печи. Такой газ называют колошниковым. Газ содержит горючие составляющие СO и Н2 и, поэтому, используется как газообразное топливо в металлургическом производстве. Кроме того, проходя через столб шихты, газ захватывает мелкие частицы железосодержащих материалов, образуя так называемую колошниковую пыль. Пыль улавливается в специальных газоочистителях и используется как добавка к шихте при агломерации или получении окатышей.

Шахта

На долю шахты приходится большая часть общей высоты и объема печи. Профиль шахты, представляющий собой усеченный конус, расширяющийся к низу, обеспечивает равномерное опускание и разрыхление шихтовых материалов. Значительная высота шахты позволяет осуществлять тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися горячими газами.

Распар

Это средняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи, имеющая самый большой диаметр. Распар создает некоторое дополнительное увеличение объема печи и устраняет возможные задержки шихтовых материалов.

Заплечики

Это часть профиля печи, расположенная ниже распара и представляющая собой усеченный конус, обращенный широким основанием к распару. Обратная конусность заплечиков соответствует уменьшению объема проплавляемых материалов при образовании чугуна и шлака.

Это нижняя цилиндрическая часть печи, где осуществляются высокотемпературные процессы доменной плавки. В горне происходит горение кокса и образование доменного газа, взаимодействие между жидкими фазами, накопление жидких продуктов плавки (чугуна и шлака) и периодический их выпуск из печи. Горн состоит из верхней или фурменной части и нижней или металлоприемника. Подину металлоприемника называют лещадью.

В нижней части горна расположены чугунные и шлаковые летки, представляющие собой отверстия для выпуска чугуна и шлака. После выпуска чугуна летку закрывают специальной огнеупорной массой при помощи так называемой пушки, которая представляет собой цилиндр с поршнем. Перед открытием чугунной летки пушку заполняют леточной огнеупорной массой. После окончания выпуска чугуна пушку подводят к летке, и с помощью поршневого механизма леточная масса выдавливается из пушки и заполняет леточный канал. Для вскрытия чугунной летки служит специальная бурильная машина, которая рассверливает в леточной массе отверстие, по которому выпускают чугун.

Шлаковые летки располагаются на высоте 1500 – 2000 мм от уровня чугунной летки и закрываются с помощью шлакового стопора, представляющего собой стальной шток с наконечником. Выходящие из доменной печи чугун и шлак направляются по желобам в чугуновозные и шлаковозные ковши. В настоящее время шлак в основном выпускается вместе с чугуном и отделяется от чугуна специальным устройством на желобе печи.

Шлак, вытекающий из доменной печи через чугунную летку, отделяется от чугуна на желобе печи с помощью разделительной плиты и перевала, выпол-няющих роль гидравлического затвора. Чугун, имеющий высокую плотность, проходит в зазор под разделительной плитой, а более легкий шлак отводится в боковой желоб.

При необходимости поставки чугуна другим предприятиям его разливают в слитки (чушки) массой 30 – 40 кг на специальной разливочной машине.

В верхней части горна на расстоянии 2700 – 3500 мм от оси чугунной летки по окружности горна с равными промежутками устанавливаются воздушные фурмы, через которые подают в печь нагретое до 1100 – 1300 °С дутье, а также природный газ и другие топливные добавки (мазут, пылеугольное топливо). Каждая доменная печь обеспечивается дутьем от своей воздуходувки. Нагрев дутья осуществляется в воздухонагревателях регенеративного типа, когда под действием тепла сжигаемого газа вначале нагревается насадка воздухонагревателя из огнеупорного кирпича, а затем через нее пропускается воздух, забирающий тепло от насадки. В период нагрева насадки в камеру горения подается газ и воздух для его горения. Продукты сгорания, проходя через насадку, нагревают ее и уходят в дымоход. В период нагрева дутья холодный воздух поступает в нагретую насадку, нагревается, а затем подается в доменную печь. Как только насадка остыла настолько, что воздух не может быть нагрет до заданной температуры, его переводят на следующий воздухонагреватель, а остывший ставят на нагрев. Насадка воздухонагревателя охлаждается быстрее, чем нагревается. Поэтому блок воздухонагревателей доменной печи состоит из 3 – 4 аппаратов, из которых один нагревает воздух, а остальные разогреваются. Профиль доменной печи характеризуется диаметрами, высотами и углами наклона отдельных элементов. Размеры некоторых печей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Размеры печей

