Доменна пещ. Устройство, принцип на действие и предназначение. Устройство и принцип на работа на доменни пещи Температура в доменна пещ

Въпреки големия брой синтетични и полимерни материали, които са широко разпространени в съвременната индустрия и ежедневието, използването на железни сплави не е по-ниско от дланта. Най-критичните части, механизми, инструменти и други компоненти са изработени от различни степени и видове метали, които имат необходимите свойства за решаване на поставените задачи. Активните търсения за пълна замяна на металните сплави все още не са успешни, тъй като разликата в свойствата на материалите е твърде голяма. Развитието на металургията не спира, появяват се нови технологии и методи за производство на високоякостни и твърди материали. В същото време не са забравени старите, традиционни методи за топене на метали, разработвани в продължение на векове и изучавани в детайли от много поколения металурзи. Нека разгледаме дизайна на доменна пещ - един от най-старите проекти за производство на леярски чугун, който се използва активно и до днес.

История

Необходимостта от подобряване на технологията за топене на желязо възникна отдавна. Рудите с ниска топимост, разположени почти на повърхността на земята, нямат големи обеми и бързо се консумират. Съществуващата техника на топене беше несъстоятелна и не позволяваше работа с огнеупорни руди. Имаше нужда от подобряване на съществуващото оборудване и технологии. На първо място, беше необходимо да се увеличат размерите на пещите и значително да се засили режимът на херметизиране.

Първите споменавания на структури, подобни на доменни пещи, са открити в Китай. Те датират от 4 век. В Европа появата на доменни пещи датира от 15 век, преди това са използвани така наречените пещи за издухване на сирене. Непосредственият предшественик на доменната пещ беше каталонската ковачница, която използваше технологични техники, близки до метода на производство на доменна пещ. Неговите отличителни черти бяха:

Непрекъснат процес на подаване на заряд;
Използване на мощни въздушни възли с хидравлично задвижване.

Доменна пещ от 14 век

Обемът на каталунската ковачница беше само 1 m³, което не позволи получаването на големи обеми продукти. През 13-ти век в европейското княжество Щирия е създаден Stutofen, разширена и подобрена версия на каталонската бухалка. Тя била висока около 3,5 м и имала два технологични отвора - долният за подаване на въздух, горният за извличане на крица (желязо). Stukofen произвежда три вида полуфабрикати от желязо:

стомана;
Ковък чугун;
Излято желязо.

Разликата между тях е в съдържанието на въглерод - по-голямата част от него е в чугуна (над 1,7%), в стоманата е под 1,7%, а в ковкия чугун съдържанието е 0,04%. Високото ниво на съдържание на въглерод беше оценено отрицателно, тъй като чугунът не може да бъде изкован, заварен и е трудно да се правят оръжия от него.

Важно е! Първоначално чугунът е класифициран като промишлен отпадък, тъй като не може да се кове. Отношението към него се промени едва след началото на вторичното топене, което започна да се извършва поради недостиг на топими руди. Конвертируемото желязо, получено от чугун, беше с по-високо качество, което послужи като стимул за разширяване на процеса на преобразуване.

По-нататъшното разширяване на капацитета и подобряването на технологията доведоха до появата на blaufen, който вече беше висок около 5–6 m, способен да топи чугун и желязо едновременно. Това вече беше на практика доменна пещ, макар и с малко по-малък, опростен дизайн. Установен е двуетапен процес, когато първият етап е производството на чугун, а вторият е топенето на желязо от него под повишено налягане.

Появата на първите доменни пещи в Европа датира от края на 15 век. Почти веднага подобни конструкции се появяват в Англия, а в САЩ първите доменни пещи са създадени много по-късно - през 1619 г. Първата доменна пещ в Русия е построена от А. А. Виниус в неговата фабрика в Тула. Процесът се състоеше от следните стъпки:

Поставяне на чугун пред устата, разтопяване и източване на чугуна надолу.

Загуба на малко въглерод по време на преминаване близо до фурмите.

Подаване на полученото желязо към дюзата, мощен тласък, по време на който излишният въглерод изгаря и мекото желязо се утаява на дъното.

Желязото беше извадено от дъното на ковачницата и изковано, като се отстрани течната шлака и се уплътниха прасетата. При този метод добивът на готово желязо беше около 92% от първоначалното тегло на чугуна, а качеството му значително надвиши това на критичен продукт.

Кризата с горивата се превърна в сериозен проблем. Дървените въглища са били използвани за топене на рудата, което е довело до унищожаването на горите. Проблемът нарасна до такива размери, че металът беше внесен в Англия от Европа, а по-късно и от Русия, в продължение на 2 века. Оказа се, че гората расте по-бавно, отколкото гори. Опитите за използване на въглища показват, че съдържат голямо количество сяра, което значително намалява качеството на метала. Бяха проведени много експерименти, които не бяха успешни.

Това е интересно! Решението е намерено едва през 1735 г. от английския металург А. Дерби II, който намира начин да превърне въглищата в кокс. Оттогава проблемът с горивото беше преодолян и процесът получи нов тласък за развитие.

Следващото революционно откритие е нагряването на въздуха, използван за презареждане. Това направи възможно значително намаляване на потреблението на въглища с до 36%. Съществуват специални изисквания към степента и качеството на метала по отношение на съдържанието на манган, силиций и фосфор. Технологията и дизайнът на пещите бяха подобрени и допълнени, като малко по малко стигнаха до модерен вид.

Конструкция и принцип на действие

Доменната пещ е структура от вертикален тип шахта, наподобяваща конус, разширяваща се надолу. Височината на пещта може да достигне 70 m, работният обем е 2700 m³. Дневната производителност на доменна пещ с такъв размер достига 5000 тона чугун. Основната характеристика на работата на доменните пещи е непрекъснатостта на процеса. Работата се извършва денонощно и не спира до извършване на основен ремонт или демонтаж на пещта, което може да отнеме период от 3 до 15 години. Ако работата се спре и печката остане без гориво, ще настъпи така нареченото „замърсяване“, втвърдяване на материалите вътре. Невъзможно е да рестартирате пещ, която е била спряна по необичаен начин. Тази специфика принуждава специалистите да се грижат постоянно за поддържането на работния режим на инсталацията, но също така им позволява да постигнат максимална производителност.

