Машиностроение и механика

Содержание

Схема технологического процесса доменного цеха

Доменная печь, устройство, принцип работы и предназначение

Современная цивилизация неразрывно связана с развитием техники производства, невозможной без совершенствования орудий труда и материалов, используемых для их изготовления.

Среди всех материалов природного происхождения или созданных человеком, самое значимое место занимают черные металлы – сплав железа и углерода с присутствием других элементов.

Сплавы, в составе которых часть углерода составляет 2 – 5%, относятся к чугунам, при наличии углерода менее 2% сплав относится к сталям. Для плавки металлов используется специальная технология доменного производства.

Доменная плавка – это процесс производства чугуна из железной руды, перерабатываемой в доменных печах или, как их еще называют, домнах.

Основными материалами, необходимыми в процессе такого производства, являются:

  • топливо, в виде получаемого из каменного угля кокса;
  • железная руда, являющаяся непосредственным сырьем для производства;
  • флюс – специальные добавки из известняка, песка, а также других материалов.

Доменная печь — устройство для производства чугуна восстановительной плавкой железных руд или концентратов.

Основное оборудование доменного цеха — доменная печь — это круглая шахтная печь, футерованная огнеупорной кладкой.

Для защиты кожуха печи от разгара используют холодильные устройства. Кожух печи и колошниковое устройство установлены на фундаменте и удерживаются колоннами.

Исходный материал для плавки называется шихтой и состоит из железной руды, марганцевой руды, агломерата, окатышей. Шихта на колошник печи подается скипами или ленточным конвейером. Через приемную воронку скипы разгружаются в печь. Воздух подается через воздухонагреватели, продукт плавки выходит через летки в ковши, находящиеся в нижней части.

Современные доменные печи оснащены системой централизованного управления и контроля, обеспечивающей регистрацию показателей приборов и комплексных показателей работы доменной печи — расхода кокса на 1 т чугуна и суточной производительности доменной печи в тоннах.

Применяется дополнительное топливо, что снижает расход кокса и себестоимость чугуна. Усовершенствование конструкции доменной печи направлено на увеличение ее мощности (объема), улучшение подготовки сырья, внедрение новых прогрессивных, высокопроизводительных технологий.

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

Процесс доменной плавки является непрерывным. Сверху в печь загружают исходные материалы (агломерат, окатыши, кокс), а в нижнюю часть подают нагретый воздух и газообразное, жидкое или пылевидное топливо.

Газы, полученные от сжигания топлива, проходят через столб шихты и отдают ей свою тепловую энергию. Опускающаяся шихта нагревается, восстанавливается, а затем плавится.

Большая часть кокса сгорает в нижней половине печи, являясь источником тепла, а часть кокса расходуется на восстановление и науглероживание железа.

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

2 Составляющие доменной печи

Доменная печь представляет собой непрерывно работающий агрегат, состоящий из следующих зон:

  • Горячее дутьё.
  • Зона плавления (заплечики и горн).
  • Зона восстановления FeO (распар).
  • Зона восстановления Fe2O3 (шахта).
  • Зона предварительного нагрева (колошник).
  • Загрузка железорудных материалов, известняка и кокса.
  • Доменный газ.
  • Столб железорудных материалов, известняка и кокса.
  • Выпуск шлака.
  • Выпуск жидкого чугуна.
  • Сбор отходящих газов.

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи.

Рабочее пространство печи включает:

  • колошник;
  • шахту;
  • распар;
  • заплечики;
  • горн.

Верхняя (узкая) часть печи называется колошником. Колошник имеет засыпной аппарат для загрузки шихты (руды, топлива, флюсов) и газоотводные трубы, по которым из доменной печи отводятся газы, называемые доменными или колошниковыми. Часть печи между колошником и распаром называется шахтой.

Часть печи, обращенная усеченным конусом вверх и поддерживающая шихту в распаре вместе с шихтой и колошником, носит название заплечиков. В этой части печи происходит довольно резкое сокращение объема загружаемых материалов в результате выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки.

На долю шахты приходится большая часть общей высоты и объема печи. Профиль шахты, представляющий собой усеченный конус, расширяющийся к низу, обеспечивает равномерное опускание и разрыхление шихтовых материалов.

Значительная высота шахты позволяет осуществлять тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися горячими газами.

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

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

Нижняя часть печи, имеющая форму цилиндра, в которой скапливаются продукты плавки — жидкий чугун и шлак, — называется горном. В горне имеются радиально расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия (10—16, в зависимости от размера домны).

В эти отверстия вставлены из красной меди, бронзы или алюминия трубы с двойными стенками. Эти отверстия носят название фурмы.

Через фурмы вдувается вентилятором или воздуходувными машинами нагретый в воздухонагревателях (кауперах) горячий воздух. Фурмы охлаждаются водой, циркулирующей в пространстве между стенками труб.

2.1 Дополнительные элементы доменной печи

В процессе работы требуются вспомогательные устройства и механизмы, обеспечивающие качественную плавку чугуна. Необходимыми являются устройства для подъема и загрузки исходного сырья в печь.

Доменная печь требует постоянного обслуживания, особенно при выпуске шлака и чугуна. Для этого приспособлены литейные дворы, которые оборудованы мостовыми кранами.

Нагрев воздуха для работы печи, высокая температура плавки при меньшем количестве воздуха обеспечивают воздухонагреватели. К примеру, в печь, имеющую полезный объем 2000 м³, такое оборудование должно подавать в минуту 3800 м³ воздуха, температура которого составляет 1200 градусов.

Пар, образующийся за счет поступления воздуха в воздухонагреватель, должен быть постоянно влажным. Значение этого показателя регулируется при помощи автоматической системы.

Сжатый воздух, который необходим для сжигания топлива, поступает в печь благодаря воздуходувным машинам. Его давление на колошнике у современных печей достигает 25 МПа. Очистка колошникового газа происходит посредством газоочистителя.

3 Цикл загрузки

Под ним принято называть повторяющееся количество порций шихтовых материалов. Максимальную порцию определяют по объему шлюзового бункера засыпного механизма. Количество порций в одном цикле может составлять от 5 до 14. Как получить в полном объеме продукты доменного процесса? Для того чтобы ответить на этот вопрос, подробнее рассмотрим суть процесса. При повышенном содержании в смеси углекислого газа низкая температура способствует полноте протекания теплообменных и химических процессов в доменной печи. Чтобы аппарат работал экономично и интенсивно, количественное содержание углекислого газа по оси и на периферии печи должно быть пониженным, а на высоте одного-двух метров от стен – повышенным.

Контроль температур в новых печах осуществляется путем введения через отверстия в кожухе зондов. Обязательным для всех процессов является контроль уровня засыпки на колошнике.

Среди новаций – применение бесконтактных способов измерения уровня, основанных на показаниях микроволновых, инфракрасных датчиков.

химические процессы в доменной печи

4 Оборудование, незаменимое в черной металлургии

Работа доменной печи — важная составная современной черной металлургии. В современном производстве применяется только оборудование с высоким уровнем производительности. Кроме того, прогрессивные доменные печи оснащены системами автоматики. Роль автоматики заключается в том, чтобы регулировать, контролировать и регистрировать главные характеристики рабочих операций по выплавке. Современная печь может контролировать уровень, на который засыпана шихта, подачу руды, температуру дутья и давление газа.

Производительность таких печей растет, можно сказать, в ногу со временем. Усовершенствования системы выплавки позволяют увеличить производительность оборудования в несколько раз.

Схема доменной печи дает визуальное понятие принципа ее работы. Здесь можно пронаблюдать, как меняется конструкция оборудования в местах повышенного температурного режима. Также, с учетом схемы, можно увидеть, где засыпаются составляющие сырья и до какого уровня.

Процессы в доменной печи происходят в строго установленном порядке. Сама печь имеет вертикальную форму, сравнимую с шахтным типом. Высота может немного отличаться, но не превышает 35 м. Диаметр сооружения, как правило, в 2,5 – 3 раза меньше. Процесс протекает в определенной последовательности. Сначала происходит восстановление железа. Затем восстанавливаются другие элементы – фосфор, сера и прочие. Образующийся шлак, уже существенно поменявший свои составные, стекает вниз и накапливается в области горна. Именно химическим составом шлака определяется состав чугуна.

5 Как сделать доменную печь в домашних условиях? — Станки, сварка, металлообработка

Как сделать доменную печь в домашних условиях?

Плавка металла методом индукции широко применяется в разных отраслях: металлургии, машиностроении, ювелирном деле. Простую печь индукционного типа для плавки металла в домашних условиях можно собрать своими руками.

5.1 Принцип действия

Нагрев и плавка металлов в индукционных печах происходят за счет внутреннего нагрева и изменения кристаллической решетки металла при прохождении через них высокочастотных вихревых токов. В основе этого процесса лежит явление резонанса, при котором вихревые токи имеют максимальное значение.

Чтобы вызвать протекание вихревых токов через расплавляемый металл, его помещают в зону действия электромагнитного поля индуктора — катушки. Она может иметь форму спирали, восьмерки или трилистника. Форма индуктора зависит от размеров и формы нагреваемой заготовки.

Катушка индуктора подключается к источнику переменного тока. В производственных плавильных печах используют токи промышленной частоты 50 Гц, для плавки небольших объемов металлов в ювелирном деле используют высокочастотные генераторы, как более эффективные.

5.2 Виды

Вихревые токи замыкаются по контуру, ограниченному магнитным полем индуктора. Поэтому нагрев токопроводящих элементов возможен как внутри катушки, так и с внешней ее стороны.

    Поэтому индукционные печи бывают двух типов:

Канальная печь слишком габаритная и рассчитана на промышленные объемы плавки металлов. Её используют при выплавке чугуна, алюминия и других цветных металлов. Тигельная печь довольно компактна, ей пользуются ювелиры, радиолюбители, такую печь можно собрать своими руками и применять в домашних условиях.

5.3 Устройство

    Самодельная печь для плавки металлов имеет довольно простую конструкцию и состоит из трех основных блоков, помещенных в общий корпус:

Тигель помещают в индуктор, концы обмотки подключают к источнику тока. При протекании тока по обмотке вокруг нее возникает электромагнитное поле с переменным вектором.

В магнитном поле возникают вихревые токи, направленные перпендикулярно его вектору и проходящие по замкнутому контуру внутри обмотки.

Они проходят через металл, положенный в тигель, при этом нагревая его до температуры плавления.

Достоинства индукционной печи:

  • быстрый и равномерный нагрев металла сразу после включения установки;
  • направленность нагрева — греется только металл, а не вся установка;
  • высокая скорость плавления и однородность расплава;
  • отсутствует испарение легирующих компонентов металла;
  • установка экологически чиста и безопасна.

В качестве генератора индукционной печи для плавки металла может быть использован сварочный инвертор. Также можно собрать генератор по представленным ниже схемам своими руками.

5.4 Печь для плавки металла на сварочном инверторе

Эта конструкция отличается простотой и безопасностью, так как все инверторы оборудованы внутренними защитами от перегрузок. Вся сборка печи в этом случае сводится к изготовлению своими руками индуктора.

Выполняют его обычно в форме спирали из медной тонкостенной трубки диаметром 8-10 мм. Ее сгибают по шаблону нужного диаметра, располагая витки на расстоянии 5-8 мм. Количество витков — от 7 до 12, в зависимости от диаметра и характеристик инвертора. Общее сопротивление индуктора должно быть таким, чтобы не вызывать перегрузки по току в инверторе, иначе он будет отключаться внутренней защитой.

Индуктор можно закрепить в корпусе из графита или текстолита и установить внутрь тигель. Можно просто поставить индуктор на термостойкую поверхность. Корпус не должен проводить ток, иначе замыкание вихревых токов будет проходить через него, и мощность установки снизится. По этой же причине не рекомендуется располагать в зоне плавления посторонние предметы.

При работе от сварочного инвертора его корпус нужно обязательно заземлять! Розетка и проводка должны быть рассчитаны на потребляемый инвертором ток.

5.5 Индукционная печь на транзисторах: схема

Существует множество различных способов собрать индукционный нагреватель своими руками. Достаточно простая и проверенная схема печи для плавки металла представлена на рисунке:

    Чтобы собрать установку своими руками, понадобятся следующие детали и материалы:

6 Известные уроженцы

  • Степанов Михаил Алексеевич (род. 1 июля 1966 года) — российский издатель и предприниматель, кандидат медицинских наук (1994). Окончил ЧГМИ (1989), аспирантуру кафедры нормальной физиологии ЧГМИ (1992). Преподаватель кафедры микробиологии ЧГМИ (до 1993). В 1995 году создал первую в Чите частную типографию. Занимается благотворительной деятельностью. Член попечительского совета православного благотворительного фонда св. благоверного кн. Александра Невского. Имеет диплом Союза журналистов России за большой личный вклад в развитие средств массовой информации Читинской области. Внесен в Книгу Почёта Сибири за большой вклад в формирование единого информационного пространства Сибири.[15]
  • Ковалёв, Александр Петрович (род. 12 октября 1950 года) — российский футболист, тренер, заслуженный тренер РФ по футболу (2001).
  • Бакшеев, Алексей Проклович (1873 — 1946) — офицер Забайкальского казачьего войска, герой Первой мировой войны, генерал-лейтенант Белой армии, политический деятель эмиграции.

7 Горн

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

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

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

Читать статью Что такое домна и каковы процессы, происходящие в ней?

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

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

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

Таблица 1 – Размеры печей

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

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

  • плавное и устойчивое опускание шихтовых материалов;
  • выгодное распределение встречного газового потока;
  • благоприятное развитие процессов восстановления и образование чугуна и шлака.

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

8 Назначение доменной печи и принцип работы

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 древесноугольные.

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.

Принцип работы доменной печи выражается в несколько физико-химических операциях. Наличие этих операций определяется температурной областью самой печи и загруженностью материала.

В целом, можно выделить такие процессы:

  • процесс разложения известняка, в результате которого образуется угольный ангидрид и окись кальция;
  • восстановление железа и прочих элементов;
  • науглероживание железа;
  • металлоплавление;
  • возникновение и плавление шлака;
  • сгорание топлива и прочие.

Воздухонагреватель доменной печи — аппарат, в котором происходит предварительный нагрев воздуха. Затем этот воздух подается в печь.

Раннее оборудование для выплавки чугуна не имело такого элемента, как воздухонагреватель. Разработка устройства позволила намного уменьшить затраты топлива.

Принцип работы доменной печи основан на сложных физико-химических процессах.

Выделяют такие операции:

  • сгорание топлива;
  • восстановление железа;
  • разложение известняка на окись кальция и угольный ангидрид;
  • насыщение железа углеродом;
  • плавка металла;
  • плавление шлака и др.

В самом общем смысле доменная плавка – это производство чугуна из железорудного сырья.

Главные материалы, с помощью которых возможна выплавка чугуна:

  • топливо – кокс;
  • железная руда – сырьё, из которого выплавляют чугун;
  • флюс – спецдобавки из песка, известняка и некоторых других материалов.

В печи шихта попадает в виде мелкопородных сплавленных кусков – окатышей или агломератов. В качестве рудного вещества могут выступать марганцевые руды или различные вариации железняка. Сырьё засыпают в колошник слоями, чередуя с пластами флюса и кокса.

Шлак всплывает на поверхности раскалённого чугуна. Примеси сливают до того, как жидкий металл застынет.

Подача сырья, как и работа печи, должна быть непрерывной. Постоянство процесса обеспечивают специальные транспортёры. Попадая через описанные элементы в горн, шихта проходит через ряд технологических процессов.

Сгорающий кокс даёт требуемую температуру, которая не должна опускаться ниже 2000 градусов. Горение способствует соединению кислорода и каменного угля. Параллельно образуется углекислый газ. Под влиянием высокой температуры последний становится оксидом углерода. Благодаря этому восстанавливается железо.

Чугун становится таковым после того, как железо пройдёт через расплавленный кокс. Чтобы результат стал возможным, железо должно насытиться углеродом. К чугунам относят сплавы, в составе которых на долю углерода приходится 2-5%.

После того, как готовый металл накопился в горне, его выпускают через летки. Через верхнее отверстие сначала выпускают шлак, а после – через нижнее – чугун. Последний сливается по каналам в ковши и отправляется на последующую обработку.

9 Восстановление оксидов железа и некоторых других элементов

В результате взаимодействия оксидов железа с оксидом углерода и твердым углеродом кокса, а также водородом происходит восстановление железа. Восстановление газами называют косвенным, а твердым углеродом – прямым. Реакции косвенного восстановления сопровождаются выделением тепла и происходят в верхних горизонтах печи. Реакции прямого восстановления сопровождаются поглощением тепла и протекают в нижней части доменной печи, где температура более высокая.

