02-Классификация печей

6. Особенности работы печей в метеллургическом производстве.

7.Доменная печь[blast furnace]

Чугун получают из железной руды в доменных печах. Это башня высотой с девятиэтажный дом, расширенная книзу. Стены изнутри выложены огнеупорным кирпичом, а снаружи обшиты стальными листами. Загрузочное устройство имеется на верху доменной печи. Жидкий чугун удаляется через отверстия горна нижней части доменной печи (рис. 4).

Рис. 4. Схема доменной печи в разрезе

В доменном процессе главная задача – восстановление железа из руды коксом, поэтому в чугуне содержатся довольно большие количества углерода (4%), кремния (2–3%), серы и фосфора (до 0,03%). Сера придает сплаву красноломкость, фосфор – хладноломкость.

Первые д. п. в Европе появились в сер. XIV в., а в России — ок. 1630 г. близ Тулы и Каширы. На Урале первый чугун был получен

в1701 г. Раб. пространство совр. д. п. образ, ее футеровкой и подразделяется на следующие основные части (сверху вниз): колошник, шахта, распар, заплечики, горн (рис.). Горн (нижняя цилиндрич. часть раб. пространства), в свою очередь, делится на фурменную зону и металлопри-емник. Подина металлоприемника наз. лещадью, а его часть ниже уровня оси чугунных леток, постоянно заполн. остающ. жидким чугуном, наз. «мертвый» слой. Раб. пространство над горном имеет форму двух усеч. конусов, слож. широкими основаниями с цилиндрич. частью (распаром) м- ду ними. Ниж. усеч. конус наз. заплечиками, над верх. усеч. конусом (шахтой) распол. др. цилиндрич. часть — колошник, на к- рый загруж. шихтовые материалы. В горне происходит горение углерода топлива в струях еж. воздуха (дутья), постулающего от воздуходувной машины через воздухонагреватели и фурм, устр-ва, равномерно установл. по окружности горна. Через фурм, устр-ва вдуваются тж. дополнит, топливо (газообразное, жидкое или пылевидное) и др. добавки. В металлоприемнике скапливаются продукты плавки — чугун и шлак, к-рые пе-риодич. выпускаются через отверстия в футеровке горна — так назыв. чугунные и шлаковые летки. Чугун накапливается в горне под слоем шлака. Раб. пространство д. п. имеет в горизонт, сечении круглую форму, а

ввертик. по оси — своеобразное очертание (профиль); различают проектный (расчетный) и рабочий профили (раб. формир. в завис, от условий работы, конструкции футеровки и системы охлаждения д. п.). Расст. м-ду осью чугун, летки и ниж. кромкой подвижного элемента засыпного аппарата в опущ. сост. назыв. полезной высотой д. п., а соответст. объем рабочего пространства — полезным объемом д. п., ко-лебл. в широких пределах — от 100 до 5500 м3 и более.

Футеровка д. п. заключена в стальной кожух, к-рый через мощное металлич. кольцо (маратор), опирается на колонны, установл. на фундаменте д. п. вокруг ее нижней части. Над кожухом расположено колошниковое устр-во, в состав к-рого входят засыпной аппарат, газоотводы и колошниковый копер. На последнем установлены механизмы управления засыпным аппаратом и монтаж, тележка для его ремонта и смены. Зашита футеровки и кожуха от вые. темп-р обеспечивается пли-товыми

Шихта подается на колошник системой шихтоподачи. Железорудные материалы, флюс и кокс располаг. на колошнике череду-ющ. слоями. Продукты плавки (чугун и шлак) выпускают из леток по желобам, располож. на литейном дворе, в чугуно- и шлаковоз-ные ковши. На д. п., оборудов. установками припечной грануляции, шлак по желобам поступает непосредств. на грануляцию. Образ, в печи домен, (колошник.) газ отводится через газоотводы в куполе печи. Осн. процессы в д. п.: горение топлива, восстановит, процесс, движение шихты и газов, теплообмен, образование чугуна, шлакообразование. У фурм в горне сравнит, небольшой объем раб. пространства занимает окислит, зона, в к- рой сгорает кокс и др. топливо. Работа д. п. может происходить как на атм. дутье (21 % кислорода), так и на комбинир., обогащ. кислородом и сопровожд. вдуванием топливных добавок, горячего восстановит, газа, водяного пара и др. добавок в разных сочетаниях.

Конечный продукт д. п. — чугун, побочные продукты — шлак, домен, газ. Оборотные продукты — колошник, пыль (выносимые с газовым потоком тонкие фракции шихтовых материалов) и скрап (застывший чугун), образующийся в желобах, чугуновозных ковшах и на разливочных машинах.

В д. п. выплавляют передельный, литейный, а тж. спец. чугуны (домен, ферросилиций, ферромарганец, зеркальный чугун, силикошпигель, феррофосфор).

