Доменний газ

Чавун

Чавун являє собою сплав заліза з вуглецем, зміст якого коливається від 3,0 до 4,0 - 4,3% і деякими іншими елементами - кремнієм, марганцем, фос-фором і сіркою. Крім того, залежно від складу руди в чавуні можуть бути присутні і легуючи домішки, наприклад нікель, хром, ванадій і ін. Але це вже буде чавун особливого призначення. Зміст кремнію в чавуні може коливатися відповідно до сорту чавуну від декількох десятих часток відсотка в передільному чавуні, до 4 - 4,25% у кращих сортах ливарного. У спеціаль-ному сплаві - ферросилиціі - зміст кремнію доходить до 10 -14%.Марганцю у звичайному передільному чавуні втримується від 1,5 до 3,5%, а в спеціальних сплавах його може бути значно більше.

Зміст шкідливих домішок - сірки й фосфору - прагнуть звести до мож-ливого мінімуму.

Як уже говорилося, сірка шкідлива тому, що вона повідомляє метал червоноламкістю: метал, що містить сірку, легко ламається при температурах червоного розжарювання.

Фосфор робить метал тендітним, але в той же час він повідомляє роз-плавленному металу рухливість і жидкоплинність - якості, досить необхідні для ливарного чавуну. Тому для деяких ливарних чавунів допускається зміст фосфору вище зазначених меж.

Шлаки

Доменні шлаки являють собою в основному сплав із трьох окислів – кремнекислоти (SiO₂) глиноземи (Аl₂О₃) і окису кальцію (СаО).

Магнезія (МgО) у переважній більшості випадків утримується в домен-

них шлаках у невеликих кількостях (4 – 6%). Крім того, у шлаку є невеликі кількості закису марганцю й закису заліза.

Кількість шлака стосовно чавуну коливається у звичайних умовах від 0,5 до 1,0% залежно від багатства руди залізом і змістом у коксі золи й сірки.

Доменний газ

Вихідний з доменної печі доменний (або колошниковий) газ виходить у результаті горіння коксу, відновлення окислів заліза, що втримуються в руді, розкладання вапняку й виділення летючих з пального.

До складу доменного газу входить вуглекислий газ (СаО₂) у кількості від 5 до 16%, окис вуглецю (СО) – від 25 до 30%, водень (Н₂) – 2 – 4%, метан або болотний газ (СН₄) – 0,4% і, нарешті, азот (N₂) – близько 60%.

1.2.2.Загальний хід процесу

Загальний хід доменного процесу може бути представлений у такий спо-сіб. Розпечений кокс згоряє в горні у фурм. На місце згорілого коксу зверху надходять всі нові й нові його партії. Газ, що утворюється від горіння, з висо-ким змістом окису вуглецю спрямовується нагору, передаючи своє тепло вищележачим шарам шихти й роблячи відбудовну роботу, тобто роботу з добору кисню з його з'єднань із залізом.

У міру опускання стовпа шихти в простір, що звільнився, колошник доменної печі безупинно завантажують новими партіями руди, вапняку й коксу.

Свіжа руда, надходячи у верхню частину печі, піддається впливу газів, нагрітих до 150⁰ – 350⁰, і віддає вологу, що втримується в ній; переходячи далі в область більш високих температур (400⁰ і вище), руда починає віддавати газам кисень окислів заліза, тобто піддається відновленню.

У міру переходу руди з верхніх обріїв у середні й нижні відновлення окислів заліза відбувається усе більше й більш інтенсивно. До моменту над-ходження руди в нижню частину шахти, де температура досягає 900⁰ – 100⁰, значна частина окислів заліза вже відновлена до закису заліза й до метале-вого заліза й подальше відновлення відбувається вже за рахунок твердого вуглецю.

Губка, відновленого заліза,що утворилася, стикаючись із пальним, навуглерожується й по досягненні температури приблизно 1200⁰ утворює

краплі чавуну, що швидко стікають долілиць і скаплюються на лещаді.

Порожня порода руди в місцях зіткнення з вапняком, що розклався,утво-рить найбільш легкоплавку суміш. Ця суміш у верхній частині заплічок (або в нижній частині распара, іноді навіть у нижній частині шахти) при темпера-турах близько 1300⁰ переходить у тістоподібний пластичний стан, а потім у більше низьких обріях при температурах близько 1400⁰ і вище, перетворюється в шлаки.

Остаточний склад чавуну, як і остаточний склад шлаків, встановлюється в горні після того, як відбудеться розчинення в шлаку золи коксу, ізвесті й закінчиться взаємодія між чавуном і шлаками.

Свіжовироблені краплі чавуну, опускаючись зверху долілиць, прохо-дять через шар шлаків, що покриває чавун, при цьому сірка, що втримується в чавуні, у значній мірі переходить у шлаки.

Процес одержання чавуну з руди в доменній печі вимагає витрати вели-кої кількості тепла. Це тепло витрачається на відновлення заліза й складових частин чавуну, а також на розплавлювання й нагрівання чавуну й шлаків. Значна частина тепла губиться, до втрат ставиться тепло, що уноситься колошниковими газами й охолодною водою, і тепло, випромінюване стінками печі в атмосферу.