Восстановление железа из руды происходит по мере продвижения шихты вниз в несколько стадий, от высшего оксида к низшему:

Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → Fe

До температур 700 – 900 °С восстановление осуществляется газовым восстановителем (СО) по реакциям:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,

Fe3O4 + CO = 2FeO + CO2,

FeO + CO = Fe + CO2.

По мере опускания шихты до горизонтов с температурой 900 – 1200 °С, выделяющийся в ходе восстановления углекислый газ (СО2) начинает взаимодействовать с углеродом топлива по реакции:

Процесс восстановления существенно изменяется и идет по реакции:

Таким образом, материал, загруженный в доменную печь, начинает восстанавливаться косвенным путем. По мере опускания шихты, выделяющийся в результате восстановления СО2 начинает взаимодействовать с углеродом твердого топлива и процесс непрямого или косвенного восстановления переходит в прямое восстановление.

Часть оксидов железа руды восстанавливается водородом, образующимся в доменной печи в результате реакции разложения паров воды:

Восстановление оксидов железа водородом происходит также, как оксидом углерода (СО), по стадиям от высших к низшим

3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O;

Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O;

FeO + H2 = Fe + H2O.

Водород, как реагент-восстановитель, характеризуется более высокой степенью использования. Вследствие меньшего размера молекулы по сравнению с молекулой СО водород проникает в мелкие поры и трещины восстанавливаемого куска рудного материала, в которые молекулы СО не могут проникнуть. Поэтому, несмотря на относительно небольшое содержание водорода в доменном газе, он производит значительную восстановительную работу.

Кроме железа, в доменной печи происходит восстановление и других элементов, входящих в состав шихты.

9.1 Марганец

Марганец содержится во всех железных рудах в больших или меньших количествах. В соответствии с принципом последовательных превращений, оксиды марганца восстанавливаются последовательно от высших к низшим:

MnO2 → Mn2O3 → Mn3O4 → MnO → Mn.

Высшие оксиды марганца в доменной печи восстанавливаются полностью до MnO непрямым путем, взаимодействуя с СО. Оксид MnO восстанавливается только прямым путем, и то, частично по реакции:

Взаимодействуя с твердым углеродом, MnO образует карбид Mn3C, который растворяется в железе, повышая содержание марганца и углерода в чугуне. Другая часть MnO переходит в шлак.

9.2 Кремний

Кремний попадает в доменную печь с шихтой в виде SiO2. Восстановление его, как и марганца, осуществляется частично при высоких температурах твердым углеродом:

SiO2 + 2C = Si + 2CO.

Другая часть SiO2 переходит в шлак, а восстановленный кремний растворяется в железе.

9.3 Фосфор

Фосфор в шихтовых материалах находится в виде соединений (FeO) 3 ⋅ P2O5 и (СаО) 3 ⋅ P2O5. При температурах выше 1000 °С фосфат железа восстанавливается оксидом углерода и твердым углеродом с образованием фосфида железа Fe3P. При температурах выше 1300 °С фосфор восстанавливается из фосфата кальция. Фосфор и фосфид железа полностью растворяются в железе. Условия доменной плавки не позволяют удалить из металла фосфор. Весь фосфор, содержащийся в шихте, восстанавливается и полностью переходит в чугун. Поэтому, единственным способом получения малофосфористых чугунов является использование чистых по фосфору шихтовых материалов.

10 История

Необходимость совершенствования технологии выплавки железа возникла давно. Легкоплавкие руды, расположенные практически на поверхности земли, не отличались большими объёмами и быстро были израсходованы. Существующая методика выплавки была несостоятельна и не позволяла работать с тугоплавкими рудами. Появилась необходимость в усовершенствовании существующего оборудования и технологии. В первую очередь требовалось увеличить размеры печей и значительно усилить режим наддува.

Первые упоминания о конструкциях, аналогичных доменным печам, обнаружены в Китае. Они относятся к IV веку. В Европе появление доменных печей относят к XV веку, до этого использовались так называемые сыродутные печи. Непосредственным предшественником домны являлся каталонский горн, который использовал технологические приёмы, близкие к методике доменного производства. Его отличительными чертами были:

  • Непрерывный процесс подачи шихты;
  • Использование мощных установок подачи воздуха с гидравлическим приводом.

Доменная печь XIV века

Объём каталонского горна составлял всего 1 м³, что не позволяло получать больших объёмов продукции. В XIII веке в европейском княжестве Штирия был создан штукофен, увеличенный и усовершенствованный вариант каталонского горна. Он имел около 3,5 м в высоту и два технологических отверстия — нижнее для подачи воздуха, верхнее для извлечения крицы (сыродутного железа). Штукофен выдавал три вида железных полуфабрикатов:

Разница между ними заключалась в содержании углерода — больше всего его было в чугуне (больше 1,7%), в стали его было меньше 1,7%, а в ковком железе содержание составляло 0,04%. Высокий уровень содержания углерода оценивался негативно, так как чугун нельзя ковать, сваривать, из него сложно изготавливать оружие.

Это важно! Первоначально чугун был отнесён к отходам производства, так как не поддавался ковке. Отношение к нему изменилось только после начала вторичной переплавки, которое стали делать из-за нехватки легкоплавких руд. Передельное железо, полученное из чугуна, имело более высокое качество, что послужило стимулом к расширению переделочного процесса.

Дальнейшее наращивание мощностей и совершенствование технологии послужили толчком к возникновению блауфена, имевшего высоту уже около 5–6 м, способного к выплавке чугуна и железа одновременно. Он уже практически являлся доменной печью, хоть и несколько уменьшенной, упрощённой конструкции. Утвердился двухступенчатый процесс, когда первой стадией было получение чугуна, а второй — выплавка из него железа при усиленном наддуве.

Появление первых доменных печей в Европе относится к концу XV века. Почти сразу подобные конструкции появились в Англии, а в США первые домны созданы гораздо позже — в 1619 году. Первую домну в России на своей мануфактуре в Туле построил А. А. Виниус. Процесс состоял из следующих этапов:

  1. Загрузка древесного угля и наддув.
  2. Укладка чугунных чушек перед устьем, расплавление, сток чугуна вниз.
  3. Потеря части углерода во время прохождения возле фурм.
  4. Подача полученного железа к соплу, мощный наддув, при котором лишний углерод выгорал, а мягкое железо оседало на дне.

Железо извлекали со дна горна и проковывали, удаляя жидкий шлак, уплотняя чушки. При таком способе выход готового железа составлял около 92 % от изначального веса чугуна, а его качество значительно превышало показатели кричного продукта.

Серьёзной проблемой стал топливный кризис. Для плавления руды использовался древесный уголь, что привело к истреблению лесов. Проблема выросла до таких размеров, что в Англию ввозили металл из Европы, а позже — и из России в течение 2 веков. Оказалось, что лес растёт медленнее, чем горит. Попытки использования каменного угля показали, что в нём содержится большое количество серы, существенно снижающей качество металла. Было произведено множество опытов, не увенчавшихся успехом.

Это интересно! Решение было найдено только в 1735 году английским металлургом А. Дерби II, который нашёл способ превращения угля в кокс. С этого времени топливная проблема была преодолена, и процесс получил новый толчок к развитию.

Следующим революционным открытием стал нагрев воздуха, используемого для наддува. Он позволил заметно снизить расход каменного угля до 36 %. Появились специальные требования к сортности, качеству металла по содержанию марганца, кремния, фосфора. Технология и конструкция печей совершенствовались, дополнялись, понемногу приходя к современному виду.

11 Крафт

Для создания доменной печи потребуется шесть железных пластин, расставленных по периметру, один корпус механизма, расположенный ровно по центру, а также один теплопровод, который нужно поместить прямо под механизм.

Теперь вы знаете, как крафтится в Industrial Craft 2 доменная печь. Осталось только научиться ею пользоваться.

доменная печь industrial craft 2 как пользоваться

12 Продукты доменного производства

Продуктами доменной плавки являются:

  • чугун;
  • шлак;
  • доменный (колошниковый) газ.

12.1 Чугун

Чугун является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ – побочными.

Выплавляемые в доменных печах чугуны в зависимости от способа дальнейшего использования делятся на три группы:

  • передельные идущие на передел в сталь;
  • литейные предназначенные для получения отливок из чугуна в машиностроении;
  • специальные (ферросплавы), используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой.

В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.

Предельный чугун предназначается для переработки в сталь.

Такой чугун характерен тем, что углерод в нем (2,2—4%) находится в химически связанном состоянии.

Поверхность излома чугуна имеет белый цвет.

В зависимости от состава и способа переработки различают:

  • мартеновский чугун, содержащий фосфора от 0,15 до 0,30% и серы до 0,07%;
  • бессемеровский, содержащий фосфора 0,07% и серы до 0,069%;
  • томасовский, содержащий фосфора 1,6% и серы до 0,08%.

Передельный чугун подразделяют на три вида:

  • Передельный коксовый (марки М1, М2, М3, Б1, Б2).
  • Передельный коксовый фосфористый (МФ1, МФ2, МФ3).
  • Передельный коксовый высококачественный (ПВК1, ПВК2, ПВК3).

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Читать статью Основные процессы доменной печи. Особенности производства чугуна

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1-ЛК7.

Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

Особую группу составляют фосфористые чугуны, содержащие до 2% Р, в зависимости от содержания фосфора применяются различные технологии передела таких чугунов в сталь.

Этот вид чугунов предназначен для производства литых изделий в чугуноплавильных цехах. Характерной особенностью этих чугунов является высокое содержание кремния (2,75 – 3,75% Si), а в некоторых случаях и фосфора. Объясняется это тем, что эти элементы придают расплавленному чугуну высокую жидкоподвижность или способность хорошо заполнять литейную форму.

Литейный чугун применяется после переплава на машиностроительных заводах для получения фасонных отливок.

Литейный чугун применяется для изготовления литых изделий:

  • труб;
  • радиаторов;
  • водопроводной арматуры;
  • станин;
  • блоков;
  • шестерен и т. п.
Читать статью  Для чего нужна доменная печь? Конструкция доменной печи, принцип работы и устройство

Такой чугун в изломе имеет серый цвет. В нем часть углерода находится в свободном состоянии, в виде графита. В сером чугуне обычно содержится кремния 1,25-4,25%, углерода 2,5—4%, марганца 0,5—1,3%, фосфора 0,1— 1,2% и небольшое количество серы.

Марганец придает чугуну твердость и хрупкость.

Кремнии, наоборот, снижает твердость чугуна, благодаря чему отливки из такого чугуна легко поддаются механической обработке.

Фосфор делает чугун жидкоплавким, хорошо заполняющим тонкие сечения форм.

Отливки из чугуна, содержащего повышенное количество фосфора, хорошо сопротивляются истиранию, но вместе с тем обладают повышенной хрупкостью.

Сера придает чугуну густоплавкость и понижает его механические свойства.

Специальные чугуны (ферросплавы).

Это сплавы железа с повышенным содержанием кремния, марганца и других элементов, используемые в качестве раскислителей или присадки в сталеплавильном и чугунолитейном производствах.

К ним относятся:

  • ферромарганец (70 – 75% Mn и до 2% Si);
  • ферросилиций (9 – 13% Si и до 3% Mn);
  • зеркальный чугун (10 – 15% Mn и до 2% Si).

В последние годы выплавка ферросплавов в доменных печах сократилась в виду неэкономичности передела. Более выгодно выплавлять ферросплавы в электропечах.

Схема технологического процесса доменного цеха

В этой статье расскажу о самом главном элементе современного производства ферросплавов и чугуна, о доменной печи. Она является основным оборудование доменного цеха, поэтому думаю каждому интересно узнать о составляющих доменной печи и принципе действия.

В качестве сырья используется железная руда, а основным продуктом доменного производства является чугун, который нашел свое применение в различных сфера деятельности: автомобильное производства, изготовление сантехники, чугунной посуды и др.

Кстати, вызвать эвакуатор в алматы круглосуточно для автомобиля можно тут.

Понятие доменной печи и плавки

Современная цивилизация неразрывно связана с развитием техники производства, невозможной без совершенствования орудий труда и материалов, используемых для их изготовления.

Среди всех материалов природного происхождения или созданных человеком, самое значимое место занимают черные металлы – сплав железа и углерода с присутствием других элементов.

Сплавы, в составе которых часть углерода составляет 2 – 5%, относятся к чугунам, при наличии углерода менее 2% сплав относится к сталям. Для плавки металлов используется специальная технология доменного производства.

Доменная плавка – это процесс производства чугуна из железной руды, перерабатываемой в доменных печах или, как их еще называют, домнах.

Основными материалами, необходимыми в процессе такого производства, являются:

  • топливо, в виде получаемого из каменного угля кокса;
  • железная руда, являющаяся непосредственным сырьем для производства;
  • флюс – специальные добавки из известняка, песка, а также других материалов.

Доменная печь — устройство для производства чугуна восстановительной плавкой железных руд или концентратов.

Основное оборудование доменного цеха — доменная печь — это круглая шахтная печь, футерованная огнеупорной кладкой.

Для защиты кожуха печи от разгара используют холодильные устройства. Кожух печи и колошниковое устройство установлены на фундаменте и удерживаются колоннами.

Исходный материал для плавки называется шихтой и состоит из железной руды, марганцевой руды, агломерата, окатышей. Шихта на колошник печи подается скипами или ленточным конвейером. Через приемную воронку скипы разгружаются в печь. Воздух подается через воздухонагреватели, продукт плавки выходит через летки в ковши, находящиеся в нижней части.

Современные доменные печи оснащены системой централизованного управления и контроля, обеспечивающей регистрацию показателей приборов и комплексных показателей работы доменной печи — расхода кокса на 1 т чугуна и суточной производительности доменной печи в тоннах.

Применяется дополнительное топливо, что снижает расход кокса и себестоимость чугуна. Усовершенствование конструкции доменной печи направлено на увеличение ее мощности (объема), улучшение подготовки сырья, внедрение новых прогрессивных, высокопроизводительных технологий.

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

Процесс доменной плавки является непрерывным. Сверху в печь загружают исходные материалы (агломерат, окатыши, кокс), а в нижнюю часть подают нагретый воздух и газообразное, жидкое или пылевидное топливо.

Газы, полученные от сжигания топлива, проходят через столб шихты и отдают ей свою тепловую энергию. Опускающаяся шихта нагревается, восстанавливается, а затем плавится.

Большая часть кокса сгорает в нижней половине печи, являясь источником тепла, а часть кокса расходуется на восстановление и науглероживание железа.

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

Составляющие доменной печи

Доменная печь представляет собой непрерывно работающий агрегат, состоящий из следующих зон:

  • Горячее дутьё.
  • Зона плавления (заплечики и горн).
  • Зона восстановления FeO (распар).
  • Зона восстановления Fe2O3 (шахта).
  • Зона предварительного нагрева (колошник).
  • Загрузка железорудных материалов, известняка и кокса.
  • Доменный газ.
  • Столб железорудных материалов, известняка и кокса.
  • Выпуск шлака.
  • Выпуск жидкого чугуна.
  • Сбор отходящих газов.

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи.

Рабочее пространство печи включает:

  • колошник;
  • шахту;
  • распар;
  • заплечики;
  • горн.

Верхняя (узкая) часть печи называется колошником. Колошник имеет засыпной аппарат для загрузки шихты (руды, топлива, флюсов) и газоотводные трубы, по которым из доменной печи отводятся газы, называемые доменными или колошниковыми. Часть печи между колошником и распаром называется шахтой.

Часть печи, обращенная усеченным конусом вверх и поддерживающая шихту в распаре вместе с шихтой и колошником, носит название заплечиков. В этой части печи происходит довольно резкое сокращение объема загружаемых материалов в результате выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки.

На долю шахты приходится большая часть общей высоты и объема печи. Профиль шахты, представляющий собой усеченный конус, расширяющийся к низу, обеспечивает равномерное опускание и разрыхление шихтовых материалов.

Значительная высота шахты позволяет осуществлять тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися горячими газами.

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

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

Нижняя часть печи, имеющая форму цилиндра, в которой скапливаются продукты плавки — жидкий чугун и шлак, — называется горном. В горне имеются радиально расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга отверстия (10—16, в зависимости от размера домны).

В эти отверстия вставлены из красной меди, бронзы или алюминия трубы с двойными стенками. Эти отверстия носят название фурмы.

Через фурмы вдувается вентилятором или воздуходувными машинами нагретый в воздухонагревателях (кауперах) горячий воздух. Фурмы охлаждаются водой, циркулирующей в пространстве между стенками труб.

