Металлургия черных и цветных металлов

4.Какие обстоятельства определяют целесообразность агломерации или производства окатышей?

5.С какой стороны интересует металлургию минералогический состав и структура пустой породы, а также взаиморасположение в руде минералов пустой породы и орудняющих?

6.Какие проблемы возникли в настоящее время в отношении марганце­ вых руд?

7.В чем состоят трудности обогащения марганцевых руд?

8.Основные физико-химические процессы образования агломерата?

9.Чем объяснить образование блочной структуры агломерата?

10.В чем различия физико-химически* процессов спекания шихты при формировании агломерата и обжиге окатыша?

И. Чем объяснить, что в зоне горения в верхней части агромерационного

13.Минералогический состав и структура готового агломерата?

14.За счет чего происходит упрочнение окатышей при обжиге?

15.Как производят металлизованные окатыши?

Рекомендательный библиографический список

Абрамов А. А. Технология обогащения окисленных и смешанных руд

Недра, 1982.— 254 с.

Раздел и ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА

Г л а в а 1. ПРОФИЛЬ И КОНСТРУКЦИЯ ДОМЕННОЙ ПЕЧИ

§ 1. Профиль печи и его элементы

Современное доменное производство оснащено мощными доменными’пе­ чами, рассчитанными на выплавку 10000—18000 т чугуна в сутки. Применение таких печей улучшает технико-экономические показатели производства по сравнению о получаемыми на печах меньшей мощности прежде всего благо­ даря снижению удельных капитальных вложений и эксплуатационных затрат.

За счет доменных печей максимального объема (до 5000—5400 м3) сред­ ний объем доменных печей в СССР возрастал и к настоящему времени достиг

1700 мэ Переход на работу с мощными доменными печами потребовал научно обоснованного решения задачи о их рациональном профиле. При этом надо было учитывать изменения в составе перерабатываемых материалов и степени их подготовки, а также возрастающую интенсивность процесса.

Доменный процесс — сложная совокупность разнообразных физико-химических, физико-механических и аэродинамических явлений. Доменная печь представляет собой агрегат шахтного типа на большую часть своей высоты заполненный газопрони­ цаемыми перерабатываемыми материалами. При опускании их вниз по высоте агрегата обеспечивается взаимодействие этих материалов с поднимающимся навстречу газовым потоком.

G точки зрения энерго-химической характеристики в домен­ ной печи совмещены две части металлургической промышлен­ ной установки: реактор генерирования восстановительного газа и одновременно тепла, необходимого для процесса, и реактор восстановления оксидных материалов. Высокая производитель­ ность доменного процесса и эффективность использования тепла обусловлены тем, что тепло и газ выделяются при непо­ средственном контактировании с обрабатываемыми материа­ лами. Это является важнейшим принципом доменного про­ цесса, но требует особого внимания к разработке параметров рабочего пространства доменной печи, работающей непрерывно

Рабочее пространство доменной печи состоит из следующих элементов профиля: колошника, шахты, распара, заплечиков и горна.

Колошник — верхняя цилиндрическая часть рабочего про­ странства печи, предназначен для распределения загружаемых шихтовых материалов по сечению и для регулирования с по­ мощью параметров загрузки встречного газового потока. Про­ филь шахты, имеющий коническую форму, обеспечивает равно­ мерное опускание шихтовых Материалов, их необходимое раз­ рыхление и перемещение начинающих плавиться масс от стен в ее нижней части. Высота шахты должна быть достаточной для тепловой и химической обработки материалов поднимаю­ щимися газами, в первую очередь восстановления оксидов же­ леза.

Распар увеличивает объем печи и способствует плавному опусканию материалов в ее нижней части. Большой диаметр распара позволяет уменьшить разгар футеровки, отдаляя от

уменьшению объема проплавляемых в печи материалов в ре­ зультате образования расплава шлака и чугуна.

менную часть и металлоприемник. Здесь происходят основные высокотемпературные процессы доменной плавки: горение ко­ кса и топливных добавок, подаваемых через фурмы, взаимо­ действие между жидкими фазами, газом и топливом, накопле­ ние чугуна и шлака, периодически выпускаемых из печи.

Основными размерами профиля печи являются: полезная и полная высота, высота и диаметры отдельных элементов про­ филя. Полезной высотой печи называют расстояние от уровня оси чугунных леток горна до кромки большого конуса засып­ ного аппарата обычной конструкции в крайнем опущенном по­ ложении, а полной высотой — до верха колошникового фланца кожуха печи.

