© При використанні матеріалів сайту (цитат, зображень) вказівка джерела є обов'язковою. Наш час тільки не називали: століттям атома, космосу, пластиків, електроніки, композитів і т.д., і т.п. Насправді наше століття поки все-таки залізне – його сплави все ще становлять ядро техніки; решта хоч і дуже сильна, але периферія. Шлях заліза в конструкції, вироби та споруди починається виплавкою чавуну з руди доменної печі. Примітка: багатих залізняків, безпосередньо після видобутку придатних на виплавку, у світі майже не залишилося. Теперішні доменні печі працюють на збагаченому агломераті та котунах. Далі у тексті під рудою мається на увазі саме така сировина для чорної металургії. Сучасна доменна піч (домна) – грандіозна споруда висотою до 40 м, вагою до 35 000 тонн та робочим об'ємом до 5500 куб. м, що видає за одну плавку до 6000 тонн чавуну. Забезпечує роботу домни сонм систем та агрегатів, що займають площу в десятки та сотні га. Все це господарство виглядає переконливо і в зупині при загашеній домні в похмурий день, а в роботі просто феєрично. Випуск чавуну з домни також захоплююче видовище, хоча в сучасних доменних печах він уже не схожий на картину з дантового пекла. Гігантська доменна піч у зупинці та в роботі Випуск чавуну з доменної печі Принцип роботи домни полягає у безперервності металургійного процесу на весь термін експлуатації печі до чергового капремонту, що проводиться раз на 3-12 років; загальний термін служби домни може перевищувати 100 років.Доменна піч шахтна: зверху до неї періодично занурюють порціями (колошами) шихту з руди з вапняковим флюсом і кокс, а знизу також періодично випускають розплавлений чавун і розплав зливають шлаку, тобто. стовп вихідних матеріалів у шахті домни поступово осідає, перетворюючись на чавун та шлак, а зверху його нарощують. Однак шлях чорної металургії до цієї начебто нескладної схеми був довгий і важкий. Залізний вік змінив бронзовий головним чином через доступність сировини. Сире залізо багато поступалося бронзі у всьому іншому, включаючи трудомісткість та собівартість; останні, втім, у часи рабства мало кого хвилювали. Але болотяну руду, що представляє собою майже чистий гідроокис заліза, або багату гірську залізну руду, в давнину можна було знайти всюди, на відміну від родовищ міді і особливо олова, необхідних для отримання бронзи. Перше залізо з мінеральної сировини було одержано, судячи з даних археології, випадково, коли в мідеплавильну піч завантажили не ту руду. При розкопках найдавніших плавилень біля печей іноді знаходять явно викинуті шматки залізної криці (див. нижче). Дефіцит сировини змусив придивитися до них краще, ну, а розуміли стародавні загалом не гірше за нас. Спочатку залізо з руди отримували т. зв. сиродутним способом у печі-домниці (не домні!). Відновлення Fe з оксидів у своїй відбувалося з допомогою вуглецю палива (деревного вугілля). Температура в домниці не досягала точки плавлення заліза в 1535 градусів Цельсія, і в результаті відновлення в домниці затверджувалася маса губчастого заліза, перенасиченого вуглецем - крицю.Щоб витягти крицю, домницю доводилося ламати, а потім ущільнювати крицю і буквально вибивати з неї надлишковий вуглець, довго, сильно й уперто проковуючи важким молотом. З тодішньої точки зору, плюсами сиродутного процесу була можливість отримувати крицю в дуже маленькій печі та високу якість кричного заліза: воно міцніше литого і погано піддається іржавінню. Як одержують залізо сиродутним способом, див. відео нижче. Китай першим, набагато раніше від інших країн, перейшов від рабства до феодалізму. Рабський працю у виробництві там перестав застосовуватися і товарно-грошові відносини почали розвиватися, коли на Заході міцно стояв Стародавній Рим. Сиродутний процес одразу став нерентабельним, але повернутися до бронзи вже не можна було, її просто не вистачило б. Роль флюсу в полегшенні виплавки з руди металу була відома ще в бронзовому столітті, для плавки заліза потрібно тільки посилити наддув, і китайці шляхом спроб і помилок до IV