Введение

На Новолипецком металлургическом комбинате находится комплекс доменной печи «Россиянка», включающий в себя непосредственно доменную печь объёмом 4291 м³, мощностью 11900 тонн в сутки, литейный двор с современными бетонными желобами для выдачи продуктов плавки, блок из трёх воздухонагревателей безшахтного типа, участок приёма и разгрузки сырья и топлива, участок шихтоподачи, участок подготовки и вдувания пылеугольного топлива, газоочистку грязного доменного газа, электровоздуходувную и насосные станции, участок производства фракционированного щебня.

Целью дипломного проекта является разработка технологии производства чугуна марки П2 с содержанием кремния 0,5 % на печи объемом 4291 м³ ПАО

“НЛМК”.

Актуальность дипломного проекта обусловлена необходимостью производства чугуна марки П2 из-за его востребованности в сталеплавильном производстве.

Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:

1. Конструкции печи объемом 4291 м³;

2. Расчет оборудования печи объемом 4291 м³;

3. Технологический расчет шихты чугуна с содержанием кремния 0,5%;

4. Расчет состава и количества колошникового газа, количества дутья;

5. Расчет материального баланса плавки чугуна марки П2;

6. Расчет теплового баланса плавки чугуна марки П2;

7. Технология производства чугуна на печи объемом 4291 м³;

8. Охрана труда и промышленная безопасность при производстве чугуна;

9. Охрана окружающей среды при производстве чугуна на печи объемом 4291 м³.

1 Теоретическая часть

1. Конструкции печи объемом 4291 м3

Объем доменной печи составляет 4291 м³ при высоте 37,35 м. Она способна выдать около 11900 т чугуна за одни сутки. А специальное оборудование, обслуживающее системы, расположенные вокруг, занимает несколько десятков гектар земли.

Доменная печь № 7 используется для производства в основном передельного чугуна, который в дальнейшем проходит в конвертерный цех и используется в качестве шихты в производстве стали.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов (частей профиля):

1. Верхней цилиндрической части - колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи;

2. Самой большой по высоте расширяющейся конической части - шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов;

3. Самой широкой цилиндрической части - распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа;

4. Суживающейся конической части - заплечиков, где образуется восстановительный газ - монооксид углерода;

5. Цилиндрической части - горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса - чугуна и шлака.

Из-за того, что все части профиля имеют свое определенное значение, а также в каждой из них проходят разные физико-химические реакции, именно поэтому и выполняются из разных материалов.

Огнеупорная кладка печи предназначена для формирования и изоляции рабочего пространства печи, уменьшения тепловых потерь и предохранения кожуха печи от тепловых и других вредных воздействий.

В различных частях печи воздействия на огнеупорную кладку неодинаковы, поэтому материал футеровки и конструкцию отдельных частей печи необходимо выбирать с учетом этих воздействий.

Большое значение для службы огнеупорной кладки имеет так называемый гарнисаж - продукт взаимодействия компонентов шихты и шлака с материалом футеровки. В результате взаимодействия образуется жидкая фаза, застывающая при соприкосновении с более холодными стенами печи. При некоторой толщине гарнисажа между скоростью его нарастания и износом наступает равновесие. Наличие гарнисажа дает возможность работать при незначительной толщине футеровки

Огнеупорная кладка колошника разрушается в основном от ударной нагрузки при падении материалов с засыпного аппарата. Поэтому он футерован шамотным кирпичом, который заключен в неохлаждаемые стальные плиты. Купол печи исполняют тоже из шамотного кирпича.

Нижняя часть шахты подвержена наибольшему износу, и поэтому стойкость этого участка фактически определяет срок службы всей доменной печи. Основными причинами износа кладки нижней части шахты являются довольно сильное тепловое напряжение, интенсивное химическое воздействие шлаков, цинка, значительные колебания высоких температур, абразивный износ, создаваемый опускающейся шихтой.

В верхней части шахты, наоборот, тепловое напряжение невелико, химическое воздействие шлака отсутствует, а абразивное воздействие материалов и газового потока более значительно. Кладка выполнена из шамотного кирпича, а из-за небольших тепловых напряжений здесь отсутствуют холодильники.

Кладку распара выполняют из шамотного или карбидокремниевого кирпича. Напряжения в распаре мало отличаются от тех же что и в нижней части шахты, но при этом добавляются воздействия капель жидких продуктов плавки. Охлаждение происходит при помощи ребристых холодильников.

В заплечиках, расположенных в непосредственной близости от очагов горения, развиваются высокие температуры. Кладка заплечиков находится в тяжелых условиях, испытывая, помимо термических напряжений, химическое воздействие газов, жидкого шлака и чугуна. Футеруются заплечики шамотно-каолиновыми изделиями, а охлаждаются плиточными холодильниками.

