Доменный цех

Для того чтобы перевести содержащуюся в шихте пустую породу и образующуюся в результате горения топлива золу в шлак нужного состава, в доменную печь загружают флюсы. Одновременно флюс переводит в шлак и серу. Количество флюса зависит от химического состава пустой породы и золы кокса, а также от содержания в шихтовых материалах серы.

Загружаемые в доменную печь руды содержат железо в виде окислов, т. е. в соединении с кислородом. Для того чтобы получить железо, необходимо отнять этот кислород, т. е. провести восстановление. В доменной печи основными восстановителями являются углерод С и окись углерода СО. Часть углерода расходуется для науглероживания восстановленного железа и получения чугуна. Необходимо также, чтобы в печи поддерживалась температура, достаточная для расплавления образовавшихся чугуна и шлака. Тепла, выделяющегося при горении углерода, должно быть достаточно для осуществления всех реакций, идущих с поглощением тепла.

Используемое топливо должно обладать высокой теплотой сгорания, содержать, возможно, меньшее количество вредных примесей (серы, фосфора) и золы, быть пористым (что облегчаем его сжигание) и достаточно прочным.

В настоящее время основным видом топлива, используемого для доменной плавки, является кокс. Коксом называется твердая спекшаяся масса, остающаяся после удаления из каменного угля летучих веществ путем прокаливания его без доступа шелуха при 900--1100°. Хороший кокс имеет светло-серый цвет, недодержит мусора, непропекшейся массы, не пачкает рук, имеет мало трещин.

Готовая продукция доменного цеха - чугун, который широко применяется практически во всех отраслях промышленности. Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах: передельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах; литейный, идущий для чугунных отливок; специальные чугуны. Побочные продукты доменного производства: доменный газ [теплота сгорания 3,6--4,6 Мдж/м3 (850--1100 ккал/м3)] после очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых других цехах; доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов; колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, содержащая 30--50% Fe, возвращается в шихту доменных печей после её предварительного окускования (главным образом путём агломерации).

Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах: передельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах; литейный, идущий для чугунных отливок; специальные чугуны. Побочные продукты Д. п.: Доменный газ [теплота сгорания 3,6--4,6 Мдж/м3 (850--1100 ккал/м3)] после очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых др. цехах; доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов; колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, содержащая 30--50% Fe, возвращается в шихту доменных печей после её предварительного окускования (главным образом путём агломерации

Работа доменной печи начинается с её задувки. При этом горн и заплечики загружаются коксом, а шахта -- так называемой задувочной шихтой. В полностью загруженную печь подаётся нагретое дутьё (уменьшенное количество), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12--24 ч, после чего количество дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через несколько дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности.

Непрерывная работа (кампания) доменной печи от задувки до выдувки (остановки на капитальный ремонт) продолжается 5--6, а в некоторых случаях 8--10 лет и более, в течение которых печь 1--2 раза останавливается на так называемый средний ремонт для замены изношенной кладки шахты. Выплавка чугуна на мощных печах за одну кампанию достигает 5--8 млн. т чугуна и более.

Управление работой (ходом) доменной печи заключается в регулировании (в соответствии с качеством сырых материалов и видом выплавляемого чугуна) состава шихты, количества, температуры и влажности дутья, а также величины подачи или последовательности загрузки отдельных компонентов шихты и уровня засыпи. Ход доменной печи контролируется измерительными приборами, регистрирующими основные параметры загрузки, дутья, колошникового газа, температуру кладки печи на разных горизонтах.

Получили распространение плавка с вдуванием дополнительных видов топлива, обогащением дутья кислородом и работа с повышенным давлением колошниковых газов. При повышении давления на колошнике уменьшается перепад давлений между низом и верхом доменной печи; это обусловливает более ровный сход шихты, улучшает восстановительную работу газов, уменьшает вынос пыли.

