Козел в доменной печи

Козел в доменной печи

Среди памятников Невьянска особое место занимает, так называемый, «козел» – кусок застывшего металла. Он был установлен на небольшом постаменте на площади Революции в знак памяти о забастовках рабочих, которые одна за другой были проведены накануне 1917 года.

Невьянск издревле славился своими металлургическими заводами, которые были основаны еще в XVIII веке. Поэтому рабочие составляли основное население города, и когда по всей стране вспыхнуло революционное движение, они поднялись на защиту своих прав.

На мемориальной табличке, прикрепленной на постаменте надпись: «Этот чугун был выпущен на землю из доменной печи Невьянского завода во время забастовки рабочих в октябре 1916 года».

В конце октября 1916 года произошла общезаводская забастовка, всколыхнувшая весь Средний Урал. Поводом к ней послужил приказ полковника А. Данилова, недавно назначенного новым директором артиллерийского завода, в котором говорилось об обязательных сверхурочных работах, снижении расценок на изготовляемые детали, введении системы штрафов. Цель была одна — увеличить количество поставляемых на фронт боеприпасов, и неважно какой ценой. Со своей стороны, рабочие остановили станки и предъявили директору свои требования об увеличении заработной платы, отмене штрафов, установлении восьмичасового рабочего дня.

Дирекция эти требования не удовлетворила. Тогда рабочие начали необычную забастовку. Они, как всегда, приходили на работу в 6 часов утра, но станки работали вхолостую. По официальным данным, в забастовке приняли участие 2531 человек — все рабочие артиллерийского завода. Бастующих поддержали литейщики старого завода, в знак солидарности остановив доменную печь и горячий чугун выпустив в землю.

Директор Данилов распорядился уволить всех, кто не приступит к работе до 31 октября, а зачинщиков отправить на фронт. И все же компромисс был найден. Дирекция пообещала повысить расценки, а сверхурочную работу проводить на добровольных началах. Рабочие вышли на работу.

Закозление являлось страшным врагом первоначального доменного процесса, когда вследствие нарушения режима дутья или недостатка углерода в шихте в печь «садился козел», т.е. шихта спекалась в сплошную массу. Чтобы извлечь козла, домну приходилось ломать.

Адрес: Свердловская область, Невьянск, площадь Революции. Координаты: 57.489167, 60.219167
скачать dle 12.1

