Доменная печь

Для чего нужна доменная печь? конструкция доменной печи, принцип работы и устройство

Несмотря на большое количество синтетических и полимерных материалов, получивших большое распространение в современной промышленности и в быту, использование сплавов железа не уступает пальму первенства. Самые ответственные детали, механизмы, инструменты и прочие узлы изготовлены из различных марок и видов металла, обладающих необходимыми свойствами для решения поставленных задач. Активные поиски полноценной замены металлическим сплавам пока не имеют успеха, поскольку разница в свойствах материалов слишком велика. Развитие металлургии не останавливается, появляются новые технологии и методики изготовления высокопрочных и твёрдых материалов. При этом не забыты и старые, традиционные методы выплавки металлов, отработанные веками и детально изученные многими поколениями металлургов. Рассмотрим устройство доменной печи — одной из наиболее старых конструкций для производства литейного чугуна, которая активно применяется и по сей день.

Устройство домны

Современная печь – это огромная конструкция весом до 35000 т и высотой до 40 м. Чтобы многолетняя выплавка без простоев была возможной, печь должна быть прочной и надёжной. Снаружи устройство покрыто стальным кожухом – основа облицована толстыми листами (до 4 см).

Изнутри расположена огнестойкая футеровка. Она нуждается в постоянном охлаждении, поэтому внизу монтируют металлоёмкости, в которых циркулирует вода. Поскольку жидкости нужно очень много, иногда применяют охлаждение испарением. Суть метода – в испарении кипящей воды, активно поглощающей при этом тепловую энергию.

Рисунок 2. Устройство доменной печи

Печь представляет собой сооружение, состоящее из множества элементов. Основные представлены:

Читайте также: Особенности физико-химического поведения меди и стали, их учёт при выборе метода сварки этих материалов в конкретных условиях

Колошник

Это верхний элемент, который служит для загрузки сырья (шихты) и отвода отработанных газов. Главная часть колошника – засыпной агрегат. В большинстве случаев аппараты для засыпки шихты двуконусные. Между засыпками оба конуса прикрыты. После подачи сырья меньший элемент опускается, и железная руда попадает в больший. Как только набирается необходимая порция, малый конус закрывается, из большого руда попадает в печь. После этого герметизируется и крупное устройство.

Более продвинутые домны имеют улучшенную конструкцию колошника. Роль большого конуса играет вращающийся желоб с регулируемым углом наклона. Благодаря этому возможна засыпка сырья с любой стороны.

Колошник служит и газоотводом. В процессе выплавки образуется огромное количество газа. Вместе с ним удаляется и железосодержащая пыль, которую улавливают газоочистители.

Рисунок 3. Схема доменного производства

Шахта

Шахта занимает большую часть печного пространства. Конструкция, расширяющаяся книзу, представляет собой усечённый конус. Благодаря этому подача шихты происходит равномерно. Доменная печь – сооружение вертикальное и достаточно высокое. Это необходимо для обеспечения хим- и термообработки сырья нагретыми газами.

Распар

Элемент в форме цилиндра расположен в средней части рабочей доменной зоны. Для распара характерен наибольший диаметр. Назначение конструкции – увеличение печного пространства и ликвидация ненужного сырья. Здесь образуется пустая порода.

Заплечики

Укороченный конусообразный вариант распара – усечённый компонент обращён широкой частью вверх. С помощью заплечиков снижают объём выплавляемой шихты при производстве чугуна.

Основная часть, в которой и происходит выплавка металлов. Здесь горит кокс и образуется газ, накапливается шлак и чугун и происходит регулярный выпуск жидкого металла из конструкции. Состоит горн из фурменной зоны и металлоприёмника. Через фурмы, посредством воздухонагревателя и кольцевого воздуховода, в печь поступает горячий воздух. Он необходим для горения топлива. Дно металлоприёмника называется лещадь.

Внизу горна находятся шлаковые и чугунные летки – отверстия, через которые проходит расплавленный металл. После выпуска чугуна отверстие закрывают с помощью поршневого механизма огнеустойчивой массой.

Шлаковые отверстия находятся на 1,5-2 м выше чугунных леток. Их закрывают с помощью стальных штопоров с наконечниками. От чугуна шлак отделяется посредством агрегата, расположенного на печном желобе. Обе составляющие подаются в специальные ковши.

Всё это гигантское сооружение имеет огромную массу. Такой вес необходимо передавать грунту равномерно. Поэтому домну устанавливают на массивном бетонном фундаменте, толщина подошвы которого может достигать 4 м. Подошва служит опорой колоннам, на которые, в свою очередь, опираются металлоконструкции. Верхнюю фундаментную часть выполняют из жаростойкого бетона в формате монолитного цилиндра.

Давление огромной массы на грунт компенсируется устройством мощного фундамента

В таблице представлена взаимосвязь размеров некоторых современных печей.

Размеры, мм	Полезный объём домны, м3
2000	3000	5000
Диаметр:
колошника	7300	8200	11200
распара	10900	12900	16300
горна	9750	11700	14900
Высота:
шахты	18200	20100	19500
горна	3600	3900	4500
полезная	29200	32200	32200
полная	32350	34650	36900

Системы и оборудование

Устройство доменной печи современного образца включает в себя десятки вспомогательных систем, управляемых мощными компьютерами. Металлурги наших дней по-прежнему носят каски с темными очками, но сидят в кабинах с кондиционером за пультом с дисплеями. Тем не менее, принципы работы основных систем и устройств, обеспечивающих работу доменной печи, остались прежними.

Читайте также: Сплав железа с никелем. Магнитный сплав железа с никелем

Кауперы

Воздухонагреватель Каупера (см. рис.) – устройство циклического действия. Вначале насадка-регенератор из теплоемкого жароустойчивого материала нагревается догорающими доменными газами. Когда температура насадки достигнет ок. 1200 градусов, каупер переключается на дутье: наружный воздух через него прогоняется в домну противотоком. Насадка остыла до 800-900 градусов – каупер переключают снова но прогрев.

Внешний вид и устройство кауперов доменной печи

Поскольку дуть в домну нужно непрерывно, кауперов при ней должно быть не менее 2-х, но строят их не менее 3-х, с запасом на аварию и ремонт. Для больших, сверхбольших и гигантских доменных печей строят батареи кауперов из 4-6 секций.

Колошниковый аппарат

Устройство колошникового аппарата доменной печи

Это самая ответственная часть домны, особенно в свете теперешних требований экологии. Устройство колошникового аппарата домны показано на рис. справа; он представляет собой 3 согласованно действующих газовых затвора. Цикл его работы такой:

1. исходное состояние – верхний конус поднят, преграждает выход в атмосферу. Окна в днище вращающейся воронки приходятся на горизонтальную перегородку и перекрыты. Нижний конус опущен, дает выход доменным газам к дымососу и далее в циклон;
2. скип (см. далее) опрокидывается и вываливает колошник материалов в приемную воронку;
3. вращающаяся воронка с окнами в днище поворачивается и пропускает загрузку на малый конус;
4. вращающаяся воронка возвращается в исходное состояние (окна закрыты перегородкой);
5. большой конус поднимается, отсекая доменные газы;
6. малый конус опускается, пропуская загрузку в межконусное пространство;
7. малый конус поднимается, дополнительно перекрывая выход в атмосферу;
8. большой конус опускается в исходное состояние, выпуская загрузку в шахту домны.

Таким образом, материалы в шахте печи ложатся слоями, выпуклыми книзу и вогнутыми сверху. Это совершенно необходимо для нормальной работы домны, поэтому нижний (большой) затвор всегда обратно-конический. Верхние могут быть иной конструкции.

Скип

Скип, с англ. – ковш, черпак, разинутая пасть. Колоша (с фр.) – горсть, ковш, черпак. Кстати, отсюда же и калоши. Доменные печи снабжаются преимущественно скиповыми подъемниками материалов. Скип домны (справа на рис.) зачерпывает из скиповой ямы калошу материала, поднимается специальным механизмом по наклонной эстакаде (слева на рис.), опрокидывается в колошниковый аппарат и возвращается обратно.

Скиповый подъемник материалов и скип доменной печи

Фурмы и летки

Устройство фурмы доменной печи показано слева на рис., чугунной летки в центре, а шлаковой справа:

Устройство фурмы и леток доменной печи

Сопло фурмы направлено в самое сердце доменного процесса; через него удобно зрительно контролировать его ход, для чего на воздуховоде фурмы устраивается гляделка с жаростойким стеклом. Давление воздуха на срезе сопла фурмы – 2-2,5 ати (2,1-2,625 МПа сверх атмосферного).Летки после выпуска расплава запечатываются комом жароустойчивой глины. Раньше по ним для этого стреляли пластичным глиняным ядром из специальной пушки. Ныне летки запечатываются дистанционно управляемой электрической пушкой (название – дань традиции), приближающейся к летку вплотную. Это намного уменьшило аварийность, травмоопасность и экологичность доменного процесса.

Читайте также: Чем чревато изменение кислотности желудка

Дополнительные печные элементы

Функционирование печи требует работы вспомогательных устройств. Среди них:

• воздухонагреватели; крупные элементы башенного типа располагают рядом с печью; в них поступает колошниковый газ, который затем сгорает; благодаря этому образуется ещё более горячий газ, посредством сложной системы нагревающий воздух; последний – нагретый до температуры, как минимум, 1000 градусов – идёт в ход для выплавки чугуна;
• воздуходувные машины; сжатый воздух необходим для топливного горения; в печь воздух поступает благодаря устройствам, образующим давление порядка 25 МПа;
• устройства для подъёма и засыпки шихты;
• газоочистители для очистки колошниковых газов;
• прочие вспомогательные устройства – например, мостовые краны, которыми оборудованы литейные дворы.

Рисунок 4. Пример современной доменной печи

Современные печи оснащаются системами автоматики. Компьютеризация позволяет контролировать и регулировать основные параметры, связанные с функционированием домны. Под контролем уровень засыпки сырья, давление газа, температура дутья и т. п.

Современные домны даны на откуп автоматике. Компьютер контролирует основные производственные процессы

Литература и источники

• Бабарыкин Н. Н.
  Теория и технология доменного процесса. — Магнитогорск: ГОУ ВПО «МГТУ», 2009. — С. 15. — 257 с.
• Карабасов Ю. С., Черноусов П. И., Коротченко Н. А., Голубев О. В.
  Металлургия и время: Энциклопедия. — М.: Издательский Дом МИСиС, 2014. — Т. 6. Металлургия и социум. Взаимное влияние и развитие. — 224 с. — 1000 экз. — ISBN 978-5-87623-760-6.
• Толковый металлургический словарь. Основные термины / Под ред. В. И. Куманина
  . — М.: Рус. яз., 1989. — 446 с. — ISBN 5-200-00797-6.
• Ефименко Г. Г., Гиммельфарб А. А., Левченко В. Е.
  Металлургия чугуна. — Киев.:Выща школа, 1988. — 352 с.
• Ферсман А. Е.
  Занимательная геохимия. — М.: Детгиз, 1954. — 486 с.
• Рамм А. Н.
  Современный доменный процесс. — М.: Металлургия, 1980. — 303 с.
• Товаровский И. Г.
  Доменная плавка. 2-е издание.- Днепропетровск: «Пороги», 2009.-768 с.
• Андронов В. Н.
  Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья. Доменный процесс. — Донецк: Норд-Пресс, 2009.-377 с. — ISBN 978-966-380-329-6.
• Г. Н. Еланский, Б. В. Линчевский, А. А. Кальменев
  Основы производства и обработки металлов. Москва 2005 г.