Материали, необходими за осъществяване на процеса на доменна пещ:

Въглищен кокс (гориво);
Желязна руда (агломерат, пелети);
Флюс (пясък, варовик и други необходими материали, които организират издигането на шлаката нагоре).

В света има много малко находища на желязна руда, чието качество позволява да се използва в процеса на топене без предварителна обработка. Поради това в повечето случаи се използват специално подготвени суровини - агломерат или пелети, които представляват бучки от обогатен руден материал. Имат формата на кръгли гранули (пелети) или частици с неправилна форма (агломерат) с размер 2–5 cm.

Схема на проектиране на доменна пещ

Конструкцията на пещта е масивна вертикална кула, облицована отвътре с шамотни (огнеупорни) тухли. Монтира се върху солидна основа, повдигната над нулевото ниво до определена височина. Горната, топлоустойчива част на основата се нарича пън. Горната част на фундамента има хоризонтална платформа - платформа, която поема всички динамични и температурни натоварвания, поради което е с водно охлаждане. Фурната е защитена отвън със здрав метален корпус с дебелина 4–6 cm.

Вътрешността на пещта е конусовидна кула, състояща се от няколко секции:

Моя (или османска). Конусовидната част на кулата, постепенно разширяваща се надолу.
Рашпил Най-широката (средна) част на кулата, в която започват процесите на шлакообразуване и топене на суровините. Температурата в тази област варира от 1400°.
Рамене. Сравнително къс участък под формата на конус, стесняващ се отдолу. Тук става окончателното топене на метала. Температурата в тази област е 1600–1900°.
клаксон Долната част на кулата, където са разположени отворите за подаване на въздух (фурми). Там се намират и чугунените и шлаковите кранове (отвори за изпускане на чугун и шлака). Дъното на ковачницата е горната част на основата (дъното).

С помощта на устройство за пълнене сместа и флюсът се подават в пещта. Тъй като чугунът и шлаката се топят и се отстраняват, материалите падат надолу и нови порции заемат тяхното място. Газовете, образувани по време на химически процеси, се отвеждат през тръбопроводи, разположени в горната част на кулата. Те имат висока температура и се използват за нагряване на свежия поток, влизащ в доменната пещ за херметизиране. Отоплението се извършва в каупери - инсталации, които поемат свеж въздух, нагряват в топлообменни устройства и подават горещ въздух към пещта.

Схеми на доменни пещи

Дизайнът на доменните пещи и процесът на топене са практически еднакви във всички страни и нямат фундаментални разлики. Но има различни схеми на носещи конструкции, които имат свои собствени характеристики и специфики.

Характеристики на схеми на различни конструкции на пещи

Шотландска схема (а). Огнището е монтирано върху специални носещи конструкции, наречени основни колони. По правило броят им съответства на броя на фурмите. Това се прави за лесна работа и поддръжка на отворите за подаване на въздух. Ако използвате други опции за поставяне, фурмите ще трябва да бъдат поставени неравномерно, което ще повлияе на режима на налягане и общото качество на метала. Недостатъкът на тази схема е възможността за предаване на вибрации от зареждащите устройства към конструкцията на пещта. Освен това има трудности при извършването на неотложен ремонт или реконструкция. В същото време такава печка е по-евтина и има по-малко тегло, което намалява времето за изграждане.
немски (b). Пожарната яма е монтирана на собствени опори (колони). Това подобрява качеството на ковашкото обслужване, но създава възможност за прекомерно напрежение в областта на рамото поради натоварвания от теглото на кулата. Укрепването на конструкцията създава проблеми с достъпа до раменете, което се отразява на режима и качеството на работа.
Комбиниран (c). В този вариант напрежението върху раменете е намалено, но това става за сметка на по-сложна поддръжка на огнището. В същото време тази схема осигурява висока здравина на корпуса, който продължава да функционира ефективно дори при наличие на забележими пукнатини. Тази характеристика на веригата се оценява от специалисти, работещи със суровини с висок процент цинк. Създава прекомерен натиск върху стените на кулата, което увеличава честотата на големи ремонти.
японски (g). Носещите конструкции са 6 колони, оборудвани със скоби. Въпреки повишената носеща способност, има забележими недостатъци - дисбалансът на натоварването увеличава теглото на опорите, диаметърът на въздуховода се увеличава в сравнение с други варианти на дизайна, което допринася за увеличаване на натоварванията върху оборудването на фурмите. Допълнителен недостатък е трудността при организиране на подов транспорт в зоната на ковачницата.
американски (d). Схемата се отличава с наличието на 4 носещи колони. Предимствата са намалени вибрации, възникващи при работа на товарните механизми, както и значително подобрен достъп до зоната на крана и фурмата.

Тези схеми са разработени и подобрени при различни условия, което е причината за появата на някои разлики в дизайна. Въпреки това, всички те работят доста успешно и произвеждат висококачествени продукти.

Направи си сам доменна пещ

Да направите сами доменна пещ на пръв поглед изглежда смешна идея. Малко вероятно е на някой да му хрумне да организира миниатюрна металургична работилница на своя сайт. Има няколко причини за това:

Липса на суровини. В света са останали само 2 находища с богата руда - в Бразилия и в Австралия. Купуването на пелети или агломерат е почти невъзможно - няма ги в свободна продажба, всички доставки минават през стоковите борси и са в хиляди тонове.
Невъзможно е да се получи разрешение за изграждане на миниатюрно металургично производствено съоръжение. Черната металургия е източник на значителни екологични проблеми, така че никой чиновник не би рискувал да даде разрешение за подобно начинание.
Съседите ще залеят всички власти с жалби, тъй като постоянният дим и дим ще направят живота им непоносим.