Дополнительные элементы доменной печи

В процессе работы требуются вспомогательные устройства и механизмы, обеспечивающие качественную плавку чугуна. Необходимыми являются устройства для подъема и загрузки исходного сырья в печь.

Доменная печь требует постоянного обслуживания, особенно при выпуске шлака и чугуна. Для этого приспособлены литейные дворы, которые оборудованы мостовыми кранами.

Нагрев воздуха для работы печи, высокая температура плавки при меньшем количестве воздуха обеспечивают воздухонагреватели. К примеру, в печь, имеющую полезный объем 2000 м³, такое оборудование должно подавать в минуту 3800 м³ воздуха, температура которого составляет 1200 градусов.

Пар, образующийся за счет поступления воздуха в воздухонагреватель, должен быть постоянно влажным. Значение этого показателя регулируется при помощи автоматической системы.

Сжатый воздух, который необходим для сжигания топлива, поступает в печь благодаря воздуходувным машинам. Его давление на колошнике у современных печей достигает 25 МПа. Очистка колошникового газа происходит посредством газоочистителя.

Как сделать доменную печь в домашних условиях? — Станки, сварка, металлообработка

Как сделать доменную печь в домашних условиях?

Плавка металла методом индукции широко применяется в разных отраслях: металлургии, машиностроении, ювелирном деле. Простую печь индукционного типа для плавки металла в домашних условиях можно собрать своими руками.

Принцип действия

Нагрев и плавка металлов в индукционных печах происходят за счет внутреннего нагрева и изменения кристаллической решетки металла при прохождении через них высокочастотных вихревых токов. В основе этого процесса лежит явление резонанса, при котором вихревые токи имеют максимальное значение.

Чтобы вызвать протекание вихревых токов через расплавляемый металл, его помещают в зону действия электромагнитного поля индуктора — катушки. Она может иметь форму спирали, восьмерки или трилистника. Форма индуктора зависит от размеров и формы нагреваемой заготовки.

Катушка индуктора подключается к источнику переменного тока. В производственных плавильных печах используют токи промышленной частоты 50 Гц, для плавки небольших объемов металлов в ювелирном деле используют высокочастотные генераторы, как более эффективные.

Вихревые токи замыкаются по контуру, ограниченному магнитным полем индуктора. Поэтому нагрев токопроводящих элементов возможен как внутри катушки, так и с внешней ее стороны.

    Поэтому индукционные печи бывают двух типов:
  • канальные, в которых емкостью для плавки металлов являются каналы, расположенные вокруг индуктора, а внутри него расположен сердечник;
  • тигельные, в них используется специальная емкость — тигель, выполненный из жаропрочного материала, обычно съемный.

Канальная печь слишком габаритная и рассчитана на промышленные объемы плавки металлов. Её используют при выплавке чугуна, алюминия и других цветных металлов. Тигельная печь довольно компактна, ей пользуются ювелиры, радиолюбители, такую печь можно собрать своими руками и применять в домашних условиях.

Устройство

    Самодельная печь для плавки металлов имеет довольно простую конструкцию и состоит из трех основных блоков, помещенных в общий корпус:
  • генератор переменного тока высокой частоты;
  • индуктор — спиралевидная обмотка из медной проволоки или трубки, выполненная своими руками;
  • тигель.

Тигель помещают в индуктор, концы обмотки подключают к источнику тока. При протекании тока по обмотке вокруг нее возникает электромагнитное поле с переменным вектором.

В магнитном поле возникают вихревые токи, направленные перпендикулярно его вектору и проходящие по замкнутому контуру внутри обмотки.

Они проходят через металл, положенный в тигель, при этом нагревая его до температуры плавления.

Достоинства индукционной печи:

  • быстрый и равномерный нагрев металла сразу после включения установки;
  • направленность нагрева — греется только металл, а не вся установка;
  • высокая скорость плавления и однородность расплава;
  • отсутствует испарение легирующих компонентов металла;
  • установка экологически чиста и безопасна.

В качестве генератора индукционной печи для плавки металла может быть использован сварочный инвертор. Также можно собрать генератор по представленным ниже схемам своими руками.

Печь для плавки металла на сварочном инверторе

Эта конструкция отличается простотой и безопасностью, так как все инверторы оборудованы внутренними защитами от перегрузок. Вся сборка печи в этом случае сводится к изготовлению своими руками индуктора.

Выполняют его обычно в форме спирали из медной тонкостенной трубки диаметром 8-10 мм. Ее сгибают по шаблону нужного диаметра, располагая витки на расстоянии 5-8 мм. Количество витков — от 7 до 12, в зависимости от диаметра и характеристик инвертора. Общее сопротивление индуктора должно быть таким, чтобы не вызывать перегрузки по току в инверторе, иначе он будет отключаться внутренней защитой.

Индуктор можно закрепить в корпусе из графита или текстолита и установить внутрь тигель. Можно просто поставить индуктор на термостойкую поверхность. Корпус не должен проводить ток, иначе замыкание вихревых токов будет проходить через него, и мощность установки снизится. По этой же причине не рекомендуется располагать в зоне плавления посторонние предметы.

При работе от сварочного инвертора его корпус нужно обязательно заземлять! Розетка и проводка должны быть рассчитаны на потребляемый инвертором ток.

Индукционная печь на транзисторах: схема

Существует множество различных способов собрать индукционный нагреватель своими руками. Достаточно простая и проверенная схема печи для плавки металла представлена на рисунке:

    Чтобы собрать установку своими руками, понадобятся следующие детали и материалы:
  • два полевых транзистора типа IRFZ44V;
  • два диода UF4007 (можно также использовать UF4001);
  • резистор 470 Ом, 1 Вт (можно взять два последовательно соединенных по 0,5 Вт);
  • пленочные конденсаторы на 250 В: 3 штуки емкостью 1 мкФ; 4 штуки — 220 нФ; 1 штука — 470 нФ; 1 штука — 330 нФ;
  • медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø1,2 мм;
  • медный обмоточный провод в эмалевой изоляции Ø2 мм;
  • два кольца от дросселей, снятых с компьютерного блока питания.

Назначение доменной печи и принцип работы

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 древесноугольные.

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.

Принцип работы доменной печи выражается в несколько физико-химических операциях. Наличие этих операций определяется температурной областью самой печи и загруженностью материала.

В целом, можно выделить такие процессы:

  • процесс разложения известняка, в результате которого образуется угольный ангидрид и окись кальция;
  • восстановление железа и прочих элементов;
  • науглероживание железа;
  • металлоплавление;
  • возникновение и плавление шлака;
  • сгорание топлива и прочие.

Воздухонагреватель доменной печи — аппарат, в котором происходит предварительный нагрев воздуха. Затем этот воздух подается в печь.

Раннее оборудование для выплавки чугуна не имело такого элемента, как воздухонагреватель. Разработка устройства позволила намного уменьшить затраты топлива.

Принцип работы доменной печи основан на сложных физико-химических процессах.

Выделяют такие операции:

  • сгорание топлива;
  • восстановление железа;
  • разложение известняка на окись кальция и угольный ангидрид;
  • насыщение железа углеродом;
  • плавка металла;
  • плавление шлака и др.

В самом общем смысле доменная плавка – это производство чугуна из железорудного сырья.

Главные материалы, с помощью которых возможна выплавка чугуна:

  • топливо – кокс;
  • железная руда – сырьё, из которого выплавляют чугун;
  • флюс – спецдобавки из песка, известняка и некоторых других материалов.

В печи шихта попадает в виде мелкопородных сплавленных кусков – окатышей или агломератов. В качестве рудного вещества могут выступать марганцевые руды или различные вариации железняка. Сырьё засыпают в колошник слоями, чередуя с пластами флюса и кокса.

Читать статью Что такое шихта? Виды шихты, состав и назначение

Шлак всплывает на поверхности раскалённого чугуна. Примеси сливают до того, как жидкий металл застынет.

Подача сырья, как и работа печи, должна быть непрерывной. Постоянство процесса обеспечивают специальные транспортёры. Попадая через описанные элементы в горн, шихта проходит через ряд технологических процессов.

Сгорающий кокс даёт требуемую температуру, которая не должна опускаться ниже 2000 градусов. Горение способствует соединению кислорода и каменного угля. Параллельно образуется углекислый газ. Под влиянием высокой температуры последний становится оксидом углерода. Благодаря этому восстанавливается железо.

Чугун становится таковым после того, как железо пройдёт через расплавленный кокс. Чтобы результат стал возможным, железо должно насытиться углеродом. К чугунам относят сплавы, в составе которых на долю углерода приходится 2-5%.

После того, как готовый металл накопился в горне, его выпускают через летки. Через верхнее отверстие сначала выпускают шлак, а после – через нижнее – чугун. Последний сливается по каналам в ковши и отправляется на последующую обработку.

Крафт

Для создания доменной печи потребуется шесть железных пластин, расставленных по периметру, один корпус механизма, расположенный ровно по центру, а также один теплопровод, который нужно поместить прямо под механизм.

Теперь вы знаете, как крафтится в Industrial Craft 2 доменная печь. Осталось только научиться ею пользоваться.

доменная печь industrial craft 2 как пользоваться

Продукты доменного производства

Продуктами доменной плавки являются:

  • чугун;
  • шлак;
  • доменный (колошниковый) газ.

Чугун

Чугун является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ – побочными.

Выплавляемые в доменных печах чугуны в зависимости от способа дальнейшего использования делятся на три группы:

  • передельные идущие на передел в сталь;
  • литейные предназначенные для получения отливок из чугуна в машиностроении;
  • специальные (ферросплавы), используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой.

В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.

Предельный чугун предназначается для переработки в сталь.

Такой чугун характерен тем, что углерод в нем (2,2—4%) находится в химически связанном состоянии.

Поверхность излома чугуна имеет белый цвет.

В зависимости от состава и способа переработки различают:

  • мартеновский чугун, содержащий фосфора от 0,15 до 0,30% и серы до 0,07%;
  • бессемеровский, содержащий фосфора 0,07% и серы до 0,069%;
  • томасовский, содержащий фосфора 1,6% и серы до 0,08%.

Передельный чугун подразделяют на три вида:

  • Передельный коксовый (марки М1, М2, М3, Б1, Б2).
  • Передельный коксовый фосфористый (МФ1, МФ2, МФ3).
  • Передельный коксовый высококачественный (ПВК1, ПВК2, ПВК3).

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1-ЛК7.

Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

Особую группу составляют фосфористые чугуны, содержащие до 2% Р, в зависимости от содержания фосфора применяются различные технологии передела таких чугунов в сталь.

Этот вид чугунов предназначен для производства литых изделий в чугуноплавильных цехах. Характерной особенностью этих чугунов является высокое содержание кремния (2,75 – 3,75% Si), а в некоторых случаях и фосфора. Объясняется это тем, что эти элементы придают расплавленному чугуну высокую жидкоподвижность или способность хорошо заполнять литейную форму.

Литейный чугун применяется после переплава на машиностроительных заводах для получения фасонных отливок.

Литейный чугун применяется для изготовления литых изделий:

  • труб;
  • радиаторов;
  • водопроводной арматуры;
  • станин;
  • блоков;
  • шестерен и т. п.

Такой чугун в изломе имеет серый цвет. В нем часть углерода находится в свободном состоянии, в виде графита. В сером чугуне обычно содержится кремния 1,25-4,25%, углерода 2,5—4%, марганца 0,5—1,3%, фосфора 0,1— 1,2% и небольшое количество серы.

Марганец придает чугуну твердость и хрупкость.

Кремнии, наоборот, снижает твердость чугуна, благодаря чему отливки из такого чугуна легко поддаются механической обработке.

Фосфор делает чугун жидкоплавким, хорошо заполняющим тонкие сечения форм.

Отливки из чугуна, содержащего повышенное количество фосфора, хорошо сопротивляются истиранию, но вместе с тем обладают повышенной хрупкостью.

Сера придает чугуну густоплавкость и понижает его механические свойства.

Специальные чугуны (ферросплавы).

Это сплавы железа с повышенным содержанием кремния, марганца и других элементов, используемые в качестве раскислителей или присадки в сталеплавильном и чугунолитейном производствах.

К ним относятся:

  • ферромарганец (70 – 75% Mn и до 2% Si);
  • ферросилиций (9 – 13% Si и до 3% Mn);
  • зеркальный чугун (10 – 15% Mn и до 2% Si).

В последние годы выплавка ферросплавов в доменных печах сократилась в виду неэкономичности передела. Более выгодно выплавлять ферросплавы в электропечах.

Шлак — побочный продукт, он является очень дешевым строительным материалом высокого качества и идет на изготовление цемента, бетона, кирпича, на грунтовку дорог.

Количество получаемого при плавке шлака очень велико (примерно 60% веса выплавляемого чугуна).

Шлаки бывают основные и кислые.

Кислый шлак имеет высокую прочность. Если его в жидком виде продуть паром или воздухом, получится шлаковая вата, являющаяся хорошим изолятором.

ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА


domennaya-pech-1

Доменный цех — один из важнейших структур металлургического производства. Здесь производят чугун, из которого выплавляют сталь.

Для того, чтобы получить исходный материал (шихту) используют железную руду, агломерат, окатыши и добавки, которые содержат железо, а также известняк и доломиты.

Весь технологический процесс других цехов в значительной мере зависит от того, какого сорта и марки чугун был выпущен в доменном цехе.

Оборудование доменного производства тесно взаимосвязано между собой и включает следующие единицы:

  1. Печи.
  2. Отсек приемных резервуаров.
  3. Система загрузки исходного сырья.
  4. Литейный двор.
  5. Воздухонагреватели.
  6. Система газоочистки.
  7. Отсек разлива чугуна.
  8. Склад холодного чугуна.
  9. Система гранулирования шлака.
  10. Отделения изготовления огнеупорных смесей и ремонта чугуновозных ковшей.

ПЛАНЫ ДОМЕННЫХ ЦЕХОВ

Самое важное, что нужно учитывать при планировании – удобное расположение оборудование доменного производства, чтобы обеспечить бесперебойный процесс работы.

Выделяют 3 вида планировки:

  1. Блочное размещение доменных печей. Доменный цех получается компактным, но при этом обслуживание чугунных и шлаковых леток становится затруднительным в общем литейном дворе.
  2. Островной метод расстановки. Доменные печи располагают в линию, а блок воздухонагревателей, литейный двор и пути чугуновозов и шлаковозов для каждой печи – под углом к этой линии.
  3. Конвейерная система загрузки печей. Литейный двор имеет форму круга. Пути для чугуновозов и шлаковозов располагаются по обе стороны, а блоки воздухонагревателей – под углом относительно линии печей.

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ.

Оборудование доменного производства

Рисунок 1. Схема доменной печи.

1 – колошник; 2 – шахта; 3 – распар; 4 – заплечики; 5 – горн; 6 – фурмы для вдувания воздуха; 7 – чугунная летка для выхода жидкого чугуна; 8 – шлаковая летка для выпуска шлака; 9 – загрузочная площадка; 10 – колокол для загрузки сырых материалов в доменную печь; 11 – отверстие для вывода колошниковых газов.

По наклонному пути шихту для плавки доставляют наверх и засыпают в печь через систему подачи.

Чтобы процесс горения кокса был интенсивным требуется большое количество воздуха. Его подогревают в специальных воздухонагревателях до 600 – 800 0 С и подают через щели в нижней части печи под давлением.

Получившийся чугун опускается вниз и выходит через чугунные летки. После этого чугун переправляют в специальных ковшах в сталеплавильный цех для дальнейшей переработки.

Жидкий шлак, который образуется в процессе выплавки над чугуном удаляют из доменной печи через шлаковую летку и используют в качестве материала для строительной сферы или в шлаковый отвал.

Доменная печь работает без перерыва. Снаружи она покрыта стальной оболочкой (кожухом), а с внутренней выложена специальной кладкой из высокопрочного кирпича, которая должна выдерживать высокие температуры и сопротивляться износу, вызванным постоянным трением.

ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА. ДОМЕННЫЕ КОЛОШНИКОВЫЕ ПОДЪЕМНИКИ

Этот вид оборудования доменного производства подает шихту в доменную печь. Они должны быть надежными и иметь высокую производительность.

Существует 2 основных способа подачи шихтовых материалов:

1. Скиповый.

skrip

Рисунок 2. Схема скипового подъемника.

1 – скип; 2 – камера; 4 – клапан-щит; 5 – стационарный шарнир; 6, 7, 9 – рычаг; 8 — противовес; 10 – направляющий элемент; 12 – стационарный шарнир; 13 – упор.

Материал подают скипами из ямы бункерной эстакады. Каждый скиповый подъемник вмещает до 20 м 3 шихты, а скиповая лебедка может поднять до 39 т.

2. Конвейерный.

konveer

Рисунок 3. Схема конвейерного подъемника.