Д. п. характеризуется высокой степенью автоматизации. На современной доменной печи автоматически осуществляются все операции шихтоподачи: набор компонентов шихты с отсевом мелочи, взвешивание, транспортировка на колошник и загрузка в печь по заданной программе. Автоматически поддерживаются оптимальный уровень засыпи и распределение шихтовых материалов на колошнике, давление колошникового газа, расход воды на охлаждение, температура и влажность дутья, а также содержание в нём кислорода и расход природного газа. Автоматизировано переключение воздухонагревателей и управление режимом их нагрева. Автоматические анализаторы обеспечивают непрерывную регистрацию состава колошникового газа и дутья. Внедряются системы автоматического регулирования подачи дутья и природного газа как по общему расходу, так и по отдельным фурмам.

Новые доменные печи оснащаются системами централизованного контроля и управления, которые обеспечивают усреднение показателей приборов и подсчёт комплексных показателей работы печи. Ведутся работы по комплексной автоматизации Д. п., в том числе управления тепловым режимом доменной печи с помощью ЭВМ.

Показатели работы доменной печи зависят главным образом от качества сырых материалов и степени подготовки их к плавке. Основные показатели: суточная производительность доменной печи в т и расход кокса на 1 т чугуна. В СССР производительность доменных печей иногда характеризуется коэффициентом использования полезного объёма (кипо), т. е. отношением полезного объёма в м3 к суточной выплавке передельного чугуна в т. Производительность доменной печи объёмом 3000 м3 -- 7000 т чугуна в сутки. В 1970 средний кипо составил 0,597 (в некоторых случаях 0,43--0,45). Расход кокса на единицу выплавляемого чугуна имеет большое экономическое значение вследствие высокой стоимости кокса. Применение дополнительного топлива позволяет уменьшить расход кокса на 8--20% и снизить благодаря этому себестоимость чугуна. В СССР при выплавке передельного чугуна из хорошо подготовленной богатой железом шихты расход кокса 550--600 кг/т, а на некоторых заводах -- не более 450--500 кг/т.

Совершенствование Д. п. направлено на улучшение подготовки сырых материалов к плавке, увеличение мощности (объёма) доменных печей, внедрение прогрессивной технологии, автоматического управления ходом доменной печи.

Описание технологии производства

Технология производства чугуна - сложный процесс, состоящий из множества этапов, которые имеют определенную последовательность

Технология состоит из:

Поставщик поставляет сырье саморазгружающимися вагонами на разгрузочную эстокаду которая передает сырье на поле рудного двора

Вагоноопрокидователи передают сырье на бункерную эстокаду Подача исходных материалов на засыпной аппарат имеет также свой этап:

Из бункера скипами железная руда, окатыши, марганцевая руда поступает на засыпной аппарат/

Из бункера транспортерами кокс поступает на засыпной аппарат (блок 6).

Из аглофабрики скипами агломерат поступает также на загрузочный аппарат. С помощью засыпного аппарата (блок 6) кокс, железная руда, агломерат, марганцевая руда поступает на колошниковое устройство (Блок 7), которое передает исходное сырье в шахту (Блок 8), где происходят химическим преобразованиям и основной процесс окисления и восстановления под действием плавки и горения. Фурменные устройства (Блок 9) подают топливо в печь, которое активно участвует в процессе горения. Воздуходувные машины (Блок 10), подают воздух на воздухонагревательные устройства, которые нагреваются за счет охлаждения насадки. Насадки нагревают за счет горения газа, который поступает за счет газоподавательных устройств (Блок 12). В процессе плавки происходят множество химических реакций, и в результате смесь стекает в горн (Блок 13), где специальным образом распределяется на чугун и шлак, которые выводятся через летки (блок 14 и Блок 15) и стекают по желобу (Блок 16 и Блок 17) на разливочные машины (Блок 18 и Блок 19). Желоб (Блок 16 и Блок 17) подает жидкий чугун и шлак на разливочные машины (Блок 18 и Блок 19), которые разливают их в ковши для чугуна (блок 20) и ковши для шлака (Блок 21). Эти ковши отправляются чугуновозами (Блок 22) и шлаковозами (блок 23) для дальнейшей обработки. В данном случае чугун передается в сталеплавительный цех (24), где производится сталь, а шлак передается на шлаковую гору (25), где заказчики приобретают шлак для строительных нужд.

