Казармщиков И.Т. - Производство металлических конструкционных материалов (1092920), страница 7
Текст из файла (страница 7)
Насадка воздухонагревателя охлаждается быстрее, чемнагревается. Поэтому блок воздухонагревателей доменной печи состоит из 3 – 4аппаратов, из которых один нагревает воздух, а остальные разогреваются.Профиль доменной печи характеризуется диаметрами, высотами и угламинаклона отдельных элементов.
Размеры некоторых печей приведены в таблице 1.Таблица 1 – Размеры печейРазмеры, ммДиаметр:горнараспараколошникаВысота:полнаяполезнаягорнашахты2000Полезный объем печи, м330005000975010900730011700129008200149001630011200323502920036001820034650322003900201003690032200450019500Размеры каждой части печи должны быть увязаны между собой инаходиться в определенных соотношениях с размерами других частей печи.Профиль печи должен быть рациональным, при котором обеспечиваютсяважнейшие условия доменного процесса:плавное и устойчивое опускание шихтовых материалов;выгодное распределение встречного газового потока;благоприятное развитие процессов восстановления и образованиечугуна и шлака.Основнымивеличинами,характеризующимиразмерырабочегопространства, являются полезный объем печи и полезная высота. Они включаютвысоту и объем, заполненные материалами и продуктами плавки.
Приопределении этих параметров за верхний уровень берется отметка нижней кромкибольшого конуса засыпного устройства в опущенном положении, а нижнемуровнем является уровень оси чугунной летки.3.2 Доменный процесс получения чугунаСущность доменного процесса получения чугуна заключается ввосстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, оксидом углерода,водородом и твердым углеродом, выделяющимися при сгорании топлива вдоменной печи.Доменный процесс относится к типу противоточных.
Навстречуподнимающемуся потоку горячих газов, образующихся при сгорании кокса уфурм, опускается столб шихтовых материалов.Газовый поток, содержащий СO, СO2, Н2, N2 и др., образуется в результатегорения углерода кокса. При этом в печи несколько выше уровня фурмразвивается температура более 2000 °С. Горячие газы, поднимаясь, отдаюттеплоту шихтовым материалам, охлаждаются до температуры 200 – 300 °С ивыходят из печи через колошник. Отсюда название газа – колошниковый.Полезный объем доменной печи постоянно заполнен шихтовымиматериалами. Опускание шихты происходит под действием ее веса, а условием еедвижения является освобождение пространства в нижней части доменной печи врезультате сгорания кокса и плавления рудного материала и флюса.После загрузки в печь шихта начинает нагреваться и по мере непрерывногоопускания, последовательно развиваются следующие процессы:испарение влаги шихты;восстановление оксидов железа и некоторых других элементов;диссоциация карбонатов.Испарение влаги шихты.
Шихта, загружаемая в доменную печь, содержитгигроскопическую, а иногда и гидратную влагу. Гигроскопическая влага легкоиспаряется и удаляется на колошнике, так как температура колошниковых газоввыше температуры испарения влаги.Н2Ож → Н2Опар.Гидратная влага удаляется при температурах выше 400 °С, и выделяющийсяводяной пар, взаимодействует с оксидом углерода или углеродом, обогащая потокгаза водородом.Н2Опар + СО = СО2 + Н2,Н2Опар + С = СО + Н2.Восстановление оксидов железа и некоторых других элементов. Врезультате взаимодействия оксидов железа с оксидом углерода и твердымуглеродом кокса, а также водородом происходит восстановление железа.Восстановление газами называют косвенным, а твердым углеродом – прямым.Реакции косвенного восстановления сопровождаются выделением тепла ипроисходят в верхних горизонтах печи.
Реакции прямого восстановлениясопровождаются поглощением тепла и протекают в нижней части доменной печи,где температура более высокая.Восстановление железа из руды происходит по мере продвижения шихтывниз в несколько стадий, от высшего оксида к низшему:Fe2O3 → Fe3O4 → FeO → FeДо температур 700 – 900 °С восстановление осуществляется газовымвосстановителем (СО) по реакциям:3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2,Fe3O4 + CO = 2FeO + CO2,FeO + CO = Fe + CO2.По мере опускания шихты до горизонтов с температурой 900 – 1200 °С,выделяющийся в ходе восстановления углекислый газ (СО2) начинаетвзаимодействовать с углеродом топлива по реакции:СО2 + С = 2СО.Процесс восстановления существенно изменяется и идет по реакции:FeO + C = Fe + CO.Таким образом, материал, загруженный в доменную печь, начинаетвосстанавливаться косвенным путем.
По мере опускания шихты, выделяющийся врезультате восстановления СО2 начинает взаимодействовать с углеродомтвердого топлива и процесс непрямого или косвенного восстановления переходитв прямое восстановление.Часть оксидов железа руды восстанавливается водородом, образующимся вдоменной печи в результате реакции разложения паров воды:Н2О + С = Н2 + СОВосстановление оксидов железа водородом происходит также, какоксидом углерода (СО), по стадиям от высших к низшим3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O;Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O;FeO + H2 = Fe + H2O.Водород, как реагент-восстановитель, характеризуется более высокойстепенью использования.
