Надо Знать

добавить знаний



Доменный процесс



План:


Введение

Доменный процесс - основной технологический процесс изготовления чугуна. Чугун выплавляют в доменных печах, что являются агрегатами шахтного типа. Процесс плавки чугуна непрерывный. Сверху в доменную печь загружают шихтовые материалы ( агломерат, окатыши, кокс, флюсы), а в нижнюю часть печи вдувают воздуха, нагретый до 1100 - 1300 ? C, с добавлением кислорода и природного газа (см. дутья). В результате того, что сгорает кокс, в нижней части печи образуются газы, состоящие из оксидов углерода в смеси с азотом и водородом. Восходящий поток газа нагревает шихтовые материалы, которые по мере, сгорания кокса и проплавления шихты опускаются. При определенных температурах начинается разложение сложных соединений и восстановления железа из оксидов. Этот процесс завершается навуглецюванням железа, его расплавлением. Расплав накопичуюеться в нижней части печи, и к нему переходит те, элементы частично восстановились: кремний, марганец, а также фосфор, сера. Этот расплав - чугун, содержащий более 92% Fe; 3,5-4,6 С, другие Mn, Si, P и др.. Из печи чугун и шлак периодически выпускаются.


1. История

Техника и технология доменного производства, начиная с его возникновения, непрерывно совершенствуются под влиянием постоянно растущей потребности в металле и стремление сократить затраты на его производство. Соответственно развивались и методы подготовки к плавке сырья и топлива. Ниже приводится хронология основных технических и технологических решений развития и совершенствования доменного производства по источникам.


Основные черты современной доменной плавки были сформированы до конца XIX века. К этому времени в большинстве развитых стран завершился переход на минеральное топливо - кокс, а конструкция доменной печи нашла формы, принципиально не отличающиеся от нынешних.

Дальнейшая эволюция доменной плавки шла путем укрупнения агрегатов, повышение их производительности за счет интенсификации процессов при одновременном снижении удельного расхода кокса и затрат труда на производство единицы чугуна.



2. Движение материалов и газов в доменной печи

В доменной печи загружены шихтовые материалы в результате протекания физических и физико-химических процессов постепенно превращаются в чугун, шлак и доменный газ. Задача доменного процесса заключается в полном восстановлении железа, обеспечивается непрерывным встречным движением шихты (вниз) и газов (вверх) и взаимодействием шихтовых материалов и восходящего потока газов, образующихся при горении кокса в горне. Продолжительность пребывания материалов в доменной печи составляет 6-8 часов. Газы, образующиеся при сгорании кокса в фурм доменной печи движутся вверх с большой скоростью навстречу твердым материалам по всему сечению печи, причем продолжительность пребывания газа в доменной печи составляет 2-5 секунд. За это время газ нагревает шихтовые материалы и восстанавливает оксиды металлов. Высокие показатели плавки могут быть достигнуты только при определенном распределении газового потока по сечению печи. При этом большое значение имеет газопроницаемость столба материалов, их распределение при движении в доменной печи. Для того, чтобы обеспечить необходимое распределение шихты на колошнике, при котором достигается оптимальный газовый поток по сечению печи, принимают разные меры. Опускания шихты в доменной печи происходит благодаря тому, что сгорает кокс, происходит уплотнение материалов и образования жидких продуктов, которые занимают меньший объем. Поскольку основное количество кокса сгорает в фурменных области на расстоянии 1,5-1,8 м от стенок печи, то и скорость опускания шихты у стенок печи выше, чем по оси. Скорость опускания материалов у стенок печи составляет 90-140, а в центре печи 70-120 мм / мин.

Доменная печь в Сестао Эйбар Эрандио ( Испания)

Широко по сравнению с другими методами воздействия на распределение материалов и газов в печи используется изменение порядка загрузки кокса и агломерата.

О равномерности распределения газового потока обычно судят за температурой и составом газа на колошнике печи.


3. Процессы в горне печи. Теплообмен в печи.

Горячее дутье, подаваемого через фурмы, участвует в процессах сжигания углерода кокса, углеводородов природного газа и окисления составных частей чугуна. Струя нагретого до 1100-1300 ? С воздух обладает высокой кинетической энергией и вызывает циркуляцию кусков кокса, сгорает во взвешенном состоянии. При этом горении развиваются температуры до 2000 ? C. Здесь располагается так называемая окислительная зона (до 1800 мм), характеризуется наличием свободного кислорода и больших количеств диоксида углерода. Горение углерода кокса происходит за счет кислорода дутья по реакции:

С + О 2 → СО 2 + 404,4 МДж.

По мере удаления от фурм в условиях высоких температур и избытка углерода начинает развиваться реакция:

СО 2 + С → 2СО - 165,8 МДж.

Суммарная реакция горения углерода кокса идет с образованием С, который является восстановителем. Азот в реакциях горения не участвует и полностью переходит в горновой газ. При использовании сухого воздушного дутья горновой газ за пределами окислительной зоны содержит примерно 35% СО и 65% N%. Его состав меняется при обогащении дутья кислородом. Так, например, при увеличении в дутье содержания кислорода от обычных 21% до 30% газ содержать 46% СО и 54% N 2.

При искусственном увлажнении дутья до 3-4% происходит разложение влаги углеродом по реакции: Н 2 О + С → Н2 + СО - 124 МДж и содержание водорода в газах достигает 2-3%.

