|
|
Большая Советская Энциклопедия (цитаты)
|
|
|
|
|
Доменное производство | Доменное производство (далее Д) производство чугуна восстановительной плавкой руд или окускованных концентратов в доменных печах. Д - отрасль черной металлургии.
Историческая справка. Чугун был известен за 4-6 вв. до н. э. Д возникло в результате развития сыродутного процесса - "прямого" получения в твердом состоянии непосредственно из руды путем восстановления ее в низких горнах или шахтных печах (домницах) с помощью древесного угля. Первые доменные печи в Европе появились в середине 14 в., а в России - около 1630, вблизи Тулы и Каширы. На Урале первый чугун получен в 1701, а в середине 18 в. благодаря развитию уральской металлургии Россия вышла на 1-е место в мире, которое удерживала до начала 19 в. До середины 18 в. единственное топливо в Д - древесный В 1735 А. Дерби применил в доменной плавке каменно- кокс.
Основные этапы развития Д: применение паровой воздуходувной машины (И. И. Ползунов, 1766), нагрев дутья (Дж. Нилсон, 1829), изобретение кирпичного воздухонагревателя регенеративного типа (Э. Каупер, 1857). В 1913 в России было выплавлено 4,2 млн. т чугуна и она занимала 5-е место в мире. В 1940 в СССР было выплавлено 15 млн. т чугуна (3-е место в мире), а с 1947 Советский Союз уступал только США. В 1970 СССР вышел на 1-е место в мире. Выплавка чугуна в СССР в 1971 составила 89,3 млн. т. Большую роль в развитии Д в СССР сыграли М. А. Павлов, М. К. Курако, И. П. Бардин. Д в СССР характеризуется применением высокомеханизированных и автоматизированных агрегатов и передовой технологии.
Исходными материалами (шихтой) в Д являются: железная руда, марганцевая руда, агломерат, окатыши, а также горючее и флюсы. Широкое применение в шихте доменных печей СССР получил офлюсованный агломерат (свыше 90%), который содержит 50-60% при основности 1,1-1,3; расширяется применение офлюсованных окатышей. Важнейшие свойства шихтовых материалов, определяющие технико-экономические показатели доменной плавки: содержание состав пустой породы, количество вредных примесей, а также гранулометрический состав, прочность и восстановимость. Основным горючим в Д служит каменноугольный кокс. Получает распространение плавка с заменой части кокса газообразным, жидким или твердым топливом, вдуваемым в горн доменной печи. В качестве флюсов используется известняк, иногда доломит.
Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах: передельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах; литейный, идущий для чугунных отливок; специальные чугуны. Побочные продукты Д: доменный газ (теплота сгорания 3,6-4,6 Мдж/м3 (850-1100 ккал/м3)) после очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых др. цехах; доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов; колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, содержащая 30-50% , возвращается в шихту доменных печей после ее предварительного окускования (главным образом путем агломерации).
Доменный цех (рис. 1) завода с полным металлургическим циклом имеет, как правило, не менее 3 доменных печей с воздухонагревателями и системой газоочистки. Запас шихты (кокса на 6-12 ч, агломерата или руды, а также флюсов на 1-2 суток работы печей) хранится в бункерах эстакады (общей для всех доменных печей). На многих металлургических заводах в состав доменного цеха входит так называемый рудный двор, где хранится основной запас руд, укладываемых в штабеля рудными перегружателями. Формирование штабеля и забор из него материалов производятся с учетом усреднения руд. В доменном цехе имеются также машины для разливки чугуна.
Доменная печь (рис. 2) представляет собой шахтную печь круглого сечения; футерована огнеупорной кладкой (верхняя часть шамотным кирпичом, нижняя - преимущественно блоками). Для предотвращения разгара кладки и защиты кожуха печи от высоких температур используют холодильники, в которых циркулирует вода. Кожух печи и колошниковое устройство поддерживаются колоннами, установленными на фундаменте.
Шихта подается на колошник печи скипами, реже ленточными конвейерами. Скипы разгружаются в печь через приемную воронку и засыпной аппарат, установленный на колошнике. Воздух (дутье) от воздуходувных машин подается в печь через воздухонагреватели (в которых нагревается до 1000-1200°С) и фурменные приборы, установленные по окружности горна. Через фурмы вводится также дополнительное топливо (природный газ, мазут или пыль).
Продукты плавки выпускаются в чугуновозные и шлаковые ковши через летки, расположенные в нижней части горна. Образующийся в печи колошниковый газ отводится через газоотводы, расположенные в куполе печи (рис. 3).