Номер патента: 722493

Текст

Союз Советскнк Социалистических Респубинк) 70 .18539 (83) Голландия Опубликовано 150380.Бюллетень Рй 10 Лата опубликования описания 150380 нн 53) УВК 669,162. , 212.6 6088. 8) Иностранцыкобус Ван Лаар, Бастиаан Мартинус Хугендорн 6 Голландия), Карл Вильгельм Фридрих Этэель 6 ФРГ)(72) АатоРИ изобретен Иностранная ФирмаКониклийке Недерландше Хоговенс эн Сталфабрикен, Н.В.ф (Нидерланды) Заявител 654) ЛЕ МЕННОЙ ПЕЧ Изобретение относится к устройству лещади шахтной печи, предназначенной для выплавки чугуна и способуего охлаждения,Наиболее близкой к описываемомуизобретению по технической сущностии достигаемым результатам являетсялешадь шахтной печи, состоящая изтрех слоев огнеупорной футеровки,причем коэффициенты теплопроводности верхнего и йижнего слоев меньшекоэффициента теплопроводности промежуточного слоя, периферийного водяного и подлещадного воздушного охлаждения 61.Однако для очень больших по размерам печей эта конструкция не является подходящей. В таких большихконструкциях существет необходимость уменьшить размер настыля, илиуход тепла через нижнюю поверхность днища настолько значителен,что воздушное охлаждение этой поверхности недостаточно. Если женужно снизить температуру доннойплиты почти до 100 С, необходимоиспользовать водяное охлаждениенижней поверхности, Такое решение.ведет к большому риску, так какв случае нарушения работы водяной системы охлаждения температура быстро повышается до нежелательных величин, что может привести к аварии.Вышеупомянутый недостаток, тесли 1 аком глубокое проникновение настыля,может быть удален путем выполнениявсего днища из более теплопровод-.ного материала, но в этом случаетакже существет опасность нарушения водяного охлаждения нижней поверхности, что ведет к аварии. Цель изобретения – повышениестойкости лещади при термическихвоздействиях,При использовании предлагаемогоизобретения образуется настыль6 козел) только небольших размеров,в частности небольшой высоты.Данное изобретение характеризуется тем, что днище состоит иэ горизонтального слоя огнеупорного материала с коэффициентом теплопроводности Й, составляющим в рабочем состоянии более, ч".м 20 ккал/м чС. Этотслой сверху и снизу защищен еще ислоем огнеупорного материала с оченьнизким коэффициентом теплопроводности по сравнению с вышеупомянутымпервым промежуточным слоем.Благодаря этой конструкции но время работы печи нижняя поверхность днища охлаждается воздухом до температуры ниже 150 С. Используется такое днище, толщина верхнего и нижнего слоев которого выбирается в зависимости от свойств теплопроводности, и в котором промежуточный слой с высоким коэффициентом теплопроводности отдает от 20 до 60 тепла в нижний слой.Огнеупорный верхний слой служит защитой промежуточного слоя, расположенного под ним. Это происходит потому, что верхний слой сделан из материала, который дороже обычного огнеупорного материала. В качестве материала с высокойтеплопроводностью для промежуточногослоя согласно данному изобретению используется графит, коэффициент теплопроводности которого составляет от 60до 100 ккал/м ч С, Путем покрытияграфитового слоя слоем из менее дорогого материала с меньшей теплопроводностью температура графитового слояснижается и становится ниже температуры плавления чугуна и проникнонениянастыля (козла) н графитоный слой непроисходит.Самый нижний слой, который такжесостоит из менее теплопронодного материала, сдерживает поток тепла отпроникновения его через стальнуюдонную плиту. Остаток тепла уходитв наружную часть графитового слоя,где температура из-эа жидкостногоохлаждения удерживается низкой.Благодаря хорошей теплопроводности графитого.слоя можно получатьместами почти одинаковый температурэый градиент с верхней части днищаточно так же, как это было бы возможно, если бы тепловбй поток, проходя через графитовый слой, большейчастью уходил в нижнюю поверхностьднища, Благодаря хорошему и однородному распределению тепла образуется очень тонкий и очень ровныйслой настйля,Важное преимущество данного изобретения состоит еще в том, что дажедля больших печей возможно воздушноеохлаждение. Таким образом, можно избегнуть значительного риска, .связанного с применением водяного охлаждения еБолее того, даже если в случаеповреждения системы воздушного охлаждения охлаждение уменьшится, температура стальной донной плиты повышается очень медленно и достигает200 С только после очень долгоговремени,что позволяет отремонтировать и снова включить систему воздушного охлаждения до того, как температура днища поднимается слишкомвысоко.0 Следует заметить, что водяное охлаждение наружной части снования печи значительно менее рисконано, чем водяное охлаждение внутренней (нижней) поверхности днища. В случае выхода из строя системы охлаждения по наружной поверхности всегда можно охлаждать ее простым способом, путемраспыления воды вручную,Особенно благоприятными являются результаты, полученные согласно данному изобретению, когда 25-40 тепла, проходящего через промежуточ 60 65 водности и толщины нижнего слоя, чтовсе вместе определяет тепловоесопротивление слоя, учитываетсяследующее: если теплоное сопротивление выше (например, при низком),донная плита будет холоднее, но ный слой с высоким коэффициентомтеплопроводности, уходит в нижнийслой а температура наружной понерхРоности днища составляет почти 50 С.