Принцип работы

Принцип работы доменной печи состоит в следующем: в приемную камеру загружается рудная шихта с коксом, известняковым флюсом. В нижней части осуществляется периодический выпуск чугуна/ферросплавов и отдельно расплава шлака. Так как при выпуске уровень материала в домне понижается, требуется одновременная загрузка новых партий шихты.

Процесс работы постоянный, горение поддерживается при контролируемой подаче кислорода, что обеспечивает большую эффективность.

Конструкция доменной печи обеспечивает непрерывный процесс переработки руды, срок эксплуатации домны составляет 100 лет, капитальный ремонт проводится каждый 3-12 лет.

Кто изобрел?

Это позволило сильно снизить расход кокса более, чем на треть и повысить эффективность работы печи. До этого первые доменные печи фактически были сыродутными, то есть в них вдувался не обогащенный и не подогретый воздух.

Использование кауперов, то есть регенеративных воздухонагревателей, позволило не только повысить эффективность домны, но и снизить или вовсе исключить закозление, что наблюдалось при нарушениях технологии. Можно смело утверждать, что это изобретение позволило довести процесс до совершенства. Современные домны работают именно по этому принципу, хотя их управление сегодня автоматизировано и обеспечивает большую безопасность.

Воздухонагреватели

Воздухонагреватели сооружаются при домнах с момента изобретения Э. А. Каупера, то есть с 1857 года. Воздухонагреватели имеют вид больших башен, расположенных рядом с домной. Из домны по трубе — газоотводу — в воздухонагреватель поступает горячий колошниковый газ, который в специальной камере внутри воздухонагревателя смешивается с поступающим по другой трубе воздухом и сгорает. Образующийся ещё более горячий газ проходит через насадку — сложенную из кирпичей колонну с зазором между ними для прохода газа. Этот газ нагревает насадку и выводится из воздухонагревателя через третью трубу. Когда насадка нагреется до необходимой температуры, в воздухонагреватель пускают обычный, ненагретый, воздух, который, проходя через насадку, нагревается до температуры свыше 1000 °С и далее идёт в домну для выплавки чугуна. Насадка при этом постепенно охлаждается, и когда она достаточно охладится, её снова разогревают сжиганием колошникового газа. Отсюда видно, что процесс нагрева воздуха для домны не является непрерывным, а поскольку выплавка чугуна в домне идёт постоянно, при ней сооружают несколько воздухонагревателей — пока один из них работает на нагрев насадки колошниковым газом из домны, другой работает на нагрев насадкой воздуха для домны.

Доменный процесс

Современные печи для плавки чугуна обеспечивают примерно 80 % от общего количества чугуна, с разливочных площадок он сразу подается в электроплавильные либо мартеновские цеха, где и происходит переделка черного металла в сталь с требуемыми качествами.

Из чугуна получают чушки, отправляемые затем производителям для отливки их в вагранках. Для слива шлака и чугуна используются специальные отверстия, называемые летки. Однако в современных печах применяются не отдельные, а один общий леток, разделяемый специальной жароупорной плитой на каналы для подачи чугуна и шлака.

Как работает домна?

Доменный процесс полностью зависит от избытка углерода в полости печи, он заключается в термохимических реакциях, протекающих внутри при загрузке всех компонентов и их нагреве.

Температура в доменной печи может составлять 200-250°С непосредственно под колошником и до 1850-2000°С в активной зоне – распаре.

При подаче в печь горячего воздуха и розжиге кокса в домне повышается температура, начинается процесс разложения флюса, в результате чего повышается содержание углекислого газа.

При понижении столба материала в шихте происходит восстановление монокисла железа, в нижней части столба из FeO восстанавливается чистое железо, стекающее в горн.

По мере стекания железо активно контактирует с углекислым газом, происходит насыщение металла и придание ему требуемых свойств. Общее содержание углерода в железе может составлять от 1,7%.

Назначение печей

Производство чугуна в доменной печи является важной отраслью деятельности черной металлургии. Эта работа требует не только необходимости использования спецоборудования, но и тщательного следования определенных технологиям

Выплавка производится в доменной печи из пустых пород и рудного вещества. В роли рудного вещества может выступать красный, бурый, шпатовый, магнитный железняк или марганцевые руды.

Восстановление железа — один из основных этапов производства чугуна. В результате этого процесса железо обретает твердость. Далее его опускают в распар, который способствует растворению углерода в железе. Таким образом, происходит образование чугуна. Именно в горячей части печи начинает плавиться сам чугун, медленно стекая в нижнюю часть.

Принцип работы доменной печи зависит от вида этого громоздкого приспособления. Существуют печи коксовые и древесноугольными. Первые работают на коксе, вторые, соответственно – на древесном угле. Шахтная печь рассчитана на непрерывный принцип действия. Форма данного оборудования представляет собой два конуса, сложенных широкими сторонами основаниями. Между этими конусами расположена часть печи, обладающая цилиндрической формой – распар.

Индустриальная доменная печь, называемая плавильной, предназначена для перевода обрабатываемого материала из одного состояния в другое. Так, твердое состояние постепенно, под воздействием температуры, превышающей температуру плавления, переходит в жидкое. Материал, доведенный до жидкого состояния может находиться во взвешенном положении, а также в кристаллизаторе, тигле, горне шахты или ванне на подине. Индустриальные доменные печи применяются в целях производства металлов из руд. Именно в них проходят еще процессы выплавки цветных металлов и стали, варки стекла и прочих.

Ремонт доменных печей можно проводить несколькими способами. Основные ремонтные работы производятся по мере необходимости или в связи с плановым капитальным ремонтом. Именно в этот период непрерывный процесс работы приостанавливается. Капитальный ремонт делится на три вида разрядов. По первому ремонтному разряду надлежит выпускать из горна жидкие продукты плавки полностью и проводить тщательный осмотр всего оборудования. Второй разряд обозначает средний ремонт с заменой некоторых элементов. Третья категория ремонта подразумевает смену засыпных устройств и поправку колошниковой защиты.

Устройство домны

Конструкция домны очень сложная, это большой комплекс, который включает в себя следующие элементы:

• зона горячего дутья;
• зона плавления (сюда входят горн и заплечики);
• распар, то есть зона, где происходит восстановление FeO;
• шахта, где происходит восстановление Fe2O3;
• колошник с предварительным нагревом материала;
• загрузка шихты и кокса;
• доменный газ;
• зона, где находится столб материала;
• выпуски для шлака и жидкого чугуна;
• сбор для отходящих газов.

Высота доменной печи может достигать 40 м, вес – до 35 000 тон, вместимость рабочей зоны зависит от параметров комплекса.

Читайте также: Латунная труба в быту и производстве – обзор от «А до Я»

Как сделать доменную печь своими руками?

Нюансы

Производство чугуна является высокорентабельным бизнесом, но наладить изготовление черного металла без серьезных финансовых инвестиций невозможно. Доменная печь своими руками в «кустарных условиях» – это просто нереализуемо, что связано со многими особенностями:

• крайне высокая стоимость домны (такие расходы могут себе позволить исключительно крупные комбинаты);
• сложность конструкции, несмотря на то, что чертеж доменной печи можно найти в свободном доступе (выше схемы), собрать полноценный агрегат для производства чугуна не получится;
• физлица и ИП не могут заниматься деятельностью по изготовлению чугуна, на это просто никто не выдаст лицензию;
• залежи сырья для черной металлургии практически исчерпаны, окатышей или агломерата в свободной продаже нет.

Но в домашних условиях можно собрать имитацию печи (мини-доменную печь), при помощи которой можно плавить металл.

Но работы эти требуют максимального внимания и крайне не рекомендуются при отсутствии опыта. Зачем может потребоваться изготовление подобной конструкции? Чаще всего – это обогрев для теплицы или дачи с максимально эффективно используемым топливом.

Инструменты и материалы

Для изготовления конструкции в домашних условиях, надо приготовить:

• металлическая бочка (можно заменить на трубу с большим диаметром);
• два отрезка трубы круглого сечения с меньшим диаметром;
• отрезок швеллера;
• листовая сталь;
• уровень, ножовка по металлу, рулетка, молоток;
• инвертор, набор электродов;
• кирпичи, глиняный раствор (необходимы для фундамента конструкции).

Все работы надо проводить только на улице, так как процесс достаточно грязный и требующий наличия свободного пространства.

Пошаговая инструкция

1. На приготовленной заготовке в виде бочки срезается верх (его следует оставить, так как он понадобиться дальше).
2. Из стали вырезается круг с диаметром, меньшим чем диаметр бочки, в нем делается отверстие для трубы.
3. Труба аккуратно приваривается к кругу, внизу сваркой крепятся отрезки швеллера, которые будут придавливать топливо во время работы печи.
4. Крышка печи изготавливается из отрезанного ранее дна бочки, в котором делается отверстие для закладного люка с дверкой. Также необходимо сделать дверку, через которую будут удаляться остатки золы.
5. Печь обязательно устанавливается на фундамент, так как в процессе работы она очень сильно нагревается. Для этого сначала устанавливается бетонная плита, затем выкладывается несколько рядов из кирпича, образующих углубление в центре.
6. Для отвода продуктов сгорания монтируется дымоходная труба, диаметр прямой части будет больше, чем диаметр корпуса печи (требуется для лучшего отвода газов).
7. Отражатель не является обязательным элементом конструкции, но его использование позволяет повысить КПД печи.

Особенности конструкции

Особенностями такой самостоятельно изготовленной печи являются:

• уровень КПД хороший;
• есть возможность работы в автономном режиме до 20 часов;
• в печи происходит не активное горение, а тление с постоянным выделением тепла.

Как работает

Для обеспечения непрерывности работы, возле домны устанавливается склад для окатышей (агломерата), флюса и кокса – бункер, предназначенный для составления шихты.

Поставки сырья в бункеры, как и подача шихты к засыпным устройствам на колошник, производится по непрерывной схеме с использованием транспортеров.

Опускаясь под своей массой, шихта попадает в среднюю часть печи, где под воздействием горячих газов, образующихся в результате сгорания кокса, железорудный материал нагревается, а оставшиеся газы выходят через колошник.

В горне, который находится внизу печи, располагаются аппараты для подачи под давлением горячих воздушных потоков – фурмы. В фурмах имеются окошки с термостойкими стеклами, позволяющие производить визуальный контроль процесса.

Обратите внимание: для защиты от воздействия высоких температур устройства охлаждаются водой по имеющимся внутри каналам.