При вдувании в горн природного газа в горновому газе увеличивается содержание Н 2 и СО, но при этом у фурменных зоне снижается температура, поскольку H 2 O и СО 2, образующиеся при том, что сгорает природного газа в дальнейшем разлагаются углеродом кокса с поглощением тепла. Средний состав покидая горн газов,%: 35-45 СО; 1-12 Н 2, и 45-64 N 2.

Горячий газ быстро поднимается навстречу шихтовых материалов и отдает свое тепло, при этом СО и Н2 тратятся на восстановление оксидов, превращаясь в СО 2 и H 2 O. Выходящая из печи колошниковая газ имеет температуру 200-300 С и содержит примерно 20-30% СО; 2-8% Н 2; 15-18% СО 2; 0,2-0,5% СН 4 и ​​45-55% N 2.

Применение комбинированного дутья, которое включает окислители (кислород) и восстановители (природный или коксовый газ, мазут), обеспечивает экономию дорогостоящего кокса и повышение производительности печи.


4. Методы интенсификации доменного процесса

VysokePece1.jpg

Под интенсификацией понимают методы и приемы ускорения протекающих в доменной печи процессов с целью повышения ее производительности. К ним относятся:

  • меры, направленные на повышение прочности и качества шихтовых материалов, в том числе повышение основности агломерата, что позволяет полностью исключить из состава шихты сырой известняк и снизить расход кокса;
  • повышение давления газов в печи. Увеличение производительности печи на 5-10%, снижение расхода кокса на 2-5% и вынос пыли с газом на 35-50% можно обеспечить за счет увеличения давления газов в печном пространстве. Для этого специальным дроссельным устройством осуществляется пережим струи газа на газопроводе отвода доменного газа, что приводит к повышению давления газа под колошником до величины 150-250 кПа. При этом уменьшается перепад давления между низом и верхом печи, уменьшается подъемная сила газов и их объем, увеличивается время их пребывания в печи. Это, в свою очередь, позволяет увеличить количество дутья, подаваемого в печь, и интенсифицировать доменную плавку;
  • обогащения воздушного дутья кислородом от обычного содержания 21% до 30-35% позволяет увеличить количество сжигаемого в горне кокса и проплавлюваних в единицу времени материалов. Для понижения температуры в горне одновременно с кислородом вдувают газ, который обогащает горновой газ восстановителями СО и Н 2 и позволяет на 5-15% уменьшить расход кокса и повысить производительность доменной печи на 4-7%;
  • повышение температуры воздушного дутья до 1100-1200 С уменьшает расход кокса и количество шлака в печи, поскольку в печь поступает большее количество тепла с дутьем.

5. Продукты доменной плавки

Основным продуктом доменной плавки является чугун, а побочными - шлак и доменный газ. Доменные чугуны по своему назначению подразделяют на несколько видов. Чугун предназначен для дальнейшей переработки в сталь. Он используется в жидком или твердом виде. На его долю приходится около 95% выплавляемого чугуна. Средний состав передельного чугуна: 4,0-4,5% С; 0,3-1,2% Si; 0,2-1,2% Mn; 0,05-0,15% P и 0,02-0 , 05% S, остальное - Fe. Литейный чугун используется для получения чугунных отливок деталей машин. В отличие от перерабатывающего литейный чугун, содержащий повышенное количество кремния, обладающий высшей ридкотекучистю и хорошо заполняет литейные формы. Доменные ферросплавы применяют для легирования и раскисления (удаления кислорода) стали. К ним относятся: ферромарганец с 70-75% Mn и зеркальный чугун 10-25% Mn, ферросилиций, феррохром и др..

Доменный шлак. При выплавке 1 т чугуна с флюсов, золы кокса и пустой породы железорудных материалов образуется 0,3-0,6 т шлака. Шлак используют как сырье при производстве различных строительных материалов. Более половины получаемого шлака подвергают быстрому охлаждению водой или воздухом и получают мелкие твердые зерна - гранулы, которые используют в строительстве для производства цемента и известково-вьядних веществ. Часть жидкого шлака подвергают медленному охлаждению в бетонных траншеях и после дробления и сортировки получают литой щебень, используемый или при строительстве дорог, или как заполнитель для бетона. Если же в траншею под слой шлака подают небольшое количество воды, то получают пористый кусковой материал - шлаковую пемзу, которая является наполнителем легких бетонов. Путем других видов специальной обработки шлака паром или сжатым воздухом получают тепло-и звукоизоляционные материалы, например, шлаковую вату.

Доменный газ. Газ выходит через верхнюю часть печи состоит из СО, СН 4, Н 2, СО 2 и N 2, содержание горючих составных достигает 30% СО и 2-3% Н 2, теплота сгорания газа после очистки от пыли 3300-3800 кДж / м 3. Около 30-35% доменного газа используется в доменном цехе для нагрева насадок воздухонагревателей, а остальной газ в коксующихся, мартеновских, прокатных и термических цехах, а также для отопления котлов теплоэлектроцентрали. Выход доменного газа достигает 4000 м 3 на 1 т кокса. При очистке колошникового газа улавливают колошниковая пыль и шламы, количество которых меняется от 10 до 100 г / м 3 газа, содержащих в виде окислов 40-50% Fe, 10-12% С, CaO, MgO, MnO и используются как компоненты шихты при производстве агломерата.


Литература

  • Рамм А. Н. Современный доменный процесс.; М., Металлургия, 1980, 303 с.
  • Вегман Е. Ф. доменное производство. Справочник. Т.1. М., Металлургия, 1989, 496с.

код для вставки
Данный текст может содержать ошибки.

скачать

© Надо Знать
написать нам