Конструктивно это вполне возможноосуществить, если материал нижнегослоя днища будет иметь коэффициентотеплопроводнооти 2-5 ккал/мч. С, 20 Благодаря такой низкой тепловойпроводимости можно применять толькотонкий слоЯ для этого нижнего слоя.Хорошие результаты могут быть получены, если в той области могут 25 быть использованы кирпичи из аморфного углерода.В верхней части .можно применять ккирпичи из углерода, магнезита илиогнеупорной глины. Благодаря очень 0 хорошей сопротинляемости предпочтительно использовать полуграфитоныйматериал с величиной коэффициентатеплопроводности Л от 20 до30 ккал/м ч , Предпочтительно днищес тремя слоями, расположеннымисверху до низу и имеющими величиныЛ равные соответственно почти/25, ВО и 4 ккал/м.чС, и толщинуоколо 60, 120 и 60 см соответственно.Хорошие результаты получают втом случае, когда днище покрываютверхним слоем толщиной в 30 см, несколькими слоями, состоящимисоответственно иэ магнезита( Л 2-3), .45 углерода ( Л около 5), графита( Л около 80) и углерода ( Л 3-4)и имеющими толщину соответственнооколо 35, 60, 120 и 60 см.Данное изобретение не только свя зано с конструкцией основания (днища)печи и с методом его охлаждения, номожет быть применено в шахтных печах,в частности в доменных печах, производящих чугун, ПриМеняя данное изобретение, можно сконструировать болеелегкие по весу печи, контролированиедонной температуры в которых осуществляется проще, чем в другихпечах.При выборе коэффициента теплопро 722493будет глубже настыль (козел); принизком тепловом сопротивлении нижнего слоя больше тепла будет ходитьчерез этот слой, температура доннойплиты, расположенной ниже нижнегослоя, будет увеличиваться, но затонастыль (козел) будет менее глубоким и более ровным.Путем изменения структуры нижнегослоя таким образом, чтобы около 2060 общего теплового потока промежуточного слоя приходило через нижний слой, получают условия, в кото-рых как глубина настыля, так и температура донной плиты находятся вдопустимых пределах,На чертеже графически изображенвозможный вариант сооружения нового днища,Стальная обшивка (рубашка) 1 вокруг сооружения огнеупорного днищасоединяется со стальной доннойплитой 2, имеющей опорные стальныеьалки 3. Основание состоит из трехслоев 4,5 и 6. Верхний слой 4 толщиной 60 см состоит из полуграфита.Коэффициент теплопроводности этогополуграфита составляет почти20 кал/м ч С. Слой 5 имеет толщинуа120 см и состоит из графита с коэффициентом теплопроводности около30 ккал/м ч С.Слой 6 толщиной 60 см состоит изуглеродных кирпичей с коэффициентомтеплопроводности около 4 ккал/м ч С,оВышеупомянутые величины А соответствуют величинам в рабочем состоянии итемпературе. Диаметр печи в серединесоставляет около 13 м. С помощью охлаждения путем разбрызгивания водыобшивка (рубашка 1) охлаждаетсяпочти до 60 о С. Водное разбрызгивание изображено на чертеже диниями 7,Вентилятор мощностью в 100 л.с.(на чертеже не показан) служит дляохлаждения стальной донной плиты воздухом и сохранения ее температурыниже 100 С, Общее количество тепла0 , проходящее через слой 5, делится на два компонента. Тепловойпоток 0 , проходящий через доннуюплиту 2, имеет величину почти 200000 ккал/ч, а тепло О,проходящеечерез обшивку слоя 5, составляетпочти 2400000 ккал/ч.В зоне выпускного отверстия 8 температура внутри печи составляет почти 1400-1500 С. В центре днищаизотерма для 1100 С не достигает0верхней поверхности слоя 4, что говорит об отсутствии настыля (козла)и. о том, что днище не подвергаетсякоррозии.Данное изобретение не ограничивается описанным вариантом, Можнополучить хорошие результаты такжепутем замены верхнего слоя из полуграфита на углеродный слой той жетолщины с коэффициентом теплопроводности, равным 5 ккал/м ч С,который покрывается слоем из магнезитатолщиной 30 см и с коэффициентомтеплопроводности, равным 2 20 3 ккал/м ч С,Формула изобретения.Лешадь доменной печи, состоящая25 из трех слоев огнеупорной футеровки,причем коэффициенты теплопроводности верхнего и нижнего слоев меньшекоэффициента теплопроводности промежуточного слоя, периферийного водяного и подлещадного воздушного охлаждения, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что с целью повышения стойкости лещади при термических воздей.ствиях, слои огнеупорной футеровкивыполнены сверху вниз из полуграфитового, графитового, углеродистогоматериала, причем отношение толщины слоев футеровки по отношениюк диаметру слоев равно для верхнего, промежуточного и нижнего слоев40 соответственно: 0,035-0,045; 0,070,09; и 0,035-0,045, а отношениекоэффициента теглопроводности верхнего и нижнего слоев по отношениюк промежуточному слою равно соот 45 ветственно 0,29-0,34 и 0,03-0,05,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент США 926730 83,кл. 266-32, 1954.7224,93 Составитель Б.Раковскедактор Г.Мозжечкова Техред М.Петко орректор Ю. Ма карен к ака писное Филиал ППППатент ф, г. Ужгород, ул, Прое 4 О/4 7ЦНИИПИпо113035раж 608 Подвенного комитета СССРретений и открытий35, Раушская наб., д. 4/5 осударслам иэоосква, Ж