Посочени са само най-основните причини; в действителност има много повече. Използването на доменна пещ за производство на метал в частен дом е изключено.

Въпреки това, ако вземете предвид спецификата на доменната пещ, по-специално режима на непрекъснато изгаряне, тогава можете да я използвате за отопление на помещения. Това е ефективно решение за топлоснабдяване както на жилищни, така и на бизнес помещения – гараж, оранжерии, спомагателни постройки и др. тлеене на материала в рамките на 15-20 часа. Това се постига благодарение на ограниченото подаване на въздух, което не позволява на горивото да гори активно и удължава процеса за дълъг период.

Можете сами да направите доменна пещ

Фурната обикновено е направена от метален варел. Внимателно изрежете дъното (ще е необходимо по-късно), монтирайте цевта върху предварително направена основа. Изрязаният кръг е подсилен с канални секции, за да се добави повече тегло - той ще притисне горивото, насърчавайки компактното поставяне и ефективното тлеене. Те изрязват дупка за комина, обикновено е достатъчна тръба с диаметър 10 см. След това трябва да изрежете капак за цевта от лист метал, тъй като дъното вече се използва като налягане за гориво. Изрязва се кръг с подходящ размер и внимателно се заварява към цевта. Прави и дупка за тръбата. В дъното на цевта се изрязва дупка за вратата, през която ще се добавя гориво. Можете да направите допълнителна врата отдолу, за да премахнете пепелта.

Коминът е заварен отгоре, дължината на правата му част (до първото коляно) трябва да надвишава диаметъра на цевта (в идеалния случай много по-голям). По време на работа печката се нагрява много, така че много хора я облицоват с тухли или създават топлоотразяващ екран. Оптималният режим на работа се намира експериментално. Трябва да се спазват мерките за пожарна безопасност, в идеалния случай за такава печка трябва да се отдели отделна стая без запалими предмети.

Видео: раждането на стоманата

Доменната пещ е един от най-старите и доказани проекти. Ефективността му е проверена от времето, технологичните методи и техники са внимателно проучени и тествани. Възможностите на доменната пещ са такива, че работата на такива устройства ще продължи много дълго време, дизайнът и технологиите ще бъдат подобрени.

Чугунът се топи в доменни пещи, които са шахтова пещ. Същността на процеса на производство на чугун в доменни пещи е редуцирането на железните оксиди, включени в рудата, с газообразни (CO, H2) и твърди (C) редуциращи агенти, образувани по време на изгарянето на гориво в пещта.

Процесът на топене в доменната пещ е непрекъснат. Изходните материали (агломерат, пелети, кокс) се зареждат в пещта отгоре, а нагрят въздух и газообразно, течно или прахообразно гориво се подават към долната част. Газовете, получени от изгарянето на гориво, преминават през колоната на заряда и му отдават своята топлинна енергия. Низходящият заряд се нагрява, редуцира и след това се стопява. По-голямата част от кокса се изгаря в долната половина на пещта, осигурявайки източник на топлина, а част от кокса се изразходва за редуциране и карбуризиране на желязото.

Доменната пещ е мощна и високопроизводителна единица, която консумира огромно количество материали. Модерна доменна пещ консумира около 20 000 тона заряд на ден и произвежда около 12 000 тона чугун всеки ден.

За да се осигури непрекъснато доставяне и освобождаване на такива големи количества материали, е необходимо конструкцията на пещта да бъде проста и надеждна в експлоатация за дълъг период от време. Външната страна на доменната пещ е затворена в метален корпус, заварен от стоманени листове с дебелина 25–40 mm. От вътрешната страна на корпуса има огнеупорна облицовка, охлаждана в долната част на пещта с помощта на специални хладилници - метални кутии, в които циркулира вода. Поради факта, че е необходимо голямо количество вода за охлаждане на пещта, някои пещи използват изпарително охлаждане, чиято същност е, че в хладилниците се подава няколко пъти по-малко вода, отколкото при обичайния метод. Водата се нагрява до кипене и се изпарява бързо, абсорбирайки голямо количество топлина.

Вътрешният контур на вертикалното сечение на доменната пещ се нарича профил на пещта. Работното пространство на пещта включва:

огнище;
моята;
пара;
рамене;
рог

Колошник

Това е горната част на доменната пещ, през която се зареждат шихтовите материали и се отстранява доменната пещ или горният газ. Основната част от устройството на доменната пещ е устройството за пълнене. Повечето доменни пещи имат устройства за зареждане с двоен конус. В нормално положение и двата конуса са затворени и надеждно изолират вътрешността на пещта от атмосферата. След зареждане на заряда в приемната фуния, малкият конус се спуска и зарядът пада върху големия конус. Малкият конус се затваря. След като определеното количество заряд е събрано върху големия конус, големият конус се спуска при затворен малък конус и зарядът се излива в пещта. След това големият конус се затваря. Така работното пространство на доменната пещ е трайно запечатано.

Зарядните материали обикновено се подават към гърлото на пещта от едната страна. В резултат на това във фунията на малък конус се образува наклон. Дългосрочната работа на доменна пещ с изкривено ниво на зареждане е неприемлива. За да се елиминира това явление, приемната фуния и малкият конус са направени въртящи се. След зареждане на заряда фунията заедно с конуса се завърта на ъгъл, кратен на 60, поради което след разтоварване на няколко захранвания неравностите се елиминират напълно.

Модерните пещи могат да инсталират устройства за зареждане, които са по-сложни в дизайна. Вместо голям конус е монтиран въртящ се улей, чийто ъгъл може да се регулира. Този дизайн ви позволява да промените местоположението на подаването на материала според диаметъра на горната част.