Размеры каждой части печи должны быть увязаны между собой и находиться в определенных соотношениях с размерами других частей печи. Профиль печи должен быть рациональным, при котором обеспечиваются важнейшие условия доменного процесса:

Основными величинами, характеризующими размеры рабочего пространства, являются полезный объем печи и полезная высота. Они включают высоту и объем, заполненные материалами и продуктами плавки. При определении этих параметров за верхний уровень берется отметка нижней кромки большого конуса засыпного устройства в опущенном положении, а нижнем уровнем является уровень оси чугунной летки.

Источник

Вспомогательные устройства доменных печей

Методические указания к

Лабораторной работе № 1

Устройство доменной печи, материалы для производства металлов

И физико-химические процессы плавки чугуна

ТЕХНОЛОГИЯ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ

150400 «Технологические машины и оборудование»

Тула 2010 г.

Методические указания к лабораторной работе составлены профессором А.С. Рыбаковым и обсуждены на заседании кафедры СЛ и ТКМ механико-технологического факультета

протокол № 1 от 31 августа 2010 г.

Зав. кафедрой СЛ и ТКМ А.А. Протопопов

Методические указания к лабораторной работе пересмотрены и утверждены на заседании кафедры СЛ и ТКМ механико-технологического факультета

протокол № от « » 20 г.

Зав. кафедрой СЛ и ТКМ А.А. Протопопов

1. Цель и задачи работы

Изучение устройства доменной печи, ее работы; шихтовые материалы и подготовка их к плавке.

2. Теоретические сведения

Основным способом получения чугуна является доменный процесс. Он ведется в доменных печах и заключается в восстановлении из руды железа и др. примесей при помощи окиси углерода и твердого раскаленного углерода.

Доменная печь (рис 1) шахтного типа служат для выплавки чугуна. Сущность выплавки чугуна. Сущность выплавки чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, которые содержатся в железных рудах, твердым углеродом, оксидом углерода, и частично водородом, образующимся при сгорании топлива в печи.

Рис.1. Устройство доменной печи

Основными частями доменной печи являются колошник 8, в верхний части которого находится засыпной аппарат. Через него загружают шихту (обогащенную руду, а в современном производстве – офлюсованный агломерат и окатыши). Шихту взвешивают и с помощью вагонетки 12 подъемного устройства подают к засыпному аппарату.

Рис.2. Устройство воздухонагревателя

Вагонетка опрокидываясь, высыпает шихту 9 в приемную воронку 10, внизу которой находится малый конус 13 и глина 14, при помощи которой шихта попадает на большой конус 16. Большой конус закрывает дно воронки и не дает возможности выходу печных газов через колошник; печные газы отводят по боковым трубам 11 и после очистки используются в качестве газообразного топлива. После того как шихтовые материалы попадают на большой конус, он опускается и шихта ссыпается с него в шахту печи, затем большой конус возвращается в исходное положение.

Для равномерного распределения шихты в доменной печи малый конус и приемная воронка 10 после каждой очередной загрузки шихты поворачивается на 60º.

Шихтовые материалы, загруженные в печь, проплавляются, опускаются вниз, а в печь подаются новые порции шихты. Следят за тем, чтобы полезный объем печи был всегда заполнен шихтой.

За колошником следует самая большая часть доменной печи – шахта 7, имеющая форму конуса, расширяющегося книзу, где происходит нагрев шихты, испарение из нее влаги, разложение и восстановление железа окисью углерода, поднимающегося снизу, которая образуется в горне от сгорания кокса; в нижней части шахты где температура 1000…1200 ºС, идут реакции восстановления железа твердым раскаленным углеродом.

Лещадью печь монтируется на мощном железобетонном фундаменте 1.