Читайте также:  Техника вязания интарсия спицами видео

Заявка

ЯКОБУС ВАН ЛААР, БАСТИААН МАРТИНУС ХУГЕНДОРН, КАРЛ ВИЛЬГЕЛЬМ ФРИДРИХ ЭТЗЕЛЬ

МПК / Метки

Код ссылки

Охлаждения обжиговой печи «кипящего слоя»

Номер патента: 243790

. Ч-образных охлаждающих трубок 1 соединены с пакетными коллекторами 2 и 3, 25 которые, в свою очередь, соединены через трубки 4 и 5 и общие коллекторы б и 7 (последние могут отсутствовать) с барабаном 8. Верхняя и нижняя плети Ч-образной трубки идут под углом 15 к горизонту, таким обра зом ее общий угол равен 30, что предотвращает образование паровых мешков и скопление шлама, Вся система заполнена охлаждающим агентом – водой. От барабана 8 к нижнему входному коллектору б вода подается по подводящим трубкам 4.В зоне кипящего слоя в трубках 1 образуется значительное количество пара, вызывающего интенсивную естественную циркуляцию. Пароводная эмульсия собирается в коллекторе 3, а затем попадает в общий коллектор 7 и по отводящим.

Печь кипящего слоя для обжига сульфидосодержащих материалов

Номер патента: 1425416

. а проекции кессонов на полину 3 не пересекаются. Кессоны слоя 4 отбирают избыточное тепло, образующееся в процессе обжига сульфидосодержащих материалов. 2 ил.Изобретение относится к цветной металлургии и может быть использовано в химической и других отраслях промышленности,Цель изобретения – повышение производительности печи за счет увеличения удельного теплосъема кессонов слоя.На фиг. 1 представлена печь кипящего слоя для обжига сульфидосодержаших материалов, продольный разрез; на фиг. 2 – сечение А-А на фиг, 1.10Печь содержит корпус 1, свод 2, газо- распределительную подину 3 и установленные наклонно к ней кессоны слоя 4, включенные в систему испарительного охлаждения с естественной циркуляцией хладагента. Места входа в печь и выхода.

Способ автоматического управления процессом обжига в печи кипящего слоя

Номер патента: 1168542

. слое сделать зависимыми от регулирования процесса в газовой Фазе.Целью изобретения является повышение концентрации сернистого газа в обжиговом газе.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу автоматического управления процессом обжига в печи кипящего слоя, заключающемуся в измерении разности температур на концах отводящего газохода, регулировании расхода воздуха, подаваемого в печь, температуры в печи путем воздействия на количество подаваемого в печь серусодержащего сырья,и регулировании давления под сводомпечи путем изменения положения регулирующего органа в газоходе, давление под сводом печи умень-шают при увеличении положительнойразности температур на концах отводящего газохода между температурой газа после печи и.