В процессе плавления выделяемый газ в печи выходит через трубы газоотводов, а пылеуловители улавливают пыль, которая возникает в результате колошникового преобразования.

Основные химические процессы в доменной печи -- горение топлива и восстановление Fe, Si, Mn и др. элементов. Часть кокса расходуется на процессы восстановления, но основное количество опускается в горн и сгорает вместе с вдуваемым топливом у фурм. Газы с температурой 1600--2300° С, содержащие 35--45% CO, 1--12% H2 и 45--65% N2, поднимаясь по печи, нагревают опускающуюся шахту, при этом CO и H2 частично окисляются до CO2 и H2O. Газы, выходящие из печи, имеют t 150--300°С.

Горение у фурм. У фурм доменной печи возникают очаги горения, называемые окислительными зонами, в которых вихревое движение газов приводит к циркуляции кусков кокса. Горение кокса развивается на поверхности контакта твёрдой и газообразной фаз. При этом кислород соединяется с углеродом в сложные комплексы СхОу, которые затем распадаются. В упрощённом виде суммарный процесс горения углерода твёрдого топлива у фурм сводится к экзотермической реакции 2C + O2 = 2CO. При вдувании природного газа или мазута, в которых главной составляющей являются углеводороды (например, метан), протекает реакция с выделением CO и H2; при этом поглощается значительная часть тепла, выделяемого при сжигании С, а следовательно, понижается температура горения у фурм. Во избежание этого необходимо повышать температуру дутья и обогащать его кислородом. Положительное влияние вдувания углеводородных топлив -- в повышении концентрации водорода в газе и улучшении благодаря этому его восстановительной способности.

Восстановление железа и др. элементов. В доменной печи Cu, As, Р, подобно Fe, восстанавливаясь, почти полностью переходят в чугун. Полностью восстанавливается и Zn, который затем возгоняется, переходит в газы и отлагается в порах кладки, вызывая её разрушение. Те элементы, которые образуют более прочные соединения с кислородом, чем Fe, восстанавливаются частично или совсем не восстанавливаются: V восстанавливается на 75--90%, Mn на 40--75%, Si и Ti в небольших количествах, Al, Mg и Ca не восстанавливаются.

Восстановление поступающих в доменную печь окислов Fe2O3 и Fe3O4 происходит путём последовательного отщепления кислорода по реакциям:

3Fe2O3 + CO (H2) = 2Fe3O4 + CO2 (H2O),

Fe3O4 + CO (H2) = 3FeO + CO2 (H2O).

Закись железа FeO восстанавливается до Fe газами (косвенное восстановление) и углеродом (прямое восстановление).

FeO + CO (H2) = Fe + CO2 (H2O),

FeO + C = Fe + CO (1)

Высшие окислы марганца MnO2, Mn2O3 и Mn3O4 восстанавливаются газами с выделением тепла. В дальнейшем MnO восстанавливается до Mn только углеродом с затратой тепла примерно в 2 раза большей, чем при восстановлении Fe. Si также восстанавливается только С при высоких температурах по эндотермической реакции:

SiO2 + 2C + Fe = FeSi + 2CO.

Степень восстановления Si и Mn зависит в основном от расхода кокса; на каждый процент повышения содержания Si в чугуне расход кокса увеличивается на 5--7%, что увеличивает количество горячих газов в печи, вызывая перегрев шахты. Обогащение дутья кислородом, обеспечивая высокий нагрев горна, уменьшает количество образующихся газов, а следовательно, и температуру в шахте печи.

Сера в доменном процессе. S вносится в доменную печь в основном коксом и переходит в газы в виде паров (SO2, H2S и др.), но большая часть остаётся в шихте (в виде FeS и CaS); при этом FeS растворяется в чугуне. Для удаления S из чугуна необходимо перевести её в соединения, нерастворимые в чугуне, например в CaS:

FeS + CaO = CaS + FeO. (2)

Это достигается образованием в доменной печи жидкоподвижных шлаков с повышенным содержанием СаО. Восстановительная среда благоприятно влияет на этот процесс, т.к. снижает содержание FeO в шлаке. Степень обессеривания достаточно высока, и только в некоторых случаях чугун дополнительно обессеривается вне доменной печи различными реагентами.