В процессе горения происходит соединение кокса и кислорода с образованием углекислого газа.

Воздействие высокой температуры на углекислый газ превращает последний в отнимающий у руды оксид углерода и восстанавливает железо. Процесс образования чугуна происходит после прохождения железа сквозь слои раскаленного кокса. В результате такого процесса, железо насыщается углеродом.

После того как чугун в горне накопился, жидкий металл выпускается через находящиеся внизу отверстия – летки. В первую очередь через верхнюю летку выпускается шлак, а затем, через нижнюю летку – чугун. По специальным каналам чугун сливается в размещенные на железнодорожных платформах ковши и транспортируется на дальнейшую обработку.

Для производства стали используется чугун, который называется переделочным – он составляет до 80% производства.

Переделочный чугун транспортируется в сталелитейный цех с конверторами, мартеновскими или электрическими печами. В современных, огромного размера домнах для поддержания процессов горения используется не только потоки горячего воздуха, но и чистый кислород, применяемый вместе с природным газом.

Такая технология позволяет расходовать меньшее количество кокса, но является технологически более сложной. Поэтому для контроля процесса производства, выбора оптимальных режимов плавки используются компьютеры, способные вести одновременный анализ работы всех систем.

Смотрите познавательное видео, в котором описываются принцип работы и нюансы функционирования доменной печи:

Стоимость на примере КПД №7

Изготовление доменных печей – это ресурсозатратный и дорогой процесс, который нельзя поставить на поток. Так как домны применяются исключительно в промышленности, их проектирование и сборка осуществляются под конкретный металлургический комплекс, включающий в себя многие объекты и узлы внутренней инфраструктуры. Такая ситуация наблюдается не только в РФ, но и в других странах мира, имеющих собственные объекты металлургии.

Стоимость изготовления и монтажа доменной печи достаточно высокая, что связано со сложностью выполнения работ. Примером может случить большой доменный комплекс №7 под названием «Россиянка», установленный в 2011 году. Его стоимость составила 43 млрд. рублей, к производству были привлечены лучшие инженеры РВ и стран зарубежья.

Комплекс включает в себя следующие узлы:

• приемное устройство для руды;
• приточные станции бункерной эстакады и центрального узла;
• бункерная эстакада;
• компрессорная станция (установлена на литейном дворе);
• установка для вдувания пылеугольного топлива;
• утилизационная ТЭЦ;
• центр управления и административный корпус;
• литейный двор;
• домна;
• воздухонагревательные блоки;
• насосная станция.

Новый комплекс обеспечивает производство более 9450 тонн чугуна в сутки, полезный объем печи равен 490 куб.м, а рабочей – 3650 куб.м. Конструкция домны обеспечивает безотходное и экологически чистое производство чугуна, в качестве побочных продуктов получают доменный газ для ТЭЦ и шлак, используемый в дорожном строительстве.

Память

Участники строительства доменной печи № 9 награждались одноимённым знаком.

В 1974 году, к запуску печи, была выпущена памятная медаль.

Строительство доменной печи № 9 оставило значительный след в искусстве СССР. Художниками было написано множество полотен посвящённых как самой доменной печи, так и людям её возводившим.

Картины посвящённые доменной печи № 9:

• Талеев А. М. Девятое небо (1973);
• Ситник П. Ф. Котлован девятой домны (1973);
• Городисский В. Н. Рождение девятой (1974);
• Филоненко В. Д. Строительство девятой доменной печи (1974);
• Козулин М. Я. Строительство девятой криворожской (1974);
• Грибок Д. К. Монтаж ДП-9. Бригада заслуженного строителя УССР А. П. Матвиенко (1974);
• Горбаченко В. С. Строительные работы на девятой домне; Девятая домна строится;
• Шишко Г. Г. На строительстве ДП-9 (1974);
• Ткач А. С. Романтики девятой (1974);
• Костенко А. О. На Девятой; Утро на ДП-9;

Доменная печь

Доменная печь (также устаревшие Hohofen ) является крупномасштабным растением , с которой жидкостью чугун получает из обработанных железных руд ( в основном оксидов ) в непрерывном сокращении и процессе плавок .

Весь завод также известен как металлургический или плавильный завод и, помимо доменной печи как центрального компонента, имеет другие объекты, обеспечивающие непрерывную работу. К ним относятся бункер для хранения исходных материалов ( Möller : железная руда и агрегаты ) и нагревательных материалов ( кокс ) с подключенными системами транспортировки и трубопроводов для подачи их в головку печи на головке печи. Дополнительные устройства служат для выпуска печного газа на головке печи, для подачи воздуходувки ветра , предварительно нагретого в доменной печи в средней части доменной печи и разгрузочный чугун и шлак из нижней части печи.

Эти добавки , содержащиеся в Möller , такие как диоксид кремния (кварцевый песок) , оксид кальция (известь) и другие, которые используются в процессе доменной печи для связывания нежелательных составных частей руды в шлаке , а также понизить температуру плавления железо . Кокс, нанесенный слоями, служит энергоносителем и восстановителем, а горячий ветер, продуваемый несколькими фурмами, обеспечивает необходимый кислород .

После этого часть абсорбированного углерода и большую часть абсорбированного фосфора и серы необходимо удалить из передельного чугуна, полученного путем рафинирования, прежде чем его можно будет в дальнейшем переработать в различные типы чугуна или стали . Шлак и топочный газ образуются как побочные продукты . Шлак обычно гранулируется и используется как шлак в цементной промышленности. Доменный газ сначала используется для получения необходимого горячего дутья, а затем используется в качестве отопительного газа.

Современный доменный процесс развивался в течение примерно 5000 лет на основе простых гоночных или кусковых пожаров, разжигаемых древесным углем и нагнетаемых холодным воздухом в гоночных печах и штучных печах . Процесс существенно отличается от современной доменной печи. В классических печах используется прямое восстановление для производства твердого кованого железа с низким содержанием углерода. Из печи выходит только жидкий шлак. Гоночный чугун мог, а затем и должен был быть выкован, чтобы вытеснить застрявший шлак. В отличие от этого, чугун, произведенный с помощью плотовой печи и последующей доменной печи, который нагревается коксом с начала 18 века и работает с горячим дутьем с 1828 года, должен быть обезуглерожен на следующем этапе.

При производстве одной тонны стали образуется около 1,37 тонны парникового газа CO ₂ , большая часть которого образуется в доменном процессе. В Германии это соответствует примерно трети промышленных выбросов. Многие крупные компании стали в Европе, таким образом , планируют заменить доменный процесс с процессами с низким уровнем выбросов , такими как прямое восстановление с водородом , таким образом , приближаются классический процесс снова.

оглавление

• 1 рассказ
  • 1.1 Начало выплавки чугуна в Европе
  • 1.2 Развитие доменной печи
  • 1.3 Выплавка чугуна за пределами Европы
  • 2.1 бункер
  • 2.2 Загрузка
  • 2.3 Закрытие подагры
  • 2.4 доменная печь
    • 2.4.1 Дизайн
    • 2.4.2 Кирпичная кладка
    • 2.4.3 Охлаждение
    • 3.1 Дуть дальше
    • 3.2 Структура и поведение загрузки при прохождении печи
    • 3.3 Уменьшение содержания серы в вредителях
    • 3.4 Химические реакции при восстановлении
    • 3.5 Мониторинг и регулирование доменного процесса
    • 3.6 Нарушения в доменном процессе
      • 3.6.1 Подвешивающая нагрузка
      • 3.6.2 Формирование подходов
      • 3.6.3 Попадание воды
      • 3.7.1 Приготовление на пару
      • 3.7.2 Blow из
      • 4.1 Чугун
      • 4.2 шлак
      • 4.3 печной газ
      • 7.1 Литература
      • 7.2 Интернет-ссылки
      • 7.3 Индивидуальные доказательства

      история

      О древнейшем использовании и археологических находках железа см.

      → Основная статья : История использования железа

      Начало выплавки чугуна в Европе

      

      Открытая печь средневековья (13 век) в Нойенраде-Берентроп с высотой шахты около одного метра.

      

      Средневековый гоночный завод (1556 г.)

      Одной из первых простых и давно используемых форм плавки чугуна был так называемый гоночный огонь (также известный как Луппенфейер ). Яма в форме воронки диаметром около 30 сантиметров была заполнена древесным углем и легко восстанавливаемой железной рудой , воспламененной и снабжаемой атмосферным кислородом из полусферической покрытой мехом чаши (ранняя форма сильфона ), которая функционирует как вентилятор . Примерно через десять часов появился кулак большой, черный, с зернами железной руды и неизменным или на измельченном шлаке преобладал луппе ( накопилось губчатое железо ). Во время пути в печи железо не разжижается в гоночной печи. Необходимые для этого температуры могут быть достигнуты без каких-либо проблем, но продукт, полученный таким образом, будет сильно науглерожен и больше не будет податливым. Поэтому во время работы температура должна была постоянно поддерживаться в диапазоне, который не позволял металлу разжижаться. Гоночная печь , в основном сделанная из глины или камня, была дальнейшим развитием гоночного огня с боковым отверстием для подачи воздуха и короткой шахтой для заполнения и наполнения древесным углем до и во время печи. Ствол также поддерживал естественный эффект дымохода , так что можно было достичь температуры от 1000 до 1200 ° C. Подача воздуха первоначально была реализована с естественной тягой, например, путем строительства на насыпи , и печи соответственно назывались ветровыми или тягловыми . Однако в случае печей с вентилятором сильфоны обеспечивали более эффективную и контролируемую подачу воздуха. В зависимости от продолжительности цикла печи (от 4 до 20 часов) и размера печи первые слесари получали тряпку весом от нескольких килограммов до нескольких центнеров . Затем он был освобожден от угля и шлака путем многократного нагрева (предварительного нагрева) и штамповки , уплотнен и — в основном с использованием полуфабрикатов — переработан в желаемые заготовки.

      Гоночные печи с приставными кузницами, так называемые гоночные заводы, были широко распространены до 18 века. В них работало от пяти до десяти человек, и они производили от 60 до 120 тонн кукол в год. На каждый килограмм железа было сожжено 2,7 килограмма древесного угля .

      Развитие доменной печи

      

      «Хижина в Вальде», угольная печь, начало 17 века, картина Яна Брейгеля Старшего. Ä.

      

      Чугунная печь и различные рельефные печные плиты в Краеведческом музее Эверсберга.

      

      Историческая доменная печь Браузенштайн (около 1700 г.) в Биелатале ( Саксонская Швейцария )

      Несмотря на то, что гоночная печь использовалась долгое время из-за ее простой конструкции, более мощные печи начали разрабатываться еще в начале 13 века. Штучная печь (также известная как «волчья печь»), названная в честь куска железа , вынутого из печи, может рассматриваться как связь с развитием сегодняшних доменных печей . Печь представляла собой квадратную кирпичную шахтную печь с открытым верхом , размер которой вырос с четырех метров в позднем средневековье до десяти метров в 17 веке, как, например, штучные печи в Фордернберге в Штирии , центр производства чугуна в Центральной Европе в то время. В пневмоподушках печей были привод от водяных колес и , следовательно , эти системы были также упоминается как работает колесо . Они достигли температуры до 1600 ° C; смесь железной руды и древесного угля была частично расплавлена. Дальнейшим развитием стала голубая печь, название которой произошло от искаженного английского слова « дуть» («дуть»). В принципе, она соответствует штучной печи, но имеет закрытую переднюю часть печи.