Служба кладки верхней части горна - фурменной зоны значительно отличается от службы ее в металлоприемнике. Гидростатическое давление чугуна и шлака на стены фурменной зоны сравнительно невелико. Однако в этой зоне развиваются самые высокие в доменной печи температуры (здесь происходит горение топлива), воздействующие на огнеупорную кладку. Кладка фурменной зоны подвергается также воздействию шлака и газа. Кладка металлоприемника омывается шлаком, который взаимодействует с материалом кладки, разрушая ее. Однако при достаточно интенсивном охлаждении возможно образование гарнисажа, защищающего футеровку от дальнейшего разрушения. Этим объясняется большая стойкость стен металлоприемника по сравнению с лещадью. Футеровка горна выполняется комбинированной: металлоприемник из углеродистых блоков, фурменная зона из плотных каолиновых изделий.

Кладка лещади постоянно находится под значительным слоем жидкого чугуна, присутствующего в металлоприемнике, испытывает большое гидростатическое давление и температурные напряжения. Для увеличения стойкости лещади кладку следует вести из большемерного кирпича со швами минимальной толщины, а также хорошо крепить ее, чтобы предотвратить расхождение швов при нагревани. Лещадь выполняют из углеродистых блоков, центр выложен алюмосиликатными изделиями, а низ графитированными блоками. Между кладкой и кожухом находятся плитовые холодильники с залитыми в них трубами, по которым циркулирует вода, а снизу - плитовые холодильники, через которые пропускается воздух.

Кожух представляет собой сварную конструкцию, состоящую из конических и цилиндрических поясов, изготовленных из листов низколегированных, характеризующихся высокой ударной вязкостью, большой прочностью, достаточной пластичностью и термостойкостью.

Для обслуживания холодильников, термопар, газоотборных устройств, осмотра кожуха на уровне распара и по высоте печи устанавливаются площадки. Площадки связаны между собой лестницами и лифтом.

Двухтрактное безконусное загрузочное устройство устанавливается на несущем колошниковом фланце печи.

В купол печи врезаются газоотводы. Они служат для равномерного отвода газа по сечению колошника. Сечение газоотводов круглое. Во избежание зарастания их пылью угол наклона газоотводов, отходящих от печи, составляет не менее 50°.

Газоотводы соединяются попарно и выводятся вверх на отметку, превышающую расположение остальных элементов печи. Образующиеся вертикальные газоотводы называются свечами. Свечи перекрываются так называемыми атмосферными клапанами, отрегулированными на определенное заданное давление газа в печи, при превышении которого они самопроизвольно открываются. Кроме того, свечи служат для выпуска газа в атмосферу при остановках и пусках печи. Вертикальные газоотводы соединяются симметрично в один или два наклонных газоотвода, нисходящих к пылеуловителям. Для предотвращения осаждения колошниковой пыли угол наклона газоотводов к горизонту составляет не менее 30° и зависит от физических свойств проплавляемого сырья, а также расстояния между осями печи и пылеуловителя.

Газоотводы и нисходящий газопровод выполняются сварными из стального листа. Изнутри газоотводы и свечи футеруются шамотным кирпичом во избежание излишнего нагрева металла, абразивного износа пылью и для уменьшения конденсации пара при остановках печи.

Места перегибов защищаются от истирания пылью стальными плитами или листами из износоустойчивой стали.

Вес всех конструкций доменной печи, шихты и продуктов доменной плавки передаётся на фундамент, который равномерно передаёт всю нагрузку на грунт.

Для уборки продуктов доменной плавки около доменной печи устанавливается специальная площадка, которая называется литейным двором.

Литейный двор представляет собой площадку около горна доменной печи, предназначенную для размещения желобов для чугуна и шлака. По этим желобам чугун и шлак из лёток направляется к ковшам, которые устанавливаются под сливными носками на железнодорожных путях.

Размеры литейного двора определяются площадью, необходимой для размещения желобов, в соответствии с требуемым при данной производительности доменной количеством ковшей, устанавливаемых в ряд вдоль литейного двора, количеством лёток и конструкцией желобов.

На рабочей площадке литейного двора, кроме различных желобов для чугуна и шлака, а также отсечных устройств, расположено оборудование для открытия и закрытия чугунных и шлаковых лёток.

Желоба для чугуна и шлака, размещённые на рабочей площадке литейного двора, предназначены для транспортирования чугуна и шлака в чугуновозы и шлаковозы, установленные под сливными носками желобов.