Образование чугуна и шлака. Восстановленное в доменной печи Fe частично науглероживается в твёрдом, а затем в жидком состояниях. Содержание C в чугуне зависит от температуры чугуна и его состава. Шлак состоит из невосстановившихся окислов SiO2, AI2O3 и СаО (90--95%), MgO (2--10%), FeO (0,1--0,4%), MnO (0,3--3%), а также 1,5--2,5% S (главным образом в виде CaS). Для характеристики шлаков пользуются обычно показателем основности CaO/SiO2 или (СаО + MgO)/SiO2. Основность CaO/SiO2 для разных условий плавки колеблется в пределах 0,95--1,35%. При выплавке чугуна на коксе с повышенным содержанием S (донецкий кокс) работают на шлаках с верхним пределом основности и стремятся обеспечить содержание MgO в шлаке 6--8% и более, улучшая его жидкоподвижность.

Вагон-весы

Электровагоны-весы предназначены для набора шихтовых материалов из бункеров бункерной эстакады доменного цеха, дозированного взвешивания их, доставки к скиповой яме и загрузки в скип подъёмника доменной печи. Техническая характеристика электровагон-весов 115 ЭВ40 следующая: предельный вес материала - 40т. Вместимость одного бункера - 9м3; скорость передвижения - 2.5 м\с; ускорение - 0.3-0.4 м\с2; два электродвигателя механизма передвижения мощностью 31 кВт и два электродвигателя механизма вращения барабанных затворов бункеров мощностью 17 кВт.

На вагонах-весах установлены механизмы передвижения аналогичные механизмам грейферной тележки перегрузочного крана. Определение мощности электродвигателя механизма передвижения вагонов-весов производитсяпо статическому (без учёта ветровой нагрузки) и динамическому моментам, как для случая повторно-кратковременного режима работы. Вагоны весы должны обеспечивать с необходимым запасом непрерываную загрузку скипового подъёмника при форсированной работе домекнной печи. Работают вагоны-весы по заданной программею В цикл работы входит: набор материалов из шихтовых бункеров в 2 кармана (бункера), перемещение к скиповой яме, разгрузка материалов (поочерёдно из 2х карманов), перемещение к шихтовым бенкерам.

Производительность вагона-весов определяется по подаче руды(кокс вагонами-весами не подаётся), т\ч

Где м - масса рудной части подачи, т: tц - время цикла работы вагон-весов в течении одной подачи, с.

Для определения времени цикла tц составляют график работы вагон-весов. Время набора шихты из бункеров определяют по формуле

где, м - масса набираемой шихты, т; Пп - производительность питателя шихтового бункера при наборе длинной шихты,т\с; Tуст - время установки вагона весов у бункера (Tуст=8…10 с)

Время перемещения вагона-весов зависит от длинны пути к бункерам. При малых перемещениях (бункера расположены недалеко от скиповой ямы) вогон-весы не успевают достигнуть номинальной скорости и работают по графику треугольника. Критерием малых перемещений является выражение

где v - скорость движения, м\с(для 30 тонных вагонов-весов - 4.6м\с и 40 тонных вагонов-весов - 2.5 м\с), а ускорение вагонов-весов, м\с2.

Время движения при малых перемещениях

И при больших (график скорости в виде трапеции)

Цикл работы вагонов-весов можно уменьшить путём рационального распределения материалов по бункерам, увеличения ускорения, уменьшения длительности стоянки у скиповой ямы (установкой промежуточных бункеров у скиповой ямы) и др.

Механизм вращения барабанных затворов вагон-весов

Привод вращения барабанных затворов расположен на раме вагонов-весов из двух сторон для обслуживания двух рядов бункеров. Конструкция привода вагонов-весов может быть различной: с общим приводом на обе стороны через цилиндрические и конические (угловые) редукторы; то же, но с червячным редуктором; с индивидуальным приводом каждой стороны через цилиндрический редуктор. В последнем случае мощность каждого электродвигателя 17 кВт.