      В кузнице , однако, первоначально обрабатывалось только губчатое железо (лопасти), скопившееся в ванне железа, которое достигло такого размера в штучных печах, что его больше не обрабатывали вручную, а с помощью ковочных молотков, также приводимых в движение водой. мощность . Расплавленный чугун, полученный в процессе плавки, первоначально представлялся плавильным заводам как «гнилое железо», которое нельзя было использовать, потому что оно абсорбировало такую ​​высокую долю углерода, что было слишком хрупким для ковки. Он назывался Saueisen в Германии и Graglach , селевой поток в Штайермарке и чугун в англоязычном мире.

      Проблема была решена только с изобретением различных процессов очистки железа примерно в 14 веке. Это также открыло путь для дальнейшего повышения эффективности печей. Плотные печи были построены из кирпичной кладки толщиной в несколько метров , рама которой была сужена и в которую вместе сливались чугун ( мягкое чугун и низкоуглеродистая сталь ) и шлак, образовавшийся после завершения процесса плавки . Плотные печи можно рассматривать как непосредственных «предков» доменной печи, поскольку после их разработки в процессе извлечения чугуна в принципе ничего не изменилось. Самая старая известная печь на плоту находится в Керспетале (Земля Бергишес ). Он датируется 1275 годом. Около 1450 г. в Зигерланде было около 30 доменных печей. Однако с повышением эффективности печей и увеличением спроса на оборудование возникла новая проблема: уголь, необходимый для производства энергии, больше не мог быть доставлен. Уголь был условно также можно использовать, но может почти только Kohlengräberei в карьере выиграть. В 1755 году в Рурской области было почти 200 шахт.

      Англичанин Авраам Дарби I (1676–1717) наконец преуспел в 1709 году в Коулбрукдейле в производстве чугуна с помощью кокса после того, как ранее уже предпринимались неудачные попытки с каменным углем. Вместе с паровым двигателем, который Джеймс Ватт усовершенствовал в качестве привода вентиляторов, можно было значительно повысить эффективность доменных печей. Однако в Германии подобные попытки поначалу не увенчались успехом. Только в ноябре 1796 года королевский металлургический завод в Гляйвице сумел построить действующую доменную печь, работающую на коксе. С помощью кокса количество производимого чугуна может быть увеличено до двух тонн в сутки при расходе трех с половиной тонн кокса на тонну чугуна. Еще небольшие свежие печи могли лишь частично переработать это количество чугуна ; остальное было использовано как чугун .

      С появлением куполов в конце 18 века чугунная промышленность пережила настоящий расцвет. Из чугуна изготавливались пушки , церковные колокола , посуда и, наконец, предметы искусства, такие как печи и камины, украшенные рельефами, и даже украшения . Среди самых крупных чугунных изделий — Железный мост в Англии , построенный в 1777/79 году, и 12-метровый мост через Стригау-Уотер около Ласана (ныне Лаганы ) на территории современной Польши.

      Последнее значительное улучшение характеристик доменных печей поставило под сомнение использование горячего воздуха, который позже все еще использовался первоначально в трубчатых доменных печах (Neilson, 1828) и Cowper — была поставлена доменная печь (1857).

      Самые ранние из известных доменных печей в Европе были в Швеции в 13 веке, например, в Лапфиттане . Отдельные доменные печи во Франции, Бельгии и, прежде всего, в Англии были задокументированы на протяжении следующих столетий. Самая старая, в значительной степени полностью сохранившаяся доменная печь в Германии — это доменная печь Луизенхютте в Воклуме недалеко от Бальве в Зауэрланде . В Саксонии сохранились три угольные доменные печи 17 и 19 веков в Браузенштайне (1693 г.), Шмальцгрубе (1819 г.) и Моргенроте (1822 г.). Доменную печь 1783 года можно увидеть в Wilhelmshütte в Борнум-ам- Гарце, а в Зауэрланде Wendener Hütte, также построенная в 18 веке, была объявлена ​​техническим памятником культуры. В Тюрингии , в Шмалькальдене — Вайдебрунн, находится новый музей доменных печей Neue Hütte (Шмалькальден) . Поздняя классическая доменная печь 1835 года показывает, как чугун производился из местных железных руд на древесном угле. Металлургический завод просуществовал до 1924 года.

      Выплавка чугуна за пределами Европы

      

      Японская плавильная печь Tatara

      Печь Tatara , особый вид гоночной печи, которая используется в Японии для производства железа, известна не позднее 7 века . В отличие от духовок, используемых в других регионах мира, печь Tatara имеет коробчатую форму с высотой от 1,2 до 2 метров с верхней шириной от 0,8 до 1,2 метра, которая простирается вниз до конуса примерно на 0,5 метра. . Длина топки, напротив, составляет около 4,5 метров. По обеим сторонам от 18 до 20 керамических форсунок обеспечивают достаточную подачу воздуха, который в «современных» предприятиях подается через вентилятор, приводимый в движение несколькими людьми. Печь Tatara поочередно загружается древесным углем и железорудным песком и достигает температуры от 1200 до 1500 ° C. Примерно через три дня стенки печи разбиваются и извлекается блок из ковкого чугуна и стали весом около двух тонн. Образующийся шлак предварительно сливали в процессе эксплуатации. Даже сегодня японская сталь ( тамахаганэ ) , которая традиционно производится в печах Tatara и известна своим качеством, используется, например, для изготовления высококачественных кухонных ножей ( Hōch ) или японской катаны с длинным мечом .

      Китайские печи для выплавки чугуна XIX века напоминали перевернутый усеченный конус высотой около 2,5 метра с верхним диаметром 1,2 метра, нижним диаметром почти 60 сантиметров и толщиной стенок 30 сантиметров и были сделаны из глины . В качестве гарантии печь была окружена корзиной из железной сетки, которую можно было наклонять примерно на 30 °, чтобы облегчить удаление чугуна. Загружались коричневый железный камень , угольный железный камень («Blackband») и, в зависимости от типа конструкции, древесный уголь или кокс. Воздух, необходимый для восстановления руды, подавался с помощью ручного нагнетательного цилиндра . Таким образом, можно было производить от 450 до 650 кг чугуна в день при расходе кокса 100 кг на 100 кг чугуна. Аналогичная доменная печь была также обнаружена в провинции Булакан на Филиппинах , которая работала примерно до 1900 года. Доменная печь имела форму перевернутого усеченного конуса с внешней высотой 2,1 метра, внешним диаметром вверху 1,5 метра и толщиной стенок от 30 до 80 сантиметров.

      В начале 20 века в Африке были обнаружены народы, которые восстанавливали железную руду с помощью шахтных или тяговых печей высотой от одного до трех метров. Для строительства использовались термитники, которые были выдолблены соответствующим образом, или печь была сделана из глины. Несколько керамических форсунок, установленных в нижнем конце печи, обеспечивали достаточную подачу воздуха, который всасывался вверх через руду и угольную засыпку за счет дымоходного эффекта высокой шахты. Руду и уголь повторно засыпали несколько раз через верхнее отверстие дымовой трубы, пока примерно через 20 часов не образовалась тряпка размером с футбольный мяч , которую удалили снизу через сломанную грудку печи. Очень чистая железная руда, необходимая для этих печей, поступала, в частности , из Банджели в Бассариленде .

      строительство

      

      Доменная система в ландшафтном парке Дуйсбург-Норд
      Компоненты слева направо: бункер, лебедка, топочные газовые магистрали с мешком для пыли за наклонным элеватором для загрузки, доменная печь, выпускной цех, ветряной обогреватель

      Чтобы гарантировать бесперебойную непрерывную работу в течение так называемого « пути печи » продолжительностью от 10 до 20 лет до следующей даты технического обслуживания , система доменной печи требует других важных средств в дополнение к самой доменной печи. Сюда входит бункер для исходных материалов с подключенной транспортной системой для непрерывной подачи в доменную печь, с помощью которой исходные материалы загружаются в печь через верхний люк . Воздуховод горячего дутья, который находится в печи горячего дутья, предварительно нагретый воздух через сопла в печи продувается, огнеупорная футеровка внутри и снаружи сложной системы охлаждения окружена. К доменной печи подсоединен специально разработанный разливочный или литейный цех, в котором удаленный чугун может быть загружен в соответствующие ковшовые или торпедные вагоны во время регулярной разливки и транспортирован для дальнейшей обработки.

      Строительство современного доменного цеха — это масштабный крупномасштабный проект сталелитейного завода, который занимает от 1,5 до 2,5 лет от планирования до ввода в эксплуатацию, из которых работы по планированию занимают примерно половину времени. Инвестиционные затраты на строительство новой «Доменной печи 8» в Дуйсбурге-Хамборне, например, составили около 250 миллионов евро.

      бункер

      Исходные материалы, такие как железная руда, кокс и заполнители (например, известь , песок и доломит ), которые обычно доставляются по железной дороге или кораблем, сначала доставляются в бункер. Он состоит из нескольких бункеров , кирпичных или отлитых из железобетона, в которых хранится поступающее сырье. Чтобы компенсировать разницу в качестве в составе Möller (железная руда, заполнители) и кокса, материалы часто предварительно смешивают в так называемых смешанных слоях.

      Часть сырья уже подготовлена поставщиками (в том числе шахтами ). В некоторых случаях предварительная подготовка, например, на заводе по дроблению, агломерации и окомкованию руды , должна обеспечивать переработку, поскольку размер частиц или зерен сырья не должен быть ни слишком маленьким (риск засорения, плохой поток газа), ни слишком большие (не оптимальное использование сырья).

      кормить

      

      Подагра и наклонный лифт (1989)

      

      Наклонный лифт с двумя охотками

      Мёллер и кокс транспортируются из бункера в верхний конец шахты, так называемая подагра . Подача материала также называется загрузкой или загрузкой и, в зависимости от доступного места, осуществляется либо с помощью конвейерных лент , самосвальных ковшей, либо небольших грузовых вагонов , так называемых грузовиков или охотников (также собак ).

      В случае загрузки вагона или «загрузки скипа» загрузка происходит через наклонный подъемник до загрузочного отверстия, известного как «верхний люк», который образует верхний конец доменной печи. Для каждой доменной печи используются две элеваторные системы, которые попеременно транспортируют кокс и Möller. В дополнение к большей пропускной способности использование двух элеваторов также служит для защиты от сбоев, чтобы гарантировать бесперебойное снабжение доменной печи. В современных доменных печах для загрузки предпочтительнее использовать конвейерные ленты. Хотя они могут преодолевать только небольшие уклоны и требуют больше места, они более эффективны, их легче автоматизировать и более бережно обращаться с сыпучими материалами .

