Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Головним процесом виробництва сталі і чавуну в даний час є доменний процес, а найважливішим компонентом цього процесу є доменна піч.
Доменна піч є потужним і високо продуктивним агрегатом, в якому витрачається величезна кількість шихти і дуття.
Основним паливом доменної плавки є кокс - кусковий пористий матеріал з спечений вуглецевої маси, що виходить при прожаренні кам'яного вугілля без доступу повітря.
Доменний процес намагаються вести так, щоб забезпечувався мінімальний витрата дефіцитного і дорогого коксу. В даному звіті ми розглянемо процеси, що відбуваються в доменній печі, і все що з ними пов'язано.
Доменний процес являє собою сукупність механічних, фізичних і фізико-хімічних явищ, що протікають в працюючій доменній печі. Офлайн в доменну піч шихтові матеріали - кокс, залізовмісні компоненти і флюс - в результаті протікання доменного процесу перетворюються в чавун, шлак і доменний газ.
У хімічному відношенні доменний процес є відновлювально-окислювальним: з оксидів відновлюється залізо, а окислюються відновники. Однак доменний процес прийнято називати відновних, так як мета його полягає у відновленні оксидів заліза до металу.
Агрегатом для здійснення доменного процесу служить піч шахтного типу (див. Додаток 2). Робочий простір доменної печі в горизонтальних перетинах має круглу форму, а в вертикальному розрізі - своєрідне обрис, зване профілем.
Однією з умов здійснення доменного процесу в робочому просторі печі є безперервне зустрічний рух і взаємодія опускаються шихтових матеріалів, що завантажуються в піч через колошник, і висхідного потоку газів, що утворюється в горнилі при горінні вуглецю коксу в нагрітому до 1000-1200 ° С повітрі (дуття), який нагнітається в верхню частину горна через розташовані на його окружності фурми. До дутью може додаватися технічний кисень, природний газ, водяна пара.
Шихтові матеріали завантажують в доменну піч за допомогою засипного апарату окремими порціями - подачами. Вони розташовуються на колошнике шарами, що чергуються коксу, руди або агломерату і флюсу при роботі на неповністю офлюсовані агломерату. Завантаження подач виробляють через 5-8 хв. в міру звільнення простору на колошнике в результаті опускання матеріалів.
В процесі нагрівання опускаються матеріалів відбувається видалення з них вологи і летких речовин коксу і розкладання карбонатів. Оксиди заліза під дією відновлювальних газів поступово переходять від вищих ступенів окислення до нижчих, а потім - в металеве залізо за схемою: Fe2 O3 ® Fe3 O4 ® FeO ® Fe.
Свежевосстановленное залізо помітно науглеражівается ще в твердому стані. У міру науглеражіванія температура плавлення його знижується. При температурі 1000-1100 ° С відновлення заліза майже закінчується і починають відновлюватися більш важковідновні елементи - кремній, марганець і фосфор. Науглероженного залізо, що містить близько 4% вуглецю і деяку кількість кремнію, марганцю і фосфору, плавиться при температурі 1130-1150 ° С і стікає у вигляді крапель чавуну в горн. У нижній половині шахти починається утворення рідкого шлаку із складових частин порожньої породи руди і флюсу. Зниження температури плавлення шлаку сприяють невідновлені оксиди заліза і марганцю. У стікає вниз шлаку під дією зростаючої температури поступово розплавляється вся порожня порода і флюс, а після згоряння коксу - і зола.
При взаємодії рідких продуктів плавки з розпеченим коксом в заплічок і горні відбувається посилене відновлення кремнію, марганцю і фосфору з їх оксидів, розчинених в шлаку. Тут же поглинена металом в ході плавки сірка переходить в шлак. Залізо і фосфор печі повністю відновлюються і переходять в чавун, а ступінь відновлення кремнію і марганцю і полотна видалення з чавуну сірки в великій мірі залежать від температурних умов, хімічного складу шлаку і його кількості.
Рідкі чавун і шлак поділяються в горні завдяки різним питомим масам. В міру накопичення їх в горні чавун випускають через чавунну летку, а шлак - через шлакові льотки (верхній шлак) і чавунну летку під час випуску чавуну (нижній шлак).