Способ автоматического регулирования процесса обжига серосодержащего материала в печи кипящего слоя

Номер патента: 1437348

. кислорода в дутье35 устанавливается путем ввода в воздух постоянного количества кислорода, осу-, ществляемого регулятором 17 в соответствии с заданным значением). Прц внесении возмущений и процесс,цадример, при изменении состава сырья, изменяется температура обжиговых газов ц кипящего слоя, причем изменение температуры обжиговых газов45 происходит существенно быстрее цэмецеция температуры кипящего слоя. В соогветствци с величиной отклонения температуры слоя от заданного значенияСоставитель А.АбРедактор И.Сегляцик Техред .,яндык регулятор 11 через посредство дозатора 12 изменяет подачу материала и печь. Одновременно регулятор 17 изменяет подачу кислорода вдутье в зависимости от скорости изменения температуры обжиговых газов(сигнал с.

Печь кипящего слоя

Номер патента: 1532789

. печи дополного восстановления. При этом происходит восходящее двюкение материалав слое по центру шахты 1, а при дости жений верхней границы кипящего слояматериал отбрасывается к стенкам шах"ты 1 где скорость газового потоканиже, чем в центральной части слоя, ивдоль стен шахты 1 скатывается в зонушахты 1, примыкающей к подине 3. Частицы, прогретые до температуры кипящего слоя, склонны к спеканию. Однако при попадании в нижнюю часть кипящего слоя частицы охлаждаются за счет соприкосновения с водоохлаждаемой нижней частью 2 шахты 1 и не спекают-. ся как между собой, так и не прилипают к кессонированным стенкам шахты 1 й подине 3 печи, После полного восста-. новления оксида металла из печи выгружают 200-300 кг металлического порошка и на.

До́менная печь, до́мна — большая металлургическая вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до её капитального ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.

Содержание

Этимология [ править | править код ]

Слово «домна» образовано от старославянского «дмение» — дутьё. На других языках: англ. blast furnace — дутьевая печь, нем. Hochofen — высокая печь, фр. haut fourneau — высокая печь. кит. 高炉 (gāolú) — высокая печь, хорв. Visoka peć — высокая печь.

Читайте также:  Размеры круглых труб стальных таблица

Следует иметь в виду коренное отличие в значении слов «домница» и «доменная печь»: в домнице получали (в виде кусков или криц) штуки восстановленного сыродутного (от слова «сырое», то есть неподогретое дутьё) железа, а в доменной печи — жидкий чугун.

История [ править | править код ]

Первые доменные печи появились в Китае к IV веку [1] . В эпоху Средневековья в Европе применялся т. н. каталонский горн, который позволил механизировать кузнечные меха за счёт гидравлического привода, что способствовало увеличению температуры плавки. Однако его ещё нельзя было назвать доменной печью ввиду особых габаритов (кубический метр).

Непосредственным предшественником доменной печи был штюкофен (кричные печи) [2] , которые появились в XIII веке в Штирии. Штукофен имел форму конуса высотой 3,5 метра и имел два отверстия: для нагнетания воздуха (фурма) и вытаскивания крицы [3] .

В Европе доменные печи появились в Вестфалии во второй половине XV века [4] , в Англии доменные печи начали строить в 1490-х годах, в будущих США — в 1619 г [5] . Это стало возможным благодаря механизации. Высота домны достигала 5 метров. В России первая доменная печь появилась в 1630 году (Тула, Виниус). В 1730-х гг. на заводах Урала доменные печи сооружали вблизи основания плотины и на одном фундаменте часто помещали два агрегата, сокращая расходы на строительство и обслуживание.