Расстояние между осью чугунной летки и нижней кромкой большого загрузочного конуса в опущенном состоянии называется полезной высотой доменной печи, а соответствующий объем - полезным объемом доменной печи. Мощные доменные печи в СССР имеют полезный объем 2000-3000 м3 и являются одними из крупнейших в мире. Директивы по 9-му пятилетнему плану предусматривают строительство доменных печей объемом 5000 м3.
Основные процессы в доменной печи - горение топлива и восстановление , , и др. элементов. Часть кокса расходуется на процессы восстановления, но основное количество опускается в горн и сгорает вместе с вдуваемым топливом у фурм. Газы с t 1600-2300°С, содержащие 35-45% , 1-12% 2 и 45-65% 2, поднимаясь по печи, нагревают опускающуюся шихту, при этом и 2 частично окисляются до 2 и 2. Газы, выходящие из печи, имеют t 150-300°С.
Горение у фурм. У фурм доменной печи возникают очаги горения, называемые окислительными зонами, в которых вихревое движение газов приводит к циркуляции кусков кокса. Горение кокса развивается на поверхности контакта твердой и газообразной фаз. При этом соединяется с в сложные комплексы СхОу, которые затем распадаются. В упрощенном виде суммарный процесс горения твердого топлива у фурм сводится к экзотермической реакции 2 + 2 = 2. При вдувании природного газа или мазута, в которых главной составляющей являются углеводороды (например, метан), протекает реакция с выделением и 2; при этом поглощается значительная часть тепла, выделяемого при сжигании С, а следовательно, понижается температура горения у фурм. Во избежание этого необходимо повышать температуру дутья и обогащать его Положительное влияние вдувания углеводородных топлив - в повышении концентрации в газе и улучшении благодаря этому его восстановительной способности.
Восстановление и др. элементов. В доменной печи , , Р, подобно , восстанавливаясь, почти полностью переходят в чугун. Полностью восстанавливается и , который затем возгоняется, переходит в газы и отлагается в порах кладки, вызывая ее разрушение. Те элементы, которые образуют более прочные соединения с чем , восстанавливаются частично или совсем не восстанавливаются: восстанавливается на 75-90%, на 40-75%, и в небольших количествах, , и не восстанавливаются.
Восстановление поступающих в доменную печь окислов 23 и 34 происходит путем последовательного отщепления по реакциям:
323 + (2) = 234 + 2 (2),
34 + (2) = 3 + 2 (2).
Закись восстанавливается до газами (косвенное восстановление) и (прямое восстановление).
+ (2) = + 2 (2),
+ = + .
Высшие окислы 2, 23 и 34 восстанавливаются газами с выделением тепла. В дальнейшем восстанавливается до только с затратой тепла примерно в 2 раза большей, чем при восстановлении . также восстанавливается только С при высоких температурах по эндотермической реакции:
2 + 2 + = + 2.
Степень восстановления и зависит в основном от расхода кокса; на каждый процент повышения содержания в чугуне расход кокса увеличивается на 5-7%, что увеличивает количество горячих газов в печи, вызывая перегрев шахты. Обогащение дутья обеспечивая высокий нагрев горна, уменьшает количество образующихся газов, а следовательно, и температуру в шахте печи.
Сера в доменном процессе. вносится в доменную печь в основном коксом и переходит в газы в виде паров (2, 2 и др.), но большая часть остается в шихте (в виде и ); при этом растворяется в чугуне. Для удаления из чугуна необходимо перевести ее в соединения, нерастворимые в чугуне, например в :
+ = + .
Это достигается образованием в доменной печи жидкоподвижных шлаков с повышенным содержанием СаО. Восстановительная среда благоприятно влияет на этот процесс, т.к. снижает содержание в шлаке. Степень обессеривания достаточно высока, и только в некоторых случаях чугун дополнительно обессеривается вне доменной печи различными реагентами.
Образование чугуна и шлака. Восстановленное в доменной печи частично науглероживается в твердом, а затем в жидком состояниях. Содержание в чугуне зависит от температуры чугуна и его состава. Шлак состоит из невосстановившихся окислов 2, AI23 и СаО (90-95%), (2-10%), (0,1-0,4%), (0,3-3%), а также 1,5-2,5% (главным образом в виде ). Для характеристики шлаков пользуются обычно показателем основности /2 или (СаО + )/2. Основность /2 для разных условий плавки колеблется в пределах 0,95-1,35%. При выплавке чугуна на коксе с повышенным содержанием (донецкий кокс) работают на шлаках с верхним пределом основности и стремятся обеспечить содержание в шлаке 6-8% и более, улучшая его жидкоподвижность.
