Доменные печи

27.12.2021
Тип:
Статья
Рубрика:
Металлургия
rusinfo.info
rusinfo.info

Уже несколько столетий домна выступает в качестве центрального приспособления для обработки железорудного сырья — ее актуальность вне сомнений и сегодня. Конечно, со времен Древнего Китая в данную систему было вложено множество различных изменений. Печи проходили поэтапную модернизацию, обрастали техническими усовершенствованиями и производились из разнородных материалов. Однако одно с тех пор одно осталось неизменным — принцип действия.

Устройство домны

Современные печи представляют собой конструкцию внушительных размеров — до 40 м высоты и 35 тонн веса. Прочность и надежность сооружения служит залогом возможности беспростойной выплавки на протяжении долгих лет. Внешняя часть домны обшивается стальным саркофагом — в его основе лежат толстый лист толщиной до 4 см.

Внутренняя часть содержит в себе огнестойкую футеровку. Этот элемент нуждается в регулярном охлаждении, ввиду чего в нижней части производится монтаж металлоемкостей для циркуляции воды. Помимо классического контура, присутствует альтернативный вариант — охлаждение методом испарения жидкости. Суть проста — испаряющаяся кипящая вода становится активным поглотителем тепловой энергии. При кажущейся простоте, навеянной монолитностью, возникает мысль о примитивизме конструкции. Тем не менее она состоит из множества компонентов. Ниже перечислены основные детали печи.

Колошник

Это часть расположенная на верхней точке. Ее предназначение заключается в загрузке сырья (шихта) с последующим отводом отработанного газа. Главная деталь в колошнике — засыпной механизм. В подавляющем большинстве случаев аппарат для ввода шихты будет двухконусным. В промежутке между засыпками оба элемента будут прикрыты. После завершения ввода сырья меньший элемент опускают, затем руда переносится в больший. При наборе необходимой порции малый конус блокируется, и руда попадает в печь через больший. В завершении цикла производится герметизация крупного устройства.

В более продвинутых моделях используется улучшенная конструкция колошника. Большой конус заменяется вращающимся желобом, угол наклона которого регулируется. Данное решение позволяет производить загрузку сырья с любой из сторон. Как уже было сказано выше, колошник также выполняет роль газоотводной системы. Выплавка влечет за собой образование огромного количества газов, вместе с которыми выходит железосодержащая пыль. Для задержки последней устанавливается газоочиститель.

Шахта

Самый больший с точки зрения объема и наименее стойкий участок печи, выполненный в форме усеченного конуса. Шахта становится центром основных физико-химических процессов взаимодействия твердого шихтового материала и газов. Высота данного элемента обусловливается тем фактом, что во время движения материала необходимо наибольшее косвенное восстановление оксида железа — как раз-таки это достигается длительностью пребывания сырья в шахте. При недостаточности высоты материал перейдет в нижнюю часть печи слабо восстановленным. Для обеспечения газопроницаемости столба шихты в промежутке всего цикла плавильного процесса корпус шахты выполняется расширяющимся сверху вниз.

Распар

Цилиндрический фрагмент домны с наибольшим диаметром. Служит для обеспечения плавного перехода шахты в заплечики. В теле корпуса домны распар располагается таким образом, чтобы геометрически соответствовать началу этапа образования шлака. Широкий габарит снижает скорость движения газа в области шлакообразования. В то же время предупреждается подвисание шихты, ввиду того что в переходный период железорудного материала в тестообразную массу снижается коэффициент проницаемости ее слоя — с одновременным возрастанием гидродинамического сопротивления.

Заплечики

Компонент печи, имеющий вид перевернутого усеченного конуса. Его форма позволяет направить газовый поток из зоны горения в т. н. «рудный гребень» совместно с замедлением темпа движения шихтового столба вниз.

Горн

Нижний цилиндрический элемент домны, в котором осуществляется высокотемпературный процесс плавки. Это важнейшая часть рабочего пространства доменной печи — место горения кокса и образования газа. Также здесь взаимодействуют жидкие фазы и накапливаются жидкие продукты плавки (до 1 тыс. тонн) с периодическим выпуском из системы.

Горн предназначен для сжигания горючего, накапливания, разделения и выравнивания температуры чугуна и шлака, окончательного формирования их состава. Сечение горна доменной печи заданной производительности должно обеспечивать пропуск необходимого количества фурменных газов, при наличии в этой зоне коксовой насадки, через которую навстречу газам стекают жидкие продукты плавки.