1 – барабан, который разгружает шихту в приемную воронку; 2 – приемная воронка; 3 – отклоняющий барабан; 4 – лента; 5, 6 – вращающиеся барабаны; 7 – приводная станция; 8 – хвостовой барабан; 9 – натяжная тележка; 10, 11, 12 – система блоков; 13 – лебедка; 14 – натяжная станция; 15 – канат.

Шихту загружают из распределительных бункеров на ленту, которая постоянно движется и перемещает груз на колошник доменной печи.

Этот способ имеет ряд преимуществ:

  • проще обслуживать и ремонтировать машины, механизмы и агрегаты;
  • нагрузки на несущие конструкции становятся меньше;
  • стоимость строительства ниже, чем при использовании скипового метода;
  • увеличивается производительная площадь вокруг доменной печи;
  • доменную печь и систему загрузки шихты можно построить отдельно;
  • период эксплуатации больше.

Конвейерная лента движется со скоростью 2 м/с. Производительность достигает 30 000 + т/сутки.

ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА. ЛИТЕЙНЫЙ ДВОР

Литейным двором называют строение с площадкой, которая примыкает к доменной печи и находится ниже леток. На площадке размещены желоба. По ним чугун и шлак перемещаются из печи для плавки чугуна в ковши чугуновозов и шлаковозов, либо к машинам для грануляции.

На площадке литейного двора находятся машины для обслуживания шлаковых и чугунных леток, желобов, фурменных приборов, а также пульты управления, запасы песка, глины и огнеупорных смесей.

Здание литейного двора выполнено в форме несущего металлического каркаса, который стоит на фундаменте и обшит железобетонными плитами. В крыше здания находится аэроционный фонарь.

План литейного двора исчисляется количеством леток и желобов, их расположением, типом, числом, а также местом локации мостовых кранов.

Бывают литейные дворы, где оборудование расположено в виде прямоугольника — чугунные летки расположены с одной или с двух сторон; и литейные дворы круглой формы.

liteynydvorjpg

Рисунок 4. Схемы литейных дворов.

а – одностороннее или двустороннее расположение литейных леток; б – литейный двор круглой формы.

Оборудование доменного производства также включает в себя машины и механизмы литейного двора:

    Механизмы для вскрытия чугунной летки. Их располагают на площадке, которая примыкает к горну доменной печи. Прямое назначение этого механизма – делать отверстия в леточной массе для того, чтобы чугун выходил наружу. По типу движения их разделяют на вращательные, ударные и ударно-вращательные.

Для уборки и переработки жидких продуктов доменной плавки также предусмотрено оборудование доменного производства – специальные машины и устройства:

• Чугуновозы. Чугуновозы перемещают жидкий чугун от доменной печи в сталеплавильный цех и в место разлива чугуна в чушки. По форме выделяют 3 разновидности чугуновозных ковшей: конические, грушевидные и сигарообразные. Конический вмещает 60 – 80 т, а грушевидный 100 – 140 т, отчего последний пользуется большей популярностью в металлургических цехах.

chugunovoz

Рисунок 5. Чугуновоз.

Шлаковозы. Шлаковозы перевозят жидкий шлак к агрегату грануляции или шлаковому отвалу.

chlakovoz

Рисунок 6. Шлаковоз.

• Разливочная машина конвейерного типа. Предназначена для разливки жидкого чугуна.

razlivchuguna

Рисунок 7. Разливочная машина конвейерного типа.

Агрегат грануляции чугуна. Жидкий чугун выливается из ковша и орошается струями воды, преобразовываясь таким образом в гранулы.

skhema-mekhanizma-dlya-granulirovaniya-chuguna

Рисунок 8. Схема механизма для гранулирования чугуна.

1 – ковш; 2 – наклонный разводной желоб; 3 – брызгалы; 4 – воронкообразный резервуар для гранул; 5 – наклонные конвейеры; 6 – место погрузки в железнодорожные вагоны.

• Устройство для грануляции шлака. Шлак перерабатывают сухой, полусухой и мокрой грануляцией.

skhema-ustanovki-mokroj-granulyacii

Рисунок 9. Схема установки мокрой грануляции.

1 – камера; 2 – бункер-отстойник; 3 – поток воды гранулятора; 4 – желоб; 5 – эрлифт; 6 – напорный бак; 7 – труба для отвода пара; 8 – обезвоживатель карусельного типа; 9 – бункер сушки; 10 – водосборник отфильтрованной воды; 11 – конвейер для транспортировки шлака; 12 – труба подачи воздуха; 13 – эрлифт; 14 – колодец.

skhema-ustanovki-suhoj-granulyacii

Рисунок 10. Схема установки сухой грануляции.

1 – шлаковый ковш; 2 – промежуточный ковш; 3 – воздушный раструб и поддон; 4 – устройство для сбора шлаковаты; 5 – отбойная плита; 6 – плоские воздухопроводы; 7 – воздушный сепаратор; 8 – батарейный циклон; 9 – отсасывающий вентилятор; 10 и 12 – электродвигатели вентиляторов; 11 – вентилятор, который подает воздух на грануляцию; 13 и 15 – желоба для выброса шлака и его остатков; 14 – эрлифт; 15 – участок, где перерабатывают остатки шлака из промежуточного ковша; 16 – бункер; 17 – пульт управления; 18 – компрессорная; 19 – помещение для электрооборудования; 20 – градирня; 21 – водяной насос.

ОБОРУДОВАНИЕ ДОМЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ ПОДАЧИ ДУТЬЯ В ДОМЕННУЮ ПЕЧЬ И ОЧИСТКИ ОТ ПЫЛИ

В процессе работы печей важно, чтобы топливо горело постоянно. Для этого необходим непрерывный и равномерный приток раскаленного воздуха, прогретого до 1000 – 1400 0 С и подаваемого под давлением 0,2 – 0,5 МПа.

Воздух нагревают воздухонагреватели. Это агрегаты периодического действия регенеративного типа с внутренней или наружной камерой горения. Воздух в них нагревается от тепла, которое образуется в процессе сгорания газообразного топлива.

vozduhonagrevatel-s-naruzhnoj-kameroj-goreniya

Рисунок 11. Воздухонагреватель с наружной камерой горения.

1 – насадочная камера; 2 – насадка; 3 – купол; 4 – камера горения.

Холодный воздух сюда нагоняют воздуходувными машинами. После нагрева горячее дутье подают по воздуховоду через фурменные приборы. Их еще называют воздушными фурмами.

Газовые горелки подают воздух и газ в камеру горения, смешивают там газы и проталкивают продукты сгорания через насадку воздухонагревателя.

Дроссельный клапан для газа и воздуха нужен для того, чтобы регулировать расход газа, который поступает в газовую горелку воздухонагревателя.

Перепускные клапаны тарельчатого типа применяют для того, чтобы снижать давление в воздухонагревателе перед тем как переключить с режима «нагрев» на режим «дутье» и обратно.

Дымовые клапаны тарельчатого типа отключают воздухонагреватель доменной печи от дымохода.

ОЧИСТКА ДОМЕННОГО ГАЗА

Доменный газ широко используют в виде горючего в разных аппаратах металлургического производства. Перед этим его тщательно очищают от пыли. Для этого применяют пылеуловители.

Для грубой очистки применяют аппараты в виде закрытых вертикальных резервуаров с коническими торцами, которые отделаны с внутренней стороны огнеупорным материалом.

Для полутонкой очистки используют скрубберы и трубы-распылители, которые функционируют по принципу улавливания пыли при смачивании ее водой.

skrubber

Рисунок 12. Скруббер.

Для тонкой очистки газа применяют электрофильтры.

Атмосферные клапаны удаляют газ из печи и пылеуловителя в атмосферу.

Отсекающий клапан отделяет пылеуловитель от доменной печи.

Задвижки отключают агрегат газоочистки от общей газовой сети.

Сухую колошниковую пыль, охлажденную в пылеуловителе, удаляют при помощи транспортирующего конвейера, который одновременно увлажняет ее.

У компании ООО ЛипецкТехноЛит есть собственный цех литья, где мы применяем современные технологии в области изготовления стали, оборудования для металлообрабатывающей промышленности и запасных частей к нему.

У нас вы можете приобрести готовые дробеметные установки или заказать изготовление нестандартного оборудования по чертежам. Если нет чертежей – наши специалисты проведут исследование и предоставят присоединительные размеры перед изготовлением.

Похожие записи:

  1. Основные процессы доменной печи. Особенности производства чугуна
  2. Разложение плавильных материалов в доменной печи
  3. Устройство и принцип работы доменной печи
  4. Основные физико-химические процессы получения чугуна в современных доменных печах

Машиностроение и механика

Проектирование доменных цехов: основы проектирования, характеристика цехов, система шихтоподачи.

Article Index
Проектирование доменных цехов: основы проектирования, характеристика цехов, система шихтоподачи.
Порядок разработки проекта
Основные части проекта
Проектные решения для доменных печей и условий их работы
Планировка доменных цехов
Цехи с островным расположением печей
Система шихтоподачи
Бункерная эстакада
Подача шихты на колошник
Подача материалов к колошниковому подъему
Подача материалов к конвейерному колошниковому подъему
Грохоты и питатели
All Pages

Основы проектирования

Проект и принципы проектирования

Проект – это комплекс проектной документации содержащей проектные решения по вопросам технического, организационного, социального и экономического характера, обеспечивающий строительство и эксплуатацию доменного цеха на более высоком уровне в сравнении с действующими передовыми доменными цехами.

· Одностадийное. Применяется для небольших объектов и чаще всего по типовым проектам.

· Двухстадийное. Применяется для более сложных объектов. Первая стадия – собственно проект, включающий принципиальное решение по основным вопросам сооружения, строительства и эксплуатации доменного цеха.
Вторая стадия – рабочая документация, которая конкретизирует основные проектные решения, принятые в проекте, и позволяет менять некоторые общие проектные решения.

Практикой проектирования и сооружения доменных цехов определены основные принципы проектирования, которые позволяют:

1. достичь высокого технического уровня строительства и эксплуатации доменных цехов;

2. обеспечить минимальные капитальные затраты;

3. наибольшую экономическую эффективность;

4. наиболее оптимальное решение в вопросах экологии, охраны труда и социальные вопросы.

1.) Принцип объективности. Этот принцип выражает необходимость объективной оценки необходимости сооружения доменного цеха, возможности реализации этого проекта и высокой экономической эффективности. Необходимость сооружения проекта обуславливается, прежде всего, потребностью чугуна в данном экономическом районе. Возможность сооружения доменного цеха определяется конкретными местными условиями, т.е. наличием энергоресурсов, материальных ресурсов и др. А высокая экономическая эффективность определяется сроками окупаемости капитальных вложений. Проект разрабатывается и осуществляется при положительных ответах на все три вопроса.

2.) Принцип прогрессивности. Этот принцип выражает необходимость использования современных прогрессивных методов строительства и эксплуатации доменных цехов. В каждом проекте должна быть полная и частичная новизна, новейшие достижения науки и техники и использование передового опыта в сооружении и эксплуатации доменных печей на передовых предприятиях.

Читать статью  Технологии производства чугуна постоянно совершенствуются

3.) Принцип перспективности. Он определяет необходимость предусматривать возможности дальнейшего развития доменного цеха. Эти возможности закладываются в следующих решениях:

· резервирование площадей под сооружение новых объектов;

· планировка размещения основного технологического оборудования должна позволять увеличение объема и производительности действующих доменных печей;

· резервирование мощностей основного оборудования, которое позволит увеличивать производительность всех систем.

4.) Принцип комплексности. Данный принцип выражает необходимость комплексного решения вопросов как эксплуатации доменных печей в составе доменного цеха так и эксплуатации доменного цеха в составе комбината, а также комплексное использование рудных материалов содержащих не один, а несколько металлов.

5.) Принцип нормативности. Этот принцип обязывает широко использовать узаконенные нормативные и регламентирующие решения, выполненные в виде типовых проектов с использованием определенных норм и правил, технических условий и стандартов, которые обеспечивают не только высокий технический уровень проекта, но и сокращение капитальных затрат и повышение скорости их окупаемости. Как правило эти типовые решения проверены на практике и показали высокую эффективность их использования.

6.) Принцип экономичности. Принцип обязывает разрабатывать конкурирующие варианты, что обеспечивает снижение капитальных затрат и затрат по эксплуатации и производству. Экономическая эффективность выражается в следующих параметрах:

· относительная или сравнительная эффективность:

где К – капитальные затраты;

Е – нормативный коэффициент (Е = 0,12);

С – себестоимость продукции;

Т – транспортные расходы.

при сроках окупаемости более 8 лет проект не разрабатывается.

7.) Принцип территориальности. Он обязывает учитывать природные условия местности, где располагается доменный цех.

1. Климатические условия (средняя температура, количество осадков, роза ветров);

2. Инженерно-геологические условия (характер грунта и его несущая способность, наличие и уровень расположения грунтовых вод и характер их движения, сейсмичность).

8.) Принцип долговечности. Данный принцип имеет особое значение при разработке проектов доменных цехов. Доменные печи требуют очень высокого ресурса надежности в работе и долговечности всего оборудования обслуживающего доменную печь, т.к. даже незначительные (по времени) остановки доменной печи приводят к снижению эффективности работы и что не менее важно это нарушение режима работы в смежных цехах.

9.) Принцип безопасности. Он выражает необходимость создания безопасных методов работы обслуживающего персонала и предупреждающих возникновение профессиональных заболеваний, травматизма, а также обеспечивающий необходимые бытовые условия для персонала доменного цеха.

10.) Принцип эстетичности. Данный принцип определяет необходимость создания благоприятных внешних условий, способствующих нормальному выполнению функций каждого работника цеха. Это касается архитектуры, оборудования рабочих мест, а также комнат отдыха для рабочих.

Материалы для проектирования

В качестве материалов для проектирования используются:

· Обобщенный опыт строительства и эксплуатации доменных цехов на ведущих предприятиях всех развитых государств;

· Новейшие научные разработки в области проектирования строительства и эксплуатации доменных печей, а также изобретения и новые технологические приемы;

· Перспективные планы развития в целом всей отрасли, а также отдельных экономических районов. Планы технического перевооружения и развития отдельных предприятий;

· Нормативные материалы и типовые проекты.

Порядок разработки проекта

1.3.1 Обоснование проектирования и строительства доменного цеха.

Обоснование составляется (прорабатывается) в составе схемы развития металлургической компании и выполняется как общероссийскими, так и зарубежными проектными организациями. Обоснование строительства базируется на комплексном подходе с учетом развития смежных производств (состав и объем производства доменного цеха определяет состав и объем производства фабрик окускования и само зависит от объема производства сталеплавильных цехов). Особо решаются вопросы обеспечения цеха топливом и другими энергоресурсами. определяются источники снабжения сырьем, топливом, рассчитываются их удельные расходы, определяется состав цеха, его производственная программа, количество и конструкция основных агрегатов, система транспорта, решения по организации и технологии строительства. Прорабатываются вопросы защиты окружающей среды, экономики и управления.

В обосновании также выполняются расчеты по целесообразности и экономической эффективности реконструкции действующих агрегатов. В качестве обоснования реконструкции могут выступать требования:

· Улучшение технико-экономических показателей работы агрегата;

· Повышение качества продукции;

· Улучшение условий работы обслуживающего персонала;

· Защита окружающей среды.

1.3.2 Задание на проектирование

Задание составляется заказчиком на основании решений, принятых в обосновании. В задании разрабатываются следующие вопросы:

· Объем производства и сортамент продукции;

· Состав доменного цеха, объем и конструкция доменных печей, а также расчет количества основного технологического оборудования;

· Источники сырых материалов и топлива, показатели их качества, расчет в потребности сырья и топлива;

· Технические условия для подсоединения к источникам электро и теплоснабжения;

· Использование новейших научно-исследовательских и конструкторских разработок в области технологии и конструкции оборудования;

· Разработка заданий на проектирование, изготовление и опробирование нестандартного оборудования;

· Необходимость проведения дополнительных научных исследований и изысканий в области технологии и конструкции агрегата (заказчик предоставляет проектанту все необходимые отчеты и материалы по научно-исследовательским работам);

· В задании точно оговаривается место строительства цеха или доменной печи и необходимые геологические изыскания.

Задание на проектирование подвергается экспертизе и последующему утверждению той же организацией, которая будет утверждать проект доменного цеха (обычно это департамент промышленности).

1.3.3 Разработка проекта

Для проектирования выбирается (назначается) генеральный проектировщик в качестве которого обычно выступают государственные институты по проектированию металлургических заводов (ГИПРОМЕЗ) с назначением главного инженера проекта.

