Модуль 1.4. Ведення доменного процесу

Горн.

Розпар.

Шахта.

Колошник.

Колошник – це верхня частина доменної печі. Він має циліндричну форму і служить для завантаження шихти і відводу газів. Футерують сталевими плитами, шамотною цеглою.

 

Шахта – має форму зрізаного конуса, який розширяється до низу. Вона служить для руху матеріалів і поступового відновлення заліза з окислів. Футеують шамотною цеглою з товщиною в нижній частині 690-1020мм і зверху – 920мм. На 2/3 знизу по висоті шахти встановлені холодильники в шаховій послідовності. Зазор між цеглою і кожухом чи холодильником і кожухом заповнюють шамотноазбистовою набивкою 50-60мм.

 

Розпар – найширша частина печі, яка має циліндричну форму чим згладжує вугол між шахтою і наплічниками і з’єднує їх між собою. Служить для утворення продукту плавки. Футерують шамотною цеглою товщиною до 690мм. Охолоджують мараторними холодильниками.

 

5. Заплічники.

Заплічники – мають форму перевернутого зрізаного конусу і служать для утворення та кращого стікання продуктів плавки в горн. Футерують шамотною цеглою товщиною 345мм. Охолоджують плитовими ребристими холодильниками.

Горн – має циліндричну форму і служить для кінцевого утворення продуктів плавки, горіння палива та дуття (вдування повітря). Горн розподіляється на дві частини: фурмену зону і металозбирач. У верхній частині горна знаходяться фурми, через які в піч подається повітря, а в нижній – льотки (отвори) для випуску чавуна.

Нижня частина горна (металозбирач) називається ліщать. Футерується вуглецевими блоками зовні і з середини – крупнорозмірною високоглиноземною цеглою (45% - оксиду кремнію, 45% - алюмінію). Фурмові пройоми футеруються вуглецевими блоками, чавуні лотки викладають з шамотної цегли.

 

Над колошником розташований колошниковий пристрій з засипним апаратом і газовідводами для колошникового газу. Фурмений пояс має рівномірно розташовані по колу горна фурми. Крізь які з кільцевого повітряпроводу в піч подається дуття для горіння коксу.

 

1

 


 
 

 

 


3


 
 


5

       
 
 
   
 
 

 

 


Блок 1. Металургія чавуну

Модуль 1.3. Конструкція доменної печі

Тема: Завантаження доменної печі.

Мета: Вивчити основні етапи завантаження доменної печі

Тип: комбінований

Хід заняття

І Організаційний момент – 2 хв.

ІІ Перевірка Д/з – 20 хв.

a. Дайте визначення поняттю профіль доменної печі

b. Що таке колошник?

c. Що таке шахта?

d. Що таке розпар?

e. Що таке заплічними і горн?

 

ІІІ Викладання нового матеріалу – 45 хв

План.

1. Колошниковий пристрій.

2. Засоби завантаження доменної печі.

3. Рудний двір.

4. Автоматизація доменної печі.

1V Закріплення нової теми – 20 хв

1. За допомогою якого пристрою відбувається процес завантаження доменної печі?

2. Які засоби використовуються при завантаженні?

3. Що являє собою рудний двір?

4. Чи відбувається автоматизація печі?

1. Колошниковий пристрій.

Головною частиною колошникового пристрою є засипальник апарат, який призначений для завантаження і рівномірного розподілу шихтових матеріалів у піч. Апарат складається з приймальної воронки, обертаючогося розподілителя шихти, який складається з воронки і малого конусу, великого конусу, чаши великого конусу і газового затвору. Нижній великий конус підвішений до штанги, яка проходить по вісі засипального апарату. Штанга кріпиться до ричала балансира. Для відкриття великого конусу плече балансира за допомогою штока піднімається і конус опускається до низу. Малий конус підвішений на штанзі – трубі, всередині котрій проходить штанга великого конусу. Це дає можливість малому конусу обертатися і закриватися незалежно від великого конусу. При роботі засипального апарату в між конусному просторі утворюється перепад тиску, який вирівнюється автоматично через зрівняльний клапан.

Шихтові матеріали подаються на колошник печі скиповим під’ємником в двох скипах (візках) почерзі.

По колу куполу симетрично розташовані чотири газовідвода, які служать для відводу газу з купольної частини печі. З середини газовідводи футеруються одним шаром вогнетривкої цегли.

 

2. Засоби завантаження доменної печі.

Сучасні доменні печі (5000м3) мають нові загрузочні пристрої для конверторної подачі матеріалів. Існує дві системи подачі шихти: скипова і конвеєрна. Скипова подача здійснюється по скиповому під’ємнику, який уявляє собою міст з вуглом нахилу 50о. Завантаження скипа шихтовими матеріалами відбувається в скиповій ямі, в яку опускають по черзі скипи.

Руду, агломерат, окатки і флюси подають до скипів або за допомогою вагон-весов, або транспортерів та проміжних зважувальних воронок.

Конвеєрна система подачі шихти здійснюють за допомогою транспортерної стрічки при автоматичному керуванні. Вона має переваги перед скиповою системою: нижче капітальні та експлуатаційні витрати, біль вища продуктивність, можливість утворення єдиної системи машин неприривного транспорту від бункеру до колошника і повна її автоматизація з застосуванням ЕВМ.

 

 

3. Рудний двір.

Рудний двір використовується для зберігання в штабелях запасів сирих матеріалів, флюсів, окаткив. Вагони з агломератом, коксом окатишами подаються на бункерну естакаду, яка розташована вздовж фронту доменного цеху, до неї примикає рудний двір.

 

4. Автоматизація доменної печі.

Доменна піч є одним з самих високомеханізованих і автоматизованих металургійних агрегатів. Обчислювальні машини враховують усі вхідні дані і встановлюють оптимальні співвідношення між ними, забезпечуючи максимальну продуктивність доменної печі, високу якість чавуна потрібного складу. Доменна піч має високий рівень автоматичної системи завантаження. Автоматично рухаються скипи і змінюється швидкість їх руху по естакаді, обертаються і опускаються малий та великий конуси. Вимірюються і автоматично регистрирується рівень засипки печі, а також рівень рідкого розплаву. Автоматизована система набору, зважування і подачі агломерату та коксу. За вибраною програмою здійснюється послідовність і черговість завантаження компонентів шихти, контролюється відправка скипів, відкривання врівноважувальних клапанів. На пульті управління доменної печі знаходяться всі реєстраційні і контрольні прилади. Інші допоміжні процеси теж автоматизовані.

 

 

Блок 1. Металургія чавуну

Модуль 1.3. Конструкція доменної печі

Тема: Розлив чавуна і шлаку.

Мета: Вивчити основні етапи розливу чавуну і шлаку

Тип: комбінований

Хід заняття

 

І Організаційний момент – 2 хв.

ІІ Перевірка Д/з – 20 хв.

1. За допомогою якого пристрою відбувається процес завантаження доменної печі?

2. Які засоби використовуються при завантаженні?

3. Що являє собою рудний двір?

4. Чи відбувається автоматизація печі?

 

ІІІ Викладання нового матеріалу – 45 хв

План.

1. Випуск чавуну.

2. Випуск шлаку.

 

1V Закріплення нової теми – 20 хв

1. Що являє собою процес випуску чавуну?

2. Що являє собою процес випуску шлаку?

 

1.Випуск чавуна з великих доменних печей проходить май же безперервно. Після закриття однієї льотки через 10-15 хв відкривають іншу льотку. З льотки, по просвердленому каналу діаметром 60мм, чавун по футерованому жолобу тече в чавуновозний ківш. Рідкий чавун можна перевозити на відстань до 300км.

2.Шлак випускають окремо через шлакові льотки або разом з чавуном через чавуні льотки. При випуску шлаку разом з чавуном шлак відділяється від металу в спеціальних розділителях – скиммерах. Потім його гранулюють у бетонірованих басейнах з водою. Недоліком цього методу грануляції є велика вологість шлаку та додаткові затрати на сушку і перевозу. Більш ефективний метод полусухої грануляції. Вологість шлаку не перевищує 10%. Після грануляції шлак направляється на склад.

 

Блок 1. Металургія чавуну

Тема: Ведення доменного процесу, просування шихтових матеріалів в доменній печі

Мета: Вивчити доменний процес, його ведення, просування шихтових матеріалів в доменній печі

Тип: комбінований

Хід заняття

 

І Організаційний момент – 2 хв.

ІІ Перевірка Д/з – 20 хв.

a. Що являє собою процес випуску чавуну?

b. Що являє собою процес випуску шлаку?

 

ІІІ Викладання нового матеріалу – 45 хв

План.

1. Рух матеріалів в доменній печі.

2. Нагрів шихти.

3. Видалення вологи.

4. Розпад вуглецевих з’єднань.

5. Відновлення оксидів заліза.

6. Навуглецювання заліза.

7. Поведінка фосфору та сірки.

8. Горіння палива.

9. Продукти доменної плавки.

 

1V Закріплення нової теми – 20 хв

1. Нагрів шихти.

2. Видалення вологи.

3. Відновлення оксидів заліза.

4. Навуглецювання заліза.

5. Горіння палива.

1. Рух матеріалів в доменній печі.

Шихтові матеріали завантажуються на колошник доменної печі і повільно рухаються вниз. Час перебування матеріалів у печі 4-6 годин. Основний рух матеріалів проходить в фурменій частині де згорає основна кількість коксу. Швидкість переміщення матеріалів на периферії печі більше – до 140 мм/хв., а у центрі 70-120 мм/хв..

На зустріч твердим матеріалам з великою швидкістю по всьому перетину печі рухається газовий потік. Гази утворюються при згоранні коксу біля фурм. За час перебування в печі – 3с вони максимально передають тепло холодним матеріалам і поновлюють оксиди металів. З периферії поступає в піч дуття. Гази підіймаються в верх вздовж стінок печі, тому для вирівняння опору потоку газів у стін печі розташовують більш товстий шар агломерату. Розподіл шихти на колошнику печі залежить від різних факторів: зазору між кромкою більшого конусу і стінкою колошника; рівня засипки печі; впливу маси подачі; зміни черги подачі.

 

2. Нагрів шихти.

В зоні нагріву коксу температура досягає 2000оС, газообразні продукти згорання СО, СО2, азот повітря нагрівається до високої температури і підіймаючись у верх передають своє тепло твердим матеріалам. Ступінь нагріву цих матеріалів залежить від того, як далеко вони розташовані від горну і якою газопроникливістю володіють. Зміна температури в середині печі визначається розподілом плавильних матеріалів по висоті і перетину печі, співвідношенням між кількістю палива і агломерату в шихті, фізичним і хімічним складом шихти, температурою і кількістю дуття.

 

3. Видалення вологи і летучих.

З усіх шихтових матеріалів кокс підлягає найменшим фізичним і хімічним змінам при опусканні від колошника до горну. Куски коксу, які загружаються у піч, в першу чергу гублять вологу. Цей процес проходить швидко – як тільки кокс нагрівається до 110оС. Після того як кокс нагріється до 300 – 400оС, з нього виділяються залишки летючих речовин органічного походження: СН4, Н2, СО, СО2. Летючі коксу і водяні пари розбавляють колошникові гази і змінюють їх склад. В зоні розпаду в коксі залишаються тільки вуглець, зола, сірка і фосфор. Від розмірів кусків агломерату, їх пористості залежить час підігріву і видалення вологи. Чим крупніше куски матеріалів, тим менше їх пористість, тим більше потрібно часу для їх прогріву і видалення вологи.

 

4. Розпад вуглецевих з’єднань.

Основними видами вуглецевих з’єднань – карбонатів, які потрапляють у доменну піч, є вапняк і доломіт. При нагріві карбонатів виділяється вуглекислий газ, протікають ендотермічні реакції з поглинанням тепла.

Інтенсивний розпад вапняку в доменній печі проходить при температурі ~1000оС. Основний розпад карбонатів проходить при застосуванні офлюсованого агломерату. При агломерації процес розпаду вапняку забезпечується згоранням низькосортного томлива – коксика. Вапняк і доломит завантажують у піч у невеликій кількості для підтримки необхідної основності шлаку.

 

5. Відновлення оксидів заліза.

Відновленням називають процес відняття кисню від оксиду і отримання з нього елемента чи оксиду з меншим вмістом кисню. При цьому кисень переходить до речовини, яка окисляється, її називають відновником. У доменній печі відновником служить вуглець коксу, оксид вуглецю – СО і водень.

Відновлення оксидів протікає від вищих до нижчих. Відновлення твердим вуглецем називають прямим, а газами – косвеним. Пряме відновлення має дві стадії: косвеного відновлення і реакції взаємодії СО2 з вуглецем. При прямому відновленні, завдяки контакту кусків агломерату чи руди з кусками коксу, відновлюються оксиди. Відновлення FeO твердим вуглецем супроводжується поглинанням теплоти. Кількісне відношення між прямим та косвеним відновленням оксидів заліза: пряме – 20-50% заліза (більша витрата коксу); косвене - до 20-30% заліза (застосовують природний газ, підвищують рівномірність розподілу матеріалів і газів у печі, відповідно підготовляють шихту). Для відновлення також застосовують водень, який утворюється при розкладі метану і парів води, які містяться в шихті і дутті.

При завершенні відновлення оксидів заліза речовина агломерату знаходиться ще в твердому стані. Воно пористе і ніздрювате, вміщує значну кількість металу і має форму губки. Ступень відновлення заліза досягає 99%. Тільки 1% заліза переходить у шлак.

 

6. Навуглецювання заліза.

Постійно контактуючи з доменними газами і розжареним коксом, губчате залізо, яке отримане при відновленні кусків агломерату чи руди, поступово навуглецьовується.

Звільнений вуглець в присутності заліза переходить у розчин. При підвищенні температури навуглецювання прискорюється, губчате залізо перетворюється в сплав заліза з вуглецем з утворенням карбідів заліза. Додаткове навуглецювання проходить при взаємодії металу з кусками розжареного коксу (пряме розчинення вуглецю). Завдяки навуглецюванню в рідкому стані концентрація вуглецю в металі підвищується до 3,5 - 4,5%. Вміст вуглецю в чавуні визначається слідуючи ми факторами: 1) хімічним складом металу; 2) температурою нагріву чавуну; 3) тривалістю перебування чавуну в нижній частині печі. Чим триваліше чавун знаходиться в контакті з розжареним коксом і чим вище його температура, тим більше він насичується вуглецем. Після випуску чавуну і його охолодження вуглець виділяється з сплаву в виді твердого чешуйчатого графіту.

 

7. Поведінка фосфору і сірки.

Фосфор в основному негативно впливає на властивості сталі та чавуну. В доменну піч він потрапляє з мінералами, з яких складається пуста порода агломерату, руди і в флюсах. Розпад фосфору починається при температурі 1500оС, але в присутності кремнезема, металевого заліза і надлишку вуглецю хід процесу змінюється. Зменшити вміст фосфорів чавуні можна лише застосовуючи низькофосфорну шихту.

Сірка – шкідливий домішок в сталі, який знижує властивості металу. На всіх стадіях виробництва, по можливості, зменшують вміст сірки в металі. Основна частина сірки потрапляє в доменну піч з коксом, менша частина з агломератом або рудою. 15-20% сірки переходить у газоподібний стан та видаляється з газами, а значна частина залишається в металі та шлаку. Для видалення сірки з чавуну проводять десульфурацію, вводячи в склад шихти марганцеву руду.

 

8. Горіння палива.

Через фурми доменної печі подають гаряче повітряне дуття при температурі 1000-1200оС. Перед фурмами печі проходить згорання коксу в звішеному стані, утворюються окислюючи зони. Простір перед фурмами, в якому проходить окислення вуглецю коксу киснем дуття і СО2, називається окислюючою зоною. При збільшені тиску дуття, підвищені температури і вмісту кисню в повітрі розміри окислюючої зони будуть зменшуватися. Згорання коксу відбувається на поверхні кусків при контакті з окислюючими газами. Для дуття використовують природний газ, який підвищує вміст водню і СО в доменному газі або горновий газ з сухим повітрям (дуття збагачується киснем, що підвищує СО в газі) і з зволоженим дуттям (вміст водню в газі досягає 2-3%). При збагаченні дуття киснем вміст азоту в газі знижується, концентрація інших складових збільшується.

 

9. Продукти доменної плавки.

Основний продукт доменної плавки – чавун – сплав заліза з вуглецем, марганцем, кремнієм, сіркою і фосфором. Чавуни поділяються на переробні, з яких отримують сталь; литейні, призначені для відливки різних виробів, і доменні феросплави, призначені для легіровання і розкислення сталі.

Переробний чавун – у рідкому або твердому стані використовується в мартенівських печах, конверторах і електропечах для виробництва сталі.

Литейний чавун – відрізняється від переробного рідкотекучостю, яка дає можливість добра заповнювати литейну форму. Чавуни з низьким вмістом фосфору використовують для виготовлення високоміцних виробів, а високофосфоритні – для художнього лиття (мають високі литейні властивості). Кожний клас литейних чавунів ЛК складається з шести марок, які розрізняються по вмісту кремнію. Також литейні чавуни діляться на групи по вмісту марганцю і сірки.

Доменні феросплави – феромарганець, феросиліцій і дзеркальний чавун.

Шлаки – цінна сировина для промисловості будматеріалів. З нього виробляють цемент, в’яжучі речовини, розчини і бетони, шлакову пемзу, вату, стінові матеріали, брущатку, шлаковий щебень.

Колошниковий газ – вміщує 30% СО, тому використовується як томливо після очистки його від пилу. Біля 30-35% колошникового газу використовується в доменному цеху для обігріву насадок повітрянагрівачів, а інший – в прокатних і термічних цехах і на теплоелектроцентралі.

Колошниковий пил – вміщує 38-50% Fe і 8-14%С, відправляється на фабрику окомковання доменної шихти.

 

Блок 1. Металургія чавуну

Модуль1. 5. Пряме одержання заліза

Тема : Пряме одержання заліза, опис та принцип дії установки

Мета : розвинути уявлення у студентів про пряме одержання заліза, опис та принцип дії установки

Тип уроку: комбінований.

Хід заняття.

1. Організаційна частина – 2 хв

2. Опитування по темі: ,,Методи інтенсифікації доменного процесу» - 20 хв

3. Викладання нового матеріалу – 45 хв

План.

1. Загальні відомості про пряме одержання заліза

2. Одержання губчатого заліза і металізованих обкотишів у шахтних печах

3. Одержання губчатого заліза в тиглях

 

4. Закріплення нової теми – 13 хв

1. Які процеси називають процесами прямого відновлення заліза?

2. Із чим зв'язане зростання виробництва залізного порошку і металізованих окаткив?

3. На які групи розділяють способи прямого одержання заліза залежно від фізичного стану одержуваного продукту?

4. У чому сутність одержання губчатого заліза і металізованих
окаткив у шахтах?

5. Які технологічні особливості одержання губчатого заліза в
тиглях?

 

Д/з Б.В.Лінчевський ”Металургія чорних металів” стор. 91-97

1. Під процесами прямого відновлення заліза розуміють способи одержання губчатого заліза, металізованої сировини, литого заліза або сталі безпосередньо із залізорудних матеріалів, одержання заліза з руд у сиродутних горнах задовго до появи доменних печей і виникнення двухстадійної схеми виробництва сталі. Цей спосіб характеризувався як малою продуктивністю, так і низькою якістю одержуваного металу. Однак ідея одержання заліза безпосередньо із залізорудних матеріалів, минаючи доменний процес, знову відроджена, але вже на сучасній основі.

Існуючі способи прямого одержання заліза залежно від фізичного стану одержуваного продукту і відповідно температури процесу розділяють на три групи. До першої групи вілносяться способи одержання губчатого заліза і металізованих обкотишів, що здійснються при порівняно низьких температурах, при яких протікають тільки відбудовні процеси, без плавлення порожньої породи. Продукт відновлення виходить у твердому виді. До другої групи відносяться способи одержання криці (злеплена маса губчатого заліза). Температурні умови процесу значно вище. Поряд з відновленням оксидів залоза відбувається розплавлення порожньої породи з утворенням шлаків. Частки відновленого металу зварюються, утворюючи тістоподібну крицю. До третьої групи відносяться способи одержання рідкої сталі, здійснювані при температурах вище точки плавлення заліза. Кінцевими продуктами є рідкий метал і шлаки.

Найпоширенішими є одержали процеси одержання губчатого заліза і металізованих обкотишів.

2.Основними елементами цієї установки є двох зонна шахтна піч і газовий реформер, призначений для конверсії природного газу СН4. У шахтній печі здійснюється відновлення обкотишів газом, одержуваному в реформері, у результаті конверсії природного газу диоксидом вуглецю СО2 по реакції СН4 + СО2 = 2СО + 2Н2. Конверсія природного газу в реформері проводиться в присутності нікелевого каталізатора, при 950 - 980°С. Нікелевий каталізатор перебуває усередині труб реформера.

Отриманний у реформере відбудовний газ, що містить —65% Н2 і ~35% СО, подається в середню частину печі через фурми при 900 °С. Газ, проходячи верхній шар обкотишів, відновлює оксиди заліза, що містяться в обкотищах, а потім відправляється для очищення і охолодження в скрубер.

Частина очищеного газу (1/3) надходить у конверсійну установку, де змішується із природним газом, інша направляється для обігріву установки. Відновлені обкотиши опускаються в конусну частину печі (зону охолодження) і потім вивантажуються з неї при 40-50° С. Охолодження окаткив у конусній частині відбувається газом, що відсмоктується з її верхньої частини, проходить скрубер і направляється компресором у нижню частину конуса. Охолоджені обкотиші після відсіювання дріб'язку надходять у бункер, у якому зберігаються в інертній атмосфері перед плавкою в електродуговій печі. Вони містять до 95% заліза і 0,7-1,0% вуглецю. Печі з річною продуктивністю 400 тис. т металізованої сировини мають обсяг 300 м3. Тривалість перебування обкотишів у печі становить 8-12 ч, з них 4-6 ч - у відновлювальній зоні. На 1 т металізованих окаткив витрачається 400-410 м3 природного газу, витрата електроенергії становить 154 кВт-ч. Процес повністю автоматизований.

3. У вогнетривкі тиглі (шамотні або карборундові) шарами, що чергуються, завантажують тонко здрібнений багатий залізом концентрат або окалику і суміш коксика з вапняком або доломітом. Вапняк додають для поглинання сірки, що втримується в коксику. Таким чином, як шихтові матеріали можна використати сірчисте паливо і тонко здрібнену руду в концентрат, що є перевагою методу. Тиглі поміщають у піч періодичної дії, у якій нагрівають до 1100-1200 °С і витримують при цій температурі тривалий час. Печі тонельного типу забезпечує досить швидке і рівномірне нагрівання тиглів. Тиглі із шихтою встановлюють на вагонетки, які, рухаючись у тонельной печі, послідовно проходять зони нагрівання, витримки і охолодження. При нагріванні шихти відбувається газифікація вуглецю, спочатку з утворенням СО2, що перетворюється в СО по реакції СО + СО2 = 2СО. При температурі >1000°С газова фаза містить -99% СО, що забезпечує достатню повноту відновлення оксидів заліза. Тривалість робочого циклу в робочих печах, що вміщають 1360 тиглів, становить до 100 годин.

Губчате залізо використають для одержання залізного порошку і так само в шихті електросталеплавильних печей. Установки цього типу мають відносно невисоку продуктивність (15-30 тис. т у рік).

 

 

Блок 2. Металургія сталі