По време на процеса на топене в доменната пещ се образува голямо количество газ, който се отстранява от горната част на пещта. Този вид газ се нарича горен газ. Газът съдържа запалими компоненти CO и H2 и следователно се използва като газообразно гориво в металургичното производство. Освен това, преминавайки през зарядната колона, газът улавя малки частици от желязосъдържащи материали, образувайки така наречения димен прах. Прахът се събира в специални газови пречистватели и се използва като добавка към шихтата по време на агломерация или производство на пелети.

Моята

Шахтата представлява по-голямата част от общата височина и обем на пещта. Профилът на вала, който представлява пресечен конус, разширяващ се към дъното, осигурява равномерно спускане и разхлабване на шихтовите материали. Значителната височина на шахтата позволява термична и химическа обработка на материалите чрез издигащи се горещи газове.

Raspar

Това е средната цилиндрична част на работното пространство на пещта с най-голям диаметър. Пропарването създава известно допълнително увеличение на обема на пещта и елиминира възможните забавяния на заредените материали.

Рамене

Това е част от профила на пещта, разположена под парната камера и представлява пресечен конус с широка основа, обърната към парната камера. Обратното изтъняване на раменете съответства на намаляване на обема на разтопените материали по време на образуването на чугун и шлака.

клаксон

Това е долната цилиндрична част на пещта, където се извършват високотемпературни процеси в доменната пещ. В пещта се изгаря кокс и се образува доменен газ, възниква взаимодействие между течните фази, натрупване на течни продукти на топене (чугун и шлака) и периодичното им освобождаване от пещта. Ковачницата се състои от горна или фурмена част и долен или метален приемник. Дъното на металния приемник се нарича люспест.

В долната част на огнището има кранове за чугун и шлака, които са отвори за изпускане на чугун и шлака. След освобождаването на чугуна отворът за кран се затваря със специална огнеупорна маса с помощта на така наречения пистолет, който представлява цилиндър с бутало. Преди отваряне на отвора за чугунен кран пистолетът се напълва с огнеупорна маса за крана. След приключване на производството на чугун, пистолетът се довежда до отвора за кран и с помощта на бутален механизъм масата на отвора за кран се изстисква от пистолета и запълва канала на отвора за кран. За отваряне на отвор за чугунен кран се използва специална бормашина, която пробива отвор в масата на отвора на крана, през който се изпуска чугунът.

Шлаковите кранове се намират на височина 1500 - 2000 mm от нивото на чугунения кран и се затварят с шлакова запушалка, която представлява стоманен прът с връх. Чугунът и шлаката, напускащи доменната пещ, се насочват през улеи в кофи за чугун и шлака. В момента шлаката се произвежда главно заедно с чугуна и се отделя от чугуна чрез специално устройство на улея на пещта.

Шлаката, изтичаща от доменната пещ през чугунния кран, се отделя от чугуна върху улея на пещта с помощта на разделителна плоча и проход, които действат като хидравлично уплътнение. Чугунът с висока плътност преминава в процепа под разделителната плоча, докато по-леката шлака се изхвърля в страничен улей.

Ако е необходимо да се достави чугун на други предприятия, той се излива в слитъци (блокове) с тегло 30–40 kg на специална леярска машина.

В горната част на огнището, на разстояние 2700 - 3500 mm от оста на чугунения кран по протежение на обиколката на огнището, на равни интервали са монтирани въздушни фурми, през които се подава струя, нагрята до 1100 - 1300 ° C се подава в пещта, както и природен газ и други горивни добавки (мазут, прахообразно въглищно гориво). Всяка доменна пещ е снабдена с вдухване от собствен вентилатор. Взривното нагряване се извършва във въздушни нагреватели от регенеративен тип, когато под въздействието на топлината на изгорелия газ дюзата на въздушния нагревател, изработена от огнеупорни тухли, първо се нагрява и след това през него преминава въздух, отнемайки топлина от дюзата. По време на периода на нагряване на дюзата газ и въздух се подават към горивната камера за нейното изгаряне. Продуктите от горенето, преминавайки през дюзата, я загряват и отиват в комина. По време на периода на доменно нагряване студеният въздух навлиза в нагрятата дюза, нагрява се и след това се подава в доменната пещ. Веднага след като дюзата се охлади толкова много, че въздухът не може да се нагрее до зададената температура, тя се прехвърля към следващия въздушен нагревател, а охладеният се поставя на отопление. Дюзата на нагревателя се охлажда по-бързо, отколкото се нагрява. Следователно блокът от въздухонагреватели на доменни пещи се състои от 3–4 устройства, от които едно загрява въздуха, а останалите се нагряват. Профилът на доменната пещ се характеризира с диаметрите, височините и ъглите на наклона на отделните елементи. Размерите на някои фурни са показани в таблица 1.

Таблица 1 - Размери на пещта

Размери, мм	Полезен обем на пещта, m3
Размери, мм	2000	3000	5000
Диаметър:
ковачница	9750	11700	14900
разпара	10900	12900	16300
Горна част	7300	8200	11200
Височина:
пълен	32350	34650	36900
полезен	29200	32200	32200
ковачница	3600	3900	4500
мини	18200	20100	19500

Размерите на всяка част от пещта трябва да бъдат свързани помежду си и да бъдат в определени пропорции с размерите на другите части на пещта. Профилът на пещта трябва да бъде рационален, което осигурява най-важните условия за процеса на доменната пещ:

плавно и стабилно понижаване на зарядните материали;
благоприятно разпределение на идващия газов поток;
благоприятно развитие на процесите на възстановяване и образуване на чугун и шлака.

Основните величини, характеризиращи размерите на работното пространство са полезният обем на фурната и използваемата височина. Те включват височината и обема, изпълнен с материали и продукти на топене. При определяне на тези параметри горното ниво се приема за марката на долния ръб на големия конус на устройството за пълнене в спуснато положение, а долното ниво е нивото на оста на отвора за кран от чугун.