Дутьё в большинстве случаев подавали двумя работавшими по очереди клинчатыми мехами, изготовленными из дерева и кожи и приводимыми в действие водоналивным колесом. Концы сопел обоих мехов помещали в неохлаждаемую чугунную фурму прямоугольного сечения, носок которой не выходил за пределы кладки. Между соплами и фурмой оставляли зазор для наблюдения за горением угля. Расход воздуха достигал 12—15 м 3 /мин при избыточном давлении не более 1,0 кПа, что было обусловлено малой прочностью кожи мехов. Низкие параметры дутья ограничивали интенсивность плавки, объём и высоту печей, суточная производительность которых длительное время не превышала 2 т, а время пребывания шихты в печи от момента загрузки до образования чугуна составляло 60-70 ч. В 1760 г. Дж. Сметон изобрел цилиндрическую воздуходувку с чугунными цилиндрами, повысившими количество дутья. В России эти машины появились впервые в 1788 г. на Александровском пушечном заводе в Петрозаводске. На каждую печь действовало 3—4 воздушных цилиндра, соединённых с водяным колесом посредством кривошипа и зубчатой передачи. Количество дутья возросло до 60-70 м 3 /мин [6] .

Высокий расход древесного угля на получение железа вызвал истребление лесов вокруг металлургических заводов Европы. По этой причине в Великобритании с 1584 г. ввели ограничение на рубку леса для металлургического производства, что вынудило эту страну, богатую каменным углём, в течение двух столетий ввозить часть чугуна для собственных нужд сначала из Швеции, Франции и Испании, а потом из России. В 1620-х гг. Д. Дадли пытался плавить чугун на неподготовленном каменном угле, но без успеха. Только в 1735 г. А. Дерби II после многолетних опытов удалось получить каменноугольный кокс и выплавить на нём чугун. С 1735 года основным топливом доменной печи стал каменный уголь (Великобритания, Абрахам Дарби III) [7] .

Низкая стоимость кокса в сравнении с древесным углем, его высокая механическая прочность и удовлетворительное качество чугуна явились основанием для последующей повсеместной замены органического топлива минеральным. Наиболее быстро этот процесс закончился в Великобритании, где к началу XIX в. почти все доменные печи перевели на кокс, тогда как на континенте Европы минеральное топливо начали использовать позже [8] .

11 сентября 1828 г. Джеймс Бомон Нилсон получил патент на использование горячего дутья (британский патент № 5701) [9] и в 1829 г. осуществил нагрев дутья на заводе Клайд в Шотландии. Использование в доменной печи нагретого только до 150 °С дутья вместо холодного привело к снижению удельного расхода каменного угля, применяемого в доменной плавке, на 36 %. Нилсону также принадлежит идея повышения содержания кислорода в дутье. Патент на это изобретение принадлежит Генри Бессемеру, а практическая реализация относится к 1950-м годам, когда было освоено производство кислорода в промышленных масштабах [10] .

19 мая 1857 года Э. А. Каупер запатентовал воздухонагреватели (британский патент № 1404) [11] , также называемые регенераторами или кауперами, для доменного производства, позволяющие сэкономить значительные количества кокса.

Во второй половине XIX века, с возникновением и распространением сталеплавильных технологий требования к чугунам стали более формализованными — они подразделялись на передельные и литейные, при этом для каждого вида сталеплавильного передела были установлены чёткие требования, в том числе и по химическому составу. Содержание кремния в литейных чугунах было установлено на уровне 1,5—3,5 %. Они делились по категориям в зависимости от величины зерна в изломе. Существовал ещё отдельный сорт литейного чугуна — «гематитовый», выплавляемый из руд с низким содержанием фосфора (содержание в чугуне до 0,1 %).

Передельные чугуны различались по переделам. Для пудлингования использовался любой чугун, при этом от выбора чугуна (белый или серый) зависели свойства получаемого железа. Для бессемерования предназначался серый чугун, богатый марганцем и кремнием и содержащий как можно меньше фосфора. Томасовским способом перерабатывали низкокремнистые белые чугуны со значительным содержанием марганца и фосфора (1,5—2,5 % для обеспечения правильного теплового баланса). Передельный чугун для кислой мартеновской плавки должен был содержать лишь следы фосфора, тогда как для основного процесса требования по содержанию фосфора не были столь строги [12] .