Отношения полезной высоты Но и диаметра колошника dK к диаметру распара D H0/D и dK/D, а также диаметра распара

Основные размеры частей рабочего пространства опреде­ ляют полезный объем доменной печи Vo. Он равен объему печи по ее полезной высоте и связан с ее полной высотой Н соотно­ шением Я =6,44 К00,22. Соотношение полезной и полной высот печи определяется из выражения Я0=0,88 Я.

По мере перехода к мощным и сверхмощным доменным пе­ чам профиль рабочего пространства существенно изменялся.

Объем печей увеличивали за счет преимущественного расши­ рения их поперечных размеров и в меньшей степени путем не­ которого увеличения высоты элементов профиля. В наиболь­

пени— диаметр распара.

Наибольшее увеличение сечения колошника связано с необ­ ходимостью сбалансировать возрастающие рудные нагрузки и газовые потоки при формировании столба шихтовых материа­ лов. От соотношений поперечных размеров колошника, рас­ пара и горна, как показала практика, зависит постоянство из­ менения перепада статического давления газа по высоте печи, что предопределяет условия для ее устойчивого ровного хода.

Для доменных печей с полезным объемом 3000 м3 и более рекомендуются при давлении газа на колошнике 0,2—0,25 МПа и подготовленной шихте (офлюсованный агломерат) следующие отношения: dK/£ = 0,66-f-0,68, D/dr= = 1,05-7-1,10, dK/dr= 0,704-0,75, что способствует выравниванию газовых пото­ ков по периферии и оси печи. Большое значение имеет правильный выбор углов наклона шахты и заплечиков. Эти углы наклона шахты а и заплечиков Р при развитии профиля с увеличением полезного объема печи от 1033 до 5034 м3 уменьшились соответственно с 85—86 до 80—83 и с 80—81 до 77—73° (см. рис. II.1).

Сокращение расхода кокса увеличивает долю в шихте менее газопрони­ цаемых железорудных материалов (агломерата). Это повышает газодинами-ч ческую напряженность печи, сижению которой способствует уменьшение угла наклона шахты а. При уменьшении а улучшается газопроницаемость перифе­ рийных слоев, особенно для шихтовых материалов более мелких фракций, ко­ торые содержатся в шихте мощных доменных печей.

На ряде зарубежных печей cj полезным объемом 2000—3000 м3 применяют двойной угол шахты — меньший вверху и больший внизу. Такие печи успешно работают на шихте с содержанием окатышей до 100 %. Для этих печей ха­ рактерны уменьшенная высота шахты, низкий распар и высокие заплечики. Внутреннее очертание их рабочего пространства приближается к овальному

Размеры отдельных элементов профиля доменной печи возрастали по мере увеличения ее высоты и объема неодинаково, как было установлено М. А. Пав­ ловым. Это подтверждается данными по профилям современных печей, диа­ метр и^ высота которых выбраны на основании опыта эксплуатации сущест­ вующих печей с учетом изменений технологии и условий производства.

§2. Конструкция доменной печи

ивспомогательного оборудования

Современная* доменная печь (рис. II.2) представляет собой крупное сооружение общей высотой >40 м и массой >10 тыс. т. Конструкция должна быть выполнена с большой точностью, без малейшего перекоса и с минимальной неравномерностью

Основанием печи является фундамент (рис. Н.З), который представляет собой мощный железобетонный армированный массив и состоит из собственно опоры или плиты фундамента, заглубленной ниже пола цеха, и наружной части из жароупор­ ного бетона, испытывающей воздействие высоких температур, создаваемых тепловыми потоками из зоны с жидким чугуном.

Над фундаментом располагается лещадь — огнеупорная кладка нижней части горна, выполняемая из углеродистых блоков по периферии и внизу и высокоглиноземистого кирпича во внутренней части. В СССР вместо комбинированной кладки ленщди высотой до 4900 мм выполняется лещадь из крупных углеродистых блоков в различных комбинациях. Охлаждение низа лещади воздушное. Плиты воздушного охлаждения раз­ мещены между огнеупорным бетоном и углеродистыми бло­ ками.

Нижняя часть горна металлоприемник испытывает воздей­ ствие жидких чугуна и шлака, которые оказывают значитель­ ное давление на стенки, имеют высокую температуру (1500— 1600 °С) и химически взаимодействуют с кладкой. Верхняя часть горна подвержена действию раскаленных окислительных газов, образующихся при горении кокса и топливных добавок, поэтому кладку горна, как и лещади, интенсивно охлаждают наружными вертикальными плитовыми холодильниками. Ос­ новная часть футеровки горна выполнена из углеродистых блоков. Применение этого материала для кладки, лещади и горна связано с его высокими теплопроводностью и огнеупор­ ностью.

В горне размещены устройства для подвода дутья и топ­ ливных добавок — фурмы, шлаковые летки для выпуска шлака из верхней части металлоприемника и чугунные летки для вы­ пуска чугуна и нижнего шлака. Фурмы расположены по ок­

левидного топлива наряду с кольцевым футерованным трубо­ проводом горячего дутья устанавливают кольцевой трубопро­ вод для топливных добавок с отводами на каждую фурму. Эти отводы переходят в трубки, проходящие через полую часть

дом, и природном газе), фурмы оборудованы приспособлением для подачи газа через фланец трубкой, выходной конец кото­ рой загнут против движения воздуха (рис. II.4). Этот способ значительно увеличивает степень перемешивания газа с возду­ хом и сжигания газа, снижая расход кокса на 31—38 кг/т чу­ гуна.

Водоохлаждаемые фурмы, изготавливаемые из меди, высту­ пают внутрь печи на 250—300 мм и являются частью комп­

а также проводить необходимые ремонтные и регулировочные операции.

Шлаковые летки обрамляют деталями, составляющими шла­ ковый прибор, который позволяет менять летки при поврежде­ нии. Чугунные летки на мощных печах числом от двух до четырех обрамлены холодильниками и литыми стальными ра­ мами, внутренние поверхности которых футерованы огнеупор­ ным кирпичом. Отверстие чугунной летки под давлением заку­ поривают огнеупорной леточной массой.

Заплечики доменной печи делают тонкостенными с толщиной кирпичной футеровки до 345 мм и интенсивно охлаждают периферийными ребристыми холодильниками. При этом вместо срабатывающейся начальной кладки на внутренней поверхности образуется гарнисаж из шлака с крошкой из сырых материалов. Он является достаточной защитой от агрессивного воздействия на огнеупоры расплава с высокими содержаниями оксидов железа и марганца. Распар может быть как толстостенным, так и тонкостенным. В последнем

случае он, как и заплечики, охлаждается ребристыми холодильниками и рабо­ тает на гарнисаже.

Кладка шахты в новых конструкциях изменена с толстостенной на сред­ нестенную (690—805 мм) и тонкостенную (345—575 мм), в последнем случае с более интенсивным охлаждением, рассчитанным на образование гарнисажа. Для наиболее тонкостенной кладки шахты используют новые виды огнеупо­ ров — карбидкремниевые, высокоплотные каолиновые, карборундовые и высо­ костойкие полуграфитовые. Большое значение придается синхронности работы кладки и ее охлаждения, которое от шахты до заплечиков, как правило, дела­ ется испарительным. Оно характеризуется малым, расходом воды, циркули­ рующей по замкнутой системе с регулируемой скоростью. Поглощение тепла, расходуемого на парообразование, оказывается значительно большим, чем> на нагрев воды, однако вода должна быть химически чистой для предотвращения накипи.

Колошник доменной печи находится в условиях более низких температур, чем остальные ее части (~400°С ), но подвержен механическому воздействию загружаемых в печь материалов. В связи с этим внутреннюю часть его футе­ ровки размещают внутри литых плит, крепящихся к кожуху печи с помощью подвесок. Колошниковое устройство представляет собой металлическую кон­ струкцию значительной высоты, предназначенную для поддержания механиз­ мов загрузки шихты в доменную печь, отвода колошникового газа из печи и монтажных работ.

Доменная печь заключена снаружи в металлический кожух, состоящий из ряда цилиндрических и конических поясов. Кожух выполняется цельносвар­ ным. Опорные конструкции мощных печей поддерживают лишь колошниковое устройство. Их выполняют в виде несущего каркаса башенного типа вокруг свободно стоящей печи. Эти конструкции создают дополнительные удобства для обслуживания печей благодаря механизации трудоемких работ, эффек­ тивной вентиляции, увеличению числа чугунных леток и вместимости чугуновозных ковшей.

Г л а в а 2. ПОДАЧА ПЛАВИЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ В ПЕЧЬ

§ 1. Складирование плавильных материалов

Современный доменный цех потребляет до 50 тыс. т и более агломерата и кокса в сутки. Покрытие такой потребности в ма­ териалах, размещение их необходимых ' запасов и сортировку материалов по их составу и свойствам обеспечивает рудный двор. Основными участками рудного двора являются разгру­ зочная эстакада, площадки для штабелирования материалов и бункерная эстакада. Прибывающие по железнодорожным пу­ тям внешнего или внутризаводского сообщения материалы до­ ставляются на разгрузочную эстакаду в саморазгружающихся вагонах с открывающимися днищами или в открытых вагонах с высокими бортами. Для разгрузки последних рудный двор имеет вагоноопрокидыватели башенного типа производитель­ ностью до 30 вагонов или 3000 т материала за 1 ч.

Рудный двор оборудован рудногрейферными кранами-пере- гружателямц, перекрывающими своим пролетом всю ширину

двора. Число рудногрейферных кранов зависит от площади и запаса материалов рудного двора. Производительность одного крана достигает 400 м3/ч.

§ 2. Доставка плавильных материалов к печи

Снабжение доменных печей шихтовыми материалами осущест­ вляется через бункерную эстакаду. Она располагается вдоль линии печей со стороны, противоположной газоочистке и вы­ пуску чугуна, и служит для хранения оперативного запаса

Бункерные эстакады — это металлические, железобетонные или смешанного типа сооружения, имеющие два ряда бункеров. Сверху бункера перекрываются решеткой с отверстиями 200X Х 200 мм (в соответствии с максимально допустимым размером загружаемых в них кусков материалов), а снизу оборудованы затворами для выгрузки. На уровне верха бункеров размеща­ ются три или более транзитных железнодорожных пути, из которых средний служит для подачи материалов в железнодо­ рожных вагонах, крайние со стороны рудного двора — для по­ дачи материалов в бункера от рудных кранов рудным электро- возом-перегружателем, а со стороны доменных печей — для по­ дачи кокса коксовым электровозом-перегружателем.

На современном металлургическом заводе рудный двор це­ лесообразно иметь совмещенным для аглофабрики и доменного цеха, в этом случае его часть, относящаяся к доменному цеху, имеет меньшие размеры и предназначена в основном для раз­ мещения и подачи к печам агломерата, а также кокса.

Шихтовые материалы доставляют на колошник печи и за­ гружают их в засыпное устройство через наклонный скиповой подъемник. Два скипа попеременно поднимают и опускают по рельсовым путям наклонного моста.

Скип представляет собой вагонетку, облицованную изнутри плитами мар­ ганцовистой стали, мало истирающейся под воздействием загружаемых мате­ риалов. Объем скипов для крупных доменных печей 14 м3 и более. В крайнем нижнем положении скипы ставят в скиповую яму под загрузку. В ней уста­ новлено оборудование для сортировки, взвешивания и подачи в скип агломе­ рата, добавок и кокса. Под коксовыми бункерами расположены дискрвые гро­ хоты для отсева коксовой мелочи. Коксовые весы (воронка-весы) взвешива­ ют кокс с грохотов, идущий в доменную печь. Навеска набирается в воронку автоматически и разгружается из воронки в скип.

Для забора агломерата и добавок, располагающихся в бункерах на большую длину вдоль линии печей, их взвешивания и разгрузки в скипы на печах объемом до 1719 м3 служат вагон-весы, которые имеют грузоподъем­ ность 40.т и передвигаются по рельсовому пути под бункерами со скоростью 2 м/с.

Рис. 11.5. Схема транспортерной шихтоподачи к скипам:

тизации работы без присутствия машиниста, а также боль­ шими холостыми пробегами и ограниченной грузоподъемно­ стью вагоны-весы в настоящее время на крупных доменных печах заменены системой непрерывного действия — конвейер­ ными транспортерами с дозаторами-питателями.

Такие системы служат одновременно грохотами для отсева мелочи и затворами для бункеров. На рис. 11.5 показана транс­ портерная шихтоподача материалов к скипам.

Транспортерная подача шихты из бункеров позволяет уменьшить число последних для агломерата в три раза и для добавок в два раза по сравнению с шихтоподачей из бункеров с помощью вагон-весов при почти вдвое увеличенном полезном объеме доменной печи (3200 вместо 1719 м3). Данная система шихтоподачи обеспечивает хорошие санитарно-технические ус­ ловия работы благодаря уменьшению числа точек интенсив­ ного пылеобразования, применению гидросмыва, централизо­ ванной очистительно-приточной вентиляционной системы.