Целта на доменната пещ е да извършва процесите на топене на феросплави и чугун. За производството на тези материали се използват суровини от желязна руда. Историята на произхода на името на такова оборудване датира от 14 век. Терминът „домейн“ произлиза от думата издухване. Първите печки се появяват в Европа, а след това, след 16 век, идват в Русия.

Дизайнът на доменната пещ е както следва: пещта е монтирана върху фундамент, а стоманен корпус покрива отвън. Основата е доста висока, нейната повърхностна, топлоустойчива част се нарича пън. Корпусът обикновено е с дебелина от 4 до 6 см, вътре в него, по стените, има огнеупорни продукти. На върха на основата има гребен, който е подложен на хидростатичното налягане на разтопената маса и високи температури. Купчините платика, разположени вътре в корпуса, обграждат специални хладилници. Те са представени от чугунени плочи с намотки, през които циркулира вода.

Незаменимо оборудване в черната металургия

Производството на доменни пещи е една от трудните задачи в областта на металургията. Но в същото време този дизайн датира отпреди повече от един век. С развитието на научния и технологичния прогрес дизайнът на пещта се промени леко, започнаха да се добавят елементи и части, които направиха възможно значително да се ускори производственият процес. Освен това много трудни за управление режими в съвременните пещи са автоматизирани.

Работата на доменните пещи е важен компонент на съвременната желязна и стоманодобивна промишленост. В съвременното производство се използва само оборудване с високо ниво на производителност. Освен това усъвършенстваните доменни пещи са оборудвани със системи за автоматизация. Ролята на автоматизацията е да регулира, контролира и записва основните характеристики на операциите по топене. Модерната пещ може да контролира нивото, на което се излива зарядът, подаването на руда, температурата на взривяване и налягането на газа.

Производителността на такива пещи расте, може да се каже, в крак с времето. Подобренията в системата за топене позволяват да се увеличи производителността на оборудването няколко пъти.

Диаграма на доменна пещ дава визуална представа за това как работи. Тук можете да наблюдавате как дизайнът на оборудването се променя в зони с високи температури. Също така, като вземете предвид диаграмата, можете да видите къде се изсипват компонентите на суровините и до какво ниво.

Процесите в доменната пещ протичат в строго установен ред. Самата пещ има вертикална форма, сравнима с шахтовия тип. Височината може леко да варира, но не надвишава 35 м. Диаметърът на конструкцията обикновено е 2,5 - 3 пъти по-малък. Процесът протича в определена последователност. Първо, желязото се възстановява. Тогава се възстановяват други елементи – фосфор, сяра и др. Получената шлака, която вече е променила значително своите компоненти, се стича надолу и се натрупва в областта на огнището. Това е химичният състав на шлаката, който определя състава на чугуна.

Принцип на работа на оборудването

Принципът на работа на доменната пещ се изразява в няколко физични и химични операции. Наличието на тези операции се определя от температурната област на самата пещ и натоварването на материала. Като цяло могат да се разграничат следните процеси:

процесът на разлагане на варовик, което води до образуването на въглероден анхидрид и калциев оксид;
възстановяване на желязо и други елементи;
карбуризиране на желязо;
топене на метал;
образуването и топенето на шлаката;
изгаряне на гориво и други.

Въздушният нагревател на доменната пещ е устройство, в което въздухът се загрява предварително. След това този въздух се подава в пещта. Ранното оборудване за топене на чугун не е имало такъв елемент като въздушен нагревател. Разработването на устройството направи възможно значително намаляване на разходите за гориво.

Зарядът в съвременния смисъл на думата е смес от кокс, агломериран желязна руда и флюсови суровини. Преди процеса на топене зарядът се подлага на специална подготовка. Първо се натрошава, след това се пресява. След пресяване големите парчета се изпращат за повторно раздробяване.

Резултатът от процеса на горене е повишаване на температурата. Най-високата температура може да достигне повече от 2000 градуса по Целзий. Процесите протичат под налягане на горещи газове. Когато се издигат, тези газове се охлаждат до 300-400 градуса близо до кокошника.

Предназначение на пещите

Производството на чугун в доменната пещ е важен клон на черната и стоманодобивната промишленост. Тази работа изисква не само необходимостта от използване на специално оборудване, но и внимателно спазване на определени технологии. Топенето се извършва в доменна пещ от отпадъчни скали и рудни вещества. Рудното вещество може да бъде червено, кафяво, шпат, магнитна желязна руда или манганови руди.

Намаляването на желязото е един от основните етапи на производството на чугун. В резултат на този процес желязото става твърдо. След това се потапя в пара, което насърчава разтварянето на въглерода в ютията. Така се образува чугун. Именно в горещата част на пещта самият чугун започва да се топи, бавно се спуска към долната част.

Принципът на работа на доменната пещ зависи от вида на това обемно устройство. Има коксови пещи и пещи на дървени въглища. Първите работят на кокс, вторите съответно на дървени въглища. Шахтовата пещ е предназначена за продължителна работа. Формата на това оборудване е два конуса, сгънати с широки страни в основата. Между тези конуси има част от пещта, която има цилиндрична форма - пара.

Промишлена доменна пещ, наречена топилна пещ, е проектирана да прехвърля обработения материал от едно състояние в друго. Така твърдото състояние постепенно, под въздействието на температура, надвишаваща точката на топене, преминава в течно състояние. Доведеният до течно състояние материал може да бъде както в окачено състояние, така и в кристализатор, тигел, руднична ковачница или баня на огнище. Промишлените доменни пещи се използват за производство на метали от руди. Именно в тях протичат процесите на топене на цветни метали и стомана, топене на стъкло и други.

Ремонтът на доменни пещи може да се извърши по няколко начина. Основен ремонт се извършва при необходимост или във връзка с планиран основен ремонт. През този период непрекъснатият процес на работа се преустановява. Основните ремонти са разделени на три вида категории. В първата категория ремонт течните топилни продукти трябва да бъдат напълно освободени от пещта и трябва да се извърши щателна проверка на цялото оборудване. Втората категория показва среден ремонт с подмяна на някои елементи. Третата категория ремонт включва смяна на устройствата за пълнене и настройка на защитата на доменната пещ.