Всі перераховані процеси протікають в доменній печі одночасно, надаючи взаємний вплив.
Високопродуктивна і економічна робота доменної печі в значній мірі залежить від того, як організовано рух і розподіл газів і шихти в її робочому просторі. Рух газів і розподіл їх в печі визначається безліччю факторів, але головним з них є гранулометричний склад шихти і її розподіл на колошнике під час завантаження і перерозподіл при русі в доменній печі. У свою чергу і рухомий газовий потік впливає на розподіл шихти.
Гази в доменній печі рухаються через настільки шихти знизу вгору під дією різниці тисків, що залежить від величини опору завантаженою в піч шихти і кількості повітря, що нагнітається в горн повітродувної машиною. Проходячи шлях 24-26 м протягом декількох секунд, газовий потік повинен виконати теплову і відновну роботу і забезпечити рівний сход шихтових матеріалів від колошника до горна. Виходячи з цих функцій газового потоку до розподілу газів пред'являються суперечливі вимоги. Для найбільш повного використання тепла і відновної здатності газового потоку гази по перетину печі повинні розподілятися рівномірно, іншими словами, температура і склад газів у всіх точках перетину доменної печі повинні бути однаковими, а шихта - в рівній мірі нагрітої і відновленої.
Для забезпечення рівного сходу шихти газовий потік по перетину печі повинен розподілятися нерівномірно, проходячи в більшій кількості біля стін і в осьовій зоні печі, тобто там, де найчастіше буває менше руди або агломерату.
Насправді ж в доменній печі неможливо досягти рівномірного розподілу газів по перетину внаслідок специфічних особливостей доменного процесу і конструкції доменної печі.
Найбільш важливим показником, що характеризує розподіл газового потоку по перерізу стовпа шихти, є зіставлення кількостей газів, що проходять через рівновеликі площі заповненого шихтою перетину печі в одиницю часу.
3. Розподіл матеріалів на колошником при завантаженні доменної печі
Виходячи з вимог, що пред'являються до розподілу газів в доменній печі, матеріали при завантаженні повинні розподілятися нерівномірно по перетину печі як по крупності, так і по компонентах шихти. Біля стін має зосереджуватися більше великого агломерату з метою кращого використання периферійних газів, а у осі - більше коксу. Велика кількість дрібних фракцій залізовмісних компонентів біля стін печі неприпустимо, щоб уникнути тугого ходу. Основну частину дрібних фракцій необхідно розташовувати в проміжному кільці між периферією і центром.
По колу печі матеріали повинні, навпаки, розподілятися суворо рівномірно, тобто так, щоб будь-яка окружність горизонтального перетину була кривої рівного вмісту діоксиду вуглецю в газі і кривою однакової температури.
Цим умовам розподілу шихти задовольняє прийнятий спосіб завантаження матеріалів за допомогою конуса і воронки. Шихтові матеріали - кокс, залізовмісні компоненти і флюс - завантажують в доменну піч окремими порціями, званими подачами. Кількісне співвідношення компонентів шихти в кожній подачі строго постійне. Воно визначається розрахунком шихти. Матеріали на колошником подають спеціальними візками - скипами, що переміщаються по рейках похилого мосту. Обсяг матеріалів однієї подачі відповідає обсягу декількох скіпів, тому подача на колошник подається по частинам кількома скипами. При цьому одну частину скіпів подачі завантажують коксом, а іншу - залізовмісними компонентами і флюсом. При повністю офлюсовані агломерату подача складається тільки з скіпів з агломератом і коксом.
У доменній печі шихта опускається під дією своєї маси в простір, що звільняється в результаті зменшення її об'єму при протіканні різних процесів, основними з яких є горіння вуглецю коксу в фурмених осередках, витрата вуглецю коксу на пряме відновлення, утворення і плавлення чавуну і шлаку, а також ущільнення шихти при русі. 44-52% загального зменшення обсягу шихти доводиться на горіння вуглецю, 11-16% - на пряме відновлення, 25-35% - на плавлення чавуну і шлаку і 5-15% - на ущільнення матеріалів. З цього випливає, що зменшення обсягу шихти відбувається головним чином в осередках горіння перед фурмами, а фурмені вогнища можна уподібнити своєрідним воронок, через які рухається основна маса шихти.
Периферійне розташування зон горіння призводить до переважного руху шихти на периферії печі. Швидкість руху шихти в периферійному кільці колошника становить 90 - 140, а в центрі 70 - 120 мм / хв. Тривалість перебування шихти в печі змінюється в межах від 5,5 до 7 ч. Активізація роботи центру печі завжди призводить до істотного збільшення швидкостей опускання шихти в осьовій зоні і зменшення різниці швидкостей руху шихти на периферії і в центрі.
Підвищення швидкості сходу шихти на периферії колошника пояснюється і іншими причинами, головною з яких є розширення шахти донизу і більш інтенсивне в порівнянні з коксом рух залізорудних компонентів, розташованих у великій кількості на периферії.
В результаті неоднакової швидкості руху шихти в робочому просторі печі одночасно завантажені в піч матеріали приходять в горн неодночасно. Це явище називається випередженням, яке необхідно враховувати при зміні умов роботи, печі, пов'язаних з переходом на виплавку іншого виду чавуну, зміною якості матеріалів.
5. Освіта чавуну і шлаку
6. Освіта шлаку
У доменній печі шлак утворюється під дією високих температур в результаті плавлення пустої породи залізовмісних матеріалів і флюсу, до яких в горні приєднується зола згорілого коксу. Шлакоутворювальні оксидами є SiO2. CaO, MgO, Al2 O3. FeO, MnO, а також сульфіди металів, переважним з яких є CaS.
Утворенню шлаку передують процеси розм'якшення і спікання порожньої породи і флюсу, що супроводжуються утворенням твердих розчинів і різних хімічних сполук. Ці процеси є проміжна ланка при переході речовини з твердого стану в рідке. Чим більше температурний інтервал, в якому протікає перетворення шлакообразующих компонентів з твердого стану в рідке, тим більшу частину по висоті печі займає в'язка маса, що заповнює порожнечі між шматками коксу і перешкоджає руху і розподілу газів. У зв'язку з цим температурний інтервал розм'якшення шлакоутворюючих компонентів повинен бути по можливості меншим.
В процесі шлакоутворення розрізняють первинний, проміжний і кінцевий шлаки. Первинний шлак з'являється в початковій стадії шлакообразования в результаті плавлення легкоплавких з'єднань. Первинний шлак, переміщаючись в зони з більш високими температурами, нагрівається, а хімічний склад його безперервно змінюється в слідстві відновлення заліза і марганцю з відповідних оксидів і розчинення в шлаку нових кількостей CaO і MgO, що збільшують кількість шлаку. Кінцевий шлак утворюється в горнилі після розчинення в шлаку золи згорілого коксу і залишків вапна і остаточного розподілу сірки між чавуном і шлаком.
Із застосуванням офлюсованного агломерату умови шлакообразования змінюються. Присутність вапна в агломерате забезпечує хороший контакт шлакообразующих оксидів, завдяки чому їх розм'якшення при нагріванні і утворення первинного шлаку протікає в порівняно невеликий зоні по висоті печі, від чого значно підвищується газопроникність цієї зони. Відновлення заліза з офлюсованного агломерату протікає інтенсивніше і рівномірніше по перетину, внаслідок чого в первинному Шлакообразованіе бере участь менша кількість FeO, а зона початку утворення шлаку зміщується в область більш високих температур.
7. Рух матеріалів в доменній печі
Шихтові матеріали, що завантажуються на колошник доменної печі, повільно рухаються вниз. Тривалість перебування матеріалів у доменній печі складає 4-6 ч. Опускання шихти відбувається завдяки звільненню обсягу через згоряння коксу, освіти рідких продуктів плавки, ущільнення матеріалів. Оскільки основна кількість коксу згорає в фурменої області, то тут і відбувається основний рух матеріалів. Швидкість опускання на периферії печі більше, ніж по осі, наприклад переміщення матеріалів по периферії колошника становить до 140 мм / хв, а в центрі 70-120 мм / хв. У верхній частині горна близько * фурм в шихті утворюються кратери - зони згоряння коксу. У центрі стовп шихтових матеріалів, в основному кокс, поступово занурюється в рідкий шлак і виноситься знизу до вогнищ горіння.
Назустріч твердим матеріалами з великою швидкістю по всьому перетину печі рухається газовий потік. Гази утворюються при згорянні коксу близько фурм. Тривалість перебування газу в доменній печі 3 с. За цей час гази максимально віддають тепло холодним матеріалами і відновлюють оксиди металів. Для рівномірного розподілу газового потоку по перетину доменної печі велике значення має газопроникність стовпа сирих матеріалів. Оскільки дуття надходить в піч в периферійній області, то в першу чергу гази піднімаються вгору уздовж стінок печі, тим більше, що газосопротівленіе в цій області менше, ніж в центральних частинах печі. Для вирівнювання опору потоку газів прагнуть завантажувати піч так, щоб біля стін розташовувався більш товстий шар агломерату, газосопротівленіе якого більше, ніж у коксу, а в центральній частині печі знаходилося більше коксу. Розподіл шихти на колошником печі залежить від різних факторів.
Зазор між кромкою великого конуса і стінкою колошника. Якщо подивитися зверху на засипані в піч матеріали, то можна побачити нерівну поверхню з кільцевих гребенем (рис. 33, а). При малому зазорі 6i між кромкою конуса і стінкою печі гребінь засипу наближається до стінки. При збільшенні зазору до б2 гребінь віддаляється від стін, на периферію падають великі шматки шихти. Вибирають оптимальний зазор (800 - 1050 мм) для того, щоб не отримував розвитку ні надмірний осьової потік газу, ні периферійний.
Рівень засипу в печі. Під рівнем засипу розуміється відстань від кромки великого конуса в опущеному стані до поверхні шихтових матеріалів в печі. Це відстань вимірюється за допомогою двох механічних зондів, опущених в піч. Зі збільшенням висоти падіння шматків шихти до Zi2 гребінь засипу наближається до стін печі; навпаки, при малій відстані від кромки конуса до поверхні шихти hi гребінь переміщується до центру. Зазвичай рівень засипу не перевищує 1-2 м.
Вплив маси подачі. Розподіл шихти в доменній печі можна регулювати, змінюючи кількість матеріалів, одноразово звузлує в піч з поверхні великого конуса. Кокс має менший кут природного укосу, ніж агломерат, тому шар агломерату виходить більш товстим під стінами печі. Зі зменшенням маси подачі в центрі можна створити зону, в якій не буде агломерату (тільки кокс). В цьому випадку гази підуть по осі печі. Зі збільшенням маси подачі шар коксу в центрі буде перекриватися агломератом і газовий потік від периферії буде відхилятися до стінок печі.
Зміна порядку завантаження. Від чергування завантаження агломерату, коксу, вапняку також залежить розподіл матеріалів. Усе разом узяте дозволяє організувати найкращим чином хід печі. Виникаючі в ході кампанії доменної печі неполадки: нерівномірний хід, освіту охолодей на стінках і ін. Знижують добову видачу чавуну. Якщо не вжити належних заходів, то порушення рівномірного ходу домни посилюються і можуть привести до серйозних ускладнень аж до зупинки печі. Тому вміти правильно вести доменну піч - це велике мистецтво, яке потребує не тільки гарного знання процесу виплавки чавуну, а й великого виробничого досвіду.
доменний шихта піч шлак
1. Доменне виробництво. В.В. Полтавець, М. один тисяча дев'ятсот вісімдесят одна.
2. Металургія чавуну. Е.Ф. Вегман, М. Металургія, 1978.
3. Основи металургійного виробництва. В.К. Бабич, Н.Д. Лукашин, 1988.
4. Металургія чорних металів. Б.В. Лінчевський, М. 1 986.
Розміщено на Allbest.ru