Выплавка чугуна в доменной печи

Чугун выплавляют в вертикальных печах шахтного типа - доменных печах. Сущность процесса получения чугуна заключается в восстановлении окислов железа (связывании кислорода из оксида в какие – либо соединения), входящих в состав руды, окисью углерода, водородом и твердым углеродом.

Устройство и работа доменной печи. Схема работы доменной печи представлена нарис.6.3.Доменные печи, как и все шахтные печи, работают по принципу противотока. Сверху сходят шихтовые материалы, а снизу им навстречу движутся газы, образующиеся в процессе горения топлива. Агломерат, руду, флюс и кокс, поступающие в печь в определенном соотношении, называют шихтой.

Шихта подается на колошник 7 печи скипами 1, реже ленточными конвейерами. Скипы разгружают в печь через приемную воронку 2 и засыпной аппарат, установленный на колошнике. Воздух (дутье) от воздуходувных машин подается в печь через воздухонагреватели (в которых нагревается до 1000-1200˚С) и фурменные приборы, установленные по окружности горна. Через фурмы 13 вводится также дополнительное топливо (природный газ, мазут или угольная пыль).

Рис.6.3. Схема доменной печи: 1 - скип; 2 - приёмная воронка; 3 - малый конус; 4 - большой конус; 5 - воронка большого конуса; 6 - защитные сегменты; 7 - колошник; 8 - шахта; 9 - распар; 10 - заплечики; 11 - горн; 12 - чугунная лётка; 13 - фурма; 14 -шлаковая лётка; 15 - лещадь; 16 - камера горения воздухонагревателя (каупера); 17 - подкупольное пространство; 18 - огнеупорная насадка каупера; 19 - поднасадочное пространство

По мере накопления чугуна и шлака их выпускают из печи. Чугун выпускают через 3- 4 час. через чугунную летку 12, а шлак через 1,0 - 1,5 час. через шлаковую летку 14. Чугун и шлак сливают по желобам, проложенным по литейному двору, в чугуновозные ковши и шлаковозные чаши, установленные на железнодорожных платформах. Емкость чугуновозных ковшей 90 - 140 т. В них чугун транспортируют в кислородно-конвертерные или мартеновские цехи для передела в сталь. Чугун, не используемый в жидком виде, поступает на разливочные машины.

Рис.6.4. Доменная печь: 1 – защитные сегменты колошника; 2 – большой конус; 3 – приемная воронка; 4 – малый конус; 5 – распределитель шихты; 6 – воронка большого конуса; 7 – наклонный мост; 8 – скип; 9 – воздушная фурма; 10 – чугунная летка; 11 – шлаковая летка

Современная доменная печь представляет собой шахтную (вертикальную) печь круглого сечения общей высотой до 70 м и диаметром до 14 м (рис.6.4). Внутри доменная печь выкладывается (футеруется) огнеупорным кирпичом. Снаружи печь для прочности имеет стальной кожух.

Доменная печь включает следующие элементы засыпной аппарат, колошник, шахту, распар, заплечики и горн.

Засыпной аппарат служит для накопления и подачи шихты через колошник. Вверху колошника имеется газоотвод для выхода доменного (колошникового) газа. Шахта имеет форму усеченного конуса, расширяющегося книзу. Такая форма шахты способствует свободному опусканию шихты при плавке. Заплечики имеют форму усеченного конуса, расширяющегося кверху, поэтому они удерживают всю твердую шихту, находящуюся в распаре и шахте. Нижняя часть горна, в которой собираются жидкий чугун и шлак, называют лещадью. В горне имеется два отверстия - летки - для выпуска чугуна и шлака. Чугунная летка располагается в нижней части горна, а шлаковая - в верхней.

Лещадь выполняют из особо огнеупорных материалов - углеродистых (графитизированных) блоков. Для повышения стойкости огнеупорной кладки печи в ней устанавливают металлические холодильники, по которым циркулирует вода. Для уменьшения расхода воды (для крупных печей расход воды составляет до 70000 м³ в сутки) применяют испарительное охлаждение, основанное на поглощении теплоты в процессе парообразования.

Подогрев воздуха осуществляется для увеличения производительности печи и уменьшения расхода топлива. Нагрев производят в специальных нагревательных аппаратах - воздухонагревателях (кауперах) регенеративного типа.

Воздухонагреватель представляет собой башню диаметром до 10 м, высотой до 50 м. Корпус воздухонагревателя выполнен из листовой стали, внутри футерован огнеупорным кирпичом. В шахте воздухонагревателя сжигают доменный газ. Остальное пространство воздухонагревателя заполнено насадкой (кирпичной кладкой с проходами для газов), аккумулирующей теплоту продуктов горения доменного газа. Горячие газы, проходя через насадку, нагревают ее и удаляются из воздухонагревателя через дымовую трубу. Затем подача газа к горелке прекращается, и через насадку пропускается холодный воздух, подаваемый турбовоздуходувной машиной.

Доменная печь имеет несколько воздухонагревателей: в то время как в одних насадка нагревается горячими газами, в других она отдает теплоту холодному воздуху, нагревая его. После охлаждении нагретой насадки воздухом нагреватели переключаются.

Внутри воздухонагревателя (рис. 6.3) имеется камера горения 16 и насадка 18, занимающая основной объем воздухонагревателя. Насадка выложена из огнеупорных кирпичей так, что между ними образуются вертикальные каналы. В нижнюю часть камеры горения к горелке подается очищенный от пыли колошниковый газ, который сгорает и образует горячие продукты сгорания. Воздух, проходя через насадку воздухонагревателя, нагревается до 1000 - 1200°С и поступает к фурменному устройству доменной печи, а оттуда в ее рабочее пространство.

Улучшение технико-экономических показателей работы доменных печей является одной из важнейших задач металлургического производства. Эта задача решается повышением производительности доменных печей путем улучшения их конструкций, энергетики, способов подготовки шихты, интенсификации доменного процесса.

Основным направлением в развитии современного доменного процесса является увеличение полезного объема доменных печей. При этом улучшаются технико-экономические показатели их работы. В России эксплуатируют доменные печи объемом 2300, 2700 и 5000 м³. Такие печи выплавляют в сутки более 10000 т чугуна.

Интенсификация процесса плавки приводит к повышению производительности доменных печей за счет следующего:

- повышение давления газов на колошнике до 0,18 МПа снижает скорость их движения в шахте доменной печи, улучшает условия восстановления железа, снижает расход кокса и уменьшает вынос колошниковой пыли;

- обогащение дутья кислородом повышает интенсивность горения кокса, в результате возрастает температура в горне доменной печи, ускоряются процессы восстановления кремния и марганца, что особенно важно при выплавке доменных ферросплавов и литейных чугунов;

- вдувание в горн природного газа и угольной пыли позволяет снизить расход кокса на 10 - 15%, увеличить производительность печей на 2 - 3% за счет повышения восстановительной способности газов.