Актуализирано:

2016-08-18

Доменната пещ е незаменимо оборудване в металургичните процеси. Такива пещи се появиха доста отдавна и те направиха възможно топенето на суровини от желязна руда, превръщайки ги в различни битови предмети, военни оръжия и т.н. Как изглежда доменната пещ днес и какво представлява тази единица? За това в нашия материал.

Снимка на доменна пещ

Доменната пещ има дълга история. Такива единици се появяват за първи път в Европа през 14 век.

Само няколко века по-късно, през 16 век, доменните пещи достигат руска територия.

В печките процесът на топене на чугун се извършва непрекъснато. Суровините за топене се зареждат отгоре на пещта, а отдолу са предвидени системи за подаване на гориво и кислород. При нагряване желязната руда се топи.

С висока производителност, печките се отличават с доста прост дизайн и отлична надеждност. Само при такива условия можете да постигнете желания резултат от работата на оборудването.

Но как работи една съвременна доменна пещ?

Дизайнът е устройство с впечатляващи размери, чиято височина може да достигне 30 метра или повече;
Диаметърът на устройството е приблизително три пъти по-малък;
Стените на печката са изработени от шамот или са използвани други материали с отлични огнеустойчиви характеристики;
Долната част на огнището и основата са изработени от карбонови блокове, които имат висока степен на пожароустойчивост. За да се гарантира, че огнеустойчивите характеристики са винаги на високо ниво, са предвидени метални хладилници, през които циркулира водата;
Външно оборудването е затворено в стоманен корпус с дебелина 40 милиметра;
Благодарение на високотехнологичния подход и възможностите на съвременната технология, доменните пещи достигат маса от няколко десетки хиляди тона;
Огромното тегло от около 30 хиляди тона изисква подходяща основа;
Фундаментът се състои от бетонна плоча с дебелина 4 метра с колона и монолитен цилиндър, закрепен към нея. За тяхното производство се използва специален топлоустойчив бетон;
На върха на основата е монтирана пещ на доменна пещ;
Пещта, предназначена за топене на суровини, има впечатляващ обем, тъй като с увеличаване на размера ефективността на оборудването се подобрява;
Най-големите модели доменни пещи имат полезен обем от около 3 хиляди кубически метра;
В горната част на ковачницата са монтирани специални фурми, необходими за подаване на въздух. Няма инсталирани повече от 36 единици;
Една доменна пещ изисква огромно количество въздух, за да работи. За задоволяване на нуждите на печката се използват турбо вентилатори;
Въздушният нагревател, който е необходим структурен елемент, е отговорен за отоплението на въздуха;
Модерните пещи могат да работят без прекъсване в продължение на 10 години. При зареждане на суровини производителят получава чугун на изхода;
Суровините се зареждат с галоши - това са специални, калибрирани порции, с които една доменна пещ може да се справи перфектно;
Една доменна пещ е в състояние да произвежда около 5 хиляди тона чугун на ден;
Процесите на товарене и подготовка са механизирани;
За да се постигне висококачествено топене на чугун, в конструкцията на доменната пещ са предвидени някои спомагателни механизми за товарене и повдигане на използваните суровини.

Характеристики на работа

Запознахме се с конструкцията и някои характеристики на доменна пещ. Сега е необходимо да се разберат технологичните процеси, които се случват в това промишлено оборудване.

Изходните материали са рудни вещества. Това може да бъде всякакъв вид желязна руда или руда, която съдържа манган.
Доменната пещ е устройство за производство на чугун и топенето му от съответните суровини.
Когато зареждате материали във фурната, е важно да спазвате определени пропорции. Правилно подбрана в пропорция смес се нарича смес. Съставът му включва руда, флюс и кокс.
Основната стъпка в процеса на производство на желязо е редуцирането на желязото. Желязо, получено чрез пара, където въглеродът се разтваря, доменната пещ произвежда чугун.
В най-високите температурни точки на доменната пещ чугунът започва да се топи.
Благодарение на добре обмислената схема на работа на доменната пещ, процесът на горене е непрекъснат. Горенето се поддържа от правилно подадени порции въздух.
Въздухът се загрява предварително до необходимите температури, осигурени от технологиите на топилния процес. При подаване на студен въздух фурната не загряваше, а изстиваше. Това би довело до по-бавен процес на топене на продуктите.
Специална тръба осигурява отстраняването на продуктите от горенето.
На изхода доменните пещи произвеждат чугун в течна форма, който се освобождава през специални отвори в долната част на конструкцията.
Голям черпак улавя стопения чугун и го транспортира до цеховете за по-нататъшна обработка.
Преработката на течния чугун в стомана не е задължителен етап от технологичния процес. Всичко зависи от това върху какви задачи е фокусирано металургичното предприятие, използващо доменни пещи.
Остатъците от рециклирани материали не отиват на депото. Те напускат фурната чрез подходящи устройства. Те се наричат шлакови кранове. Тези отпадъци се използват за по-нататъшно производство на строителни материали.

Характеристики на поддръжка и ремонт

Тъй като доменните пещи работят непрекъснато, въпросът за тяхната поддръжка трябва да се подхожда с особено внимание.

Целта на поддръжката е да се предотврати преждевременно износване. За да направят това, отговорните за поддръжката трябва стриктно да разчитат на техническия лист с данни, предоставен от производителя за техните пещи;
Ако има специални правила за работа на конкретна доменна пещ в производството, всички дейности по поддръжката се извършват стриктно въз основа на тях;
При липса на списък с правила трябва да се разчита на други директивни материали;
При възникване на неизправности се извършват периодични ремонтни дейности. В същото време процесът на производство на чугун в доменна пещ не трябва да спира;
Изключение прави основен ремонт, ако е необходимо, доменната пещ се спира.

