книги / Металлургические технологии

ГЛАВА 3. Технология получения чугуна

В настоящее время основную долю чугуна выплавляют в домен­ ных печах. Наиболее крупные современные доменные печи имеют полезный объем до 5000...5500 м3. Суточная производительность подобных печей достигает 1 2 000 т.

3.1. Устройство и работа доменной печи

Доменная печь - это шахтная печь непрерывного действия, рабо­ тающая по принципу противотока.

Принцип противотока в доменной печи заключается в том, что сверху вниз опускаются твердые шихтовые материалы, загружаемые на колошнике, а снизу вверх поднимаются нагретые до высокой тем­

опускаться вниз, кроме того, и предотвращает уплотнение шихты. Наиболее широкая часть внутреннего пространства - распар 3 представляет собой короткий цилиндр. Эта часть внутреннего про­ странства необходима для предотвращения зависания шихтовых материалов за счет плавного перехода от широкого основания шах­ ты к сужающимся вниз заплечикам 4. Заплечики имеют форму су­ жающегося книзу усеченного конуса потому, что на данном гори­ зонте печи происходит резкое уменьшение объема шихтовых мате­ риалов за счет выгорания кокса и образования жидких продуктов плавки. Нижняя часть печи называется горн 5. В нижней части горна накапливаются продукты плавки - жидкий чугун и ишак. Здесь же расположены чугунные летки - отверстия для периодиче­ ского выпуска жидкого чугуна. Чуть выше оси чугунных леток расположена шлаковая летка. В верхней части горна расположены фурмы - устройства, через которые в доменную печь подают горя­ чий воздух, обогащенный кислородом, - так называемое воздушно­ кислородное дутье.

Фундамент доменной печи. Фундамент доменной печи необхо­ дим для обеспечения стабильности всей конструкции. Современная работающая доменная печь (рис. 3.2) имеет массу до 300...350 тыс. т. Эта масса должна быть равномерно передана грунту. Фундамент печи состоит из двух частей. Нижнюю (подземную) часть называют подошвой. Она выполняется в виде массивной восьмигранной бе­ тонной плиты толщиной не менее 4 м. На подошву опираются ко­ лонны, поддерживающие металлические конструкции печи. Верх­ няя (надземная) часть фундамента (пень) представляет собой моно­ литный цилиндр из жароупорного бетона, на котором находится горн печи.

Горн доменной печи. Горн - это нижняя часть доменной печи, предназначенная для накопления и периодического выпуска жидкого чугуна и шлака, а также для поступления воздушно-кислородного дутья в доменную печь.

Рис. 3.2. Общий вид доменной печи (разрез): 1 - чугунная летка; 2 - горн; 3 - заплечики; 4 - распар; 5 - шахта; 6 - колошник; 7 - двухконусный за­ сыпной аппарат; 8 - зона образования чугуна; 9 - зона образования шлака; 10 - зона горения кокса; 11 - фурменный пояс и фурменный прибор; 12—слой шлака; 13 —шлаковая летка; 14 —слой жидкого чугуна; 15 - лещадь

По высоте горн делится на металлоприемник и фурменную зону. Самую нижнюю часть металлоприемника называют лещадью. Именно на поверхности лещади происходит накопление жидкого чугуна. Ее вы­ полняют из углеродистых блоков в сочетании с высокоглиноземистым кирпичом. Толщина лещади до 5,5 м. Лещадь непрерывно охлаждают воздухом, водой или маслом. Расстояние от верхнего среза лещади до уровня чугунных леток (0,6 ... 1,7 м) называют зумпфом или «болотом», так как эта часть горна постоянно заполнена жидким чугуном, что пре­ дохраняет лещадь от выгорания и вымывания ее кладки чугуном.

На расстоянии 0,6... 1,7 м от поверхности лещади располагаются чугунные летки, которые представляют собой прямоугольные кана­ лы шириной 250...300 мм и высотой 450...500 мм. Количество чу­ гунных леток зависит от объема доменной печи. На печах с полез­ ным объемом до 2000 м3 чугунная летка одна, с полезным объемом 2000.. .4000 м3 чугунных леток две, а на больших печах с объемом до 5000.. .5500 м3 количество чугунных леток доведено до четырех.

Шлаковую летку обычно устраивают на высоте от 2,0 до 3,6 м от поверхности лещади, а на самых современных доменных печах шлак выпускают через чугунные летки. Во время плавки летки закрыты огнеупорной массой. Для выпуска чугуна в огнеупорной массе спе­ циальной бурильной машиной высверливают отверстие диаметром 50.. .60.мм. После окончания выпуска чугуна и шлака отверстие за­ бивают огнеупорной массой с помощью электрической пушки.

В верхней части горна (фурменной зоне) по внешней окружности печи равномерно расположены устройства для подачи дутья внутрь печи. Эти устройства называют фурмами. Число фурм зависит от диаметра горна, колеблется от 18 до 42 и может быть рассчитано по следующей эмпирической формуле:

п = 3DT- 8, где п - число фурм; DT- диаметр горна.

Воздух, нагретый в воздухонагревателях, подают к печи по коль­ цевому воздухопроводу (фурменному поясу), окружающему верхнюю часть горна. Из фурменного пояса воздух при помощи фурменных

приборов поступает в печь. Фурменный прибор заканчивается водоох­ лаждаемой медной фурмой с внутренним отверстием 150...220мм, которая выступает внутрь печи из кладки на 300...500мм. Каждый фурменный прибор оборудован устройством для измерения и регули­ ровки расхода дутья и имеет сапфировый глазок для визуального на­ блюдения за процессами горения кокса перед фурмой.

Футеровка и кожух доменной печи. Доменную печь выкладывают из огнеупорного кирпича. Кирпичную кладку любого металлургического агрегата, выполненную из огнеупорного кирпича, называют футеровкой. В разных частях печи футеровку выполняют из различных кирпичей. Связано это с тем, что воздействия на кладку печи в разных ее частях раз­ личны. Так, горн доменной печи подвергается наиболее интенсивным температурным и механическим воздействиям. В нем происходит накоп­ ление жидкого чугуна и шлака, поэтому материал футеровки горна дол­ жен обладать высокой огнеупорностью, шлакоустойчивостью и не дол­ жен смачиваться чугуном. Такому комплексу требований удовлетворяют углеродистые блоки и высокоглиноземистый кирпич.

Шахту, распар и заплечики выкладывают из шамотного кирпича по­ вышенной плотности с содержанием АЬОз не менее 41.. .42 % и не более 1,5 % Fe?035 остальное - кремнезем. Огнеупорность футеровки данных частей доменной печи должна быть не менее 1750 °С. Для кладки колош­ ника используют шамотный кирпич с содержанием АЬОз не менее 37 %.

Снаружи футеровка доменной печи защищена стальным свар­ ным кожухом (броней), толщина которого колеблется от 30 до 50 мм. На больших доменных печах кожух выполняют в виде самонесущей конструкции, опирающейся на фундамент печи.

Для зашиты от перегрева футеровки и кожуха печи между кожу­ хом и футеровкой устанавливают холодильники - чугунные плиты с залитыми в них стальными змеевиками, по которым непрерывно циркулирует вода.

Колошниковое устройство располагается над колошником до­ менной печи. Предназначено для равномерного распределения ших­ товых материалов по сечению печи, ее герметизации, а также для отвода колошникового газа.

сечению печи м^лый конус вместе с воронкой 10 поворачивается на оп­ ределенный угед, величина которого зависит от кратности подачи. Затем малый конус опускается, и шихта высыпается на большой конус. По­ добным образом на большой конус набирают шихту из нескольких ски­ пов. Когда шихта в печи опускается до определенного уровня, большой конус при закрытом малом конусе опускается вниз, и шихта, равномерно распределенная до поверхности большого конуса, поступает в доменную печь. Количество шихты, одновременно поступающее в доменную печь при опускании большого конуса, называют подачей. Кратность подачи характеризуют числом скипов шихты, попадающей в печь при опуска­ нии большого конуса. Если угол поворота ВРШ равен 90°, то в печь од­ новременно уходят 4 скипа шихты (360°/90°), и подача четырехскиповая. Если угол составляет 60°, то подача шестискиповая и т.д.

Доменная печь работает при повышенном давлении: так, давление дутья перед фурмами составляет около 0,5 МПа, давление газов на колошнике - до 0,3 МПа. Для стабильной работы конусов имеется устройство, которое выравнивает давление в межконусном простран­ стве с давлением внутри доменной печи при опускании большого ко­ нуса или с атмосферным давлением при подъеме малого конуса.

В каждом скипе может находиться только один компонент ших­ ты: или кокс, или агломерат, или окатыши. Изменением числа скипов с каким-то одним из компонентов и последовательностью набора различных компонентов шихты регулируют распределение материа­ лов на колошнике доменной печи.

На самых современных печах используют бесконусные (лотко­ вые) засыпные аппараты (рис. 3.4). Этот аппарат имеет два бункера 5 объемом 50...80 м3 каждый. В то время, когда один из бункеров за­ гружается шихтой, из второго бункера шихта поступает в доменную печь. Бункера имеют верхний 4 и нижний 7 газоотсекающие клапа­ ны. При открывании нижнего клапана 7 и шихтового затвора 6 ших­ та по трубе 8 попадает на вращающийся лоток 7 7 и по нему ссыпает­ ся в печь. За время опорожнения бункера (1...3 мин) лоток соверша­ ет не менее 10 оборотов. Подачу шихты в бункера осуществляют не скипами, а транспортерной лентой 7 .

Рис. 3.4. Схема бесконусног° Ссыпного аппарата: 1 - конвейер для подачи шихты; 2 - приемная воРонка; j _ заТвор; 4 - верхний газоот­ секающий клапан; 5 - бункер; 6 - затвор бункера; 7 - нижний отсе­ кающий клапан; 8 - трубка; 9 ~ отсечная задвижка; 10 - механизм вращения лотка; у/ _ вращающийся лоток

На ленточном конвейере в определенной последовательности уло­ жены порции агломерата, окатыщей и кокса. В бункер поступает одна порция определенного компонента шихты. Применение вращающегося лотка, а также изменение угла его наклона позволяет в очень широких пределах перераспределять шихту по сечению колошника и регулиро­ вать толщину слоев железорудньгх материалов и кокса.

3.2. Состав доменного цеха

Современный доменный цех (рис. 3.5) состоит из комплекса от­ дельно стоящих, но технологически связанных между собой агрега­ тов и устройств. Кроме доменных печей в состав цеха входят склады

Современные доменные цеха, кроме того, включают в себя: ус­ тановку придоменной грануляции шлака, участок для обжига извест­ няка и аглофабрику.

Прием, хранение и подача шихты к доменным печам. Обычно основные технологические агрегаты доменного цеха (сами доменные печи, воздухонагреватели, системы газоочистки) располагаются в линию. Непосредственно к линии доменных печей примыкает бун­ керная эстакада, которая, по сути, является складом оперативного хранения материалов. Емкость бункера для железорудной шихты составляет 100...200 м3, количество бункеров - от 20 до 35 шт. Это позволяет создавать запас железорудной шихты примерно на сутки. Коксовые бункера располагаются непосредственно над скиповой ямой для уменьшения числа перегрузок кокса. На одну печь прихо­ дятся 2 коксовых бункера емкостью 600 м3, что позволяет создать запас кокса примерно на 6 ч работы печи.

Долговременные запасы исходных компонентов шихты создают на складе, называемом рудным двором, который расположен вдоль линии доменных печей сразу за бункерной эстакадой. Рудный двор по ширине перекрыт мостовым краном-перегружателем, состоящим из двухопорного моста с передвигающейся грейферной тележкой. Опорами моста служат две «ноги», установленные на ходовые те­ лежки, перемещающиеся по двухниточному рельсовому пути. Грей­ ферная тележка передвигается по специальному рельсовому пути вдоль моста крана. На тележке размещены механизмы ее передвиже­ ния и управления грузозахватным устройством - грейфером. Грузо­ захватными органами грейфера являются его челюсти. Емкость грейфера примерно 1 0 ... 1 2 м3, производительность мостового крана до 500 т/ч.

Различные компоненты шихты подают к доменным печам раз­ ными способами. В соответствии с этим различают 3 потока подачи