В верхней части горна располагаются фурменные устройства 4, через которые под давлением до 2,5 атм ( в крупных печах до 4 атм) в печь поступает горячий воздух (Т = 1000…1200 ºС) от специальных нагревательных устройств. Доменная печь снаружи имеет стальной конус, выложенный внутри огнеупорным кирпичом.

Внутренняя часть колошника выполняется из металлических литых стальных сегментов из пустотелых чугунных плит, пустоты которых заделываются шамотным кирпичом, для предохранения от разрушения при загрузки шихты. Шахту выкладывают (футеруют) шамотным кирпичом, содержащим 35% Al₂O₃ c зазором 50…200 мм между броней и кладкой. Зазор заполнят глинисто-асбестовой массой. На 2/3 высоты снизу охлаждают холодильниками.

Распор и заклепки чаще всего делают тонкостенными из высокоглиноземистого полуторного кирпича длиной 345 мм и охлаждают ребристым плитовыми холодильниками, забитыми кирпичом.

Горн футеруют высокоглиноземным шамотным кирпичом содержащим 45%. Al₂O₃. Лещадь выполняют из углеродистых блоков (длина блоков 3…4 м, сечение 400 400 и 500 500 мм), внутреннюю часть выкладывают высокоглиноземным кирпичом.

Горн, лещадь и металоприемник заключены в чугунные плитовые холодильники толщиной около 160 мм с залитыми трубками диаметром 45 мм по которым циркулирует вода.

Вспомогательные устройства доменных печей

К вспомогательным устройствам доменной печи относятся:

— шихтовый двор где хранятся, подготавливаются, взвешиваются, загружаемые шихтовые материалы,

— литейные дворы которые обеспечивают печи чугуновозами и шлаковозами;

— нагревательные устройства, позволяющие нагревать подаваемый воздух до определенной температуры;

— воздуходувные машины, которые через фурмы выдувают в горн доменной печи горячий воздух;

— две водопроводные магистрали, подающие воду для охлаждения горна и лещади.

Нагревательные устройства (рис. 2) представляет собой камеру сгорания и насадку. Насадка выполнена шестигранными, огнеупорными блоками с круглыми ячейками; поверхность нагрева насадки составляет примерно около 30 м 2 на 1 м 3 объема насадки.

К горелке 1 в камеру сгорания подается очищенный от пыли доменный газ, который, сгорая, нагревает насадку и удаляется через дымовую трубу 4. Затем подача газа к горелке прекращается и через насадку пропускается воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной, который проходя через насадку, нагревается до необходимой температуры и подается к фурменному устройству и оттуда через фурмы в рабочее пространство со скоростью 100…150 м/с. Доменная печь имеет четыре воздухонагревателя в то время как в одних насадка нагревается, в других отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. После охлаждения насадки воздухом нагреватели переключаются. Доменная печь снаружи имеет стальной сварной конус толщиной 20…25 мм в верхней части и 35…40 мм в нижней. С внутренней стороны кожуха находятся огнеупорная футеровка, охлаждаемая футеровка, которая охлаждается холодильниками.

Огнеупорные материалы применяют для изготовления внутреннего облицовочного слоя (футеровки) металлургических печей и ковшей для расплавленного металла. К ним предъявляются следующие требования: должны выдерживать высокую температуру, обладать достаточной механической прочностью, сопротивляться химическому воздействию газов, жидких шлаков и металлов, обладать постоянством объема и иметь определенную пористость. Огнеупорные материалы применяются в виде порошка, кирпичей и фасонных изделий. По химическим свойствам огнеупорные материалы разделяют на кислые, основные и нейтральные.

К кислым материалам относят кварцит и кварцевый песок, содержащие 93…100 % SiO₂. Из молотого кварцита изготовляют динасовые кирпичи, которые применяют для выкладки стенок, подины и сводов мартеновских, электрических и некоторых других печей. Температура размягчения этих кирпичей – 1550 0 С, плавления – 1690…1730 0 С.

К основным материалам относят обожженный доломит и обожженный или сплавленный магнезит.

Обожженный магнезит (MgCO₃) получается в результате высокотемпературной обработки сырого магнезита при температуре 2000 0 С. Плавленый магнезит получают путем сплавления продуктов обжига при температуре свыше 2000 0 С.