Основните ремонти са три вида.

Първокласен ремонт. В този случай е необходимо да се извадят всички суровини от пещта и да се извърши визуална проверка на оборудването, което участва в технологичните процеси.
Второкласен ремонт. Осигурява подмяна на елементи, които имат второстепенна роля в конструкцията на доменна пещ.
Ремонт трети клас. Това предполага пълна подмяна на звената, които са необходими за зареждане на суровини и дозиране на изходни материали.

Не са редки случаите, когато доменните пещи се затварят за извършване на ремонтни дейности и допълнителна модернизация на оборудването. По този начин производителят намалява честотата на прекъсване на оборудването, като губи по-малко пари.

Доменните пещи са уникални устройства, които удивляват със своите размери и възможности.

Производителността се определя от размера на пещта. Максималната мощност се наблюдава, когато обемът на шахтовите пещи е 2-5 хиляди кубически метра. м. Диаметърът им е 11-16 м, височината – 32-37 м.

Диаграма на доменна пещ

Шахтовата пещ се състои от следните елементи:
Горна част;
мини;
разпара;
рамене;
ковачница;
платики.

Колошник- един от елементите на работното пространство, който осигурява определено ниво на материали, разпределени по напречното сечение на вала.

Моята– цилиндричната част на доменната пещ, където се поддържа температура, достатъчна за разтопяване на шихтата. В същата част на пещта желязото се редуцира.

Raspar– най-широкият участък от конструкцията, предназначен за основните процеси на топене. Отдолу има рамена, които допринасят за прегряване и движение на стопилката и шлаката към следващата секция на конструкцията.

Ковачницата е поставена над перваза, който е зидария, направена от шамотни тухли. Ковачницата е частта от пещта, където и се събират. Между раменете и огнището има фурми за подаване на горещ (обогатен с кислород въздух) и природен газ.

Принцип на действие

Зарядът се повдига с помощта на скипов подемник и попада в приемната фуния. Съставът на шихтата е представен от варовик, кокс, флюсов агломерат и руда. Има възможност за добавяне на пелети.
Горните конуси (големи и малки) работят последователно, прехвърляйки смес от материали в ствола. По време на работа на доменната пещ се получава постепенно подаване на заряд. Нагряването възниква в резултат на изгаряне на кокс, придружено от отделяне на топлина.

Температурата на газа в огнището варира от 1900 до 2100 градуса по Целзий. Състои се от N2, H2 и CO. При движение в слоя той не само допринася за неговото нагряване, но и задейства процесите на редукция на желязото. Високата температура на газа се постига благодарение на високата температура на въздуха във въздухонагревателите (1000-2000 градуса).
Газ с температура 250 - 300 градуса, идващ от пещта, е горен газ, след отстраняване на праха - взривен газ. Най-ниската калоричност на доменния газ съответства на 3,5 - 5,5 MJ/m 3 . Съставът може да бъде различен, определен в резултат на подаването на природен газ и обогатяването на взрива с кислород и е представен от следните вещества:

N 2 – 43-59%;
CO – 24-32%;
CO 2 – 10-18%;
H 2 – 1-13%;
CH 4 – 0,2-0,6%.

По принцип газът е необходим за придаване на определена температура на дюзите на нагревателите на доменните пещи. В комбинация с природен или коксов газ се използва за различни пещи, включително термични и отоплителни.
Желязото, което влиза в долната част на доменната пещ, се топи и се натрупва в пещта под формата на чугун. Течната шлака се образува от оксиди на желязото, комбинирани с и остава на повърхността на чугуна, тъй като има по-ниска плътност.

Периодично чугунът и шлаката излизат през съответните кранове - чугун, шлака. В случаите, когато количеството шлака е незначително, се използва само чугунен кран. Отделянето на шлаката става на мястото на леене. Температурата на чугуна в течна форма варира от 1420 до 1520 градуса.

Високата производителност на доменната пещ се постига благодарение на наличието на мощни въздухонагреватели, които са регенеративни топлообменници. Въздухонагревателите за доменни пещи често се наричат cowpers в чест на техния създател.
Cowper е вертикално разположен корпус с цилиндрична форма, направен от листови и тухлени капачки. Горивната камера на въздушния нагревател, а именно долната му част, се състои от горелка и въздуховод за горещ въздух. В пространството на поддюзата са използвани вентили, които позволяват да се осигури връзка с изхода към димоотвода и канала за студен въздух.

Съвременният вариант на шахтовата пещ е изпълнен с четири каупера, работещи редуващо се: нагряването на дюзата на единия от двата каупера се получава от поемането на нагорещени до висока температура димни газове, а през третия каупер прониква нагрят въздух. Четвъртият каупер е резервен.

Продължителността на обдухването е 50-90 минути, след което изстиналият каупер се загрява, а струята се извършва в следващия най-горещ каупер. При загряване горелката работи и димните газове навлизат в димоотвода през отворения клапан безпрепятствено. По това време клапаните, разположени на въздуховодите за горещ и студен въздух, са затворени.
В резултат на изгарянето на горивото се образуват продукти от горенето, които се движат нагоре и навлизат от горивната камера в подкуполното пространство, след което се спускат и загряват дюзата. Едва след това горивните продукти с температура 250-400 градуса влизат в комина през димния клапан.

По време на взривяване се случва обратният процес: димният клапан е затворен, горелката не работи, докато клапаните, монтирани на въздуховодите за топъл и студен въздух, са отворени. Студената струя се подава в пространството на поддюзата под налягане от 3,5-4 atm, след това се движи през нагрята дюза и в загрята форма преминава през горивната камера в канала за горещ въздух, откъдето се подава към пещ.

При определени условия струята може да бъде навлажнена и обогатена с азот или кислород. Когато се използва азот, е възможно да се използва икономично и да се контролира процеса на топене в доменна пещ. Възможни са и икономии на кокс в резултат на обогатяване на взрива с кислород до 35-40%, когато се комбинира с природен газ. Чрез повишаване на влажността до 3-5% е възможно да се получи по-висока температура на нагряване на струята в каупера. Такива резултати се постигат благодарение на интензификацията на лъчистия топлообмен в дюзата.