Витрачене тепло заповнюється частково уведенням у піч нагрітого дут-тя, а головним чином - горінням коксу.

У цій області в газах утримується вільний кисень, що означає можли-вість процесів окислювання, у всіх інших областях панує відбудовна атмос-фера,тобто перебувають гази,що володіють здатністю поглинати кисень, руй-нуючи його хімічну сполуку з іншими елементами, тобто відновлюючи їх.

У зоні горіння з киснем з'єднується (тобто окисляється) у першу чергу

вуглець пального. Разом з ним можуть окисляться й інші елементи, що воло-діють хімічною спорідненістю до кисню, зокрема залізо. Окисли заліза, що утворилися в результаті вторинного окислювання у фурм, стікають у нижню частину горна, де при нормальному ході процесу дуже швидко віднов-

люються. Отже, у доменній печі протікають наступні основні процеси:

1) розкладання плавильних матеріалів;

2) відновлення окислів заліза;

3) науглерожування залоза й утворення чавуну;

4) шлакоутворення;

5) обесірювання;

6) горіння вуглецю.

Рис. 1 Різні зони усередині доменної печі

Малюнок 1.1. Різні зони у середині доменної печі

1.2.3.Профіль доменної печі і її обсяг

Внутрішньо обрис стін, що обмежують робочий простір доменної печі, називається профілем.(мал.1.1.)

Доменна піч по висоті може бути розбита на наступні окремі ділянки (зони): нижня циліндрична частина - горн; примикаюча до горна, що розши-рюється догори частина – заплічка, найбільш широка частина печі - распар; частина, що звужується до верху - шахта й, нарешті, верхня циліндрична частина - колошник.

Повною висотою доменної печі називається відстань від чавунної льотки до колошникової площадки.

У прямої залежності від розмірів профілю перебуває корисний обсяг доменної печі, що є її найважливішою характеристикою. Корисним обсягом доменної печі називається обсяг, заповнений плавильними матеріалами й продуктами плавки, тобто обсяг печі від рівня, що відповідає осі чавунної льотки, до нижньої крайки великого конуса в опущеному стані.

1.2.3.1.Горн доменної печі

Зсередини горн виклан углеродистими блоками, зовні стягнут суцільним залізним кожухом, між кожухом і кладкою встановлені плитові холодиль-ники.

Нижня частина горна - лещадь - викладається з високоякісних углеро-дистих блоків.

Висота лещади в більших печах становить приблизно 5 м.

Стінка горна має найбільшу товщину внизу, у лещаді товщина її в цьо-му місці досягає 40909 мм, потім кладка рівномірно звужується й на обрії фурм товщина становить близько 680 мм.

Броня горна робиться зі сталевих аркушів, у нижній частині горна листи мають товщину 40 мм, у верхньої - 35 мм.

Холодильники горна являють собою чавунні плити товщиною 280 мм, шириною близько 1000 мм і висотою від 2 до 4,5 м, усередині цих плит зали-

ті трубки, по яких циркулює вода.

У нижній частині горна між холодильниками й кладкою залишається невеликий зазор, приблизно 100 мм, що заповнюється щільно втрамбованим хромистим залізняком.

Розріз горна доменної печі показаний на мал.1.2, де:

1 – колона;

2 - кільцевий повітропровід;

3 - плитовий холодильник заплічок;

4 - броня;

5 - відвід охолодної води;

6 - плитові холодильники горна;

7 - низ колони, покритої захисними плитами;

8 - кругове опорне кільце для колон;

9 - шар хромистого залізняку;

Малюнок 1.2 Розріз горна

10 - футеровка горна;

11 - лещадь;

12 - фурма;

13 - футеровка заплічок;

14 - підведення охолодної води;

15 - футеровка шахти;

16 - сопло.

Фурми розташовуються на обрії 3200 мм

вище осі чавунної льотки. Стінки фурми роблять

ся з листової міді. Довжина фурми може бути різної від 450 до 600 мм, діаметр отвора фурми також може мінятися й коливатися від 150 до 160мм.

Торцева частина фурми, що стикається із соплом, має фланець, внут-рішні краї якого постачені заточенням для щільного зіткнення сопла з фур-мою. Для установки фурм у горні робляться круглі отвори. Однак фурма не вставляється безпосередньо в кладку. Для забезпечення належної міцності у фурмений отвір встановлюється фурмений холодильник, по своєму прист-

рою аналогічний фурмі, але більших розмірів, перший фурмений холодиль-

ник у свою чергу вставляється в другий (амбразуру), ще більших розмірів. Амбразура, за допомогою фланця, примикає до броні горна.

1.2.3.2.Чавунна льотка

Чавунна льотка являє собою канал у вогнетривкій кладці горна, запов-нений льоточною масою. Отвір у кожусі горна укріплен рамою, охолод-жуваний плитовими холодильниками. Внутрішня поверхня рами захищена футляром (набиванням з більше щільної вогнетривкої маси).