Доменная печь

Доменная печь после многих преобразований и модернизаций на новом шаге собой представляет конструкцию для получения чугуна как ключевого ингредиента сталелитейной промышленности.

Устройство доменной печи позволяет вести непрерывную плавку до капремонта, который проводят с периодичностью 1 раз в 3-12 лет. Остановка процесса приводит к появлению сплошной массы из-за спекания элементов (закозления). Для ее извлечения нужна неполная разборка агрегата.

Объем работы сегодняшней доменной печи может достигать 5500 м3 при высоте 40 м. Она может выдать около 6000 т чугуна за одну плавку. А необходимое оборудование, обслуживающее системы, размещенные вокруг, занимает пару десятков гектар земли.

Доменная печь применяется для изготовления литейного чугуна, который в последующем проходит плавку для получения самых разных марок чугунов или отправляется на регенерация для получения конструкционных сталей.

Большая необходимость в металле совпала по времени с шагом электрификации и механизации производства. Поэтому успехи черной металлургии связаны с самим началом применения электрических приводов, электрических автоматических систем управления на всех стадиях процесса производства.

Устройство доменной печи

На заре черной металлургии плавку болотной руды проводили в домнице – это мини домна, воздух в которую поступал от мехов. А обогащение железа углеродом было от кокса. Объемы выплавляемого металла именно так были невелики и имели отличительные свойства периодичностью.

Конструкция доменной печи

Строение доменной печи напоминает шахту. Ее диаметр втрое меньше высоты. Монтаж высотной конструкции выполняется на фундаменте из бетона толщиной 4 м. Необходимость в таком тяжелом фундаменте появляется из-за массы домны, которая более 30 000 т.

На фундаментной плите крепятся колонны и целостный (монолитный) цилиндр, которые делаются и термоустойчивого бетона. Пространство внутри конструкции обложено жаропрочными материалами, а верхняя часть шамотом. В районе заплечников, где температура может достигать 2000°С — графитированными материалами, а под ванной с чугуном — футеровка из глинозема. Также на фундаменте устанавливается печной горн.

Часть снизу доменной печи, где температура максимальна, оснащается холодильниками с водяным охлаждением.Для удержания собранной жаростойкой конструкции, с наружной стороны доменная печь заключена в железную рубашку толщиной 40 мм.

Процесс восстановления железа происходит из руды в обстановке известнякового флюса при большой температуре. Температура плавления достигается горением древесного угля. Для поддержки горения нужен воздух, по этому в домне установлены 4 — 36 фурм или леток.

Большой внутренний объем нуждается в значительных объемах воздуха, которые подают турбинные нагнетатели. Чтобы не уменьшать температурный, режим воздух перед подачей подогревается.

Схематически доменная печь выглядит так.

Схема расположения оборудования для доменного производства

Состав конструкции производства литья:

1. шихта (руда и известняк);
2. коксовый уголь;
3. загрузочный подъемный механизм;
4. колошник, предотвращающий попадание газов из домны в атмосферу;
5. слой загруженного древесного угля;
6. шихтовый слой;
7. компрессоры;
8. отводимый шлак;
9. литьевой чугун;
10. емкость для приема шлака;
11. приемный ковш для расплава;
12. установка типа Циклон, очищающая от пыли доменный газ;
13. кауперы, регенераторы газов;
14. дымоотводящая труба;
15. воздухоподвод в кауперы;
16. угольный порошок;
17. печь для спекания древесного угля;
18. емкость для хранения древесного угля;
19. отвод колошникового газа большой температуры.

Доменная печь обслуживается вспомогательными системами.

Колошник – это затвор домны. От его хорошей работы зависит обстановка с экологией вокруг производства.

1. воронка приемная;
2. воронка небольшого конуса, вращающаяся;
3. конус маленький;
4. межконусное пространство;
5. конус большой;
6. скип.

Рабочий принцип колошника следующий:

• Большой конус опущен, а небольшой поднят. Окошки во вращающейся воронке перекрыты.
• Скип выполняет загрузку шихты.
• Поворачиваясь, воронка открывает окна, и шихта сыпется на небольшой конус 3. после возвращается на место.
• Конус подымается, таким образом мешает выходу доменных газов.
• Конус опускается для передачи шихты в межконусное пространство, после подымается на исходную позицию.
• Конус опускается, а одновременно с ним шихта загружается в доменную шахту.

Такая дозированная подача обеспечивает послойное распределение материалов.

Скип – черпак, с помощью которого выполняется загрузка. Она делаются по конвейерной технологии. Компрессоры – летки и фурмы выполняют подачу воздуха в доменную шахту под давлением 2-2,5 МПа.

Фурма и чугунная летка

Кауперы служат для нагрева подаваемого воздуха. В регенераторах он подогревается доменными газами, снижая таким образом энергетическую нагрузку на аппарат. Воздух нагревается до 1200°С и подается в шахту. При снижении температуры до 850°С подача заканчивается, возобновляется цикл нагрева. Для безотказной подачи горячего воздуха ставится несколько регенераторов.

Рабочий принцип домны

Для получения чугуна нужны следующие компоненты: шихта (руда, флюс, древесный уголь), большая температура, систематическая подача воздуха для обеспечения непрерывного горения.

Термохимические реакции

Регенерация железа из окислов путем ступенчатой химреакции:

Получение нужного количества углекислого и угарного газа обеспечивает горение древесного угля:

Для разделения железа от примесей применяется известняковый флюс. Химические реакции, образующие шлак:

Рабочий принцип доменной печи такой. После загрузки доменную печь начинают разжигать газом. По мере увеличения температуры подсоединяется каупер и начинается продувка воздухом. Древесный уголь – горючее для доменной печи – начинает интенсивнее гореть, и температура в шахте сильно возрастает. При разложении флюса образуется очень много углекислого газа. Монооксид углерода в химических реакциях выступает восстановителем.

Схема производства чугуна

После сгорания древесного угля и разложения флюса столб шихты опускается, сверху добавляется на очереди часть. Снизу в очень широкой части шахты происходит полное регенерация железа при температуре 1850°С — 2000°С. После оно течет в горн. Тут происходит обогащение железа углеродом.

Температура в доменной печи меняется в сторону увеличения по мере опускания шихты. Процесс восстановления течет при 280 °С, а плавка происходит после 1500 °С.

Разлив расплава происходит в 2 этапа. На первом через летки сливается шлак. На втором через чугунные летки сливается чугун. Больше 80% выплавляемого чугуна идет на производство стали. Из остального чугуна отливают в опоках болванки.

Работает доменная печь постоянно. От загрузки шихты до получения сплава проходит 3-20 дней — все будет зависеть от объема печи.

Обслуживание и ремонт доменной печи

Любому оборудованию, работающему в круглосуточном режиме, требуется постоянное обслуживание. Регламенты закладываются в техпаспорт оборудования. Несоблюдение графика техобслуживания за собой влечет уменьшение эксплуатационного периода.

Работы по техобслуживанию доменных печей разделяют на периодические и капитальные ремонты. Периодические работы проводятся безостановочно процесса работы.

Капитальный же ремонт по объему проводимых работ разделяется на три разряда. Во время первого разряда выполняется осмотр всего оборудования, при этом из шахты вынимаются расплавы. Во время второго разряда выполняется ремонт футеровки, замена вышедших из строя компонентов оборудования. При третьем разряде выполняется полнейшая замена агрегата. В большинстве случаев подобный ремонт соединяют с модернизацией или реконструкцией домны.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.