На основе задания на проектирование разрабатываются основные принципиальные решения по основным разделам проекта. Такими основными разделами являются:

· Технологический, который составляется изначально и определяет основные элементы технологии доменной плавки, а также основные объемно планировочные решения. Все остальные части проекта разрабатываются с учетом реализации основных положений технологической части;

· Проектно-сметная документация, в которой на основе обобщенных данных оценивается стоимость работ по сооружению и эксплуатации предприятий.

Проект состоит из пояснительных записок, расчетов, схем, чертежей. В проекте выполняются балансовые расчеты по железу, энергетике, водоснабжению и др.

1.3.4 Разработка рабочей документации

При разработке рабочей документации разрабатываются рабочие чертежи по строительству, монтажу оборудования. Составляются уточненные сметные расчеты, уточняются объемы производства и сортамент продукции, конструкции основных агрегатов и оборудования с учетом тех дополнительных научных разработок и экспериментальных исследований, которые были оговорены в задании на проектирование.

Основные части проекта

Основными частями проекта являются:

Технологическая часть. Эта часть изначально разрабатывается и включает в себя решение последующих вопросов:

· Количество и объем доменных печей;

· Основные конструкции доменных печей;

· Расчет удельных расходов шихтовых материалов (рудных, флюсовых, кокса) на основе составления материальных и тепловых балансов;

· Показатели качества чугуна и другой продукции;

· Показатели качества шихтовых материалов;

а) рудные материалы – лучше использовать один рудный материал (моношихта), — агломерат с содержанием железа не менее 58 %, спеченный из 100 % концентрата такой основности, которая бы обеспечивала полный вывод флюса из шихты (на практике используют в небольших количествах окатыши для корректировки основности шлака), содержание мелких фракций должно быть не более 8 %. Агломерат должен иметь высокую однородность по химсоставу.

б) кокс – минимальное содержание серы и золы, максимальная прочность. Кокс должен быть сухого тушения, что обеспечивает стабильность по содержанию влажности кокса. Прочность кокса оценивается несколькими показателями. В холодном состоянии М2540) не менее 88-90 % (86-88 %) и М10 не более 6-8 %. В горячем состоянии качество кокса оценивается с использованием показателей CSR (горячая прочность) не менее 55-60 % и CRI (реакционная способность) не более 25 %.

· Основные элементы технологии доменной плавки. Принимая параметры дутьевого режима необходимо учитывать: теоретическую температуру горения, оптимальную для данной печи, выбранную температуру дутья, вид и количество вдуваемого дополнительного топлива и влияние этих видов топлива на теоретическую температуру горения и затем рассчитывается содержание кислорода в дутье;

· Выбор основного технологического оборудования доменного цеха;

· Разработка технологической схемы работы доменного цеха (транспортные системы грузопотоков, т.е. уборка продуктов плавки (чугуна и шлака) и системы транспорта шихтовых материалов.

· Расчет количества и выбор грузоподъемных механизмов;

· План доменного цеха и размещение оборудования;

· Объемно-планировочное решение доменного цеха.

Транспорт доменного цеха. В настоящее время основным видом транспорта являются железнодорожный транспорт, основным достоинством которого является универсальность (чугуновозы, шлаковозы, думпкары). Недостатками рельсового транспорта являются:

· Очень низкая маневренноть;

· Высокие удельные капитальные затраты и эксплуатационные расходы;

· Большие площади под железнодорожные пути, что увеличивает протяженность всех коммуникаций доменного цеха и ведет к удорожанию строительства. Поэтому при сооружении новых предприятий в максимальной степени предусматривается использование других видов транспорта (конвейерного и др.).

Значительному упрощению грузопотоков способствует бесковшевая уборка шлака.

Энергохозяйство. В данной части разрабатываются вопросы электроснабжения, водоснабжения, а также газового и теплосилового хозяйств.

Электроснабжение –система включает в себя: цеховую подстанцию (одну или несколько); распределительные пункты; потребители электроэнергии.

Учитывая непрерывность производства, а также тяжелейшие последствия, вызываемые обесточиванием систем жизнеобеспечения основных агрегатов, система электроснабжения доменного цеха имеет и некоторые особенности:

· Обязательное наличие двух независимых источников питания, обычно первый источник – собственная электроцентраль ТЭЦ, второй источник – внешний (высоковольтная линия электропередачи);

· Трансформаторные подстанции имеют два и более трансформаторов, каждый из которых обеспечивает гарантированное снабжение электроэнергией основных потребителей;

· Для потребителей постоянного тока на одном из распределительных пунктов устанавливаются источники постоянного тока, как правило – это механические преобразователи. Для питания осветительных приборов подается напряжение 220 В от одного или нескольких пунктов;

Газовое хозяйство . В данном разделе определяется максимальный расход газообразного топлива, кислорода на обогащение дутья, рассчитываются протяженность и размеры газопроводов, также определяется расход кислорода на технические нужды и централизованная подача его к печам.

Теплосиловое хозяйство . Данный пункт включает в себя проектные решения по обеспечению доменных печей дутьем, централизованную подачу воздуха к воздухонагревателям, обеспечение доменного цеха паром, очистку доменного газа и использование вторичных энергоресурсов.

В настоящее время задачей обеспечения дутьем и паром решается системой ТЭЦ ПВС, а централизованное обеспечение воздухом воздухонагревателей для горения топлива осуществляется центральными воздуходувными станциями.

Основным направлением использования вторичных энергоресурсов является использование газовых утилизационных безкомпресорных турбин (ГУБТ), в которых используется энергия сжатого колошникового газа и который является приводом электрогенераторов, за счет этого в систему электроснабжения возвращается примерно до 80 % электроэнергии, затраченной на производство доменного дутья.

Водоснабжение . На предприятии организуются две независимые системы водоснабжения. Первая система – производственное водоснабжение (главным образом на охлаждение доменной печи), вторая система – пожаропитьевое водоснабжение.

Промышленное водоснабжение включает в себя: оборотные циклы водоснабжения, которые позволяют значительно уменьшить расход воды на технологические нужды и в этом случае в систему входят: водонасосные станции, системы очистки воды, системы охлаждения в случае необходимости (градирни, бассейны с брызгальными установками) и система водоводов.

Учитывая особую важность системы водоснабжения доменного цеха обязательно устанавливаются резервные (один или несколько) источников водоснабжения и насосных станций.

Организация производства. В этой части разрабатываются проектные решения по следующим вопросам:

1. Организационная схема доменного цеха и управления производством.

2. организация производственных процессов, т.е. режимы работы доменной печи и основного оборудования доменного цеха, графики ремонтов оборудования, организация и контроль технологического процесса, разработка технологических инструкций и систем управления АСУ ТП и отдельными технологическими процессами.

3. Организация трудовых процессов. Расстановочные штаты, нормирование труда, система оплаты труда, режим работы обслуживающего персонала и т.д.

Экономическая часть. В этой части составляются расчетные сметы стоимости проектно-изыскательных работ, строительных работ, монтажа оборудования и его стоимости, рассчитывается себестоимость продукции (цеховая и общезаводская), определяется прибыль и др. показатели экономической деятельности предприятия.

Техника безопасности. В этой части определяются основные опасности и вредности на всех участках доменного цеха и разрабатываются мероприятия по обеспечению безопасных методов труда. Также планируются вопросы бытового обеспечения работников цеха, пункты здравоохранения, общественного питания, обеспечения работников спецодеждой и инструментом и другие вопросы.

Кроме этого разрабатываются отдельные части проекта по защите окружающей среды, по эстетическому оформлению производственных помещений. Заканчивается проект сводной частью технико-экономических показателей работы доменных печей. Здесь указываются: производительность печи (удельная и КИПО), удельный расход кокса, сырых материалов и дополнительного топлива, основные показатели интенсивности доменной плавки, основные показатели газодутьевого режима, показатели качества продукции.

2. Доменные цехи. Общая характеристика доменных цехов

Доменный цех представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных агрегатов, зданий, сооружений и транспортных систем. Цех включает несколько доменных печей с относящимся к каждой из них и расположенным вблизи них комплексом объектов (центральный узел), а также бункерную эстакаду (иногда отдельные для каждой печи эстакады с конвейерными колошниковыми подъемниками), систему транспортных путей, газопроводов и ряд общих для цеха или нескольких печей отделений — отделение разливки чугуна, склад холодного чугуна, воздуходувная станция доменного дутья, иногда станция подачи воздуха горения, отделение приготовления огнеупорных масс (глиномялка), депо ремонта чугуновозных ковшей и иногда отделение подготовки ковшей, участок или установки переработки жидкого шлака, электроподстанции, насосная и системы оборотного водоснабжения, центральная приточная станция, вытяжные станции литейного двора и бункерной эстакады, административно-бытовой корпус, ремонтные мастерские и др.

В состав центрального узла, кроме доменной печи с колошниковым устройством, входят литейный двор, воздухонагреватели с газовоздухопроводами, система газоочистки, скиповой подъемник с машинным зданием, здание управления печью, иногда установки припечной грануляции шлака и некоторые другие.

Для доменных цехов характерны большой объем и сложная система грузопотоков. Основными линиями грузопотоков являются: грузопотоки шихтовых материалов к бункерной эстакаде с агломерационных фабрик, фабрик окомкования, коксохимического цеха и ряда других источников снабжения за пределами завода; грузопотоки материалов от бункерной эстакады к колошниковому загрузочному устройству; грузопотоки уборки продуктов плавки — чугуна, шлака, колошниковой пыли; уборки коксовой мелочи; грузопо­токи материалов, используемых при ремонтах объектов цеха; трубопроводная подача к печам кислорода и природного газа и отвод колошникового газа. Устройство доменного цеха, характер размещения в нем основных объектов во многом определяются выбранной системой грузопотоков и транспорта, и изменение этих систем существенно сказывается на планировке цеха.

При разработке технологической части проекта доменного цеха решаются следующие основные задачи: выбор числа, полезного объема и устройства доменных печей и параметров технологического процесса; определение расхода основных материалов и расчет на основании этого пропускной способности транспортных систем; обоснование и выбор конструкции и параметров работы воздухонагревателей, воздуходувок, газоочисток и других обслуживающих печь агрегатов; выбор схем доставки в цех шихтовых мате­риалов, систем подачи материалов к колошниковому подъему и типа колош­никового подъема, схем уборки продуктов плавки и соответствующего оборудования; выбор планировки литейного двора и вспомогательных отделе­ний цеха — депо ремонта ковшей, разливочных машин, глиномялки и др.; разработка наиболее рациональных грузопотоков и транспортных систем; оптимальная компоновка объектов цеха и транспортных путей в соответствии с требованиями технологического процесса и с целью уменьшения занимаемой цехом площади, при этом должна быть обеспечена возможность ремонта агрегатов без нарушения бесперебойной работы соседних печей и возможность расширения цеха.

Проектные решения для доменных печей и условий их работы

Закладываемые в проект цеха решения по конструкции, объему и производительности доменных печей и технологии производства должны отвечать последним достижениям доменного процесса в соответствующей области.

Полезный объем печей . Для доменного, так же как и для других металлургических производств важным является использование основных производственных агрегатов повышенной мощности, поскольку это ведет к повышению производительности труда и улучшению других технико-экономических показателей производства. В соответствии с установленным типовым рядом в нашей стране строились и эксплуатируются доменные печи с полезным объемом 1033, 1386, 1513, 1719, 2000, 2300, 2700, 3000, 3200 и 5000—5500 м 3 ; с течением времени полезный объем вновь сооружаемых печей непрерывно возрастал. По расчетам Гипромеза, эффективность повышения объема доменных печей характеризуется следующими цифрами:

Полезный объем печи, м 3 3200 5000

Удельные капиталовложения, % 95,5 93,3

Производительность труда, % * 117,6 140,0

Себестоимость чугуна, % * . . 97,1 95,7

Расходы по переделу, % * 94,3 88,7

* За 100% приняты показатели для печи объемом 2000 м 3 .

Для вновь сооружаемых цехов рекомендуются печи с объемом 3200, 4200 и 5500 м 3 . При реконструкции существующих цехов и капитальных ремонтах печей рекомендуется замена существующих печей печами большего объема с уменьшением их общего числа в цехе.

Число печей в цехе . Потребное число доменных печей в цехе можно определить из соотношения п = Пц, где Пц и П годовая производительность соответственно цеха и одной печи (т/год).

Годовую производительность цеха определяют на основании составляемого баланса металла по заводу. Исходной величиной для составления баланса является годовой объем производства проката — готовой продукции металлургического завода. Зная эту величину и расходные коэффициенты металла, на прокатных станах вначале определяют потребность прокатных цехов в стальных слитках. Далее по известной величине расхода чугуна на 1 т стальных слитков определяют потребность сталеплавильных цехов в жидком чугуне. К найденной величине добавляют количество товарного чугуна, которое завод должен отправлять на сторону, и потребность вспомогательных цехов завода в литейном чугуне, получая требуемую величину Пц. Необходимо также учитывать потери чугуна в скрап в желобах, в чугуновозных ковшах и со шлаком, которые по нормативам составляют соответственно 0,15; 0,1 или 0,5%. Кроме того, чугун дополнительно теряется при разливке на разливочных машинах, эти потери по нормам составляют 0,5%.

Производительность доменного цеха и печей определяют в расчете на передельный чугун. При выплавке чугунов специального состава производительность печи снижается, поэтому проводят ее пересчет на производительность при выплавке передельного чугуна с помощью пересчетных коэффициентов, учитывающих степень трудности выплавки различных видов чугуна. Величину этих пересчетных коэффициентов принимают для литейного чугуна 1,20; для ферромарганца 2,5; для феррофосфора 4,0. Таким образом, для доменной печи, выплавляющей передельный и специальные чугуны, годовая производительность по передельному чугуну составляет:

где Ппер, Плпт, Пфм, Пфф — потребный годовой объем выплавки соответственно передельного и литейного чугуна, ферромарганца и феррофосфора (т).

Годовая производительность доменной печи П=nсПсут, где Псут — среднесуточная производительность печи, т/сут; nс — среднегодовое число рабочих суток печи за кампанию, сут/год.

Среднесуточную производительность доменной печи приближенно можно определить по формуле: Псут=V/КИПО, где V объем печи, м 3 ; КИПО — коэффициент использования полезного объема печи, м 3 сут/т. На хорошо работающих печах КИПО = 0,45-0,40 и иногда менее. Для проектировавшихся в последние годы печей большого объема, работающих на повышенном давлении и с применением природного газа и кислорода Гипромез принимал величину КИПО в пределах 0,370 — 0,385. Существует ряд более сложных методик расчета, позволяющих учесть конкретные параметры работы печи и более точно определить ее производительность в данных условиях.

Среднегодовое число рабочих суток печи

где ТР — общее число рабочих суток за кампанию печи, сут; Ткамп — общее число календарных суток за кампанию печи, сут. Общее число рабочих суток за кампанию получают путем деления объема выплавки чугуна за кампанию (Пкамп) на среднесуточную производительность печи, т. е. Тркамс Выплавляемое за кампанию печи количество чугуна Пкапм=V*П0,

где V — объем печи, м 3 ; П0—норматив выплавки чугуна за кампанию, т/м 3 объема печи. Величины П0 для печей различного объема в соответствии с нормами технологического проектирования приведены ниже:

П0, т/м 3 объема печи

Общее число календарных суток за кампанию (Ткамп) представляет собой сумму рабочего времени печи (числа рабочих суток Тр) и времени, затрачиваемого на капитальные ремонты печи. Существующими нормами в течение кампании предусмотрены один капитальный ремонт 1-го разряда, два капитальных ремонта 2-го разряда и капитальные ремонты 3-го разряда, выполняемые один или два раза в год. Соответственно,

Ткамп = Тр + Т1 +2Т2+ (ТрТ3/365),

где Т1, Т2 и Т3 — длительность ремонтов соответственно 1, 2 и 3-го разрядов.

Данные о плановой длительности капитальных ремонтов для печей разного объема приведены ниже.

Капитальный ремонт 1-го разряда предусматривает смену футеровки печи с полным выпуском продуктов плавки и капитальный ремонт оборудования печи; зачастую проводят реконструкцию печи, т. е. полную замену печи, выполняемую методом надвижки. Капитальный ремонт 2-го разряда предусматривает полную или частичную смену футеровки шахты, смену засыпного аппарата и защитных сегментов колошника, холодильников шахты и заплечиков. При капитальном ремонте 3-го разряда заменяют засыпной аппарат и защитные сегменты колошника. Годовая производительность доменных печей объемом 3200 и 5000 м 3 составляет соответственно ~3 и 4,6 млн. т чугуна в год.