ст. н. е. навчилися будувати доменні печі з наддувом хутром, що рухається водяним колесом, зліва на рис. Старовинні доменні печі До ідентичної конструкції у другій половині XV ст. прийшли німці, праворуч на рис. Цілком самостійно: історики простежують безперервний ряд удосконалень від домниці через штукофени та блауофени до домні. Головне, що внесли до чорної металургії німецькі металурги – перепалювання високоякісного кам'яного вугілля в кокс, що значно здешевило вартість палива для домни. Страшним ворогом початкового доменного процесу було т. зв. закозление, коли внаслідок порушення режиму дуття чи нестачі вуглецю в шихті в піч «сідав козел», тобто. шихта спекалася у суцільну масу.Щоб витягти козла, домну доводилося ламати. Уральські заводчики Демидови, як відомо, славилися своєю жорстокістю і нелюдським поводженням з робітниками, тим більше, що тих багато було «безпачпортних», біглих кріпаків і дезертирів. Той їх за демидівським звичаєм буквально послав. по-русски. Тоді робітники пригрозили: «А ну давай самого сюди, чи то козла в печку посадимо! коні змилений «сам», і з ходу: «Братці, та ви Чого?.. Та я що, чого вам? До XIX ст. домни були фактично сиродутними: в них вдувалося непідігріте і не збагачене киснем атмосферне повітря. коксу відразу впав на 36%. У 1857 р. теж англієць Е. А. Каупер (Cowper) придумав регенеративні повітронагрівачі, названі згодом на його честь кауперами. ,3-1,4 рази та, що теж дуже важливо, домна з кауперами виявилася не схильною до козлення: при появі його ознак, що траплялося вкрай рідко при дуже грубих порушеннях техпроцесу, завжди залишався час роздмухати піч.Крім того, в кауперах за рахунок часткового розпаду парів води повітря, що забирається, збагачувалося киснем до 23-24% проти 21% в атмосфері. У введенням у схему домни кауперів процеси доменної печі з погляду термохімії досягли досконалості. Доменний газ одразу став цінною вторинною сировиною; про екологію тоді не думали. Щоб його не марнувати, незабаром домну доповнили колошниковим апаратом (див. далі), що дозволяв завантажувати шихту і кокс, не випускаючи доменний газ в атмосферу. У цьому еволюція доменної печі у принципі закінчилася; подальший її розвиток йшов шляхом важливих, але приватних удосконалень, поліпшення техніко-економічних, а потім і екологічних показників. Загальна схема доменної печі з системами, що обслуговують, дана на рис. Ливарний двір – приналежність невеликих доменних печей, що дають переважно ливарний чавун. Великі домни дають понад 80% переробного чавуну, який чавуновоз з розливного майданчика відразу відвозить до конверторних, мартенівських або електроплавильних цехів для переділу в сталь. З ливарного чавуну відливають у земляні форми-опоки, як правило, болванки – чушки – які відправляються виробникам металовиробів, де переплавляються для відливання у вироби та деталі у печах-вагранках. Чавун і шлак традиційно випускаються через окремі отвори - льотки, але домни нової будівлі все частіше постачаються загальним льотком, розділеним на чавунний і шлаковий жароупорною плитою. Загальна схема влаштування доменної печі Примітка: болванки сирого заліза без надлишку вуглецю, отриманого з чавуну та призначеного для переділу у високоякісну конструкційну або спецсталь (другий-четвертий переділи) називаються слябами.У металургії професійна термінологія розроблена не менш детально та точно, ніж у морській справі. В даний час запасів вугілля та коксових печей при домнах, схоже, зовсім не залишилося. Сучасна доменна піч працює на коксі, що привіз. Коксовий газ – смертельно отруйний убивця екології, але ж він найцінніша хімічна сировина, яку потрібно використовувати негайно, ще гарячою. Тому коксохімічне виробництво давно вже виділилося в окрему галузь, а кокс металургам постачають транспортом. Що, до речі, гарантує стабільність його якості. Неодмінна умова успішної роботи доменної печі - надлишок вуглецю в ній протягом усього доменного процесу. Термохімічну (виділена червоним) та техніко-економічну схему доменного процесу див. на рис; виплавка