При нормальном ходе плавки руководствовались видом шлака, по которому можно было ориентировочно оценить содержание в нем четырех главных составляющих его оксидов (кремния, кальция, алюминия и магния). Кремнеземистые шлаки при застывании имеют стекловидный излом. Излом шлаков, богатых оксидом кальция — камневидный, оксид алюминия делает излом фарфоровидным, под влиянием оксида магния он принимает кристаллическое строение. Кремнеземистые шлаки при выпуске вязки и тягучи. Кремнеземистый шлак, обогащённый оксидом алюминия, становится более жидким, но ещё может вытягиваться в нити, если оксида кремния в нём не менее 40—45 %. Если же содержание оксидов кальция и магния превышает 50 %, шлак становится вязким, не может течь тонкими струйками и при застывании образует морщинистую поверхность. Морщинистая поверхность шлака говорила о том, что плавка «горячая» — при этом кремний восстанавливается и переходит в чугун, следовательно, в шлаке становится меньше оксида кремния. Гладкая поверхность имела место при выплавке белого чугуна с невысоким содержанием кремния. Оксид алюминия придавал поверхности шлака чешуйчатость.

Индикатором хода плавки был цвет шлака. Основный шлак с большим количеством оксида кальция имел при выплавке графитистого «чёрного» чугуна в изломе серый цвет с голубоватым оттенком. При переходе к белым чугунам он постепенно желтел вплоть до коричневого, а при «сыром» ходе значительное содержание оксидов железа делало его чёрным. Кислые, кремнистые шлаки при тех же условиях меняли свой цвет от зелёного до чёрного. Оттенки цвета шлака позволяли судить о присутствии марганца, который придаёт кислым шлакам аметистовый оттенок, а основным — зелёный или жёлтый [13] .

Читайте также:  Вольт амперная характеристика идеального источника тока

Описание и процессы [ править | править код ]

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий аппарат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

1 : железная руда + известняк
2 : кокс
3 : лента конвейера
4 : колошник с аппаратом, предотвращающим уход доменного газа в атмосферу
5 : слой кокса
6 : слои известняка, оксида железа, руды
7 : горячий воздух (с температурой около 1200 °C)
8 : шлак
9 : жидкий передельный чугун
10 : шлаковый ковш
11 : чугуновоз
12 : циклон для очистки доменного газа от пыли перед сжиганием его в регенераторах 13
13 : регенераторы (кауперы)
14 : дымовая труба
15 : подача воздуха в регенераторы (кауперы)
16 : порошок угля
17 : коксовая печь
18 : резервуар для кокса
19 : газоотвод для горячего колошникового газа

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.

В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

В верхней части горна, где приток кислорода достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода и выделяя большое количество тепла.

C + O 2 = C O 2 + Q <displaystyle mathrm <2>=CO_<2>+Q> >

Диоксид углерода, покидая зону обогащенную кислородом, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода — главный восстановитель доменного процесса.

C O 2 + C = 2 C O <displaystyle mathrm <2>+C=2,CO> >

Поднимаясь вверх монооксид углерода взаимодействует с оксидами железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до металла:

F e 2 O 3 + 3 C O = 2 F e + 3 C O 2 <displaystyle mathrm <2>O_<3>+3,CO=2,Fe+3,CO_<2>> >

Полученное в результате реакции железо каплями стекает по раскаленному коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 — 6,67 % углерода. Такой сплав называется чугуном. Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси — сера и фосфор. Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.

Ранее шлак выпускался через отдельную шлаковую лётку. В настоящее время и чугун, и шлак выпускают через чугунную летку одновременно. Разделение чугуна и шлака происходит уже вне доменной печи — в жёлобе, при помощи разделительной плиты. Отделенный от шлака чугун поступает в чугуновозные ковши, либо в ковши миксерного типа и вывозится либо в сталеплавильный цех, либо в разливочные машины.

Фундамент печи [ править | править код ]

Современная печь вместе со всеми сооружениями и металлоконструкциями, футеровкой (огнеупорной кладкой) и находящимися в ней шихтовыми материалами и продуктами плавки может иметь массу свыше 30 тыс. т. Эта масса должна быть равномерно передана грунту. Нижнюю часть фундамента (подошву) делают в виде массивной бетонной плиты толщиной до 4 м. На подошву опираются колонны, поддерживающие металлические конструкции печи (кожух). Верхняя часть фундамента (пень) представляет собой монолитный цилиндр из жароупорного бетона, на котором находится горн печи.