Длительность ремонта, сут

Т1

Т2

Доменные печи необходимо сооружать с учетом новейших достижений науки и техники в области их конструирования и эксплуатации. В частности, должны быть предусмотрены загрузочные устройства бесконусного типа; самонесущий кожух без мораторного кольца; совершенствование профиля на основании опыта эксплуатации печей за последние годы; совершенствование конструкции горна и лещади, в том числе комбинированная кладка лещади из углеродистых блоков и высокоглиноземистых огнеупоров и воздушное охлаждение основания лещади, применение новых, более совершенных конструкций холодильников и др.

При реконструкции доменных печей предусматривают увеличение числа чугунных леток и воздушных фурм, усовершенствование профиля печи и конструкции горна и лещади, усовершенствование системы охлаждения печи, установку бесконусного загрузочного устройства, замену воздуходувных машин на более мощные. Реконструируемые печи должны заменяться печами большего объема, что позволит уменьшить их число в цехе. Новые и реконструируемые печи оборудуют автоматизированными системами управления технологическим процессом, должна быть предусмотрена полная механизация работ на литейном дворе. Печи объемом 2000 м 3 и менее должны иметь по две чугунных летки, печь объемом 2700 м 3 — три, печи объемом 3200—5500 — четыре летки.

Технология доменного процесса должна предусматривать использование предварительно подготовленных шихтовых материалов — офлюсованных агломерата и окатышей и полный вывод из шихты сырых флюсов. Все нужные добавки (известняк, марганцевая руда и др.) должны вводиться в состав шихты при производстве агломерата и окатышей. Их изготовление предусматривается осуществлять из обогащенных железорудных концентратов с содержанием железа 63—67%, что должно обеспечить выход шлака не более 350 кг на 1 т чугуна.

Технология должна включать следующие методы интенсификации доменного процесса: вдувание природного газа (до150 м 3 на 1 т чугуна); обогащение дутья кислородом (до 30—35%); работу при избыточном давлении под колошником до 0,25 МПа; повышение температуры дутья до 1300—1400 0 С; вдувание в печь угольной пыли и мазута, а также горячих восстановительных газов. Режим работы печей предусматривает примерно следующее число выпусков чугуна за сутки: на печах, с одной леткой от 8 до 10, на печах с двумя летками 10—14,.на печах с тремя-четырьмя летками 15—24.

Планировка доменных цехов

Для проектов первых отечественных доменных цехов, характерно применение печей с небольшим полезным объемом (600—930 м 3 ) и блочная планировка цеха, при которой затруднено обслуживание печей и трудно обеспечить уборку чугуна и шлака при значительном объеме производства (подробнее см. ниже). В последующем планировка доменных цехов и организация в, них грузопотоков совершенствовались и претерпели, особенно в последние годы, заметные изменения. К числу решений, наиболее существенно повлиявших на планировку, число и тип входящих в состав цеха объектов и транспортных систем, можно отнести:

· увеличение рабочего объема печей (до 5500 м 3 ) и соответственно их производительности;

· применение предварительно подготовленного сырья, что существенно изменило, в частности, схему подачи материалов к бункерной эстакаде;

· применение конвейерной системы подачи материалов на колошник;

· применение конвейерной подачи материалов к колошниковому подъему;

· увеличение числа чугунных леток, отказ от выпуска шлака через шлаковые летки на больших печах;

· устройство круглых литейных дворов, что обеспечило высокий уровень механизации работ на них;

· применение бесковшовой уборки шлака (припечной грануляции).

Существующие доменные цехи характеризуются многообразием отдельных проектных решений. Помимо различий в устройстве, производительности и числе доменных печей, цехи различаются устройством литейного двора и организацией выпуска чугуна в чугуновозные ковши и шлака в шлаковозные; системами подачи материалов на колошник (скипами или конвейером); системами подачи материалов к колошниковому подъему (вагон-весами, конвейерами, через центральные бункера); устройством и расположением бункерных эстакад; системой шлакоуборки (ковшевая и бесковшевая) и др. В целом можно выделить три разновидности планировки доменных цехов:

1. с блочным расположением печей;

2. с островным расположением печей и скиповым подъемом материалов на колошник;

3. с островным расположением печей и конвейерной подачей материалов на колошник.

Цехи первого и второго типов часто имеют в своем составе значительное число печей (до 6—8); большая часть грузопотоков в них обеспечивается железнодорожным транспортом. Характерной особенностью этих цехов является наличие основного направления внутрицеховых грузопотоков, вдоль которого располагают в ряд печи, бункерную эстакаду и транспортные рельсовые пути. В развитой сети железнодорожных путей выделяют «постановочные» и «ходовые» пути. Первые служат для установки на них подвижного состава для приема грузов (на пример, жидких чугуна и шлака) или их разгрузки, вторые — для передвижения подвижного состава к месту назначения.

Цехи с блочным расположением печей. Цех подобного типа имеет ряд расположенных в одну линию доменных печей, оборудованных скиповым колошниковым подъемом; общую, расположенную рядом с печами вдоль их фронта бункерную эстакаду; находящийся рядом с бункерной эстакадой рудный двор; ряд идущих вдоль линии печей железнодорожных путей для уборки чугуна, шлака и колошниковой пыли. Характерная особенность цеха — то, что печи попарно объединены в блоки, причем две входящие в блок соседние печи имеют один общий литейный двор. Первые строившиеся цехи с блочным расположением печей имели совмещенный грузопоток чугуна, шлака и пыли, т. е. все железнодорожные пути для уборки продуктов плавки располагались с одной стороны от печей, что предопределяло низкую пропускную способность путей. Такую планировку имеет доменный цех Липецкого металлургического завода «Свободный сокол».

Позднее в связи с увеличением объема строившихся печей и их производительности, а также с целью повышения пропускной способности уборочных путей железнодорожные пути для уборки чугуна стали располагать по одну сторону от печей и литейных дворов, а пути для уборки шлака — по другую. Одна из разновидностей планировки подобного цеха с блочным расположением печей показана на рис. 2.1, а. Две соседние печи 1 одного блока имеют общий литейный двор 15, обслуживаемый одним мостовым краном. Воздухонагреватели 2 двух соседних печей смежных блоков также расположены общей группой на одной площадке, что позволяет иметь для них общую дымовую трубу 3 и общий дымовой боров. Над бункерной эстакадой с рудными 6 и коксовыми 7 бункерами и рудным двором перемещается кран-перегружатель 4.

Со стороны бункерной эстакады и скипового подъемника 5 от печей проложены пути 11 для уборки шлака и путь 12 для уборки коксовой мелочи. С противоположной от печей стороны находятся пути 16 для уборки чугуна и колошниковой пыли, причем от ходовых путей 16 отходят тупиковые постановочные пути для уборки чугуна 9, уборки пыли — 10 и хозяйственный путь 13. Пылеуловители 8 расположены над тупиковыми путями для уборки пыли; путь 14— проездной.

Заезды с чугуновозных путей на шлаковозные и наоборот возможны только с торцов цеха. Основное достоинство планировки с блочным расположением печей – компактность цеха.

Недостатками подобной планировки являются:

1. невысокая пропускная способность путей уборки чугуна и шлака, связанная с необходимостью сложного маневрирования составами, поскольку невозможен переезд с чугуновозных путей на шлаковые, и с тем, что при тупиковых путях имеется встречное движение составов.

2. общий литейный двор затрудняет выполнение горновых работ, по условиям техники безопасности при выпуске чугуна с одной печи нельзя работать на второй смежной половине литейного двора.

3. затруднен ремонт печей, особенно в период выпусков чугуна на работающей печи.

Однако блочная планировка доменного цеха обеспечивала наименьшее расстояние между печами (50-60 м), меньшую протяженность всех коммуникаций, что имело большое значение для строившихся новых заводов в 30 е -40 е годы прошлого века в СССР.

Со второй половины сооружают цехи только с островным расположением печей.

Цехи с островным расположением печей, оборудованных скиповыми колошниковыми подъемами

Цехи подобного, типа составляют большую часть доменных цехов отечественных металлургических заводов. План одной из разновидностей подобных доменных цехов показан на рис. 2.1, б.

Для подобных цехов характерно (см. рис. 2.1, б) расположение доменных печей 1 в линию и наличие раздельных потоков уборки чугуна и шлака, причем поток уборки чугуна расположен с одной стороны от линии печей, а поток уборки шлака — с другой. Ряд железнодорожных путей, проложенных со стороны бункерной эстакады и скиповых подъемников 11, служит для уборки шлака (пути 9) и коксовой мелочи (путь 17); ряд продольных путей с противоположной от печей стороны — для уборки чугуна (пути 10) и колошниковой пыли (путь 6). Характерной особенностью островной планировки является то, что комплекс каждой доменной печи, в который входят печь, литейный двор, блок воздухонагревателей и постановочные пути для чугуна и шлака, расположен под небольшим углом (12—13°) к продольной оси цеха. Благодаря такому расположению появляется возможность иметь для каждой печи индивидуальные постановочные пути вдоль литейных дворов для чугуновозов и шлаковозов (пути 8 и 16) и переезды с одной стороны на другую и обратно между соседними печами. Это обеспечивает значительно более высокую пропускную способность уборочных железнодорожных путей, существенное улучшение маневренности железнодорожных составов, позволяет устанавливать под выпуск большее число ковшей.

Для уборки чугуна (транспортировки чугуновозных ковшей в сталеплавильный цех или на разливочную машину) обычно прокладывают два уборочных (ходовых) пути 10, с которых имеются съезды на два постановочных пути 8, располагаемых вдоль литейного двора 4 каждой печи; для уборки шлака ковшами к грануляционным установкам или на шлаковый отвал предусматривают два уборочных ходовых пути 9 со съездами на два у каждого литейного двора постановочных пути 16 для шлаковых ковшей. С ходовых путей 5 к каждому литейному двору отходит также тупиковый хозяйственный путь 14; путь 7 является проездным.

clip_image002

Рис. 2.1 Планировка доменных цехов с блочным расположением печей (а) и островным (б)

Цехи подобного типа имеют расположенную вдоль фронта печей общую бункерную эстакаду (с рудными 12 и коксовыми 13 бункерами), к которой во многих строившихся ранее цехах примыкает рудный двор, обслуживаемый кранами-перегружателями 15. Общей особенностью является расположение газоотводящих трубопроводов с противоположной от колошникового скипового подъемника стороны. Соответственно газоочистные аппараты располагают с противоположной от бункерной эстакады и колошникового подъема стороны доменных печей и под сухим пылеуловителем 5 грубой очистки газа прокладывают железнодорожный путь 6 для уборки пыли.

Блок воздухонагревателей (расположенные на одном фундаменте в линию воздухонагреватели 2 и дымовая труба 3) обычно располагают у печи вдоль постановочных путей для уборки чугуна и шлака с противоположной от литейного двора стороны. При двойном литейном дворе воздухонагреватели располагают вдоль уборочных путей за одним из литейных дворов или рядом с ним.

Склад холодного чугуна располагают на свободной площадке вблизи разливочных машин. Депо ремонта чугуновозных ковшей сооружают в одном из торцов доменного цеха. При островной планировке по сравнению с блочной расстояние между печами и соответственно площадь, занимаемая цехом, возрастают. Расстояние между печами при их объеме от 1000 до 1300 м 3 составляет не менее 100 м; для печей объемом более 1300 м 3 — не менее 110 м; при объеме печей 2000—3200 м 3 — от 123 до 165 м.

Цехи с островным расположением печей и конвейерным колошниковым, подъемом это современные цехи с высокопроизводительными печами большого объема. Их характерная особенность — малое число доменных печей в связи с большой производительностью каждой из них. При годовой производительности печей объемом 3200 и 5000 м 3 соответственно около 3 и 4,6 млн. т чугуна обычный для современного металлургического завода объем выплавки чугуна достигается при установке в цехе двух-трех доменных печей.

Планировка этих цехов существенно отличается от относительно схожей планировки рассмотренных выше и строившихся ранее двух разновидностей доменных цехов со скиповым подъемом шихты на колошник и не является пока окончательно сложившейся. В связи с применением конвейерного колошникового подъема, имеющего большую длину, бункерная эстакада расположена вдали от печей. Рекомендуемая для новых цехов бесковшовая уборка шлака позволяет упростить систему грузопотоков и иметь менее развитую сеть железнодорожных, путей. Благодаря отсутствию у печей бункерной эстакады, меньшему числу печей в цехе и меньшему числу рельсовых путей появляется возможность применять различные варианты расположения объектов цеха.

Читать статью  Производство чугуна. Исходное сырье для производства чугуна

Один из проектных вариантов планировки подобного цеха с ковшовой уборкой шлака показан на рис. 2.2: Две доменные печи 3а и 3б оборудованы круглым литейным двором 4. Имеется общая для двух печей бункерная эстакада 1, расположенная под углом по отношению к конвейерам колошниковых подъемов 2а и 2б. Материалы из бункерной эстакады выдаются на ленты колошниковых подъемов с помощью конвейеров 1а и 1б. Для уборки чугуна под литейным двором с одной его стороны расположены тупиковые пути 6а и с противоположной — 6б; уборку шлака также осуществляют с двух сторон литейного двора по тупиковым путям 7а и 7б. Тупиковые постановочные пути связаны с двумя рядами ходовых путей 8. Блок 5 воздухонагревателей расположен между рядами постановочных путей.

clip_image004

Рис. 2.2 План доменного цеха с конвейерным колошниковым подъемом и ковшевой уборкой шлака

Еще одна разновидность планировки доменного цеха с островным расположением печей, конвейерным колошниковым подъемом и бесковшовой уборкой шлака показана на рис. 2.3 Две доменные печи оборудованы круглыми литейными дворами 13. С двух противоположных сторон каждого литейного двора проложено по два сквозных пути 2 и 14 для уборки чугуна, имеющих выезды на ходовые пути 11 и 23. Имеются также железнодорожные пути 16 для уборки колошниковой пыли, проложенные под сухими пылеуловителями 18. Вблизи от пылеуловителей размещены газоочистные устройства 17. Под литейным двором проложен тупиковый хозяйственный путь 21 и имеется эстакада 15 для автовъезда на площадку литейного двора. Эти транспортные пути служат для подвоза вспомогательных материалов и оборудования.

Блок воздухонагревателей 5 с дымовой трубой 8 размещен вдоль чугуновозных уборочных путей с наружной их стороны. Рядом расположена станция 6 подачи воздуха в камеры горения воздухонагревателей и здание 4 управления печью. Между чугуновозными путями 2 и 14 размещены здания фильтров 9. Для каждого литейного двора предусмотрены вытяжная станция и газоочистка, расположенные в зданиях 7. Имеется общая для двух печей газотурбинная расширительная станция (ГТРС) 12.

Доменная печь оборудована двумя установками 3 припечной грануляции, расположенными с двух противоположных сторон от печи снаружи чугуновозных путей. Сжатый воздух для грануляционных установок 3 подают от воздуходувных станций 22. Гранулированный шлак от припечных установок транспортируют на склад 27 по конвейерным галереям.

Каждая печь имеет отдельную бункерную эстакаду 28, из; которой материалы выдаются на конвейерный колошниковый подъем 25. Шихтовые материалы (агломерат, кокс, добавки) на обе эстакады доставляют по общему конвейерному тракту 30 через перегрузочную станцию 29. Для каждой бункерной эстакады предусмотрено здание 24 управления шихтоподачей со станцией приточной вентиляции и блок 31 вытяжной вентиляции системы шихтоподачи с газоочисткой.

По путям 11 и 11а жидкий чугун транспортируют в конвертерный цех; с путей 23 к разливочным машинам 2б. За ходовыми путями 11 расположены сооружения 10 оборотного водоснабжения доменных печей; между путями 11 и 23 размещены административно-бытовые здания 19 и депо 20 ремонта чугуновозных ковшей.

Следует отметить, что косоугольная планировка (расположение постановочных путей для чугуновозов и конвейеров шихтоподачи на колошник под углом 45° к ходовым путям) обеспечивает малую ширину зоны доменного цеха. Кроме того, компактности планировки и минимальной протяженности конвейерных галерей доставки основных технологических грузов, способствует принятая схема шихтоподачи по общему конвейерному тракту 30.

Планировку подобного типа можно считать приемлемой для вновь сооружаемых цехов. При этом в зависимости от условий генплана завода может изменяться взаимное расположение печей и бункерных эстакад, ходовых путей и других объектов цеха. Можно отметить общую особенность цехов с печами большого объема и бесковшовой уборкой шлака — наличие четырех уборочных путей для чугуна, располагаемых по два с обеих сторон литейного двора, причем все эти пути могут быть тупиковыми.