От привода вращение передается трансмиссионному валу, на котором насажены две зубчатые шестерни, расположенные внутри корпусов качающихся редукторов и передающие вращение промежуточным шестерням, При подъеме коробки качающегося редуктора с помощью пневматического цилиндра шестерня входит в зацепление с зубчатым венцом барабана бункера и вращает его. Производительность барабанного затвора 6-- 60т/мин; диаметр барабана -- 1524 мм, длина рабочей части -- 1885 мм; расстояние между смежными кронштейнами -- 2285 мм; диаметр начальной окружности зубчатого обола -- 16-17 мм; нормальный модуль -- 30,5 мм; шаг -- 95,82 мм; число зубьев -- 54; масса -- 3.32 г. Мощность привода расходуется в основном на преодоление сил трения барабана о шихту и в цапфах вала барабана. Давление на барабан для бункеров существенно снижается за счет сил внутреннего трения материала о стенки бункера. Для определения давления шихты на барабан рассмотрим горизонтальное сечение столба материала на произвольной глубине у от поверхности (рис. 3.2) Обозначим ре -- вертикальное давление на горизонтальную плоскость на расстоянии у от поверхности; рг - горизонтальное давление на вертикальную плоскость на этом уровне.

На уровне у + dy давление на горизонтальной плоскости будет рв+dpв. Вес материала с объемной массой у в слое высотой dу и площадью поперечного сечения горловины бункера F будет уgFdу. Изменение давления на высоте dy происходит под действием разности веса и силы трения о боковую поверхность

Где L -- периметр поперечного сечения горловины бункера;

м= (1-- 51П ф)/(1 -sin ц) --коэффициент подвижности материала;

ц -- угол естественного откоса материала;

f-- коэффициент трения материала о стенки.

Поскольку

где R - гидравлический радиус сечения, то подставляя (3.25), (3.26) а {3.24) b разделяя переменные, получим

После интегрирования

Определив постоянную с при начальных условиях у=0, рв = 0 как с = R ln yg/mf, подставив в (3.27) и выполнив преобразования получим

Потенцируя и преобразовуя выражение (3.27) получим формулу Янсена в виде

Опыты проведенные с сыпучими материалами, показали, что по формуле получают завышенные значения давлений; значения для полных бункеров небольшие (0.015-0.02). В практических расчётахиспользуют формулу Янсена в таком виде

где в - коэффициент меньше единицы (в~0.98).

При проектировании барабано угол б выбирают меньше угла трения материала о барабан, поскольку при большем угле в районе точки б будет образовываться зона застоя. Усиление давления материала на барабанный затвор

где Q1 - сила давления вертикального столбца материала; Q2 - сила давления треугольной призмы материала, лежащей на барабане; F - площадь поперечного сечения вертикального столба материала, опирающегося на барабан: l - длинна щели бункра; с - ширина прямоугольника материала в сечении; b - ширина материала; h - высота призмы матениала.

Сила трения материала о боковую поверхность барабана.

где f - коэффициент трения шихты о барабан

Крутящий момент на валу барабана, кН*м:

где D - диаметр барабана по поверхности трения; G - вес барабана; f1 - коэффициент трения в подшипниках барабана; d -диаметр цапф барабана

Угловую скорость барабана щ6 определяют по заданной производительности из выражения

где µ = 0.8 - коэффициент разрыхления материала.

Мощность электродвигателя с учётом возможности одновременной загрузки через 2 барабанный затвора, кВт:

где щ6 - угловая скорость барабана, с-1; Юм - общий к. п. д. механических передач.

Окончательную мощность электродвигателя определяют как для случая повторно-кратковременного режима с постоянной величиной нагрузки. Выбранный электродвигатель проверяют так же на перегрузкув период пуска.

Список используемой литературы

1. Гребеник В. М. 1998 Расчет металлургических машин и механизмов

2. ООО "Юго-Восток, Лтд" 2007 г. Техническое диагностирование механического оборудование

3. http://www.uuvz.ru/e-store/vagon-vesy/

Страницы: 1, 2