После строит-ва, ввода в действие системы охлаждения и сушки футеровки работа домен, печи начинается с ее задувки. Первый чугун и шлак выпускают через 12-24 ч от начала подачи дутья, после чего кол-во дутья и рудную нагрузку (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постеп. увеличивают, доводя в течение неск. сут. до норм, режима в соответствии с расчетом доменной шихты. Непрер. работа (кампания) д. п. от задувки до выдувки (остановка на капит. ремонт 1-го разряда) продолжается 5- 6, а иногда 10-12 лет и более, в теч. к-рых печь один—два раза останавливается для ремонта 2-го разряда с заменой изнош. футеровки шахты. Все домен, печи России, постр. и реконструир. после сер. 1970-х гг., оснащены АСУТП, обеспеч.: автоматич. работу механизмов и агрегатов ших-топодачи и загрузки, регистрацию масс заг-руж. материалов и поддержание в загруж.

шихте на задан, уровне соотношения масс железорудных материалов и кокса, анализ состояния параметров домен, процесса, разработку и выдачу рекомендаций по управлению процессом, создание базы данных, формирование и выдачу отчетной документации о работе печи, работу аварийной и предупредит, сигнализации. Осн. показатели работы д. п.: суточная произв-ть, т/сут, и расход кокса, кг, на 1 т чугуна. В России произв-ть д. п. хар-риз. тж. коэфф. использования полезного объема (КИПО) — отношением полез, объема, м3, к суточной выплавке передельного чугуна, т. Применение дополнит, топлива позв. уменьшить расход кокса на 8—20 % и снизить се-бест-ть чугуна. В России в 1997 г. ср. значение расхода скипового кокса — 483 кг/т и КИПО 0,66;

8 Мартеновская печь[open-hearth (Martin) furnace, ОН furnace]

.

Мартеновская печь— топливная регенеративная ванная печьтеплообменник периодич. действия для выплавки стали из чугуна и стального лома. Первую кислую мартеновскую печь емкостью 1,5 т построил в 1864 г. франц. металлург П. Мартен (P. Martin) по чертежам немецкого инженера В. Сименса (W. Siemens) на основе принципа регенерации теплоты, предложенной в 1856 г. немецким инженером Ф. Сименсом (F. Siemens). В России первая кислая мартеновская печь емк. 2,5 т была построена в 1866 г. С. И. Мальцевым, а основная мартеновская печь — в 1881 г.

При плавке в мартеновских печах или при электроплавке добавляется в расплавленный чугун железная руда или скрап (отходы ржавого железа, железный лом). Кислород добавляемых оксидов также выжигает примеси, а железо понижает содержание углерода в общей массе металла. Можно переплавлять в печи и железный лом, превращая его в продукт, годный к вторичному употреблению, что экономически весьма выгодно. При использовании железа, спеченного в куски при бездоменном производстве, сталь получают насыщением его углеродом с помощью переплавки с чугуном. Полученные тем или иным методом углеродистые стали с содержанием углерода до 1,3% широко используют в машиностроении, на транспорте, в строительстве и т. п.

которое входит рабочее пространство, головки и вертикальные каналы, расположенные на двух его концах и служ. поперем. для подачи предварит, подогретых

с тремя или пятью раб. («завалочными») окнами, задней стеной, имеющей выпускное отверстие для слива стали и арочным распорно-подвесным сводом. В футеровке свода делают 2-3 отверстия для кислородных фурм. Ванна м. п. емк. до 900 т имеет глубину до 1,8 м и размеры «зеркала» на уровне порога раб. окна 24,0x6,5 м. Для основных м. п. подину и откосы выкладывают периклаз. кирпичом, а раб. слой набивают периклаз. порошком; стены выкладывают — хромитопериклаз. кирпичом, а свод — термостойким периклазохро-мит. кирпичом. В кислых м. п. кладку выполняют из динас, кирпича, а раб. слой подины и откосов набивают кварцевым песком. Наиб, ответств. элемент м. п. — наклонная трехка-нальная головка Вентури [по имени итал. ученого Дж. Вентури (G. Venturi; 1746-1822)], к-рая смешивает подогретые потоки газа и воздуха и направляет высокотемп-рный (до 1750°С) светящийся факел вдоль зеркала ванны, обеспеч. прямой направл. радиац. теплообмен. При работе на мазуте или природном газе примен. двухили одноканальные головки с подачей топлива через форсунку или горелку.

Схема качающуюся м. п., раб. пространство к-рой установлено на несущей качающейся платформе («люльке»). М. п. наклоняют двумя гидроцилиндрами в сторону передней стены на 15° для скачивания шлака и на 25—30° в сторону задней стены для слива металла.Длительность плавки в 200—900-т м. п. 8-12ч при тепловой мощности 30—70 МВт; суточная уд. произв-ть (на ед. пл. пода) 10-12 т/м2; годовая произв-ть 200—700 тыс. т.