Расположение цеха на заводской площадке . При работе доменного цеха в атмосферу выделяется заметное количество пыли и вредных газов. Чтобы уменьшить загрязнение воздуха над другими цехами, доменный цех располагают на заводе с подветренной стороны. При размещении цеха необходимо обеспечить наиболее удобное сочетание внутрицеховых грузопотоков с общезаводскими транспортными потоками. Обычно цех располагают так, чтобы основное направление внутрицеховых железнодорожных путей соответствовало основному направлению общезаводских путей.


Система шихтоподачи

Основными составляющими шихты современных доменных печей являются агломерат, окатыши и кокс; загружают также некоторое количество добавок (главным образом, это железная и марганцевая руда и флюсы). Для обеспечения работы доменной печи требуется бесперебойная подача этих материалов к загрузочному устройству на высоту 60—80 м порциями с определенным темпом и в определенной последовательности. Количество загружаемых в современную высокопроизводительную печь рудных материалов достигает 20 тыс. т и кокса 5500 т в сутки.

clip_image006

Рис. 2.3. План доменного цеха с конвейерным колошниковым подъемом и бесковшевой уборкой шлака

Все это предъявляет жесткие требования к системе шихтоподачи, которая должна обеспечить прием, транспортировку, хранение, набор, взвешивание и подачу материалов на колошник к загрузочному устройству. В системе шихтоподачи можно выделить три участка или звена: подача материалов с фабрик окускования, коксохимического завода (цеха) и с внешней железнодорожной сети на бункерную эстакаду; подача материалов из бункеров эстакады к колошниковому подъему; колошниковый подъем.

Подача материалов на бункерную эстакаду

Сооружавшиеся в прежние годы доменные печи имеют в своем составе рудный двор (рис. 3.1). Он предназначался для приемки сырых материалов, хранения необходимого их запаса, усреднения и последующей подачи материалов на бункерную эстакаду, откуда они затем загружались в печь. Такую схему доставки и загрузки материалов использовали тогда, когда основу шихты доменных печей составляла железная руда. Сейчас доменные печи работают преимущественно на окускованном сырье, и с рудного двора в печи поступает незначительное количество материалов, а рудные дворы используют как склады для фабрик окускования или для создания запаса материалов в расчете на непредвиденные обстоятельства в работе шихтоподачи.

Рудный двор представляет собой расположенную вдоль линии доменных печей площадку, ограниченную с одной стороны бункерной эстакадой 6, а с другой — приемной траншеей 7. Материалы хранятся в штабелях 1, их вместимость и площадь двора рассчитывают на обеспечение работы цеха в течение 1,5—2’мес. Бетонированная приемная траншея 7 служит для разгрузки поступающих материалов; вдоль нее проложен железнодорожный путь для прибывающих вагонов и по ширококолейному рельсовому пути перемещается башенный вагоноопрокидыватель 2.

Вся площадь рудного двора обслуживается грейферным краном-перегружателем 3, который передвигается вдоль двора над: штабелями. Поступающие на разгрузочный путь открытые вагоны с материалами принимает башенный вагоноопрокидыватель 2 и переворачивает их вверх колесами, высыпая материалы в приемную траншею 7. Из траншеи материалы перегружают в штабель грейфером крана-перегружателя. Для подачи материалов к печам порцию нужного материала захватывают грейфером из штабеля и подают в перегрузочный вагон 5, который перемещается по рельсам бункерной эстакады 6 и разгружает материал в бункер.

Рис. 3.1 Схема рудного двора

Бункерная эстакада

Бункерная эстакада предназначена для хранения у печи требуемого оперативного запаса материалов, их приемки, а также механизации набора и передачи материалов к колошниковому подъему. В строившихся до недавнего времени доменных цехах с печами, оборудованными скиповыми подъемниками, сооружали общую бункерную эстакаду, которая представляет собой вытянутое вдоль цеха и фронта печей, возвышающееся на 9—12 м над уровнем заводского пола железобетонное сооружение, состоящее из ряда отдельных бункеров и обслуживающего их оборудования. Располагают эстакаду вблизи печей со стороны скиповых подъемников. Поперечный разрез показан на рис. 3.2. Бункера в такой эстакаде расположены в два ряда (18—32 бункера на одну печь). Над бункерами проложены два железнодорожных пути 8 для доставки агломерата и добавок в бункера 5. Ленточный конвейер 4 служит для доставки кокса в бункера 3. Под бункерами проложен рельсовый путь 7 для вагон-весов 2, доставляющих материалы от бункеров 5 к скиповой яме 11. Бункера оборудованы барабанными затворами 6 для выдачи материалов в вагон-весы.

Под бункерами эстакады против печей находятся скиповые ямы 11, куда опускается скип 10 для приема материалов, выдаваемых из вагон-весов через направляющий лоток 9, или кокса, выдаваемого из бункеров 3 через весовую воронку 1. Коксовые бункера располагают над скиповой ямой, чтобы уменьшить число перегрузок кокса, при которых он измельчается в связи с малой прочностью.

Другой разновидностью подобных эстакад являются такие, в которых материалы от бункеров 5 доставляют к скипу с помощью продольного конвейера. Бункера в таких эстакадах размещают как в два, так и в один ряд и оборудуют электровибрационными питателями и грохотами для выдачи материалов на конвейер. Доставку материалов в бункера такой эстакады осуществляют как конвейерами, так и железнодорожным транспортом.

Бункера эстакад делают металлическими или железобетонными с покрытием их внутренней поверхности стальными плитами, рельсами. Сверху бункера перекрыты защитными решетками с размером ячеек до 250×250 мм. Для предотвращения смерзания материалов подбункерные помещения отапливаются. Коксовых бункеров обычно два, и иногда четыре; их общую емкость принимают из расчета 0,7 м 3 на 1 м 3 полезного объема печи (запас примерно на 6 ч работы). Объем бункеров для рудных материалов при их подаче железнодорожным транспортом принимают из расчета 2,5 м 3 на 1 м 3 полезного объема печи (запас на 20—24 ч работы). При конвейерной подаче с близко расположенных фабрик окускования норма запаса уменьшается.

Отдельные бункерные эстакады . Для доменных цехов и печей с конвейерным колошниковым подъемом вместо общей, расположенной вдоль цеха вблизи печей бункерной эстакады обычно сооружают отдельные на одну-две печи бункерные эстакады, которые в связи с большой длиной конвейера подачи шихты на колошник располагают на значительном (250—450 м) расстоянии от печи.

Рис. 3.2 Бункерная эстакада с вагон-весами (а поперечный разрез по бункерам; б по скиповой яме) и с конвейерной выдачей материалов (в).

Подача материалов на эстакаду и ее устройство . Материалы на бункерные эстакады подают конвейерным или рельсовым транспортом (передаточные вагоны; специализированные железнодорожные вагоны-окатышевозы, коксовозы; полувагоны с откидывающимися люками в днище). Способ подачи и разгрузки материалов оказывает существенное влияние на устройство эстакады, величину капитальных затрат на ее сооружение и сложность ее обслуживания.

При подаче материалов железнодорожным транспортом и разгрузке вагонов непосредственно на бункерной эстакаде ее высоту делают в пределах 9—12 м. Бункера такой эстакады вследствие ограниченной высоты имеют сравнительно небольшой объем, что предопределяет необходимость сооружения большого числа бункеров, под каждым из которых обычно установлены грохоты для выдачи материалов и отсева мелочи (под бункерами для добавок— питатели), взвешивающие устройства и далее питатели. Получается сложная система выдачи мате­риалов с большим числом механизмов, узлов перегрузки и точек пыления (только в тракте набора, взвешивания и транспортировки агломерата в таких системах устанавливают 20—40 грохотов).

При конвейерной подаче материалов в бункера эстакады; отпадает ограничение в ее высоте и становится возможным создание бункеров большой емкости и уменьшение их числа, благодаря чему существенно упрощается система выдачи материалов из бункеров и уменьшается число точек пыления (в местах перегрузок). Подобные эстакады с конвейерной доставкой и загрузкой материалов в бункера рекомендуются: для вновь сооружаемых цехов (рис. 3.2 в).

При отдаленных источниках снабжения и доставке материалов в цех железнодорожным транспортом в соответствии с разработками Гипромеза рекомендуется сооружение рядом с эстакадой специального разгрузочного отделения. Материалы из вагонов, располагаемых на нулевой отметке, выгружают в приемные бункера разгрузочного отделения и из них наклонным конвейером доставляют на. бункерную эстакаду. По расчетам Гипромеза, создание разгрузочного отделения в сочетании с бункерной эстакадой большой высоты экономичнее сооружения обычных бункерных эстакад высотой до 12 м с разгрузкой вагонов непосредственно на эстакаде.

Подача шихты на колошник

Разработаны и в настоящее: время применяются: два способа подачи шихтовых материалов на колошник доменной печи к. ее загрузочному устройству — скиповой и конвейерный. Высота подъема материалов для крупных печей достигает 70—80 м.

Скиповой подъемник . Основными элементами скипового подъемника (рис. 3.3) являются наклонный мост 5, два перемещающихся по мосту скипа 3, скиповая лебедка 1 и система канатов 4 и блоков; для подвески и перемещения скипов. Наклонный мост представляет собой сварную пространственную металлоконструкцию, внутри которой проложены два рельсовых пути 7, по ; которым движутся скипы. Угол. наклона моста к горизонту составляет 47—54°, а на участке у скиповой ямы 6 достигает 60°. Наклонный мост имеет две опоры — фундамент у скиповой ямы и колонну 2 (пилон), опирающуюся на фундамент доменной печи.

Скип (рис. 3.4) состоит из кузова 3, передних 1 и задних 5 скатов (колес) и упряжного устройства. Кузов сварной из стальных листов, имеет открытый передний торец и закругленное дно. Упряжное устройство двумя продольными тягами 2, связанными поперечной траверсой 6, крепится к цапфам 4 кузова, к траверсе прикреплены балансиры 7, а к ним тяги 9, к которым через блоки 10 крепят два каната, идущие к скиповой лебедке. Балансиры 7 и тяга 8 служат для выравнивания натяжения канатов. Приближенно вместимость скипа Vск = 0,0065V, где V объем печи. Выпускают скипы вместимостью 4,5; 8; 10; 13,5 и 20 м 3 .

clip_image016

Рис. 3.3. Схема скипового подъемника

clip_image018

Перемещение скипов обеспечивает скиповая лебедка 1, размещаемая в машинном зале под наклонным мостом. Грузоподъемность скиповых лебедок возрастает при росте объема печи и скипа и для печей объемом 1033—3200 м 3 составляет 15—39 т. Скипы соединяют канатами с барабаном скиповой лебедки таким образом, что обеспечивается уравновешивание скипов; при движении груженого материалами скипа вверх порожний скип опускается вниз, в скиповую яму.

Загрузка материалов в скип 3б происходит в скиповой яме 6, разгрузка — на колошнике в приемную воронку засыпного аппарата путем опрокидывания (наклона) скипа. 3а. Опрокидывание скипа происходит вследствие того, что передние скаты скипа движутся по, рельсам, загибающимся книзу, а задние переходят на более широкую колею, загибающуюся кверху. Время подъема (опускания) скипа обычно составляет 35—45 с, скорость движения по мосту достигает 3—4 м/с.

Конвейерный подъемник . Материалы на колошник печи от бункерной эстакады подают с помощью одного наклонного ленточного конвейера, размещаемого в закрытой наклонной галерее. Угол наклона конвейера к горизонтали делают небольшим чтобы исключить скольжение и скатывание насыпного груза по ленте под действием силы тяжести. При транспортировке агломерата этот угол не должен превышать 12°; обычно угол наклона конвейера к горизонту делают в пределах 10—11°. Малый угол наклона обусловливает большую длину конвейера, которая составляет 250—500 м. В конвейерах колошниковых подъемников применяют резинотросовые ленты из теплостойкой резины, ширина ленты составляет 1,2—2,0 м. Скорость движения, ленты обычно составляет 2,0 м/с.

Конвейер работает непрерывно, а транспортируемые материалы располагаются на нем отдельными порциями с определенными интервалами, величина которых зависит от режима работы загрузочного устройства печи и требуемой интенсивности загрузки, определяемыми заданной программой. Обычно управление режимом подачи материалов автоматизировано. Важным технологическим преимуществом системы является возможность подачи в одной порции агломерата, окатышей и добавок путем послойной их укладки на ленте при ее движении под подающими бункерами. Материалы можно подавать в таких соотношениях и последовательности, какие требуются для гибкого управления работой доменной печи.

Большая длина конвейера требует изменения планировки доменного цеха — бункерную эстакаду необходимо располагать на удалении от печи, а не рядом, как в случае применения: скипового подъемника. Конвейерная система подачи материалов на колошник вызывает также необходимость применения’ засыпных аппаратов новой конструкции, отличающихся от широко применяющихся двухконусных аппаратов с вращающимся распределителем. Эти аппараты должны иметь не менее двух специальных воронок-бункеров для приема подаваемых конвейером материалов.

На рис. 3.5 показан общий вид одного из конвейерных колошниковых подъемов. Наклонная галерея, в которой размещен конвейер, смонтирована на нескольких опорах. Материалы с конвейерной ленты поступают в приемную воронку 6 загрузочного устройства печи. Натяжное устройство ленты в этом подъемнике выполнено в виде груза.

На рис. 3.6 показана схема конвейерного подъемника печи объемом 5000 м 3 Криворожского металлургического комбината. Конвейер включает ленту 4; приводную станцию 7; хвостовой барабан 8 на натяжной тележке 9; натяжную станцию 14; головной барабан 1, разгружающий материалы в приемную воронку 2 загрузочного аппарата; отклоняющие барабаны 3 и систему роликов, поддерживающих ленту (на схеме не показана). Резинотросовая лента шириной 2 м размещена в наклонной галерее круглого сечения диаметром 6 м; угол наклона ленты составляет 10 0 30′, скорость ее движения 2,0 м/с. Разрывное усилие ленты составляет 8 МН, что соответствует запасу прочности, равному 10. Рабочая (груженая) ветвь ленты опирается на трехроликовые желобчатые опоры, расположенные с шагом 1,2 м; холостая ветвь — на двухроликовые опоры с шагом 3 м.

clip_image020

Рис. 3.5. Конвейерный колошниковый подъемник с грузовым натяжным устройством:1 — бункерная эстакада; 2-галерея ленточного конвейера;3— контргруз для натяжения ленты; 4— натяжной вал; 5 —опоры; 6 — загрузочное устройство; 7 — доменная печь

Материалы загружают на ленту в бункерной эстакаде отдельными порциями объемом до 37,5 м 3 с минимальными интервалами между ними 17 с (~35 м длины ленты), что обусловлено длительностью срабатывания механизмов, направляющих материалы в один или другой бункер загрузочного устройства лечи.

Приводная станция содержит два барабана 5 и 6, огибаемые лентой по S-образной схеме. Каждый барабан вращают двумя приводами (барабан 5 от двигателей мощностью по 800, барабан 6по 500 кВт). Натяжная станция обеспечивает за счет груза 16 постоянное натяжение ленты, предотвращая ее провисание между опорными роликами. Груз через канат 15 и систему блоков 10, 11 и 12 воздействует на натяжную тележку 9, вызывая ее перемещение в случае удлинения или укорачивания ленты; возможный ход тележки равен 8 м. Наличие лебедки 13 позволяет сократить ход груза 16. В случае достижения грузом предельных верхнего или нижнего положений включают лебедку, наматывая на ее барабан канат 15 или сматывая его, и возвращают груз в нормальное установочное положение.

clip_image022

Рис. 3.6 Схема конвейерного колошникового подъемника печи объемом 5000 м 3

Общая характеристика колошниковых подъемов . Все строившиеся до недавнего времени доменные печи оборудованы скиповыми подъемниками шихты на колошник. Конвейерную систему подачи начали применять в последние годы на новых доменных печах большого объема. Основной причиной, обусловившей применение конвейерной подачи, явилось то, что скиповые подъемники не обеспечивают требуемый темп загрузки печей большой производительности. Преимущества конвейерной системы подъема по сравнению со скиповой состоят в значительно большей производительности, достигающей 30000 т материалов в сутки и более; снижении на 15—20 % удельных капитальных затрат на сооружение колошникового подъема и эксплуатационных расходов; создании единой системы подачи шихты на колошник непрерывным транспортом с полной ее автоматизацией; облегчении строительства доменной печи, так как печь и конвейерный подъемник являются независимыми сооружениями; отсутствии необходимости в сооружении скиповой ямы (все оборудование находится на поверхности, что облегчает обслуживание); освобождении территории около печи для размещения других агрегатов (например, установок припечной грануляции); большем в несколько раз сроке службы ленты конвейера, чем скиповых канатов; возможности подачи в одной порции нескольких материалов путем их послойной укладки на ленте.