Височината на кауперите е около 30-35 м, диаметърът е не повече от 9 м. Горната и долната част на дюзата са направени съответно от силициева или високоалуминиева тухла и огнеупор. Клетките от 4545, 13045, 110110 mm са създадени от опаковани тухли с дебелина 40 mm. В доменните пещи се използват и други дюзи, а именно дюзи, състоящи се от блокове с шест страни, с хоризонтални проходи и кръгли клетки. Използват се и дюзи, базирани на топки с високо съдържание на алуминий.

За всеки кубичен метър обем на тухлената дюза се осигурява приблизителна нагревателна повърхност от 22-25 квадратни метра. м. Обемът на доменната пещ е 1-2 пъти по-голям от обема на дюзата на каупера. Например, с обем на пещта от 3000 кубически метра. m cowper обем ще бъде около 2000 кубически метра. м (3000/1,5).

Най-често срещаните са кауперите, оборудвани с вградена горивна камера. Сред основните им недостатъци са прекомерното нагряване на покрива и деформация на горивната камера в резултат на продължителна работа на пещта. Кауперната горелка може да бъде дистанционна, а горивната камера може да бъде разположена и под купол. С външна горелка се осигурява висока издръжливост и удобство, но цената на такива устройства е най-висока. Кауперите, оборудвани с горивна камера под купол, са най-евтините, но процесът на работа е по-сложен, тъй като горелката и клапаните са разположени доста високо.

По време на процеса на продухване температурата, до която се нагрява въздухът (1350-1400 градуса) постепенно намалява и варира от 1050 до 1200 градуса. При използване на стационарна доменна пещ подобни разлики се избягват чрез регулиране на температурата. Необходимите индикатори се появяват в резултат на добавянето на студен въздух, идващ от канала за студен въздух. Температурата на взривяване намалява до 1000-2000 градуса, а с това и съдържанието на студен въздух в сместа.

Приблизителен материален баланс за производство на чугун в доменна пещ

Нека разгледаме топлинния баланс на топенето на 1 kg чугун. При съставяне на баланси се вземат предвид агломерат, чугун, шлака и доменен газ.

Пелети: железен (III) оксид – 81%, силициев диоксид – 7%, калциев оксид – 5%, железен (II) оксид – 4%, оксид и оксид – 1%, манганов оксид – 0,3%, фосфорен оксид – около 0,09 %, сяра - около 0,03%.

Агломерат: железен (III) оксид – 63%, железен (II) оксид – 16%, калциев оксид – 10%, силициев диоксид – 7%, алуминиев оксид – 2%, магнезиев оксид и манганов оксид – 1%, фосфорен оксид – около 0,25%, сяра - около 0,01%.

Чугун: желязо – 94,2%, въглерод – 4,5%, манган – 0,7%, силиций – 0,6%, сяра – около 0,03%.

Шлака: калциев оксид – 43%, силициев диоксид – 36%, алуминиев оксид – 10%, магнезиев оксид – 7%, манганов оксид – 2%, железен (II) оксид и сяра – 1%.

Доменен газ: азот – 44%, – 25,2%, въглероден диоксид – 18%, водород – 12,5%, метан – 0,3%.

Нека анализираме разхода на гориво в резултат на използването на флюсов агломерат. Разходите за гориво се определят въз основа на потреблението на природен газ и кокс (510-560 kg еквивалент гориво/t сплав), общо с потреблението на газ, използван за отопление на въздухонагревателя (90-100 kg еквивалент гориво/t сплав), с изключение на производството на доменен газ (170-210 kg еквивалент на гориво/t сплав). В резултат на това общият разход е както следва: 535 + 95 - 190 = 440 (kg s.e./t сплав).

Като се има предвид, че определено количество гориво вече е изразходвано за производството на кокс и агломерат (съответно около 430-490 кг на 1 тон сплав и 1200-1800 кг на 1 тон сплав), общото необходимо потребление на първично гориво за производство на тон сплав е: 440 + 40 + 170 = 650 (kg s.e./t), от които 170 и 40 kg s.e./t, изчислени за тон сплав, се изразходват за производството на кокс.

Производителността на доменната пещ се оценява чрез коефициента на използване на полезния обем (VUF). Индикаторът се изчислява като съотношението на полезния обем на конструкцията към топенето на чугун в рамките на 24 часа. За съвременните печки нормата е 0,43-0,75 кубически метра. m ден/t. Колкото по-нисък е CIPO, толкова по-ефективно се използва фурната.
По-логично е индикаторът да се разглежда като съотношение на производителността към единица обем. По-удобно е да се използва показателят за специфичната производителност на доменна пещ (Pu = 1/KIPO), чиято стойност е 1,3-2,3 тона (куб.м/ден).

Икономията на гориво е възможна, като следвате тези препоръки:

Увеличаване на налягането на газа в горната част до 1,5-2 atm (чрез намаляване на обема на газовете е възможно да се намали отстраняването на горния прах или да се увеличи скоростта на взривния поток);
използването на пулверизирано въглищно гориво в пещта за спестяване на около 0,8 kg кокс на килограм пулверизирано въглищно гориво;
повишаване на температурата, до която се нагрява въздухът в кауперите, за да се намали консумацията на кокс;
използването на топлина от изгорели газове от каупер, за да се повиши температурата на въздуха и доменния газ, преди те да бъдат доставени в горивната камера;
доставка на нагрети редуциращи газове по същия начин, както в метализационните пещи (възможно е да се намали потреблението на кокс, възможно е спестяване на до 20% гориво);
използването на физическа топлина от огнени течни шлаки (решението на този проблем е обещаващо, но все още не е приложено поради периодичното отделяне на шлаки).