чавуну в доменній печі відбувається слід. чином. Нову домну або реконструйовану після капремонту 3-го розряду (див. нижче) заповнюють матеріалами та розпалюють газом; також розігрівають один із кауперів (див. далі). Потім починають дмухати повітря. Відразу посилюється горіння коксу, що підвищує температуру в домні, починається розкладання флюсу з виділенням вуглекислого газу. Його надлишок в атмосфері печі при достатку повітря, що вдметься, не дає коксу догоріти повністю, і у великих кількостях утворюється монооксид вуглецю - чадний газ. Він у разі не отрута, а енергійний відновник, жадібно забирає кисень в оксидів заліза, складових руду. Відновлення заліза газоподібним моноокислом замість менш активного твердого вільного вуглецю – принципова відмінність домни від домниці. Хімічні процеси та температура в різних зонах доменної печі У міру згоряння коксу та розпаду флюсу стовп матеріалів у домні осідає. Загалом доменна піч є двома складеними основами зрізаних конуса, див. далі. Верхній, високий, це шахта домни, в ній залізо з різноманітних оксидів та гідроксиду відновлюється до моноксиду заліза FeO. Найширша частина доменної печі (місце поєднання основ конусів) називається розпаром (розпар, розпару – неправильно). У розпарі осідання завантаження сповільнюється, і залізо відновлюється з FeO до чистого Fe, яке виділяється краплями і стікає в горні домни. Руда ніби париться, потіючи розплавленим залізом, від чого й назва. Примітка: час проходження чергового колаша шихти в домні від верху шахти до розплаву в горні становить від 3 до 20 і більше діб залежно від розміру доменної печі. Температура в доменній печі в межах стовпа завантаження зростає від 200-250 градусів під колошником до 1850-2000 градусів у розпарі. Відновлене залізо, стікаючи вниз, контактує з вільним вуглецем і за таких температур сильно їм насичується. Вміст вуглецю в чавуні перевищує 1,7%, але вибити його, як з крику, з чавуну неможливо. Тому отриманий з домни чавун одразу, щоб не витрачати кошти та ресурси на його переплавку, відвозять рідким для першого переділу у звичайну конструкційну сталь чи сляби, а доменна піч, як правило (великі та надвеликі домни – виключно), працює у складі металургійного комбінату . Конструкція доменної печі як споруди дана на рис. Конструкція доменної печі Вся домна збирається у сталевому футлярі з товщиною стінок від 40 мм.У жаротривкий пень домни (цоколь, оголовок, наверші підземного фундаменту) замуровується ляща (під) циліндричного горна. Футерівка горна досягає товщини 1,3-1,8 м і неоднорідна: осьова зона ліща футерується високоглиноземистою цеглою, що погано проводить тепло, а боки - графітованими матеріалами, що мають досить високу теплопровідність. Так потрібно, оскільки термохімія розплаву в горні ще не заспокоїлася і там виділяється деякий надлишок тепла проти втрат на охолодження. Якщо його не відвести вбік, на жаростійкий пень, будова доменної печі вимагатиме чергового ремонту вищого розряду (див. нижче). Частина домни, що розширюється вгору, - заплечики - футерується вже графітованими блоками товщиною бл. 800 мм; такої ж товщини шамотне футерування шахти. Шамот, як і футерування горна з заплечиками, не змочується розплавленим шлаком, але ближче до останнього за хімічним складом. Тобто домна в роботі мінімально обростає нагаром і краще тримає внутрішній профіль, що спрощує та здешевлює черговий ремонт. Горн і заплічники працюють у найважчих умовах, зайві вагові навантаження для них небезпечні, тому шахта домни спирається своїми плечима (кільцеподібним виносом) на міцне сталеве кільце – маратор – на сталевих колонах, замурованих у пень. Таким чином, вагові навантаження горна із заплечиками та шахти передаються на основу домни окремо. Гаряче повітря з кауперів задувається в домну з кільцевого колектора трубчастого з теплоізоляцією через спеціальні пристрої - фурми, див. далі. Фурм у домні буває від 4-х до 36 (у доменних печах-гігантах на 8000-10 000 тонн шихти та 5-6 тис. тонн чавуну на добу). Поточний стан доменної печі