      Окклюзия подагры

      Печной газ, выходящий из верхней части печи, состоит в основном из горячего азота (N ₂ ), монооксида углерода (CO) и диоксида углерода (CO ₂ ), а также небольшого количества других газов и увлеченной пыли (см. Также раздел «Продукция доменной печи» ) . Несмотря на опасность этой токсичной и легковоспламеняющейся газовой смеси, подагрическое отверстие долгое время оставалось незапертым. Только с момента разработки доменного газового котла в 19 веке к нему была добавлена ​​система шлюзов, которая позволила загружать доменную печь без потери топлива и отопительного газа, которые теперь стали ценными. Топочный газ улавливается по большим трубам, очищается от пыли и , помимо прочего, подается на горелки котла .

      

      Вид на подагрический замок с замком-звонком

      Первое уплотнение подагры с простым замком-воронкой было изобретено Джорджем Парри в 1850 году в Эббв-Вейл , которое позже стало известно как «воронка Парри». Однако наиболее распространенной формой шлюза верхнего люка до 1970-х годов был «замок с двойным колпаком» с вращающейся воронкой, разработанный Макки и предназначенный для распределения сыпучего материала. Однако системы с тремя или четырьмя колпаками также использовались для уменьшения высоты отвала, что может поставить под угрозу определенный диаметр рудных окатышей , а в случае доменных печей с более высоким противодавлением — печи. Большой вес этой конструкции и возрастающие проблемы с поддержанием герметичности колпаковой системы в конечном итоге ограничивают усилия по увеличению производительности доменных печей с колпаками.

      Изобретение люксембургской компании Paul Wurth SA, а именно Эдуарда Легиля , который разработал так называемую «печать подагры без колокольчика» (позже также «печать подагры Пауля Вурта») в 1970/1971 , привело к значительному улучшению лечения подагры. печать . Вместо сложной и тяжелой колпаковой системы, в зависимости от размера и требований доменной печи, теперь есть два или более резервуара для хранения кокса и Möller на головке печи, которые заполняются тележками для насыпных грузов через ленточные распределители или лифтовые системы. Кокс и меллер проходят через водосточные трубы в середине крышки печи к вращающемуся и поворотному желобу , который может точно и равномерно распределять поступающий материал по разливочной поверхности. Система герметизирована запечатывающими клапанами, расположенными над и под контейнерами для хранения. Дополнительная заслонка для материала под контейнерами обеспечивает постоянную скорость разгрузки сыпучего материала. Общая высота нового «уплотнения подагры без раструба» была уменьшена примерно на 1/3, что также соответственно уменьшило вес конструкции и облегчило обеспечение герметичности системы.

      9 января 1972 года, первый в мире bellless верхний люк был введен в эксплуатацию на доменной печи 4 из металлургических заводов Август Тиссен в Hamborn . Благодаря многочисленным преимуществам по сравнению со старой системой, пробка для подагры без раструба Paul Wurth успешно зарекомендовала себя и является предпочтительной для использования в современных доменных печах.

      Доменная печь

      дизайн

      

      Основная форма активной зоны доменной печи

      

      Базовая конструкция доменных печей: Слева: с опорным кольцом и опорными колоннами
      Справа: «отдельно стоящая доменная печь» со сплошными лесами.

      Сама печь напоминает принцип шахтной печи , камин или дымоход , поскольку они составляют основу результирующего эффекта дымохода, способствующего оптимальному газообразованию кормов. Высота активной зоны доменной печи определяет ее производительность и может составлять от 30 до 75 м. Верхние 3/5 образуют собственно вал, который соответствует удлиненному усеченному конусу. За ним следует короткое цилиндрическое промежуточное кольцо с самым большим внутренним диаметром на доменной печи, известное как «угольный мешок». Другой усеченный конус в перевернутом виде, так называемый «Раст», в конце концов заканчивается нижней цилиндрической «рамкой». Мешок для угля и раста, а также рама составляют по 1/5 общей высоты. Общая высота ствола 30 м, ствола около 18 м, угольного мешка и раста около 6 м, а также рамы 6 м.

      Вся конструкция доменной печи обычно окружена стальным каркасом с рабочими и монтажными площадками, который, с одной стороны, служит для размещения вспомогательного оборудования, такого как подъемник материала и, при необходимости, верхний люк, но также может использоваться для поддержки и стабилизировать доменную печь. Различают два типа опорной конструкции:

      Старые и преимущественно американские доменные печи оснащены опорным кольцом с опорными колоннами примерно на уровне остальных, через которые нагрузка, лежащая на доменной печи, направляется от головки печи и верхнего люка в фундамент. Однако опорные стойки приводят к сужению и, таким образом, затруднению доступа к области отвода, а также к проблемам в области соединения между защелкой и опорным кольцом. Из-за этих недостатков второй вариант теперь предпочтителен для более новых доменных печей.

      Эта конструкция, разработанная в Германии, представляет собой так называемую «отдельно стоящую доменную печь». Стальная броня доменной печи образует самонесущую конструкцию печи, которая окружена целыми лесами для рабочих площадок и вспомогательного оборудования. Это означает, что в зоне выпуска нет мешающих столбов, и доменная печь может свободно следить за всеми тепловыми расширениями, которые поглощает компенсатор, прикрепленный к головке печи .

      Общая высота такой установки составляет около 90 м. Доменная печь 2 в Дуйсбург-Швельгерн, например, имеет высоту печи почти 75 м, диаметр рамы 14,9 м и полезный объем около 4800 м³, плавится около 12000 м3. т чугуна в сутки и в настоящее время (по состоянию на 2014 г.) является крупнейшей доменной печью в Европе. Двенадцать доменных печей в мире превышают полезный объем 5 500 м³ (по состоянию на 2013 год). Самая большая из известных доменных печей в мире с полезным объемом 6000 м³ находится на заводе POSCO « Gwangyang Steel Works» в южнокорейской провинции Чолланамдо.

      Отверстие для выпуска передельного чугуна, которое закрывается керамической пробкой, расположено в нижнем конце фиксатора, через которое можно сливать полученные металлургические продукты чушковый чугун и шлак. Для полного опорожнения ( «Sauabstich») в случае предстоящего релайнинга доменной печи, А «Sauloch» (также печь свиноматка ) прикреплен к нижней точке кадра, а также в его нижней части .

      Сопла кольцевого трубопровода горячего ветра расположены на границе между опорой и рамой и питаются от воздухонагревателей.

      Развитие профиля и размера с течением времени ( информация о длине частично округлена )

      	Регион и период	Диаметр рамы d в м	Высота H в м	Полезный объем в м³	Производительность в тоннах в сутки
      	1) Домна 1861 г.	0,9	15.3	64	25-е
      	2) Западногерманские специальные чугунные доменные печи 1930-х гг.	4.5	20,0	425	450
      	3) Западногерманские сталеплавильные и чугунные доменные печи Thomas 1961 г.	6.5	24,0	900	1,200
      	4) Западногерманские доменные печи 1959 г.	9.0	26,1	1,424	> 2000
      	5) Советские домны 1960 г.	9,8	29,4	1,763	4 000
      	6) Японские домны 1968 г.	11.2	31,5	2,255	6000
      	7) Западногерманские большие доменные печи 1971/72 гг.	14.0	36,7	4 100	≈ 10 000

      Облицовка кирпичом

      Первоначально доменные печи представляли собой метровую несущую теплоизоляционную кладку из кирпича или бутового камня (дымовые стены) с внутренней огнеупорной футеровкой ( стены активной зоны) . В современных доменных печах нагрузку принимают на себя стальная броня толщиной в сантиметр и несущая конструкция, а сама кладка сердечника обеспечивает необходимую огнестойкость и теплоизоляцию.

      Чтобы достичь желаемого срока службы (путь печи) до полного обновления футеровки печи, вся сердцевина печи от шахты до каркаса является огнеупорной . Футеровка печи также определяет окончательный внутренний профиль печи. При общей площади около 2000 м² и толщине от нескольких дециметров до более метра негабаритная кирпичная кладка может привести к огромным расходам, поэтому на этапе планирования стараются использовать только камни, специально предназначенные для требования соответствующей секции печи.

      В верхней части вала температуры относительно низкие, но механические напряжения высоки из-за воздействия нагрузки. Соответственно, здесь используются шамоты с содержанием корунда от 30 до 40%. Кроме того, в зоне подачи крепится «противоударная броня» из стальных пластин, чтобы предотвратить повреждение кирпичной кладки от ударов минометных материалов.

      В нижней части шахты до угольного мешка температура быстро увеличивается. Однако напряжение, вызванное истиранием, уменьшается только медленно, поскольку заряд должен оставаться твердым как можно дольше и выдерживать давление колонны Мёлля, чтобы обеспечить хороший поток газа. Кроме того, камни в этой области должны быть химически устойчивыми, так как реакционная способность окружающих веществ возрастает. Соответственно, здесь используются сильно тугоплавкие шамоты с содержанием корунда от 60 до 86% или полуграфитовые кирпичи.

      На уровне фурм и улавливающей поверхности футеровки подвергаются воздействию самых высоких температур и давлений, которым выдерживают только угольные кирпичи , Schmelzspinellsteine с хромом или Chromkorundsteine .

      охлаждение

      

      Система охлаждения доменной печи №3 в Хенрихсхютте , Хаттинген

      Для защиты от перегрева доменная печь содержит систему трубопроводов охлаждающей воды и элементы (стойки) , которые соединены с броней примерно от верхней трети шахты до низа рамы . Поскольку доменная печь с диаметром рамы 8 м имеет оборот воды более 30 000 м³ в сутки, что соответствует потреблению в городе среднего размера с населением около 200 000 жителей, система охлаждения должна быть спроектирована соответствующим образом и обеспечена несколько раз. для защиты от сбоев.

      В современных доменных печах 20-го века широко распространенные ранее открытые контуры охлаждения в основном используются только для орошения головки печи и стеллажа, а также в аварийных ситуациях (например, при выходе из строя замкнутого контура). В открытых контурах необходимая вода забирается из близлежащих водоемов (рек, озер) и очищается от твердых частиц перед использованием в системе охлаждения. После использования градирни повторно охлаждают воду перед ее возвратом в окружающую среду. С другой стороны, в замкнутых контурах используется очищенная, опресненная и дегазированная вода, которая после использования снова охлаждается через теплообменник и затем возвращается в систему охлаждения. Помимо защиты охлаждающих элементов и трубопроводов от отложений, очищенная вода имеет то преимущество, что система охлаждения может поглощать большее количество тепла.