Работа доменной печи начинается с ее задувки. При этом горн и заплечики загружаются коксом, а шахта - так называемой задувочной шихтой. В полностью загруженную печь подается нагретое дутье (уменьшенное количество), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12-24 ч, после чего количество дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через несколько дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности.
Непрерывная работа (кампания) доменной печи от задувки до выдувки (остановки на капитальный ремонт) продолжается 5-6, а в некоторых случаях 8-10 лет и более, в течение которых печь 1-2 раза останавливается на так называемый средний ремонт для замены изношенной кладки шахты. Выплавка чугуна на мощных печах за одну кампанию достигает 5-8 млн. т чугуна и более.
Управление работой (ходом) доменной печи заключается в регулировании (в соответствии с качеством сырых материалов и видом выплавляемого чугуна) состава шихты, количества, температуры и влажности дутья, а также величины подачи или последовательности загрузки отдельных компонентов шихты и уровня засыпи. Ход доменной печи контролируется измерительными приборами, регистрирующими основные параметры загрузки, дутья, колошникового газа, температуру кладки печи на разных горизонтах.
Получили распространение плавка с вдуванием дополнительных видов топлива, обогащением дутья и работа с повышенным давлением колошниковых газов. При повышении давления на колошнике уменьшается перепад давлений между низом и верхом доменной печи; это обусловливает более ровный сход шихты, улучшает восстановительную работу газов, уменьшает вынос пыли.
Д характеризуется высокой степенью автоматизации. На современной доменной печи автоматически осуществляются все операции шихтоподачи: набор компонентов шихты с отсевом мелочи, взвешивание, транспортировка на колошник и загрузка в печь по заданной программе. Автоматически поддерживаются оптимальный уровень засыпи и распределение шихтовых материалов на колошнике, давление колошникового газа, расход воды на охлаждение, температура и влажность дутья, а также содержание в нем и расход природного газа. Автоматизировано переключение воздухонагревателей и управление режимом их нагрева. Автоматические анализаторы обеспечивают непрерывную регистрацию состава колошникового газа и дутья. Внедряются системы автоматического регулирования подачи дутья и природного газа как по общему расходу, так и по отдельным фурмам.
Новые доменные печи оснащаются системами централизованного контроля и управления, которые обеспечивают усреднение показателей приборов и подсчет комплексных показателей работы печи. Ведутся работы по комплексной автоматизации Д, в том числе управления тепловым режимом доменной печи с помощью ЭВМ.
Показатели работы доменной печи зависят главным образом от качества сырых материалов и степени подготовки их к плавке. Основные показатели: суточная производительность доменной печи в т и расход кокса на 1 т чугуна. В СССР производительность доменных печей иногда характеризуется коэффициентом использования полезного объема (кипо), т. е. отношением полезного объема в м3 к суточной выплавке передельного чугуна в т. Производительность доменной печи объемом 3000 м3 - 7000 т чугуна в сутки. В 1970 средний кипо составил 0,597 (в некоторых случаях 0,43-0,45). Расход кокса на единицу выплавляемого чугуна имеет большое экономическое значение вследствие высокой стоимости кокса. Применение дополнительного топлива позволяет уменьшить расход кокса на 8-20% и снизить благодаря этому себестоимость чугуна. В СССР при выплавке передельного чугуна из хорошо подготовленной богатой шихты расход кокса 550-600 кг/т, а на некоторых заводах - не более 450-500 кг/т.
Совершенствование Д направлено на улучшение подготовки сырых материалов к плавке, увеличение мощности (объема) доменных печей, внедрение прогрессивной технологии, автоматического управления ходом доменной печи.
Лит.: Сборник трудов по теории доменной плавки, сост. М. А. Павлов, т. 1, М., 1957; Леонидов Н. К., Усовершенствование конструкций доменных печей, М., 1961; Доменный процесс по новейшим исследованиям. (Сб. ст.). К 100-летию со дня рождения акад. М. А. Павлова, М., 1963; Д. Справочник, под ред. И. П. Бардина, т. 1-2, М., 1963; Готлиб А. Д., Доменный процесс, 2 изд., М., 1966.
В. Г. Воскобойников, А. Г. Михалевич.
|
Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска
|
|
 |
 |
 |
|