Принцип работы

В основе принципа действия доменных печей лежат сложные физико-химические процессы. Можно выделить следующий объем операций:

  • горение топлива;
  • восстановление железа;
  • разложение известняка на окись кальция и угольный ангидрид;
  • процесс углеродного насыщения железа;
  • плавление металла и шлака и пр.

Общий смысл доменной плавки — изготовление чугуна из железорудных материалов. Главное сырье, делающее возможным выплавку чугуна:

  • кокс (топливо);
  • железная руда — материал из которого выплавляется чугун;
  • флюс — специальные добавки на основе песка, известняка и ряда иных материалов, необходимые для отделения чугуна от примесей и шлака.

В печь шихта попадает в качестве набора мелкопородных сплавленных кусочков — окатышей и агломератов. Рудное вещество может быть марганцевой рудой или вариацией железняка. Сырье засыпается в колошник послойно, чередуясь с пластом флюса и кокса. В процессе шлак всплывет на поверхность раскаленного чугуна. Примеси будут слиты до момента застывания жидкого металла.

Процесс работы и печи и ее загрузки сырьем не должен прерываться. Добиться постоянства в данной процедуре удается за счет специальных транспортеров. Попав через них в горн, шихта пройдет ряд технологических процессов. Сгорающим коксом обеспечивается требуемая температура — с пороговым минимальным значением в 2000°С. Горение будет способствовать соединению кислорода с каменным углем. В параллели с этим происходит образование углекислого газа.

Влияние высоких температур трансформирует последний в оксид углерода — это обеспечивает восстановление железа, важнейший производственный этап. Без него обретение необходимого показателя прочности металлом будет невозможным. Чугун обретает свою конечную форму после того, как железо проходит через массу расплавленного кокса. Для осуществления рассматриваемого перехода металл должен насытиться углеродом — его доля от общего состава находится в промежутке 2-5%. Завершающий этап — выход через летки.

О непрерывности процесса

Рассматриваемая система не подразумевает остановку технического процесса. Шахтный плавильный агрегат устроен так, что увеличение температуры в нем производится сверху вниз, как уже было упомянуто. Атмосферный кислород, задуваемый снизу, контактирует с коксом, и возникает химическая реакция, дающая тепловую энергию в 2000-3000°С.

При остановке печи по любой из возможных причин проявляется проблема — трудность перезапуска домны, т. к. в ее теле расположена многотонная твердая и тестообразная масса шлака, чугуна и шихты. Понижение температурного режима заставят их слиться в единое вещество, которое ни при каких условиях не нагревается с помощью внешних воздействий. Ввиду этого доменная печь может быть остановлена только планово, при необходимости вывода из работы или при капитальном ремонте. Выход на режим холостого хода занимает до десяти дней. Средний интервал между капремонтами — 40-50 лет. В рамках процедуры увеличивается доля кокса и снижается для руды. Как результат — режим горячей консервации.

Несмотря на высокий показатель технологической развитости 21 века в ближайшие сто лет доменный процесс все также будет занимать позицию основного способа изготовления в сфере черных металлов. 

Автор: Администрация Сайта
Комментировать
Пришлите нам свой материал
У вас будет возможность обратиться к аудитории сайта и ненавязчиво прорекламировать свои услуги
Прислать материал
Другие публикации
Все публикации
old.kalashnikovgroup.ru
24.09.2022
Оригинальный гибридный обрабатывающий центр разработал «Концерн «Калашников»
В рамках возрождения отечественного станкостроения АО «Концерн...
avoknw.ru
16.09.2022
На Амурский ГХК отгружено новое оборудование с Омского завода инновационных технологий
Омский завод инновационных технологий (ОмЗИТ) начинает отгрузку...
66.ru
02.09.2022
Серийный выпуск автопилота для сельхоз- и спецтехники запустило «НПО автоматики»
Одно из подразделений Госкорпорации «Роскосмос», расположенное в...
dp.ru
26.08.2022
Первые 30 лабоматов для сдачи анализов установлены в Санкт-Петербурге
Новый тип медицинского оборудования, не имеющий аналогов на...
Пользуясь данным сайтом, вы соглашаетесь с пользовательским соглашением и политикой конфиденциальности
Размещенные цены не являются публичной офертой