      Конструкция охлаждающих элементов спроектирована таким образом, что, с одной стороны, они могут поддерживать кирпичную кладку, но с другой стороны, они также могут быть быстро заменены в случае повреждения. Они состоят из листовой стали, чугуна или меди и привинчиваются, заклиниваются или привариваются к броне. Что касается конструкции охлаждающих элементов, то можно выделить два основных типа:

      1. Охлаждающие камеры представляют собой плоские прямоугольные элементы с направляющими пластинами, втянутыми в виде лабиринта для направления потока воды, и сужающимся к середине профиля профилем, что позволяет быстро снимать и устанавливать. Охлаждающие камеры вставлены между бронелистами вала, так что создается шахматный узор броневых листов и охлаждающих коробов.
      2. Пластинчатые охладители или стойки изготавливаются из специального литья с литыми вертикальными охлаждающими трубками. Они прикручиваются к стороне брони, обращенной от центра печи. Опорная поверхность планок пересечена канавками, заполненными изоляционным компаундом.

      В доменной печи используются различные типы охлаждения в зависимости от требований к холодопроизводительности. Головка печи охлаждается в области ударной брони с помощью внешней спринклерной системы. В основном охлаждающие камеры устанавливаются в районе вала, а охлаждающие камеры и пластинчатые охладители используются в районе Кольсака и Раста. Из-за особенно высокой тепловой нагрузки в этой области охлаждающие элементы размещаются на близком расстоянии, чтобы можно было рассеять как можно больше тепла. Формы для выдувания имеют собственный двойной контур охлаждения. Рама и основание охлаждаются либо струйкой воды, либо путем подачи воды в двойную рубашку рамы.

      Печь с горячим дутьем

      

      Джек-трубка или нагреватель для брюк (также называемый аппаратом Колдера ) Джеймса Бомонта Нейлсона (1840 г.)

      Джеймс Бомонт Нилсон был одним из первых, кто использовал доменные печи с рекуперативной конструкцией — воздух, необходимый для нагрева теплообменника, был разработан и запатентован слева. До этого доменные печи всегда работали с холодным воздухом, поскольку металлургическая промышленность давно знала, что доменная печь зимой работает лучше, чем летом. Поэтому Нейлсен первоначально столкнулся с большим сопротивлением при попытке использовать новый принцип. Рабочих также не убедил эксперимент с нагнетательным ветром, разрешенный Clyde Iron Works в 1828 году , который был нагрет только до 27 ° C, но при этом гарантировал, что производимый шлак был менее железным и значительно более текучим. Котел Нейлсона довольно простой конструкции состоял из куска изогнутой линии подачи, имеющей форму свода, которую нагревали на каминной решетке . Короб из листового металла, установленный над сводом труб, некоторое время удерживал тепло для улучшения теплопередачи. Дальнейшие конструктивные улучшения за счет использования более жаропрочных чугунных труб и коробов, а также удлиненных и изогнутых нагревательных змеевиков для поглощения теплового расширения позволили этим «трубчатым ветровым нагревателям» нагревать нагнетательный ветер до 315 ° C.

      Сравнение количества передельного чугуна, полученного при использовании различных видов топлива и продувке холодным и горячим воздухом.

      год	Система ветра	Расход топлива в кг на т чугуна	Количество чугуна за 24 часа в кг
      1829 г.	Холодный ветер	Кокс 8060	1607
      1830 г.	Горячий ветер	Кокс 5160	2353
      1833 г.	Горячий ветер	Уголь сырой 2280	3556

      Сопротивление использованию горячего дутья полностью снизилось, поскольку прибыль от производства передельного чугуна все больше и больше увеличивалась, и в то же время можно было значительно сократить необходимое количество топлива. Теперь можно было использовать даже необработанный уголь, что раньше было невозможно.

      Доменный газ также использовался в металлургии с середины 18 века, но первоначально только для обжига руды, сушки литейных форм и обжига извести и кирпича. Только Вильгельм фон Фабер дю Фор сумел разработать эффективный и стабильный трубчатый нагреватель «Wasseralfinger Winderhitzer», который нагревался доменным газом и поднимал температуру ветра до 540 ° C. Однако это также означало, что предел производительности этой конструкции был достигнут.

      

      Высокопроизводительный обогреватель Каупера с внешним валом сгорания (справа)

      Решающее улучшение снабжения доменных печей горячим дутьем было наконец достигнуто Эдвардом Альфредом Каупером (1819–1893), поскольку он больше не строил дутьевой нагреватель из системы труб, а из огнеупорного, воздухопроницаемого многоперфорированного кирпича . На первом этапе разработки «Ветряные обогреватели Cowper» доводили 29 м³ воздуха до температуры от 650 до 700 ° C в течение одной минуты. В то время температуру ветра можно было измерить только на образцах расплава различных металлов. Использованные ранее образцы из свинца ( SP = 327,4 ° C) и цинка (SP = 419,5 ° C) больше нельзя было использовать в ветряных обогревателях Купера, и даже сурьма (SP = 630,6 ° C) расплавилась за секунды. Еще одним нововведением, также разработанным Каупером, была регенеративная попеременная работа двух ветряных обогревателей, в которых один нагревался за счет сжигания топочного газа, а другой отдавал накопленное тепло вдуваемому холодному воздуху.

      Более современные «Cowper-Windheater» состоят из вертикальной стальной трубы высотой от 20 до 35 м и диаметром от 6 до 9 м. Ядро полностью состоит из уложенных друг на друга кирпичей из кварцевого стекла с несколькими отверстиями . С одной стороны шахты огнеупорная футерованная горящая шахта разделена до уровня купола, который занимает около трети поперечного сечения нагревателя. Сопла горелки и патрубки для холодного и горячего воздуха расположены на нижнем топочном валу. Другой вариант — конструкция вала сгорания, расположенного снаружи, независимо от вала нагревателя. Эта конструкция имеет то преимущество, что, с одной стороны, исключаются трещины, которые возникают в перегородке между валом сгорания и нагревательным валом из-за сильных колебаний температуры, а с другой стороны, сам нагреватель имеет больше места для многоперфорированного вала. камней и, таким образом, мощность нагрева снова может быть увеличена.

      Обычно три, в случае более крупных доменных печей также четыре «каупера» обеспечивают плавную и бесперебойную подачу горячего воздуха в доменную печь. В то время как два нагреваются в разное время, осевой или радиальный вентилятор проталкивает холодный воздух (около 1,4 т на тонну чугуна) через третий нагреватель под давлением от 2 до 4,5 бар. Ранее использовавшиеся паровые или газопоршневые воздуходувки оказались неэкономичными и трудными в управлении. В непрерывном цикле происходит переход на предварительно нагретый каупер, в то время как охлажденный каупер снова нагревается. Фаза нагрева длится около 50 минут, фаза ветра — всего около 30 минут, поскольку температура ветрового обогревателя не должна опускаться ниже 721 ° C, что является критическим для кварцевого кирпича. Ниже этой температуры кварцевые кирпичи претерпевают несколько изменений модификации , что приводит к «скачку объема», который разрушает прочную структуру облицовки многоперфорированного кирпича и может вызвать ее обрушение. Третий или четвертый «каупер» также служит резервом на случай отказов и при проведении ремонтных работ.

      Кольцевой трубопровод горячего ветра и сопла

      

      Участок выпуска с кольцевой линией горячего ветра и большей частью демонтированными фурмами бывшей доменной печи Völklinger Hütte

      

      Сопло кольцевой линии горячего ветра все еще находится в выдувной форме ( Landschaftspark Duisburg-Nord )

      При максимально достижимой температуре от 1270 ° C (1980 г.) до 1350 ° C (1985 г.) горячий дуть поступает по «кольцевой линии горячего дутья» к 10-40 соплам, в зависимости от размера доменной печи, и через так называемые выдувные формы в печь. Чтобы уменьшить потребление кокса, заменители восстановителей, такие как животный жир или тяжелый топочный мазут, выдуваются в формы на многих заводах. Однако, поскольку цена на нефть продолжала расти с течением времени, предпринимались различные попытки с другими заменителями.

      В компании Armco в США угольная пыль успешно использовалась в качестве заменителя топлива в течение более длительных периодов времени и на китайских заводах с 1963 года даже при непрерывной эксплуатации. С 2006 года также добавляются тонко гранулированные старые пластмассы (6 мм × 9 мм), которые в дополнение к экологически чистой переработке пластиковых отходов , в отличие от захоронения, также сокращают выбросы CO ₂ и SO ₂ .

      Для защиты от повреждений, вызванных тепловой нагрузкой, кольцевая линия и подводящий патрубок имеют огнестойкую футеровку, которая также имеет теплоизоляционный эффект, чтобы избежать потерь тепла. Сами формы для выдувания интенсивно охлаждаются водой, так как они могут выступать в печь на полметра в зависимости от степени износа футеровки печи, а затем подвергаются наибольшим нагрузкам из-за температуры и давления печи. Колонка Мёлля. Поэтому в современных доменных печах используются только пустотелые формы из электролитической меди с двухкамерным водяным контуром охлаждения. Если передняя камера сгорает во время движения печи, соответствующий охлаждающий контур может быть отключен, а основная камера может быть продолжена до следующего простоя.

      Выпуск чугуна и шлака

      

      Доменщики в Айзенерце, 1910 г.

      

      Выпускной цех доменной печи 5 в ландшафтном парке Дуйсбург-Норд с выпускным отверстием, сверлильным станком, трамбовочным станком и частью системы каналов

      Чугуна — ломают через регулярные промежутки времени около двух-трех часов. Здесь, керамический штепсель в выпускном отверстии с сжатым воздухом — буровой скважины. В редких случаях, например, если сверло выходит из строя, отверстие также прокалывают кислородной трубкой.

      Затем чугун течет в течение примерно 15-20 минут в специально разработанном выпускном или литейном цехе с рабочей площадкой и системой каналов из огнеупорного кирпича, который дополнительно штампуется или заливается огнеупорными составами. В старых доменных печах с более высоким производством шлака часть шлака сначала отводилась в виде так называемого «предварительного шлака » на уровне платформы кристаллизатора. Затем чугун и шлак выпускали вместе с помощью своего рода сифона, так называемого « лиса », который отделял шлак от чугуна (как декантация ) и отводил его в разных направлениях через систему каналов соответствующей конструкции. Современные доменные печи с меньшим производством шлака, но с суточной производительностью передельного чугуна 3000 тонн и более, не требуют предварительной выпускки шлака, а требуют от двух до четырех леток. Система желобов и лисиц соответственно сложна и требует тщательного наблюдения.

      В основном канале между леткой и лисой, длина которого составляет от 8 до 14 метров и вмещает от 20 до 60 тонн чугуна, включая шлак, шлак успевает отделиться от чугуна и собраться на поверхности. Перед лисицей, у которой «нос» опускается в расплав, накапливается шлак, который отводится по каналам, отходящим в сторону. С другой стороны, чугун течет под лисой через отверстие, под которым ковш или вагон-торпедоносец готов транспортировать уловленный чугун для дальнейшей обработки на сталелитейном или литейном заводе . Шлак также собирается в специальных вагонах и вывозится на переработку.

      После завершения этапа врезки летку снова закрывают с помощью «трамбовки для летки» до следующего выпуска.

      Современные литейные цеха должны быть «очищены от пыли», чтобы защитить сотрудников и окружающую среду. Это означает, что системы всасывания устанавливаются в области выпускных отверстий и в точках перехода к сборным контейнерам, а система каналов закрывается стальными пластинами. . Уловленные выхлопные газы очищаются в соответствующих системах фильтрации .

