Основні процеси доменної печі. Особливості виробництва чавуну

Поговоримо про те, яка роль коксу в доменному процесі. Докладно розглянемо суть цього металургійного виробництва.

В наш час при виготовленні чавуну і сталі використовують доменний процес, в якому важливим компонентом є піч.

Специфіка агрегату

Розглянемо особливості пристрою, його призначення. Основні процеси доменної печі пов’язані з плавкою коксу. Він являє собою пористий матеріал, який спікається з маси вуглецю, одержуваної шляхом прожарювання кам’яного вугілля без присутності кисню повітря.

Доменна піч – це потужний і високопродуктивний агрегат, де витрачається значна кількість дуття і шихти.

Завантаження сировини

Сучасна доменна піч передбачає перебування в ній матеріалів протягом 4-6 годин, газоподібних речовин – 3-12 секунд. Якщо гази будуть повністю розподілені по перерізу печі, можна розраховувати на високі показники плавки, йде виробництво чавуну. Доменний процес передбачає врахування руху газів у зонах, що мають менший опір шихти. Тому при її завантаженні в піч здійснюється регулювання, перерозподіл коксу та агломерату по перетину печі так, щоб вони відрізнялися за газопроникності. В іншому випадку більший відсоток газів буде йти з печі зі значною температурою, що негативно позначиться на застосуванні теплової енергії, доменний процес буде не в повній мірі ефективним.

На тих ділянках, які мають великий опір, шихта газів буде проходити незначно нагрітої, буде потрібна додаткова витрата тепла в нижній частині печі, в результаті істотно зросте витрата сировини.

Які ще особливості важливо враховувати при завантаженні? Доменний процес одержання чавуну – енергомістке виробництво. Саме тому біля стін печі використовують шар менш газопроникного агломерату, в центрі – збільшують шар коксу, завдяки чому перерозподіляється потік газу до центру. Матеріали по колу розташовують рівномірно.

Завантаження шихти здійснюється окремими порціями – подачами. Одна порція складається з декількох скіпів, рудної частини (агломерату), коксу. Співвідношення вихідних інгредієнтів визначають фахівці.

Доменний процес припускає спільну подачу сировини, при якій скіпи коксу та агломерату накопичується на великому конусі, а потім його завантажують у піч.

Регулювання розподілу шихти

Управління розподілу коксу та агломерату по перерізу колошников здійснюється наступними прийомами:

  • змінюється порядок розташування сировини на великому конусі;
  • застосовуються розщеплені і окремі подання;
  • встановлюються рухливі плити біля стін колошника.

Доменний процес передбачає врахування певних закономірностей внесення сипучих матеріалів:

  • укладання сировини, падаючого з великого конуса, на колошнику з піднесенням – гребенем;
  • у гребеня (в місці падіння) шихти накопичується дрібниця, великі шматки скочуються до підніжжя гребеня, тому в цій зоні газопроникність шихти більше;
  • на гребінь впливає рівень засипки на колошнику, а також відстань з великим конусом;
  • великий конус опускається не повністю, завдяки чому на периферію потрапляють дрібні шматки коксу.

У більшій частині В центр печі потрапляє матеріал з скіпів подачі, які останніми завантажувалися у великий конус. Якщо змінити порядок завантаження, то можна домогтися перерозподілу матеріалів по перерізу колошника.

Для регулювання процесу розподілу за обсягом печі використовуваної шихти застосовують два конусних апарату. Останнім часом деякі доменні печі оснащуються рухомими плитами у стінок колошника, дозволяють змінювати кут нахилу, переміщати їх по горизонтальній площині.

Шматки шихти, які падають на плити, відбиваються від них, що дозволяє направляти сировину в певні зони колошника.

Варіанти печей без конуса

В печі, які не мають конусного завантажувального пристрою, завантаження сировини проводиться через два відкриваються почергово шлюзових бункера. До них сировина доставляється похилими стрічковими конвеєрами, на яких з чіткими інтервалами розташовується кокс і агломерат. Одна порція надходить з стрічки в один бункер, потім вивантажується на колошник печі перемикати похилому лотку. Їм за період вивантаження здійснюється близько десяти повних обертів навколо нерухомій центральній осі.