С учетом изложенного для вновь сооружаемых доменных печей большого объема рекомендуется применение конвейерного колошникового подъема.

Подача материалов к колошниковому подъему

Применяют три разновидности систем подачи материалов к скиповому подъемнику — с использованием вагон — весов, ленточных конвейеров и через центральные бункера эстакады.

Система подачи с использованием вагон — весов схематично показана на рис. 3.7. По ближайшему к печи пути 1 к коксовым бункерам 12 с помощью перегрузочных вагонов 7 подают кокс (часто вместо них применяют конвейер), по средним путям 2 и 3 в бункера 5 подают прочие материалы от внешних источников снабжения с помощью железнодорожных вагонов 6, имеющих открывающиеся люки и днище и с рудного двора при помощи перегрузочных вагонов 8. Перегрузочные вагоны 7 и 8 (трасферкары) представляют собой самоходный, управляемый машинистом вагон с бункером, имеющим снизу две створки, открываемые с помощью электро- или пневмопривода. Рудный вагон имеет бункер емкостью 30 м 3 , коксовый — 60 м 3 и одну открываемую створку. Путь 4, расположенный на консоли эстакады над рудным двором, служит для разгрузки вагонов 17 на рудный двор.

Рис. 3.7 Схема подачи материалов к скиповому подъемнику с помощью вагон — весов

Под бункерами 5, оборудованными барабанными затворами 18 для выдачи материалов, проложен вдоль эстакады рельсовый путь для движения вагон — весов 9. Вагон — весы предназначены для набора, взвешивания, транспортировки материалов (кроме кокса) от бункеров к скиповой яме и разгрузки их в скипы. Вагон — весы — это самоходный электровагон грузоподъемностью 30 или 40 т. с двумя бункерами (карманами), имеющими днища в виде открываемых пневмоприводом створок. Вагон оборудован весами, позволяющими контролировать количество набираемых в карманы материалов. Вагон останавливают под определенным бункером 5, после чего имеющийся на вагоне специальный выдвижной механизм приводит во вращение барабанный затвор 18 бункера, обеспечивая тем самым выдачу материалов в карман вагон — весов. Далее вагон движется к скиповой яме, останавливается и выгружает материалы из карманов в скип 11 через направляющий лоток 10.

Кокс из расположенных над скиповой ямой бункеров 12 выдают путем включения грохота-питателя 13. При движении по нему кокса происходит отсев мелочи; крупные куски с грохота поступают в воронку — весы 14, откуда дозированная порция попадает в скип. Коксовая мелочь попадает в бункер 15 с затвором, а из него в скип 16 подъемника коксовой мелочи, выдающий мелочь в сборный бункер (на схеме не показан), откуда ее вагонами отправляют на аглофабрику.

Система набора и подачи материалов с помощью вагон — весов обладает рядом существенных недостатков: ограниченная производительность в связи с наличием холостых пробегов, ожиданий скипа, длительным набором материалов; невозможен отсев мелочи агломерата и других материалов; трудность автоматизации работы вагон — весов; значительное пылевыделение при (выдаче материалов из бункеров (особенно при выдаче агломерата и кокса сухого тушения); напряженные условия работы машиниста. Поэтому для вновь сооружаемых больших печей вагон — весы не применяют. В существующих цехах они используются на печах объемом 1719 м 3 и менее. При реконструкциях осуществляется замена их конвейерной системой подачи. Однако, и в этом случае организовать отсев мелких фракций рудных материалов не удается: габаритные размеры подбункерного помещения не позволяют установить грохоты и оборудование для уборки мелочи.

Системы с конвейерной подачей к скиповому подъемнику . Схема одной из подобных систем, разработанной для доменной печи объемом 2002 м 3 , показана на рис. 3.8. В бункерных эстакадах подобных систем бункера могут располагаться в одном или два ряда; материалы в них подают конвейерами или совместно конвейерами и вагонами. В рассматриваемой системе 20 бункеров эстакады расположены в один ряд по 10 бункеров с каждой стороны скиповой ямы, т. е. созданы две самостоятельные линии, подачи материалов. Агломерат из бункеров А с помощью элактровибрационных грохотов-питателей 3, отсеивающих мелочь, подается на пластинчатый конвейер 4, которым его транспортируют к скиповой яме, и посредством перекидного лотка 5 загружают в одну из двух весовых воронок 16. Для корректировки массы агломерата над скиповой ямой расположены два бункера довеса 6, из которых материал добавляют в весовые воронки малыми порциями. Отвешенную порцию материалов высыпают в скипы 14, открывая: затвор весовой воронки 16.

Рис. 3.8 Схема системы конвейерной подачи шихты к скиповому подъемнику

Отсеянная грохотом мелочь агломерата попадает на конвейер 2 и по нему в бункер мелочи, из которого скиповым подъемником 1 выдается в вагоны для отправки на аглофабрику для повторного спекания. Добавки (железная, марганцевая руда и известняк) через электровибрационные питатели 8 поступают в весовые воронки 10 и далее по конвейеру, через перекидной лоток 12 в промежуточный бункер 15, из которого их загружают в скип с агломератом.

Подачу в скипы кокса производят так же, как и в системе с вагон — весами. Из расположенного над скиповой ямой бункера 7 кокс с помощью электровибрационного грохота-питателя 11, отсеивающего мелочь, поступает в весовую воронку 13 и далее в скип. Мелочь кокса через бункер 18 скиповым подъемником 17 выдают в вагоны для отправки на аглофабрику. Работа системы автоматизирована. Недостатками подобных систем считают большое число бункеров и обслуживающих их механизмов и большое число точек пыления.

Система подачи материалов к скиповому подъемнику через центральные бункера (рис. 3.9) разработана в последние годы и применяется на печах объемом 3200 м 3 . Эта система является более совершенной, чем две предыдущие, так как обеспечивает загрузку большей части шихты (агломерата и кокса) в скипы непосредственно из расположенных над ними бункеров, позволяя исключить конвейеры подачи агломерата. Эти располагаемые в центре эстакады бункера должны иметь большой объем, чтобы вместить требуемый запас материалов.

Скиповый подъемник при этом делают с раздвоенным наклонным мостом, план такого подъемника показан на рис. 3.9. По каждой из двух сходящихся у доменной печи 17 ветвей 18а и 18б моста передвигается один скип (соответственно 9а и 9б). Под ветвями раздвоенного моста сооружают две скиповые ямы на удалении друг от друга, что позволяет размещать над ними бункера большого объема. Предпочтительным является также применение конвейерной доставки материалов на бункерную эстакаду, поскольку конвейерная система в отличие от рельсовой не ограничивает высоту эстакады, позволяя сооружать бункера большой высоты и объема, без чрезмерного заглубления скиповых ям.

Рис. 3.9 Схема системы подачи материалов к скиповому подъемнику через центральные бункера

Как следует из рис. 3.8, над каждой скиповой ямой установлено по два бункера для кокса и агломерата. У торцов центральных бункеров (справа и слева) расположены по два бункера для добавок и один резервный для агломерата, из которых материалы в скипы подают конвейерами.

Материалы на бункерную эстакаду подают конвейерами 13 и распределяют по бункерам реверсивными передвижными конвейерами 14.

Система загрузки скипов состоит из двух одинаковых независимых линий, каждая из которых подает материалы к одному из скипов. Кокс из бункеров К вибрационными грохотами 12, отсеивающими мелочь, подают в весовые воронки 8 и далее по наклонному желобу (течке) 10 в скип 9 а. Аналогичным образом подают в скип агломерат из бункеров А (вибрационными грохотами 12, отсеивающими мелкие фракции, и далее через весовую воронку 5 и течку 7). Отсеянная грохотами 12 мелочь кокса и агломерата попадает в течки-бункера 15 и далее с помощью специальных скипов 16 или конвейеров (на рис. не показаны) выдается в вагоны для отправки на аглофабрику.

Добавки из бункеров Д электровибрационными питателями 1 подают в весовые воронки 2 добавок и затем на конвейер 3, транспортирующий их в весовую воронку 5 агломерата. Агломерат из резервных бункеров А после грохотов 4 подают конвейером 3 в весовую воронку 5. Весовые воронки для кокса и агломерата снабжены весопроверочными устройствами 6 и 11. Работа системы автоматизирована.

Подача материалов к конвейерному колошниковому подъему

Обязательной составной частью рассмотренных ранее систем подачи является скиповой подъемник, который не обеспечивает темпа загрузки, требуемого для сооружающихся в последние годы крупных высокопроизводительных печей. Поэтому для них разработаны системы, где материалы от бункеров до колошника подаются полностью конвейерами.

Можно выделить две разновидности систем с конвейерной подачей материалов от бункеров до колошника. Одна из них предусматривает использование конвейерного колошникового подъема и конвейерную подачу материалов к нему от бункеров. Схема подобной системы, впервые примененной на доменной печи объемом 5000 м 3 (печь № 9 Криворожского металлургического комбината, Украина), представлена на рис. 3.10. По обе стороны от наклонного конвейера 8, подающего материалы на колошник, находятся две группы расположенных в два ряда бункеров для агломерата, окатышей, кокса и добавок. Агломерат и окатыши выдают соответственно из бункеров А и О в весовые воронки 2 с помощью самобалансных грохотов 1, отсеивающих мелочь. Из воронок отвешенные порции материалов подаются питателями 3 на сборный конвейер 5, который доставляет их к перегрузочному узлу 19, где их перегружают на наклонный конвейер 5. Кокс из бункеров Д с помощью вибрационных грохотов 9, отсеивающих мелочь, подается в весовые воронки 10 и далее питателями 11 на конвейер 5 с последующей перегрузкой на конвейер 5. Добавки подаются на сборочный конвейер 5 через весовые воронки 7 питателями 6.

Отсеянная грохотами 1 мелочь агломерата и окатышей поступает на конвейер 4 и далее сборочными конвейерами 18 выдается в бункер мелочи 16. Отсеянная мелочь кокса конвейерами 12 и 13 направляется в бункер мелочи 14. В случае необходимости мелочь агломерата и окатышей можно загружать в бункер 14 при помощи перекидных шиберов 17. Из бункеров 14 и 16 отсеянные материалы выдаются в железнодорожные вагоны питателями 15, снабженными увлажнителями. Конвейеры 5 и 8 работают непрерывно и материалы выдаются на них порциями с определенными интервалами в соответствии с заданной программой загрузки. Управление режимом набора, взвешивания и транспортировки шихты автоматизировано.

Более совершенной является вторая разновидность рассматриваемой системы загрузки, в которой исключены сборные конвейеры, передающие материалы от бункеров эстакады к наклонному конвейеру колошникового подъемника, т. е. в которой материалы от бункеров эстакады до колошника подаются одним конвейером. Схема подобной системы загрузки, разработанной для печи объемом 5500 м 3 , Череповецкого металлургического комбината показана на рис. 3.11. Горизонтально-наклонный конвейер 8 колошникового подъема проходит через размещенную вдоль него бункерную эстакаду; материалы из расположенных над конвейером бункеров эстакады выдаются на движущуюся ленту конвейер а, доставляющую их к колошниковому загрузочному устройству печи.

Бункерная эстакада состоит из пяти каналов выдачи на конвейерный подъемник агломерата, четырех каналов кокса, двух каналов окатышей, четырех каналов добавок и одного канала, предназначенного для окатышей или кокса. В каждом канале агломерата, окатышей и кокса материал из соответствующих бункеров А О и К выдают в весовую воронку 4 емкостью 80 м 3 с помощью трех самобалансных (ГСТ-62) грохотов 1, отсеивающих мелочь. Применение в одном канале трех грохотов 1 повышает производительность и улучшает эффективность грохочения. Из весовой воронки 4 материал с помощью самобалансного питателя 2 типа ПТ выдается на конвейер 8. Отсеянная грохотами 1 мелочь поступает на продольные ленточные конвейеры 6, с которых ее перегружают на поперечные конвейеры 7. Добавки из бункеров Д передаются электровибрационными питателями 9 в весовые воронки 5 и далее с помощью питателей 3 на ленту конвейерного подъемника 8. Материалы на конвейер 8 выдаются по заданной программе, работа системы шихтоподачи автоматизирована

Рис. 3.10 Схема системы шихтоподачи печи объемом 5000 м :3 Криворожского металлургического комбината

clip_image032

Рис. 3.11 Схема системы шихтоподачи печи объемом 5500 м 3 ЧерМК

Грохоты и питатели

Ниже дана характеристика широко используемых в доменных цехах грохотов и самобалансного питателя.

Грохоты. Для отсева мелочи агломерата в системах шихтоподачи существующих печей широко применяют электровибрационные грохоты 182-Гр. Для отсева мелочи кокса используют электровибрационные грохоты с резонирующими колосниками (типа ГВК), которые в последние годы заменяют самоцентрирующимися инерционными грохотами (ГИТ); на печах объемом 2700-3000 м 3 устанавливали не показавшие высокой эффективности рассева инерционные грохоты ВГО. На сооружаемых в последние годы печах объемом 3200- 5500 м 3 для рассева агломерата и кокса используют высокопроизводительные, с хорошей эффективностью рассева самобалансные вибрационные грохоты ГСТ-62.

Грохот с резонирующими колосниками типа ГВК устроен как и электровибрационный, отличаясь конструкцией колосниковой решетки, выполненной из расположенных вдоль короба колосников (стальных полос). В этой решетке чередуются стационарные (жестко прикрепленные к коробу) колосники и резонирующие при вибрации короба, которые прикреплены к коробу концом. Грохоты ГВК,-1 и ГВК-2 имеют соответственно площадь грохочения 2,5 и 4 м 2 и максимальную производительность 400 и 550 м 3 /ч.

Самоцентрирующийся инерционный грохот (рис. 3.12) включает подвешиваемый к бункеру 5 на тягах 4 с пружинами короб 8, в котором закреплены два сита 9 и 10, наклоненные к горизонту на угол 15—25°, и вибратор — эксцентриковый вал 7, на концах которого вне короба размещены диски 3 с противовесами (дебалансами); вал приводится во вращение электродвигателем 1 через клиноременную передачу 2. Вал с помощью подшипников закреплен в боковых стенках короба своей эксцентриковой частью, поэтому при вращении; вала с дебалансами его эксцентриковая часть вызывает перемещение короба по круговой траектории вокруг оси вала 7 с амплитудой 3—6 мм. Для обеспечения равномерной подачи кокса на грохот к бункеру 5 шарнирно подвешены пальцы 6.

clip_image034

Рис. 3.12 Самоцентрирующийся инерционный двухситовый грохот.

Инерционный грохот с простым дебалансным вибратором похож на самоцентрирующийся инерционный. Отличие его состоит в том, что вал вибратора прямой (не эксцентриковый). При вращении вала он вместе с коробом описывает круговую траекторию. Грохот ВГО-2 имеет производительность до 250 м 3 /ч.

Самобалансный грохот . На рис. 3.13 показан самобалансный грохот ГСТ-62А. Короб 4 грохота опирается через пружины 5- и опоры 1 на раму 3. В сварном коробе из двух боковых стенок, связанных двумя поперечными трубами-балками, закреплены два сита 9 с колосниковыми решетками. Колебания короба создают два дебалансных вибратора, представляющих собой вмонтированный в трубу-Салку вращающийся вал с дебалансами (противовесами) 8. Вращение валов с одинаковой скоростью, но в противоположных направлениях обеспечивают установленные на опорах 2 электродвигатели 6а и 66 через карданные валы 7. При вращении валов, имеющих дебалансы, возникают направленные инерционные силы, вызывающие колебания короба под углом 45° к горизонту с амплитудой 6 мм.

Размеры сита равны 2×5 м, максимальная производительность 400 м 3 /ч. У грохотов типа ГСТ-81 валы вибраторов соединены зубчатой передачей и вращаются от одного электродвигателя.

clip_image036

Рис. 3.13. Самобалансный грохот ГСТ-62А

Самобалансный питатель типа ПТ (рис. 3.14) устроен и работает так же, как самобалансный грохот. Колебания наклонно установленного на пружинах 3 короба (лотка) 1 вызывают два дебалансных вибратора 2, вращающихся в; противоположные стороны от отдельных электродвигателей. Размеры лотка равны 2,5х4,96 м, амплитуда колебаний под нагрузкой 5—6 мм, частота колебаний 980 мин -1 , производительность до 1000 м 3 /ч.

clip_image038

Рис. 3.14 Питатель самобалансный типа ПТ

Источник https://masterplus24.ru/domennyi-process/shema-tehnologicheskogo-processa-domennogo-ceha/

Источник http://mashmex.ru/metallurgi/120-domennie-ceha.html?showall=1

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *