Доменный цех - структурированный цех, содержащий множество взаимосвязанных отделов, складов, печей. Их работа сосредоточена на получение из железных руд пригодного для дальнейшего использования чугуна. Агрегатом для проведения такой операции служит доменная печь. В ней могут быть выплавлены чугуны различных видов: передельный, который затем перерабатывают в сталь, лигейный, используемый для различных отливов, и специальный (ферросилиций, ферромарганец и др.).

Рисунок 1.1 представляет собой наглядное изображение доменного цеха. На этом рисунке изображено следующее оборудование, функционирование которого рассмотрено в следующем подпункте:

Рисунок 1.1 Наглядное изображение доменного цеха

Доменная печь:

1. Чугунная летка

2. Чугуновозы

3. Газоотводы

4. Литейный двор

5. Воздухонагреватели

6. Дымовая труба

7. Воздухопроводы

8. Пункт управления

9. Пылеуловитель

10. Газоочистка

11. Скиповый подъемник

12. Бункерная эстокада

13. Газопроводы

14. Лифт

15. Агломерационная фабрика

Для выплавки чугуна необходимо тесная взаимосвязь каждой единицы цеха между собой. Поэтому я предоставлю структуру объекта управления.

Доменный цех состоит из определенных единиц (оборудования) которые можно поделить на пять основных блока:

1) блок загрузки, служащий для перевозки и подачи исходных материалов в печь, а также подача материалов необходимые для плавки;

2) блок хранения, служащий для хранения исходных материалов и полученного чугуна;

3) блок разгрузки, служащие для разгрузки исходных материалов и сырья;

4) блок печи, который служит для основной части плавки чугуна, где происходят основные процессы выплавки;

5) блок разливки, служащий для разливания, полученного чугуна.

Схема выделенных блоков представляет собой основные блоки объекта. Они включают в себя некоторое оборудование, которое выполняет определенные функции:

Рудный двор доменного цеха предназначен для приема, хранения и усреднения сырых материалов доменной плавки В связи с тем, что доменные печи работают на окускованном и офлюсованном сырье, основная масса поступающих на рудный двор сырых материалов представляет собой мелкую агломерационную руду, концентраты железных руд и флюсы Эти материалы с рудного двора поступают на фабрики окускования сырья, а затем уже в доменные печи. Только незначительная часть кусковых руд, флюса и добавок поступает в доменные печи непосредственно с рудного двора Учитывая происшедшие изменения грузопотоков сырья и изменения в планировке новых заводов, склады сырья, как правило, относятся к фабрикам окускования Рудный двор располагается вдоль линии доменных печей. С одной стороны он ограничен бункерной эстакадой, а с другой - приемной траншеей . Емкость рудного двора, а следовательно, и запасы сырья определяются производительностью доменного цеха, удаленностью источников сырья, способом доставки материалов на металлургический завод, а также необходимостью усреднения материалов

Бункерная эстакада предназначена для приема шихтовых материалов и их усреднения, создания запаса материалов у печи и обеспечения механизации набора и подачи материалов к скиповому подъемнику. Бункерная эстакада расположена между доменными печами и рудным двором вдоль линии печей и представляет собой возвышающееся на 10-16 м над нулевой отметкой железобетонное сооружение, состоящее из отдельных бункеров и их оборудования. Бункера для железосодержащих и флюсующих материалов располагают либо в два ряда (при подаче материалов из бункеров к скиповой яме вагон-весами), либо в один ряд (при конвейерной шихтоподаче). На бункерную эстакаду шихтовые материалы поступают в вагонах или посредством транспортеров. В первом случае сооружают трех- или четырех -путевые эстакады с опорой и без опоры одной «ноги» рудного перегружателя.

Скипы предназначены для транспортирования шихтовых материалов из скиповой ямы на колошник доменной печи к приемной воронке загрузочного устройства.

Скип состоит из кузова, передней и задней колесных пар и устройства тягового. Для увеличения емкости и облегчения погрузки и выгрузки материала передний торец кузова выполнен открытым с уширением. От износа шихтой днище и стенки скипа защищены плитами из легированной стали. В верхней части кузова предусмотрено отверстие для погрузки мусора и просыпи, образующихся в скиповой яме.

Скипы изготавливаются с шарнирным креплением передней колесной пары или задней колесной пары.

Их изображение можно посмотреть на рисунке 1.3 (пункт 14). Засыпной аппарат, устройство для загрузки сыпучих материалов в шахтные печи (доменные, обжиговые и др.) Шихта в Засыпной аппарат подаётся скипами или транспортёрами. Из приёмной воронки (рисунок 1.3) шихта поступает сначала на малый, а затем на большой конусы. Большой конус опускается при закрытом малом, что предотвращает прорыв газов из печи в атмосферу. Для равномерной загрузки шихты по окружности колошника применяют вращающиеся распределители шихты.

Рисунок 1.3 Засыпной аппарат

1. Направляющая воронка;

2. Пустотелая штанга малого конуса

3. Распределенная шихта

4. Газовый затвор

5. Большой конус

6. Руда

7. Кокс

8. Чаша большого конуса

9. Основные кольца

10. Штанга большого конуса

11. Малый конус

12. Приемная воронка

13. Наклонный мост

14. Скип

Воздуходувные машины - обеспечивают доменные печи необходимым количеством сжатого воздуха для сжигания горючего и давлением на колошнике в пределах 5…7 МПа, а у новых печей до 25 МПа.

Каупер. Пылеуловитель. Газовоздухопроводы. Резервуары

Кожух воздухонагревателя (каупер) (рис. 12, а) состоит из плоского днища 1, цилиндрического корпуса 2 и купола 3. Каждая доменная печь обслуживается, как правило, тремя кауперами. Стальной кожух каупера имеет высоту 40-36 м, диаметр 7-9 м.

Пылеуловитель (рис. 12, б) представляет собой цилиндрический сосуд 4 с коническим днищем 6. Он служит для очистки доменного газа от крупных частиц пыли, выносимых газом из доменной печи. Каждая доменная печь имеет один или два пылеуловителя. Пылеуловитель изготовляют из отдельных листов, свальцованных по цилиндрической и конической поверхностям. Наиболее сложны в изготовлении переходные пояса 5 от цилиндрической к конической поверхности пылеуловителя толщиной 40 мм.

Газовоздухопроводы расположены в пределах блока воздухонагревателей. Все сопряжения и пересечения трубопроводов в целях уменьшения напряжений и потери давления рекомендуется делать плавными.

Резервуары служат для хранения нефти, нефтепродуктов, масел, жидкого топлива, сжиженных газов. Изготовляют резервуары вертикальные цилиндрические, горизонтальные цилиндрические, каплевидные, многоторовые, шаровые. Резервуары бывают постоянного и переменного объема; надземные, наземные и подземные.

Основные элементы вертикального цилиндрического резервуара: днище, корпус и покрытие.

Стенка корпуса состоит из ряда поясов из листовой стали размером 1500?6000 мм. Наименьшая толщина листовой стали для корпуса и днища 4 мм. Листы корпуса сваривают по вертикали стыковыми соединениями, по горизонтали смежные пояса - стыковыми или нахлесточными. При нахлесточном соединении пояса располагают телескопически, наружные кольцевые сварные швы выполняют сплошными в нижнем положении, внутренние - потолочные - делают прерывистыми. Вертикальные стыки листов смежных поясов располагают вразбежку.

Днище резервуара вместимостью 2000-5000 м3 состоит из листовой стали, которая в средней части днища имеет толщину 4-5, а по краям 6-8 мм. Все листы сваривают нахлесточными соединениями с одной стороны.

Покрытия резервуаров имеют коническую форму с уклоном 1 : 20. Покрытие состоит из настила кровли и поддерживающего его каркаса. Листы стали толщиной 2,5 мм в настиле сваривают между собой нахлесточными соединениями, а с корпусом -- с помощью обвязочного уголка.

С целью индустриализации изготовления монтажа вертикальных резервуаров применяют рулонированные корпуса и кровлю со щитовым покрытием. Корпус в этом случае изготавливают целиком на заводе на установке для рулонирования и поставляют на монтаж в виде полностью заваренных полотнищ, свернутых в рулоны. Рулоны разворачивают на месте монтажа и устанавливают в проектное положение.

Вертикальные цилиндрические резервуары, применяемые в нашей стране, имеют вместимость от 100 до 50 000 м3.

Нагретый воздух - это экономия топлива. Воздух нагревается за счет горячего доменного газа.

Фурмы предназначены для подачи топлива.

Транспортер подает материал на колошник.

Трубы газоотводов высасывает газ во время плавки.

Летка. Устройство, через которое подают чугун или шлак.

Ковши для чугуна и шлака - ковши для перевозки чугуна на разливочные машины.

Разливочная машина, устройство для механизированной разливки жидкого металла (с целью получения слитков), а также штейна и некоторых шлаков, получаемых в цветной металлургии. Ленточная Р. м., используемая для разливки чугуна, представляет собой наклонный конвейер из двух параллельных бесконечных цепей, к которым прикреплены примыкающие друг к другу чугунные изложницы-мульды, причём каждая мульда одним своим краем немного перекрывает соседнюю, чтобы жидкий металл не проливался в зазоры между ними. К нижнему концу машины подаётся ковш с металлом, который при наклоне ковша через жёлоб заливается в мульды. Чугун в мульдах проходит зону охлаждения, где он обрызгивается водой. В верхней части конвейера, при огибании цепями ведущих колёс, мульды переворачиваются, чушки (слитки затвердевшего чугуна) вываливаются из них и попадают по жёлобу на ж.-д. платформу или в вагонетку. Опрокинутые пустые мульды движутся в обратном направлении, при этом они обдуваются паром и обрызгиваются известковым молоком. Масса одной чушки чугуна обычно 45 кг. Подобного типа машины используют и для разливки ферросплавов, цветных металлов, шлаков цветной металлургии. Кроме того, в цветной металлургии применяют карусельные Р. м. -- вращающиеся столы с мульдами, в которые по жёлобу заливается жидкий металл. Во время вращения стола металл затвердевает и слитки автоматически выбрасываются из мульд (при их опрокидывании) Желоб - трубопроводы, по которым течет чугун или шлак.

Чугуновоз -- вид грузового вагона, распространённый по всему миру. Предназначен для перевозки жидкого чугуна, как в составе поезда, так и на близких расстояниях (на территории заводов и промышленных территорий), к миксеру и доменной печи. Чаще всего чугуновозы используется как технологический транспорт на металлургических предприятиях, реже используются для формирования железнодорожных составов. Максимальная вместимость чугуновозов, производившихся в СССР, составляла 100--140 т.

Чугуновоз состоит из тележки и укрепленного на ней ковша (цилиндрической, грушевидной или конической формы), в котором перевозится жидкий (расплавленный) чугун. Изнутри ковш выкладывается огнеупорным кирпичом

Когда чугуновоз доходит до места назначения, то ковш опрокидывается с помощью лебедки (иногда используются новые технологии).

Шлаковоз - (по англ. slag-pot carriage) -- это устройство предназначенное для приема выпускаемого из доменной печи жидкого шлака и транспортирования его к местам переработки, в отвал или грануляционную установку.

Шлаковоз состоит из следующих основных узлов:

чаши

опорного кольца

механизма опрокидывания чаши

рамы с автосцепками

ходовой части

электрооборудования.

Чаша представляет собой круглую (со сферическим дном) отливку из углеродистой стали, предназначенную для приема выпускаемого из доменной печи жидкого шлака и транспортировки его к месту переработки или в отвал. Четыре углубления на лапах чаши образуют замок с четырьмя выступами опорного кольца, обеспечивая тем фиксацию чаши и опорного кольца. В нижней части чаши расположены четыре опорные площадки для замков, при помощи которых чаша закрепляется в опорном кольце. Опорное кольцо, предназначенное для крепления на нем чаши, представляет собой стальную отливку, в стенках которой имеются сквозные овальные отверстия, улучшающие условия охлаждения чаши.

Механизм опрокидывания чаши состоит из электродвигателя, самотормозящей муфты, редуктора и системы зубчатых передач. Выходная вал-шестерня редуктора входит в зацепление с зубчатым сектором.

Шлаковозы бывают двух видов:

самоходные

несамоходные

Передвижение несамоходного шлаковоза по железнодорожным путям осуществляется с помощью локомотива.

Шлаковозы самоходные предназначены для транспортирования одного или двух ковшей из-под конвертера в пролет передачи ковшей, подачи порожних ковшей под конвертер, а также очистки пути и плит под конвертером.

Вместимость наиболее распространенных ковшей для шлаковозов составляет 11м3 и 16м3

Разгрузочная эстокада - разгружают сырье, поступающее от поставщика.

Бумнкер -- ёмкость для временного хранения жидких и сыпучих материалов.Различают бункеры железобетонные (монолитные, сборные, смешанного типа), металлические, комбинированные. Кроме того, в качестве бункера могут использоваться горные выработки.

По назначению бункеры разделяют на технологические и аккумулирующие.

Технологические бункеры разделяют на:

прийомные -- для принятия материала при разгрузке вагонов, скипов, самосвалов;

дозировочные -- для регулируемой разгрузки, отдаи на конвейер (например, при шихтовании);

обезвоживающие -- для дренажного обезвоживания продуктов обогащения продуктов горного производства;

компенсационные (демпфирующие) -- для выравнивания нагрузки на отдельные технологические аппараты по выходному питанию;

отгрузочные -- для накопичения и дальнейшей отгрузки продуктов обогащения в железнодорожные вагоны.

Рисунок 1.4 -Доменная печь

Доменная печь представлена следующими частями :

Горн, печь для выплавки, переплавки, нагрева металлов.

Колошник - в нём устройство для загрузки шихты и трубы для отвода доменного газа.

Шахта - в ней начинаются процессы восстановления железа и его науглероживание.

Распар - плавление пустой породы с образованием шлаков.

Заплечик - заканчивается процесс восстановления железа.

Саморазгружающиеся вагоны - вагоны, которые имеют свойство саморазгружаться, что значительно облегчает работу получения сырья и исходного материала.

Вагоноопрокидыватель -- специальное сооружение для механизированной разгрузки вагонов с насыпными и навалочными грузами (рудой, углем) Вагоноопрокидыватели подразделяются на:

стационарные

роторные

круговые

торцевые

боковые

комбинированные

передвижные

Существуют стационарные вагоноопрокидыватели с различными способами разгрузки. В роторных и круговых вагоноопрокидывателях разгрузка осуществляется при повороте вагона вокруг его продольной оси. В боковых подъёмно-поворотных вагоноопрокидывателях вагон не только поворачивается вокруг продольной оси, но также и поднимается. Вагоноопрокидыватели этих двух типов предназначены для разгрузки полувагонов и платформ. Торцевые вагоноопрокидыватели производят наклон вагона относительно поперечной оси, при этом груз высыпается через открывающиеся боковые стенки. Для разгрузки крытых вагонов используют комбинированные вагоноопрокидыватели с многократным поворотом вокруг продольной и поперечной осей.

Рисунок 1.5 Горн

Описав структуру и составив схему выделенных блоков можно описать сырье и готовую продукцию

Для получения чугуна в доменную печь загружают руды, флюсы и топливо.

Железными рудами называются горные породы, извлечение железа из которых является экономически целесообразным. Железные руды состоят из окислов железа и пустой породы. Содержание различных составляющих в руде неодинаково. Обычно в железной руде содержится 45--55% железа, в особенно богатых рудах иногда до 70%.

С точки зрения пригодности руды для доменной плавки железные руды различают по богатству (содержанию в них железа), содержанию вредных примесей, восстановимости, качеству пустой породы и физическому состоянию руды.

Богатство руды является одним из основных показателей, определяющих целесообразность использования ее в доменной плавке. Чем более богатая руда загружается в доменную печь, тем выше ее производительность при прочих равных условиях.

К вредным примесям железных руд относят серу, фосфор, мышьяк и цинк. Присутствие в полученном чугуне значительного количества серы приводит к тому, что ее приходится удалять при переработке чугуна в сталь. Это влечет за собой удлинение процесса получения стали, а, следовательно, увеличение ее стоимости. Если же оставить содержание серы в стали значительным читальным, то это вызовет красноломкость последней, т. е. хрупкость при нагреве до температур красного каления. Содержание фосфора в получаемом из руд чугуне приводит к его хладноломкости, т. е. обусловливает хрупкость при обычных температурах. Однако в некоторых случаях содержание фосфора в чугуне не является вредным. Это наблюдается в тех случаях, когда чугун подвергают специальной переработке (томасовский процесс), во время которой фосфор является основным источником тепла. Тепла, выделяющегося при выжигании фосфора, достаточно в этом случае для осуществления процесса передела жидкого чугуна в сталь. При этом также образуются высокофосфористые шлаки, которые используются в сельском хозяйстве как удобрение.

Магнитный железняк ( или ) получил свое название из-за проявления магнитных свойств. По физическому строению магнитные железняки очень плотны, трудно проницаемы для доменных газов, трудновосстановимы, содержат значительное количество вредных примесей серы и фосфора.

Красный железняк (Fе2О3) в химически чистом виде содержит 70% железа. Он получил свое название из-за ярко выраженного цвета. Эти руды широко распространены. Однако эти руды в основной своей массе являются пылеватыми и их, как правило, подвергают агломерации.

Бурые железняки содержатся в природе в виде многих разновидностей. Наиболее распространенными разновидностями являются лимонит (2Fе2О3 * ЗН2О) и гетит (Fе2Оз-Н2О). Бурые железняки весьма распространены в природе и встречаются как в виде плотных масс руды, так и в виде руд, отдельные зерна которых плохо связаны между собой. Зачастую пласты бурого железняка небольшой мощности отлагаются на дне болот и водоемов. В этом случае они содержат большое количество землистых примесей. Бурые железняки всех разновидностей являются наиболее легковосстановимьми рудами. Это объясняется тем, что при нагреве гидраты разлагаются, влага испаряется, я руда приобретает пористое строение, что способствует ее химической обработке. Перед загрузкой такой руды в доменную печь необходимы ее обогащение и агломерация.

Сидериты (FеС03) являются наиболее бедными и в химически чистом виде содержат 48,2% железа. Существует несколько разновидностей сидеритов: шпатовый железняк, глинистый железняк и углистый железняк, содержащий в пустой породе углистые вещества. Сидерит в только что добытом состоянии имеет сероватый цвет, иногда с зеленым или буроватым оттенками.

В шихту доменных печей вводят марганцевые руды, так как содержащийся в них марганец препятствует переходу серы в чугун.

В природе чаще всего марганцевая руда состоит из двуокиси марганца (МnО2). Она встречается в природе значительно реже, чем железная руда. При плавке в доменной печи только часть марганца из руды переходит в чугун. В природном состоянии марганцевые руды бывают порошковатыми и кусковыми.

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/