Цикл завантаження

Під ним прийнято називати повторюється кількість порцій шихтових матеріалів. Максимальну порцію визначають за обсягом шлюзового бункера засипного механізму. Кількість порцій в одному циклі може становити від 5 до 14. Як отримати в повному обсязі продукти доменного процесу? Для того щоб відповісти на це питання, розглянемо докладніше суть процесу. При підвищеному вмісті в суміші вуглекислого газу низька температура сприяє повноті протікання теплообмінних і хімічних процесів в доменній печі. Щоб апарат працював економічно і інтенсивно, кількісний вміст вуглекислого газу по осі і на периферії печі повинно бути зниженим, а на висоті одного-двох метрів від стін – підвищеним.

Контроль температур в нових печах здійснюється шляхом введення через отвори в кожусі зондів. Обов’язковим для всіх процесів є контроль рівня засипки на колошнику.

Серед новацій – застосування безконтактних способів вимірювання рівня, заснованих на свідченнях мікрохвильових, інфрачервоних датчиків.

Особливості розподілу температур

Крім тепла, яке вноситься нагрітим дуттям, в якості основного джерела тепла для нагрівання газів і шихти, проведення відновлення і компенсації тепловтрат, компенсувати втрати можна теплом, що виділяється при згорянні палива в верхній частині горна. По мірі руху газоподібних продуктів із горна вгору тепло опускається до шихтовым холодним матеріалами, відбувається теплообмін. Подібний процес пояснює зниження з 1400 до 200 градусів температури на виході з пічного колошника.

Виведення надлишкової вологи

Розглянемо основні фізичні і хімічні процеси в доменній печі. В шихті, яка завантажується в доменну піч, є гігроскопічна волога. Приміром, у складі коксу її зміст може становити до п’яти відсотків. Волога швидко випаровується на колошнику, тому для її усунення потрібно додаткове тепло.

З’являється гідратне волога при завантаженні в доменну піч бурого залізняку, а також каоліну. Для вирішення проблеми в сучасному виробництві чавуну практично не застосовують в якості сировини дані руди.

Процеси розкладання карбонатів

Солі вугільної кислоти можуть надходити в доменну піч. По мірі їх нагрівання відбувається їх розкладання на оксиди кальцію і вуглецю, а процес супроводжується виділенням значної кількості енергії.

Останнім часом в доменні печі майже не завантажують руди. Яка роль флюсів в доменному процесі? Вони підвищують його ефективність, дозволяють знижувати витрати на виробництво. Завдяки використанню офлюсованого агломерату, повного виведення з доменної шихти вапняку можна домогтися істотної економії коксу. Процес розкладання вапняку при агломерації забезпечується згоранням палива низького сорту.

Відновлення заліза

Залізо, що вводиться в доменну піч у вигляді оксидів. Основним завданням процесу є максимальне вилучення заліза з оксидів шляхом відновлення. Суть процесу полягає у видаленні кисню, для цього використовується вуглець, чадний газ, водень. Відновлення вуглецем називають прямим процесом, а реакцію з газоподібними речовинами називають непрямою взаємодією. Які їх особливості? При прямій реакції витрачається вуглець, в результаті чого суттєво зменшується його кількість. Для другого виду відновлення заліза з оксидів потрібно надмірна кількість водню.

В ході процесу утворюється тверде залізо. Ступінь відновлення в чавун становить 99,8 %. Таким чином, тільки 0,2 -1 % перетворюються у шлак.

Виплавка марганцевистих чавунів

В процесі виплавки переделываемых чавунів в доменну піч марганець потрапляє у вигляді агломерату. В деяких кількостях марганцеві руди у вигляді силікатів марганцю сприяють отриманню марганцовистого чавуну.

Відновлення оксидів марганцю відбувається ступінчасто. Для того щоб повністю провести процес, в горні повинні бути встановлені високі температури. Процес виплавки передільних чавунів супроводжується відновленням марганцю тільки в співвідношенні 55-65 %. В даний час з-за дефіцитності марганцевих руд і марганцю в технологічному ланцюжку стали використовувати незначна кількість марганцевистих чавунів. При переході на маломарганцовистые чавуни можна економити не тільки сам марганець, але і кокс, так як буде знижуватися його витрата на пряме відновлення металу.

Висновок

Доменний процес є одним з основних способів виплавки чавуну і сталі. В залежності від того, які компоненти вводяться у вихідну шихту, в даний час отримують різні види готового продукту. Серед областей застосування отриманого чавуну і сталі виділимо: машинобудування, хімічну промисловість, медицину, приладобудування.