      функция

      Дуть на

      Прежде чем новую доменную печь можно будет запустить в производство, ее сначала нужно медленно высушить с помощью газовых горелок или обдуванием горячим воздухом. Только после этого происходит собственно «вдув» в топку. Выбор метода продувки оказывает большое влияние на его последующий режим работы и срок службы, может отличаться от завода к заводу и занимает от одной до двух недель (в старых доменных печах иногда даже несколько месяцев).

      После высыхания каркас впервые заполняется деревом и коксом. В приведенной выше шахте слои кокса и молера, состоящего из железной руды и шлакосвязывающих агрегатов, заливаются, воспламеняются и раздуваются горячим воздухом. Состав раздутой стратификации сильно отличается от более поздней оперативной стратификации. Он содержит значительно больше кокса, так как разогрев футеровки печи и холодного кокса-Мёллера требует больших затрат энергии. Использование соответственно большого количества шлака обеспечивает прогрев и защиту рамы.

      Структура и поведение загрузки при прохождении печи

      

      Окатыши железной руды с равномерным диаметром от 10 до 20 мм.

      

      Исходные материалы доменной печи

      Форма, состав и механические свойства сырья, особенно руды, а также максимально однородный размер зерна имеют решающее значение для эффективности доменной печи . Способность к восстановлению при повышенной температуре также играет роль, с целью обеспечить как можно более низкий уровень разрушения при низкой температуре и высокую температуру размягчения при одновременном низком диапазоне температур фазы размягчения. Только если агломерат и окатыши остаются кусками и в твердом состоянии как можно дольше, они могут выдержать нагрузку давления вышележащих слоев и гарантировать хорошее проникновение газа.

      Приводимость в агломерата зависит от его состава и определяется эмпирическим размером основности

      который показывает соотношение масс из оксида кальция и оксида магния в диоксид кремния . Восстанавливаемость лучше, если основность композиции находится в базовом диапазоне (B> 1,0) и достигает максимальной восстанавливаемости в диапазоне от 2,0 до 2,5. Механическая прочность также самая высокая в этой области. Начиная с основности 2,6 и выше, доля фазы расплава в спеченной части увеличивается, что закрывает поры и снижает способность к восстановлению, поскольку восстановительные газы больше не достигают непосредственно рудной части. В случае кислотного спекания (B <1,0) фаза размягчения начинается в некоторых случаях, когда восстановлено только около 15% руды.

      В отличие от агломерата, окатыши имеют кислый состав, поскольку их стабильная сферическая форма означает меньшую тенденцию к образованию мелких зерен и ухудшению механических свойств. Таким образом, пеллеты в основном состоят из гематита , различных силикатов, связывающих шлак и поры. Однако доля гематита должна оставаться ограниченной, так как в противном случае структура гранул в процессе восстановления слишком разрыхляется, и гранулы в конечном итоге распадаются на концентрированную пыль, что приводит к значительной потере прочности на сжатие. Одновременное чрезмерное увеличение объема окатышей (пороговых значений) также чревато засорением доменной печи.

      Чтобы выяснить, как структура и состояние сырья меняются на пути от печи к отверстию крана и какие реакции происходят в соответствующей секции печи, в 1970-х годах было проведено несколько испытаний, в основном в Японии, в которых доменные печи были остановлены в середине производства и интенсивно охлаждали водой. Таким образом, все текущие реакции внутри Möllersäule были, так сказать, «заморожены». Последующий анализ состава слоев на разных уровнях показал, что зона размягчения и плавления вздувается вверх в форме колокола на центральной оси. Центр колпака состоит из кокса, который все еще является газопроницаемым в горячей зоне от 1000 до 1600 ° C. Плавящаяся руда и шлак попадают внутрь через этот активный коксовый колпак и опускаются в остальную часть и раму, в то время как вдуваемый горячий воздух распределяется равномерно наружу и вверх. Так называемого «мертвого человека» — статичного и неподвижного конусообразного тела, сделанного из кокса и затвердевшего железа, не существует.

      Только подошва этой «когезионной зоны» непроницаема для газа и идеально расположена на уровне остальных. На него также не должно влиять газообразование, так что, с одной стороны, подача (огнеупорная футеровка) угольного мешка и остальной части меньше пострадает, а с другой стороны, возникающая турбулентность горячего ветра вызовет равномерное снижение нагрузки затруднить или даже предотвратить это. Чтобы оптимизировать поток газа в описанной форме и, таким образом, снизить потребление энергии при одновременном повышении качества чушкового чугуна, большое значение имеет тщательный расчет поперечных сечений зон, а также количества и состава вводимого горячего дутья. .

      Следующие дополнительные данные были получены в результате исследования «замороженных» доменных печей:

      • Поочередная загрузка Möller и Coke поддерживается на протяжении всего спуска печи до более глубоких слоев. В процессе обжатия уменьшается только толщина слоев.
      • На уровне выдувной плоскости вместо сплошной руды только капли металлического железа и кокса, смешанные со шлаком.
      • Обжатие начинается на 3–4 метра ниже уровня загрузки, в результате чего размер зерен агломерата, окатышей и кусковой руды уменьшается равномерно. Агломерат разлагается при температуре от 200 до 500 ° C, тогда как разложение кусковой руды происходит только при температуре от 800 до 900 ° C.
      • На глубине 7 метров от поверхности восстановление зашло так далеко, что часть агломерата больше не разрушается. Однако это не относится к другим материалам Möllerstoff, поскольку до глубины 18 метров обнаруживается постоянно увеличивающаяся доля мелкого зерна размером менее 5 миллиметров. Однако образование мелкого зерна в доменной печи и в какой момент зависит от температуры и распределения газового потока, скорости нагрева и типа шихты. В случае спекания доля мелкого зерна обычно выше.
      • Обжатие происходит намного быстрее в середине поперечного сечения печи, чем в краевой зоне.
      • В разгар подагры твердость всех веществ в масле сначала резко снижается и снова увеличивается с увеличением глубины, что связано с прогрессированием снижения и связанного с ним увеличения содержания железа.

      Уменьшение вредителей серы

      Щелочи и соединения серы, всегда присутствующие в сырье, оказывают большое влияние на процессы восстановления . В частности, соединения серы оказывают особенно неблагоприятное влияние на протекающие процессы восстановления, поскольку они никогда не могут быть полностью удалены, несмотря на сложную предварительную обработку руды и кокса. Даже небольшие количества диоксида серы (SO ₂ ) от примерно 5 до 50 частей на миллион в восстановительном газе первоначально значительно ускоряют разложение кислорода; Однако как только появляется первое металлическое железо, процесс меняется на противоположный, и разложение кислорода значительно замедляется. Причиной этой реакции является свойство серы соединяться с металлическим железом на поверхности и тем самым предотвращать поглощение углерода.

      Реакция вюстита ( оксида железа (II), FeO) с монооксидом углерода (CO) обычно происходит не только на поверхности FeO, но и на поверхности железа, которое уже выпало в осадок. Из-за лучшего абсорбционного поведения железа большая часть переноса газа к фазовой границе железо-оксид железа и от нее происходит через нее . Однако это происходит только тогда, когда железо может абсорбировать (науглероживать) достаточное количество углерода. Если поглощение углерода блокируется серой, восстановление может происходить только на поверхности оксида железа.

      Сера как вредитель, уменьшающий количество вредных веществ, также является причиной чрезмерного набухания гранул, как описано выше. Поскольку железо может кристаллизоваться только в направлении разлагающегося оксида железа, кристаллы железа имеют удлиненную волокнистую форму. Структура гранул, уже ослабленная в результате первой стадии восстановления, снова усиливается, и объем гранул может увеличиваться в два-три раза по сравнению с исходным объемом.

      Чтобы сохранить как можно более низкую долю соединений серы, сульфидные руды превращаются в оксиды путем тщательного обжига и введения серосвязывающих добавок.

      Химические реакции при восстановлении

      

      Схема доменного процесса

      В доменной печи иногда одновременно происходят различные металлургические процессы, в которых, с одной стороны, железная руда восстанавливается до чушкового чугуна в течение нескольких стадий, а невосстанавливаемые компоненты переходят в шлак.

      Однако для того, чтобы в первую очередь инициировать восстановление железной руды, необходимо сначала получить необходимые восстановительные газы. Это происходит в нижней части доменной печи, когда углерод, содержащийся в коксе, сжигается с кислородом .

      Реакция является сильно экзотермической , что означает выделение тепла, которое составляет 394,4 кДж / моль в этой реакции и в доменной печи в зоне сопел горячего дутья до температуры от 1800 до 2000 ° C, даже если дополнительно кислород используется нагретым до 2200 ° С. Однако две непосредственно следующие за эндотермической реакцией, т. Е. Потребляющие тепло реакции, снова понижают температуру до примерно 1600-1800 ° C. С. + О 2 ⟶ С. О 2 longrightarrow CO_ >>

      Так называемая « реакция Будуара » , которая, однако, требует минимальной температуры 1000 ° C, требует 172,45 кДж / моль. С. О 2 + С. ⟶ 2 С. О + C longrightarrow 2CO>>

      Одновременное разделение пара на горячий газ требует еще 131,4 кДж / моль. ЧАС 2 О + С. ⟶ ЧАС 2 + С. О O + C longrightarrow H_ + CO>>

      Два газа, которые могут быть восстановлены, окись углерода и водород, поднимаются против потока материала в доменной печи. Из-за этого свойства — опускающейся коксовой колонны Möller, с одной стороны, и поднимающихся реакционных газов, протекающих навстречу движущемуся сыпучему материалу, с другой — доменную печь также называют «противоточным реактором» и «реактором с движущимся слоем».

      Так называемое «непрямое восстановление» происходит в температурной зоне от 400 до 900 ° C. Различные оксиды железа реагируют с монооксидом углерода или водородом в три стадии, пока, наконец, не появится металлическое железо:

      Реакция с оксидом углерода (CO)	Реакция с водородом (H 2 )
      3 Ф. е 2 О 3 + С. О ⟶ 2 Ф. е 3 О 4-й + С. О 2 O_ + CO longrightarrow 2 Fe_ O_ + CO_ >>	3 Ф. е 2 О 3 + ЧАС 2 ⟶ 2 Ф. е 3 О 4-й + ЧАС 2 О O_ + H_ longrightarrow 2 Fe_ O_ + H_ O>>
      Более железистый магнетит образуется из гематита .
      Ф. е 3 О 4-й + С. О ⟶ 3 Ф. е О + С. О 2 < displaystyle mathrm >	Ф. е 3 О 4-й + ЧАС 2 ⟶ 3 Ф. е О + ЧАС 2 О < Displaystyle mathrm >
      Из магнетита производят вюстит .
      Ф. е О + С. О ⟶ Ф. е + С. О 2 < Displaystyle mathrm >	Ф. е О + ЧАС 2 ⟶ Ф. е + ЧАС 2 О < Displaystyle mathrm >
      Металлическое железо производится из вюстита, который собирается в доменной печи внизу.

      Пока температура образующегося диоксида углерода (CO ₂ ) остается в диапазоне более 1000 ° C, он многократно регенерируется до монооксида углерода (CO) по реакции Будуара и снова становится доступным для процесса восстановления. Восстановление водородом особенно эффективно при температуре около 800 ° C. Содержание только 10% водорода в реакционном газе увеличивает скорость восстановления втрое, но при дальнейшем повышении температуры она снова уменьшается. Размер зерен руды также не должен превышать определенного уровня, чтобы пути диффузии водорода не становились слишком большими.

      В интервале температур от 900 до 1600 ° C также существует «прямое восстановление» углеродом:

      1 ) 3 Ф. е 2 О 3 + С. ⟶ 2 Ф. е 3 О 4-й + С. О O_ + C longrightarrow 2 Fe_ O_ + CO>> 2 ) Ф. е 3 О 4-й + С. ⟶ 3 Ф. е О + С. О < Displaystyle mathrm <2) Fe_ O_ + C longrightarrow 3 FeO + CO>> 3 ) Ф. е О + С. ⟶ Ф. е + С. О >

      Компаньоны железа марганец , кремний и фосфор также включаются в процесс и восстанавливаются, в результате чего расходуется тепло:

      1 ) М. п О + С. ⟶ М. п + С. О > 2 ) С. я О 2 + 2 С. ⟶ С. я + 2 С. О + 2C longrightarrow Si + 2CO>> 3 ) П. 2 О 5 + 5 С. ⟶ 2 П. + 5 С. О O_ + 5C longrightarrow 2P + 5CO>>

      В то же время уже восстановленное железо в зоне карбонизации поглощает углерод при температуре от 1100 до 1200 ° C либо непосредственно из раскаленного кокса, либо из газообразного монооксида углерода.

      Поглощение углерода снижает температуру плавления с 1538 ° C (чистое железо ) примерно до 1300-1400 ° C (точка плавления эвтектической смеси , ледебурита , с 4,3% по массе C: 1147 ° C).

      Мониторинг и регулирование доменного процесса

      В процессе автоматизации и обеспечения качества для поддержания конкурентоспособности, с одной стороны, и повышения требований безопасности для защиты людей и машин, с другой, неизбежны различные устройства измерения и контроля . Процесс плавки, естественно, подвержен большим или меньшим колебаниям, так как состав меллера, кокса и горячего дутья, включая вдуваемые добавки, также варьируется в пределах допустимых отклонений . Соответственно колеблются ход и скорость реакции, что без контроля и соответствующих контррегулирующих мер может привести к серьезным нарушениям.

      • Состав и распределение Möller и Coke в резервуарах для хранения и на загрузочной поверхности
      • Давление, температура и состав топочного газа, а также распределение температуры в головке печи
      • Распределение температуры и давления на краю люка и в броне
      • Расход и температура охлаждающей воды
      • Объем, давление, температура и состав газа и присадок (масло, угольная пыль)
      • Давление и температура на уровне выдувной формы и в системе охлаждения фурм
      • Давление и температура кладки пола и охлаждения каркаса
      • Состав и температура чугуна и шлака

      Кроме того, горизонтальные зонды также используются для измерения толщины слоев Мёлля, а также давления и скорости газа, проходящего через колонку Мёллера. Для защиты от отказов некоторые измерительные устройства, например, для измерения глубины нагружаемой поверхности, являются избыточными.

      Нарушения в доменном процессе

      Висячая загрузка

      Из-за дезинтеграции Мёллера и кокса во время восстановления колонна Мёллера в шахте может уплотняться и в конечном итоге снова подниматься. Колонка Мёлля, свисающая таким образом, изначально заметна тем, что измерение глубины больше не регистрирует какое-либо опускание на поверхности загрузки, но давление и температура верхнего газа также падают, потому что трудно пройти через все более узкие зазоры в уплотненная колонна Мёлля. С другой стороны, давление ветра увеличивается по мере того, как он встречает большее сопротивление.

      Однако ниже зоны зависания процесс восстановления и плавления продолжается, пока наконец не образуется полость между подвешенным и опускающимся Möller. Поскольку, с одной стороны, существует риск того, что колонна Мёллера внезапно обрушится в полость, что приведет к серьезным сбоям в процессе и повреждению доменной печи, а с другой стороны, чугун и шлак могут подняться в формы для выдувания, реакция на Вышеупомянутые характерные изменения результатов измерений должны произойти как можно раньше. Это включает в себя, например, так называемое «опрокидывание», однократное или, при необходимости, многократное сильное дросселирование количества ветра и, таким образом, противодавление на колонну Мёлля, которое заставляет ее скользить из-за собственного масса.

      Формирование подхода

      Спекание меллера и кокса на внутренних стенках доменной печи может иметь различные причины. Со временем профиль брони изменяется из-за физического и химического истирания , что может облегчить условия крепления в некоторых местах. В результате выступающие охлаждающие элементы также способствуют образованию отложений. Состав самого раствора также влияет на процесс спекания, поскольку, среди прочего, основной шлак имеет соответственно более высокую долю различных щелочей , которые действуют как добавки, способствующие спеканию, для лучшего связывания серы . Небольшие партии поначалу едва заметны, но могут очень быстро расти и приводить к сбоям в доменном процессе; особенно, если они внезапно обрываются, а затем вызывают нарушения в составе мёллерсойле.

      Более крупные подходы могут быть измерены путем сужения поперечного сечения печи и, таким образом, увеличения скорости потока ветра, который уносит больше частиц пыли. Помимо повышенного выброса пыли, образование отложений также может способствовать вышеупомянутым зависаниям. Кроме того, результатом являются колебания цикла печи и качества чугуна из-за крошащихся отложений. Наконец, образование выступающих охлаждающих элементов также может привести к их повреждению.

      С помощью датчиков давления и температуры в стенках печи, а также измерительных зондов, которые можно вставлять горизонтально в колонну Мёлля, изменения поперечного сечения и, следовательно, приближения теперь могут быть локализованы быстрее и точнее. Соответствующие изменения в подстилке обычно могут устранить их. В прошлом, в частности, сначала приходилось продувать более крупные доменные печи, а затем пробуривать или взрывать подходы.

      Попадание воды

      Попадание воды через поврежденные охлаждающие элементы может привести к значительным сбоям в доменном процессе, так как испаряющаяся вода в больших количествах приводит к большим потерям тепловой энергии и различные процессы восстановления останавливаются. Проникновение воды можно измерить, с одной стороны, по повышенному содержанию водорода в топочном газе, а с другой стороны, по повышенному расходу питательной воды , которая должна компенсировать потери воды в замкнутых контурах охлаждения.

      Разумное разделение и соединение охлаждающих элементов и трубопроводов друг с другом в горизонтальных зонах или «охлаждающих дисках» позволяет быстрее обнаруживать и заменять поврежденные элементы, а потери воды сводятся к минимуму. С другой стороны, в открытых системах охлаждения требуется испытание под давлением каждого охлаждающего элемента.

      Неисправность

      Необходимы различные процедуры в зависимости от того, хочет ли металлургический завод остановить доменную печь только на короткое время (пропаривание) или полностью остановить ее и выключить (продувка) .

      Приготовление на пару

      Если доменная печь должна быть остановлена ​​только на время, например, в случае перебоев в поставках или мелкого ремонта, она увлажняется . При этом сначала происходит переключение нагрузки в зависимости от планируемой продолжительности перерыва в работе. Теперь он состоит, с одной стороны, из «легкого» парового масленки, что означает меньше железа, и, с другой стороны, из большего количества слоев кокса. Во время последнего крана перед остановом необходимо следить за тем, чтобы чугун и шлак стекали как можно полнее. Если фаза пропаривания продлится дольше, также используется печь для свиноматки. Когда печь остановлена, все линии подачи и разгрузки закрыты, сопла горячего воздуха замурованы, а поверхность загрузки покрыта мелкозернистой рудой или шлаковым песком, чтобы печь могла сохранять тепло как можно дольше и естественная тяга не приводит к ненужному сжиганию кокса. Чтобы предотвратить попадание воды, которое могло бы привести к серьезным сбоям в работе доменной печи, систему охлаждения отключают только после тщательной проверки на герметичность.

      Повторное накачивание после более длительных фаз демпфирования выполняется в порядке, обратном порядку отдельных рабочих этапов во время пропаривания, хотя сначала только несколько фурм системы горячего дутья в зоне выпускного отверстия, затем постепенно вводятся в действие другие сопла. При необходимости игольное отверстие также на некоторое время выставляют выше.

      Задуть

      Если нормальная эксплуатация больше невозможна, в том числе из-за того, что футеровка настолько изношена, что ее необходимо заменить, доменная печь «выдувается».

      Процесс доменной печи первоначально продолжается в нижней части, но подача корма отключается, а подача ветра значительно снижается на начальном этапе и, наконец, также отключается. На этапе глубокой продувки (опускание колонны кокса-Мёллера) водяной пар нагнетается через специальные форсунки во все точки, где образуются «мертвые», то есть пустые пространства. Иногда воду добавляют еще и сверху. Это предотвращает образование взрывоопасных газовоздушных смесей. Мертвые зоны возникают прежде всего над загрузочной поверхностью до верхнего вентиляционного отверстия, но также и в промежутках между верхним газовым затвором, в зависимости от положения запорных клапанов на газоотводном отверстии между печью и мешком для пыли или в пыли. сам мешок, а также в вихрях и в задвижке топки. Другой метод предотвращения газовых взрывов — это сжигание топочных газов, выходящих с загрузочной поверхности, с помощью непрерывно горящей фурмы для зажигания коксового газа. Завершением продувки является выпуск топочного чугуна , при котором помимо шлака, в зависимости от продолжительности пути доменной печи и условий охлаждения в стеллаже, может накапливаться несколько тонн передельного чугуна.

      В конце пути обжига обычно заменяется вся футеровка из огнеупорного кирпича и заменяются поврежденные стальные компоненты. Часто такой простой печи также используется для замены технически устаревшего оборудования, такого как измерительные и аналитические приборы, на новое. Помимо повышения качества продукции доменной печи, это также помогает снизить потребление энергии и загрязнение окружающей среды.

      Замена всех поврежденных или устаревших компонентов обычно занимает несколько месяцев. Однако, если остальные компоненты хорошего качества, доменная печь может выдержать несколько поездок печи, пока она не будет окончательно остановлена. Например, в марте 2008 г. «Большая доменная печь 1» в Дуйсбург-Швельгерн начала свой пятый тур по печи.

      Источник https://miminonino.ru/metally-i-splavy/domennaya-pech-svoimi-rukami.html

      Источник https://deru.abcdef.wiki/wiki/Hochofen

      Похожие записи:

      1. Для чего нужна доменная печь? Конструкция доменной печи, принцип работы и устройство
      2. Как сделать доменную печь в домашних условиях?
      3. Домна — это печь для выплавки чугуна
      4. Технологии производства чугуна постоянно совершенствуются