Вследствие меньшего размера молекулы по сравнению смолекулой СО водород проникает в мелкие поры и трещины восстанавливаемогокуска рудного материала, в которые молекулы СО не могут проникнуть. Поэтому,несмотря на относительно небольшое содержание водорода в доменном газе, онпроизводит значительную восстановительную работу.Кроме железа, в доменной печи происходит восстановление и другихэлементов, входящих в состав шихты.Марганец. Марганец содержится во всех железных рудах в больших илименьших количествах.
В соответствии с принципом последовательныхпревращений, оксиды марганца восстанавливаются последовательно от высших книзшим:MnO2 → Mn2O3 → Mn3O4 → MnO → Mn.Высшие оксиды марганца в доменной печи восстанавливаются полностьюдо MnO непрямым путем, взаимодействуя с СО. Оксид MnO восстанавливаетсятолько прямым путем, и то, частично по реакции:MnO + С = Mn + СО.Взаимодействуя с твердым углеродом, MnO образует карбид Mn3C, которыйрастворяется в железе, повышая содержание марганца и углерода в чугуне.Другая часть MnO переходит в шлак.Кремний. Кремний попадает в доменную печь с шихтой в виде SiO2.Восстановление его, как и марганца, осуществляется частично при высокихтемпературах твердым углеродом:SiO2 + 2C = Si + 2CO.Другая часть SiO2 переходит в шлак, а восстановленный кремнийрастворяется в железе.Фосфор.
Фосфор в шихтовых материалах находится в виде соединений(FeO)3 ⋅ P2O5 и (СаО)3 ⋅ P2O5. При температурах выше 1000 °С фосфат железавосстанавливается оксидом углерода и твердым углеродом с образованиемфосфида железа Fe3P. При температурах выше 1300 °С фосфор восстанавливаетсяиз фосфата кальция. Фосфор и фосфид железа полностью растворяются в железе.Условия доменной плавки не позволяют удалить из металла фосфор.
Весьфосфор, содержащийся в шихте, восстанавливается и полностью переходит вчугун. Поэтому, единственным способом получения малофосфористых чугуновявляется использование чистых по фосфору шихтовых материалов.Сера. Сера, наряду с фосфором и мышьяком, относится к вреднымпримесям чугуна, ухудшающим качество металла. Поэтому, большое вниманиеуделяется проблеме снижения серы в чугуне, а затем и в стали.
Сера можетприсутствовать в шихтовых материалах в виде органической серы и соединенийFeS2, FeS, СaSO4. Независимо от формы, в которой она присутствует в шихте,большая часть серы растворяется в чугуне в виде FeS. Задача удаления серы изчугуна заключается в том, чтобы максимальное количество серы перевести изметалла в другие продукты доменной плавки – газ и шлак.
Сера летуча, и поэтомучасть ее удаляется с газом при нагреве шихты в печи. Количество серы,удаляющееся с газовой фазой невелико – от 5 до 10% от общего содержания серыв шихте. Большая часть серы переводится в шлак в результате химическоговзаимодействия серы чугуна с оксидом кальция, что требует повышенногосодержания СаО в шлаке:FeS + CaO = CaS + FeO.В последнее время используют различные способы внедоменного удалениясеры из чугуна (десульфурации чугуна). Сущность всех этих способовзаключается в том, что полученный в результате доменной плавки сернистый чугун подвергают обработке после выпуска из печи химическими реагентами,поглощающими серу из чугуна и переводящими ее в шлак. В качестве такихреагентов используют:порошкообразную обожженную известь (СаО);карбид кальция (СаС2);соду (Na2CO3).Все эти соединения при взаимодействии с серой чугуна дают переходящие вшлак соединения СаS, Na2S.Таким образом, шихта, опускаясь в печи, достигает зоны температур 1000 –1100 °С.
При этих температурах, восстановленное из руды твердое железо,взаимодействуя с оксидом углерода, коксом и сажистым углеродом интенсивнорастворяет углерод, образуя карбид железа:3Fe + C = Fe3C.Вследствие этого, температура плавления железа понижается и на уровнераспара и заплечиков оно расплавляется. Капли железоуглеродистого сплава,протекая по кускам кокса, насыщаются дополнительно углеродом.В результате растворения в железе углерода, марганца, кремния, фосфора исеры в доменной печи образуется чугун. А в результате сплавления оксидовпустой породы руды, флюсов и золы топлива образуется шлак. Шлак стекает вгорн и скапливается на поверхности жидкого чугуна, благодаря меньшей плотности.Чугун выпускается из печи через каждые 3 – 4 ч, а шлак – через 1 – 1,5 ч.3.3 Продукты доменной плавкиПродуктами доменной плавки являются:- чугун;- шлак;- доменный (колошниковый) газ.Чугун является основным продуктом доменного производства, а шлак идоменный газ – побочными.Выплавляемые в доменных печах чугуны в зависимости от способадальнейшего использования делятся на три группы:- передельные;- литейные;- специальные (ферросплавы).Передельные чугуны.
Эта группа чугунов является преобладающимвидом продукции доменного производства. На его долю приходится около90% общего производства чугуна. Они предназначены для передела в сталькислородно-конвертерным или мартеновским способами и обычно содержат:0,3 – 1,2 % Si;0,2 – 1,0 % Mn;0,15 – 0,2 % P;0,02 – 0,07 % S.Особую группу составляют фосфористые чугуны, содержащие до 2% Р, взависимости от содержания фосфора применяются различные технологиипередела таких чугунов в сталь.Литейные чугуны.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