Горн доменной печи [ править | править код ]

Горн доменной печи — нижняя часть доменной печи, цилиндрическая по внутреннему очертанию и коническая (иногда цилиндрическая) по наружной форме. Горн оснащен устройствами для выпуска чугуна и шлака (чугунными и шлаковыми летками) и приборами (фурмами) для вдувания нагретого (на кауперах) до 1100—1400 °С, обогащенного кислородом до 23—25 %, воздуха. Горн доменной печи — наиболее ответственная часть её конструкции. Здесь скапливается до 1000 т. и больше расплавленных продуктов плавки — чугуна и шлака. На дно горна оказывает давление весь столб шихты массой 9—12 тыс. тонн. Давление горновых газов составляет 0,4—0,5 МПа, а их температура в очагах горения кокса достигает 1700—2100 °С. Внутри горна непрерывно движутся и обновляются кокс, жидкие чугун и шлак, горновые газы. По сути это мощный непрерывно движущийся реактор. В связи с этим к конструкциям горна предъявляются жесткие требования по прочности, герметичности и огнеупорности. Основные конструктивные элементы горна — кожух, холодильники, чугунная и шлаковая летка, фурменные приборы.

Чугунная лётка [ править | править код ]

Это канал прямоугольной формы шириной 250—300 мм с высотой 450—500 мм. Канал делают в огнеупорной кладке горна на высоте 600—1700 мм от поверхности лещади. Каналы для шлаковых лёток выкладывают на высоте 2000—3600 мм. Канал чугунной летки закрыт огнеупорной массой. Открывают чугунную лётку путём высверливания бурильной машиной отверстия диаметром 50-60 мм. После выпуска чугуна и шлака (на современных больших доменных печах выпуск чугуна и шлака осуществляется через чугунные лётки) отверстия забивают с помощью электрической пушки. Носок пушки вводят в лётку и в неё из пушки под давлением подают лёточную огнеупорную массу. Шлаковая лётка на доменной печи защищена водоохлаждаемыми элементами, которые в совокупности называют шлаковыми стопорами и рычажной конструкции с пневматическим приводом, управляемым дистанционно. Доменные печи большого объёма (3200—5500 м 3 ) оборудованы четырьмя чугунными лётками, работающими попеременно, и одной шлаковой лёткой. Выпуск чугуна и шлака из доменной печи включает в себя следующие операции:

  1. открытие чугунной лётки (в необходимых случаях и шлаковой);
  2. обслуживание, связанное непосредственно с вытеканием чугуна и шлака;
  3. закрытие чугунной лётки (если шлак выпускали через шлаковую, то и шлаковой);
  4. ремонт лётки и желобов.

Воздухонагреватели [ править | править код ]

Воздухонагреватели сооружаются при домнах с момента изобретения Э. А. Каупера, то есть с 1857 года. Воздухонагреватели имеют вид больших башен, расположенных рядом с домной. Из домны по трубе — газоотводу — в воздухонагреватель поступает горячий колошниковый газ, который в специальной камере внутри воздухонагревателя смешивается с поступающим по другой трубе воздухом и сгорает. Образующийся ещё более горячий газ проходит через насадку — сложенную из кирпичей колонну с зазором между ними для прохода газа. Этот газ нагревает насадку и выводится из воздухонагревателя через третью трубу. Когда насадка нагреется до необходимой температуры, в воздухонагреватель пускают обычный, ненагретый, воздух, который, проходя через насадку, нагревается до температуры свыше 1000 °С и далее идёт в домну для выплавки чугуна. Насадка при этом постепенно охлаждается, и когда она достаточно охладится, её снова разогревают сжиганием колошникового газа. Отсюда видно, что процесс нагрева воздуха для домны не является непрерывным, а поскольку выплавка чугуна в домне идёт постоянно, при ней сооружают несколько воздухонагревателей — пока один из них работает на нагрев насадки колошниковым газом из домны, другой работает на нагрев насадкой воздуха для домны [14] .

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector