4. Методи інтенсифікації доменного процесу. Показники ефективності роботи доменної печі.

Щоб хімічні реакції відбувалися швидко і продуктивність доменної печі була високою, необхідно підвищувати концентрацію реагую­чих речовин, збільшувати поверхню їх стикання і підвищувати температуру.

Концентрацію оксидів феруму збільшують збагаченням руди, якомога повнішим відокремленням пустої породи, а також агломерацією концентрату.

Для підвищення концентрації відновника ‒ СО ‒ повітря, що подається у піч, збагачують киснем. Як наслідок, зменшується вміст азоту в газовій суміші, що утворюється, збільшується швидкість згоряння коксу та утво­рення СО.

Застосування природного газу як додаткового палива сприяє підвищенню температури процесу і збагаченню газової суміші відновниками. Метан згоряє:

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂0 ∆Н = -803 кДж

Утворені оксиди карбону (IY) і водяна пара реагують із роз­жареним коксом:

С0₂ + С — zt 2СО; ДЯ = +166 кДж Н₂0 + С —СО + Н₂; А Я = +126 кДж

Водень також бере участь у відновленні руди.

Показники ефективності роботи доменної печі. Ефективність роботи доменної печі оцінюють коефіцієнтом використання корисного об’єму (КВКО) і витрачанням коксу на 1 т виплавленого чавуну.

Коефіцієнт використання корисного об’єму – це відношення корисного об’єму печі від чавунної льотки до верхнього рівня шихти (у кубічних метрах) до маси чавуну (в тоннах), який виплавляється за добу. Чим більше чавуну (при даному об’ємі) виплавляє піч, тим більшим буде знаменник, значить менший КВКО.

Отже, між коефіцієнтом використання корисного об’єму печі та її продуктивністю існує обернено пропорційна залежність: чим менший КВКО, тим інтенсивніше працює піч, тим вища її продуктивність.

Другим важливим показником ефективності роботи печі є витрачання найбільш цінного компонента шихти – коксу на 1 т виплавленого чавуну. До недавнього часу він стано­вив 0,8–0,9 т, а після того як став використовуватись при­родний газ, знизився до 0,45 т.

Будова печі. Доменна піч являє собою башту заввишки до 36 м, що складається з двох зріза­них конусів, між широкими основа­ми яких розміщується невисокий циліндр (розпар) діаметром до 16 м. Така конструкція забезпечує плавне опускання шихтових мате­ріалів, раціональний розподіл газу по всьому об’єму печі, найбільш інтенсивний перебіг процесів віднов­лення, утворення чавуну і шлаків і розмежування їх. Зовні піч покри­та металічним кожухом, а зсе­редини викладена вогнетривкою цеглою. Товщина стінок домни збільшується зверху донизу і в горні досягає 1,5 м.

У доменній печі розрізняють такі частини: колошник, шахту, розпар, заплечики, горно, фурми і під. У ко­лошник через засипний апарат завантажують кожні 5–10 хв шихту окремими порціями (колошами). Вихідні матеріали повільно рухаються вниз нагріваються і відновлюються. У горно через рівномірно розміщені по діаметру отвори (їх від 24 до 40, залежно від об’єму печі) за допомогою фурм вдувають нагріте повітря. Роз­поділ повітря по фурмах здійснюється через кільцевий повітро­провід. Відновлене у межах розпару і заплечиків губчасте залізо, проходячи зону високих температур, насичується вугле­цем, плавиться і стікає в горно. Шлак і чавун періодично випу­скають через спеціальні отвори – льотки. Кількість льоток на великих печах досягає 10–18. Льотку пробиває спеціальна машина з дистанційним керуванням, а після випуску чавуну або шлаку її машиною забивають вогнетривкою масою. Для зменшення вигоряння футеровки її охолоджують спеціальними холодильниками.

Повітря, що подається у доменну піч, нагрівається в спе­ціальних баштах-повітронагрівачах (кауперах). В основі їх роботи лежить регенеративний принцип, тому загальна назва апаратів – регенератори.

Повітронагрівач – апарат періодичної дії. Це стальний циліндр заввишки до 40 м, діаметр його 6–8,5 м, футерований вогнетривкою цеглою. Він має камеру згоряння і камеру з насадкою, також з вогнетривкої цегли, яка розжа­рюється продуктами згоряння доменного газу, а потім віддає нагромаджену теплоту (тим самим регенерує її) повітрю, що пропускається у зворотному напрямку (тиск 0,15–0,3 МПа).

Доменний газ, змішаний, як правило, з коксовим або природ­ним, спочатку надходить у камеру згоряння, звідти гарячі про­дукти згоряння піднімаються вгору і під склепінням каупера змінюють свій напрямок, рухаються вниз крізь цегляну насад­ку, нагріваючи її. Після того як насадка каупера належно нагріється (протягом 2–3 год), замість газу в каупер подають холодне повітря. Воно проходить каналами насадки вгору і розжареною цеглою нагрівається до 900–1200°С, потім надходить у доменну піч.

Для забезпечення безперервності процесу кожну доменну піч обслуговує кілька кауперів. Застосування у доменному процесі нагрітого повітря дає можливість збільшувати продуктивність її на 2% і на стільки ж знижувати витрачання коксу (на кожні 100°С).

Продукти доменного виробництва:

а) ливарний чавун, який використовують на виготовлення виробів способом литва;

б) пе­реробний чавун, з якого виробляють сталь;

в) доменний шлак, з якого виготовляють різні будівельні матеріали: шлакопорт­ландцемент, шлакобетон, шлаковату, ситали для шляхового будівництва;

г) доменний газ (масова частка СО 30%) відокрем­люють від колошникового пилу і використовують як паливо в кауперах, коксових печах, для нагрівання металу перед про­катуванням.

Підприємства чорної металургії за забрудненням атмосфери відходами виробництва посідають друге місце (після енергетич­них). Доменні печі викидають у повітря величезні кількості чадного газу СО і пиловидних оксидів. Охорона природи пов’я­зана з підвищенням культури металургійних виробництв. Для зменшення викидів проводяться роботи з інтенсифікації пи­ловловлювання. Встановлюються фільтри, циклони та інші пилогазовловлювачі.