В наст, время в России м. п. выводят из эксплуатации и заменяют на др., более эффективные сталеплавильные агрегаты;

9.Конвертор

Конвертерный способ производства стали заключается в том, что через жидкий чугун, заливаемый в конвертер, продувается

воздух. Кислород, находящийся в воздухе, вступает в реакцию с углеродом, кремнием, марганцем и другими примесями в чугуне и окисляет их.

Процесс выплавки стали осуществляется только за счет теплоты химических реакций окисления примесей с учетом физической теплоты жидкого чугуна. Продувка чугуна воздухом производится сверху или через днище в специальных агрегатах — конвертерах.

Сталь в конвертерах выплавляют бессемеровским, томасовским и кислородно-конвертерным способами. Недостатками бессемеровского и томасовского способов является низкое качество стали из-за повышенного содержания азота и необходимости использования только специальных сортов чугуна со строгими ограничениями по содержанию кремния, серы и фосфора. В России бессемеровскую и томасовскую сталь почти не производят. Кислородно-конвертерный процесс выплавки стали с продувкой

технически чистым кислородом сверху позволяет перерабатывать чугуны различного химического состава, включая даже высокофосфористые и природно-легированные.

Конвертеры для продувки жидкого чугуна кислородом сверху имеют глуходонное днище и летку для выпуска жидкого металла. В этих конвертерах реакция окисления примесей происходит интенсивнее, качество сталей значительно улучшается, производительность повышается. Продувка воздухом занимает 15—20 минут. В настоящее время используются кислородные конвертеры емкостью 100—400 т. Объем выплавляемой кислородно-конвертерной стали составляет около 35 % от общего ее производства.

Вращающиеся (роторные) конвертеры были созданы в результате совершенствования конвертерного способа. Печь напоминает бетономешалку и имеет три отверстия: загрузочное, для отводов продуктов горения и летку для выпуска металла. В разогретую печь загружают железную руду и известь, затем заливают жидкий чугун и в жидкую массу металла поверху подают кислород. От загрузки печи до выхода стали проходит 50—60 минут.

Благодаря вращению конвертера вокруг своей оси жидкая сталь в ванне хорошо перемешивается, металл получается более однородным по химическому составу. Кроме того, происходит максимальное удаление серы и фосфора.

10 Электросталеплавильная печь

Электросталеплавильное производство - это получение качественных и

высококачественных сталей в электрических печах, обладающих существеннымипреимуществами по сравнению с другими сталеплавильными агрегатами.

Выплавка стали в электропечах основана на использовании электроэнергии длянагрева металла. Тепло в электропечах выделяется в результате преобразованииэлектроэнергии в тепловую при горении электрической дуги либо в специальных

нагревательных элементах, либо за счет возбуждения вихревых токов.

В отличие от конвертерного и мартеновского процессов выделение тепла в электропечах не связанно с потреблением окислителя. Поэтому электроплавку можно вести в любой среде - окислительной, восстановительной, нейтральной и в широком диапазоне давлений - в условиях вакуума, атмосферного или избыточного давления. Электросталь, предназначенную для дальнейшего передела, выплавляют, главным образом в дуговых печах с основной футеровкой и в индукционных печах.

Рисунок 3. Схема рабочего пространства дуговой электропечи:

1 – куполообразный свод; 2 – стенки; 3 – желоб; 4 – сталевыпускное отверстие; 5 – электрическая дуга; 6 – сферический под; 7 – рабочее окно; 8 – заслонка; 9 – электроды

Дуговые печи бывают различной емкости (до 250 т) и с трансформаторами мощностью до 125 тысяч киловатт.

Источником тепла в дуговой печи является электрическая дуга, возникающая междуэлектродами и жидким металлом или шихтой при приложении к электродам электрического тока необходимой силы. Дуга представляет собой поток электронов, ионизированных газов и паров металла и шлака. Температура электрической дуги превышает 3000о С. Дуга, как известно, может возникать при постоянном и постоянном токе. Дуговые печи работают на

переменном токе. При горении дуги между электродом и металлической шихтой в первый период плавки, когда катодом является электрод, дуга горит, т. к. пространство между электродом и шихтой ионизируется за счет испускания электронов с нагретого конца электрода. При перемене полярности, когда катодом становится шихта - металл, дуга гаснет, т. к. в начале плавки металл еще не нагрет и его температура недостаточна для эмиссии электронов. При последующей перемене полярности дуга вновь возникает, поэтому в начальный период плавки дуга горит прерывисто, неспокойно.

После расплавления шихты, когда ванна покрывает ровным слоем шлака, дуга стабилизируется и горит ровно.

11 Машина непрерывной разливки стали.