Обожженный доломит получают при нагреве до высокой температуры (1600 0 С) сырого доломита (горная порода MgCO₃ ´ CaCO₃).

Доломитовые и магнезитовые кирпичи широко применяют для футеровки плавильных и нагревательных печей.

Большой термостойкостью обладают хромомагнезитовые огнеупорные кирпичи (65…70 % MgO и 25-29 % FeO ´ Cr₂O₃), используемые для изготовления подвесных cводов мартеновских печей.

К нейтральным огнеупорным материалам относят обожженную огнеупорную глину, содержащую около 30% Al₂O₃. При обжиге сырой глины каолинит Al₂O₃ ´ 2SiO₂ ´ 2H₂O теряет влагу, в результате чего получается глинозем Аl₂O₃ и кремнезем SiO₂, которые переходят в состав обожженной массы, называемой шамотом. Шамот выдерживает температуру до 1610…1670 0 С; применяется на заводах черной и цветной металлургии, им футеруют ковши для жидкого металла, воздухонагревательные печи и т.д.

4. Для кладки лещади доменных печей используют углеродистый кирпич и блоки, которые содержат до 92 % С в виде графита.

Шихтовые материалы

Для выплавки чугуна в доменных печах используются железные руды, марганцевые руды, топливо, флюсы.

2. Красный железняк (Fe₂O₃) – содержащий железа 55. 60 %.

3. Магнитный железняк (Fe₃O₄) – содержащий 55. 60 % железа.

4. Шпатовые железняки (FeCO₃) содержит железа 30. 40 %.

Марганцевые руды. Марганцевые руды содержат марганец в виде оксидов: MnO₂, Mn₂O₃, в виде карбонатов: MnCO₃ и др. Марганцевые руды используются для выплавки ферромарганца с содержанием марганца 60…80 %, зеркального чугуна с содержанием марганца 10…25 %, при выплавке предельных чугунов, содержащих 1 % марганца.

Флюсы. Флюсы загружают в печь для удаления пустой породы руды и золы топлива, которые удаляются с выпускаемым из печи шлаком.

В качестве флюсов в доменной печи используется известняк (CaCO₃), доломитизированный известняк (CaCO₃ и MgCO₃), известь (85. 90 % CaO).

Топливо. В доменных печах в качестве топлива используется кокс, пылевидный каменный уголь, природный газ.

Подготовка руд к доменной плавке

Все руды проходят предварительную сортировку, дробление, усреднение и обогащение.

Сортировка руд производится по величине кусков на машинах специальной конструкции, называемыми грохотами.

Дробление производится при добыче руд (и флюсов) в крупных кусках, не позволяющих использовать их в плавке. Дробление производится в дробилках, работающих по принципу раздавливания, на молотковых дробилках (по принципу удара) и многих других. (Крупное дробление от 1000 до 100 мм, среднее от 125…10 мм, мелкое от 50 до 2 мм и тонкое от 0,1 мм и меньше).

Усреднение руд производят с целью перемешивания и выравнивания содержания железа.

Обогащение руд производится для повышения содержания в них железа и заключается в механической обработке руды для отделения минералов от пустой породы. В результате обогащения получают продукты с повышенным содержанием полезного минерала и отходы, заключающие в себе пустую породу. Основные процессы обогащения: промывка, гравитация, магнитная сепарация.

Промывка руды водой позволяет отделить плотные составляющие руды от пустой породы (песка, глины).

Магнитная сепарация основана на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы. Измельченную руду подвергают действию магнита, притягивающего железосодержащие минералы, отделяя их от пустой породы.

Окусковывание производят для переработки концентратов, полученных после обогащения, в кусковые материалы необходимых размеров. Применяют два способа окусковывания: агломерацию и окатывание.

Физико-химические процессы плавки чугуна

Для успешного ведения доменного процесса необходимо соблюдать два основных условия:

Рис.3. Схема агломерационной машины: 1 – питатель ленты шахтой; 2 – ведущая звездочка привода ленты; 3 – газовый зажигательный горн; 4 – спекательные тележки-налетты; 5 – вакуум-камеры.

Рис.4 Схема тарельчатого гранулятора. 1 – транспортеры; 2 – чаша.

Первое условие обеспечивается непрерывным движением в печи 2-х встречных потоков, поднимающих снизу вверх горячих газов от сгорания в горне топлива и опускающихся сверху вниз шихтовых материалов, нагревающихся под действием тепла газов.

Второе условие обеспечивается подбором по тугоплавкости шлаков соответственно сортам выплавляемого чугуна, чтобы образовавшийся шлак не сплавил руду до восстановления железа и др. примесей, не изменил заданного состава чугуна и не вызвал расстройство в ходе процесса.

Доменный процесс начинается с горения топлива.

Горячий воздух, вдуваемый через фурмы, сжигает углерод кокса по реакции:

Двуокись углерода (СО₂) встречает углерод раскаленного кокса и почти полностью разлагается:

Одновременно с этим идет реакция восстановления водорода из пара, содержащегося в дутье:

В результате этих реакций вверх из горна идут газы, состоящие из СО, Н₂.

Подготовительные процессы в загруженных шихтовых материалах начинают происходить в верхних горизонтах печи немедленно под влиянием температуры поднимающихся газов. Сначала при температуре 100…200 испаряется гигроскопическая вода, а при 300…500 кристаллизационная, при соприкосновении которой с окисью углерода и углеродом кокса колошниковые газы получают дополнительно СО₂, СО, Н₂.

Восстановление железа из руды начинает происходить при помощи окиси углерода (непрямое восстановление) в верхних горизонтах печи, где температура невысока, и постепенно усиливается при опускании вниз по мере повышения температуры примерно до 900 . Обычно в доменных газах содержится небольшое количество водорода, поэтому основное восстановление идет за счет окиси углерода и углерода кокса.

Восстановление окисью углерода начинается в шахте и происходит ступенчато от высшего окисла железа к низшему в следующем порядке:

Fe₂O₃ Fe₃O₄ FeO Fe.

Протекают следующие реакции восстановления:

Основной реакцией считается реакция (6), т.к. конечным продуктом является металлическое железо и она (реакция 6) называется реакцией косвенного восстановления железа, протекает при умеренных температурах (500…900 ) с выделением тепла.

При более высоких температурах (выше 1000…1100 ) в присутствии раскаленного кокса в доменной печи идет восстановление железа при помощи углерода по реакции

Эта реакция называется прямым восстановлением железа. Считается, что в доменной печи около 60…50 % железа образуется по реакции (6), т.е. с помощью окиси углерода и 50…40 % с помощью твердого углерода. Прямое восстановление железа происходит в районе распара доменной печи. Образующееся в доменной печи металлическое железо находится в твердом виде (губчатое железо), поскольку оно имеет температуру плавления 1535 . В присутствии окиси углерода губчатое металлическое железо постепенно науглероживается по реакции:

Температура его плавления понижается вплоть до 1150…1200 . Вследствие этого науглероженное железо (от 1,8 до 2 % С) переходит в жидкое состояние (расплавляется) и стекает по каплям между кусками раскаленного кокса на лещадь горна доменной печи.

Во время перемещения капелек металла происходит дополнительное насыщение железа углеродом примерно до 3,5…4 %, т.е. до обычного содержания углерода в жидком чугуне. Параллельно с процессом восстановления железа в доменной печи наблюдается восстановление из шихты марганца, кремния и фосфора, которые переходят в чугун.

Восстановление высших и средних окислов марганца до низшего окисла происходит ступенчато за счет окиси углерода по схеме

MnO₂ Mn₂O₃ Mn₃O₄ MnO Mn

Закись марганца MnO трудно восстановимый низший окисел марганца, восстанавливается твердым углеродом по реакции:

SiO₂ + 2C = Si + 2CO – Q (10)

В присутствии железа эта реакция начинается при температуре 1050 и требует поглощения меньшего количества тепла.

Фосфор вносится в шихту доменной печи в виде фосфорно-кальциевых солей и восстановление его в присутствии пустой породы железной руды совершается за счет твердого углерода

Сера поступает в плавку с рудой, флюсом и коксом в виде сульфида железа. Часть серы улетучивается (от 10 до 60 %), оставшаяся часть серы руды и кокса переходит в шлак и в металл. Для удаления серы в шлак необходимо иметь избыточное количество извести:

FeS + CaO = FeO + CaS + Q (12)

FeS + Mn = MnS + Fe + Q (13)

Никель подобно железу восстанавливается окисью углерода, твердым углеродом и водородом. Процесс восстановления начинается и заканчивается раньше восстановления железа. Хром, титан, ванадий принадлежат к числу трудно восстанавливаемых элементов и восстанавливаются только твердым углеродом при температуре выше 1250….1300 о С.

Шлакообразование, т.е. сплавление пустой породы руды с флюсом, начинается с образования наиболее легкоплавкого соединения из кремнезема, глинозема и извести. Это происходит в распаре при температуре около 1200 . При более высоких температурах он изменяет свой химический состав в связи с растворением в нем золы кокса, флюсов и остатков пустой породы железной руды. Окончательный состав шлака находится в заплечиках и горне.

Продукты доменной плавки

В доменных печах выплавляют передельные и литейные чугуны, а также некоторые ферросплавы.

Передельные чугуны выплавляют 3-х видов:

По содержанию вредных примесей Р и S чугуны делятся: на классы А, Б и т.д. по фосфору и на категории I, II и т.д. по сере.

Наиболее распространенные чугуны М1, М2, М3 содержат 3,8…4,4 % С, 0,5…1,4 % Si, 0,5…1,5 % Mn, 0,15…0,3 % P, 0,02…0,06 % S. Чугуны этих марок применяют для выплавки стали мартеновским и кислородно-конверторным способом.

Чугуны марок Б1, Б2, содержащие фосфора 0,06 % (класс А) и серы 0,04 % (категория III), используют для передела в сталь кислым процессом.

Фосфористые чугуны МФ1, МФ2 и МФ3 содержат 1…2 % Р, их переделывают в сталь в мартеновских качающихся печах.

Доменные ферросплавы: зеркальные чугуны ЗЧ1, ЗЧ2, ЗЧ3 содержат 10…25 % Мn, ферромарганец Мн6, Мн7 (70…75 % Мn), доменный ферросилиций Си10, Cи15 (9…13 % Si иногда и больше) и до 3 % Mn. Эти сплавы применяют при выплавке сталей для раскисления и легирования.

В доменных печах из руд некоторых месторождений выплавляют также природно-легированные чугуны, содержащие Cr, V, Ni т.п.

Объекты исследования, оборудование, инструменты, материалы

1. Натуральные образцы шихтовых материалов: руды, флюсы, кокса, каменного угля, агломерата, окатышей.

2. Натуральные образцы огнеупорных кирпичей, специальных фасонных изделий.

3. Натуральные образцы ферросплавов (феррохрома, феррованадия и др.)

4. Макет доменной печи.

5. Плакаты доменной печи, нагревательных устройств, доменного цеха.

6. Плакаты агломашин и грануляторов.

7. Кинофрагменты технологических процессов выплавки чугунов.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с теоретическими положениями, изложенными в методичке.

2. Изучить устройство доменной печи и вспомогательных устройств, используя макет печи и плакаты.

3. Изучить огнеупорные материалы, используя натуральные образцы.

4. Изучить шихтовые материалы для доменной печи.

5. Просмотреть кинофрагменты, посвященные устройству и работе доменной печи.

6. Оформить отчет по работе.

Указания по оформлению отчета

Отчет по работе должен содержать: цель и задачи работы, краткую характеристику шихтовых материалов, подготовку руд к плавке; устройство и принцип работы агломашин и глануляторов, привести их схемы, привести схему и описать устройство и принцип работы доменной печи.

1. Назовите основные части доменной печи.

2. Перечислите вспомогательные устройства доменных печей.

3. Как классифицируются огнеупорные материалы по химическому составу и где они используются?

4. Какие руды используются в доменном производстве.

5. В чем заключается подготовка железных руд к плавке.

6. Объясните технологию получения агломерата и окатышей.

Источник