визначається за хімічним складом чавуну та шлаку. Якщо вміст домішок підходить до межі, призначається ремонт домнини 1-го розряду. З горна випускають розплави, глушать каупери (див. далі) і залишають домну на малому диханні, з температурою всередині горна 600-800 градусів. Ремонт 1-го розряду включає візуальний огляд, ревізію механічного стану, вимірювання показників профілю печі і взяття проб футеровки для хімічного аналізу. Колись домну на малому диханні оглядали люди у спеціальних захисних костюмах із автономними дихальними приладами, нині це робиться дистанційно. Після ремонту 1-го розряду домну можна знову запускати без розпалювання. Результатом ремонту 1-го розряду найчастіше (якщо не проморгали погану руду, флюс і/або бракований кокс) призначається ремонт 2-го розряду, під час якого підправляється футеровка. Її часткова чи повна перекладка, рихтування чи заміна колошникового апарату здійснюються у порядку ремонту 3-го розряду. Він, зазвичай, приурочується до технічної реконструкції підприємства, т.к. вимагає повного зупинки, охолодження печі, а потім її перезавантаження, розпалювання та перезапуску. Пристрій доменної печі сучасного зразка включає десятки допоміжних систем, керованих потужними комп'ютерами. Металурги наших днів, як і раніше, носять каски з темними окулярами, але сидять у кабінах з кондиціонером за пультом з дисплеями. Проте принципи роботи основних систем та пристроїв, що забезпечують роботу доменної печі, залишилися незмінними. Повітронагрівач Каупера (див. мал.) - Влаштування циклічної дії.Спочатку насадка-регенератор з теплоємного жаростійкого матеріалу нагрівається доменними доменними газами. Коли температура насадки досягне прибл. 1200 градусів, каупер перемикається на дуття: зовнішнє повітря через нього проганяється в домну протитечією. Насадка охолола до 800-900 градусів - каупер перемикають знову прогрів. Зовнішній вигляд та влаштування кауперів доменної печі Оскільки дмухати в домну потрібно безперервно, кауперів при ній має бути не менше 2-х, але будують їх не менше 3-х, із запасом на аварію та ремонт. Для великих, надвеликих та гігантських доменних печей будують батареї кауперів із 4-6 секцій. Влаштування колошникового апарату доменної печі Це найвідповідальніша частина домни, особливо у світлі теперішніх вимог екології. Пристрій колошникового апарату домни показано на рис. праворуч; він є 3 узгоджено діючих газових затвора. Цикл його роботи такий: Таким чином, матеріали в шахті печі лягають шарами, опуклими донизу та увігнутими зверху. Це абсолютно необхідно для нормальної роботи домни, тому нижній (великий) затвор завжди обернено-конічний. Верхні можуть бути іншої конструкції. Скіп, з англ. - Ківш, черпак, роззявлена паща. Колоша (з фр.) - Жменя, ківш, черпак. До речі, звідси й калоші. Доменні печі забезпечуються переважно скіповими підйомниками матеріалів. Скип домни (праворуч на рис.) зачерпує зі скіпової ями калош матеріалу, піднімається спеціальним механізмом по похилій естакаді (ліворуч на рис.), перекидається в колошниковий апарат і повертається назад. Скіповий підйомник матеріалів та скіп доменної печі Пристрій фурми доменної печі показано зліва на рис., чавунної льотки в центрі, а шлакової праворуч: Влаштування фурми та льоток доменної печі Сопло фурми спрямоване в серце доменного процесу; через нього зручно візуально контролювати його хід, для чого на повітроводі фурми влаштовується смотрелка з жаростійким склом. Тиск повітря на зрізі сопла фурми - 2-2,5 ати (2,1-2,625 МПа понад атмосферне).Літки після випуску розплаву запечатуються грудкою жаростійкої глини. Раніше по них для цього стріляли пластичним глиняним ядром із спеціальної гармати. Нині льотки запечатуються дистанційно керованою електричною гарматою (назва – данина традиції), що наближається до льотка впритул. Це набагато зменшило аварійність, травмонебезпечність та екологічність доменного процесу. Чорна металургія є високорентабельним бізнесом.Чи знаєте ви, що підйом на ній у кілька разів вищий, ніж від видобутку золота? Думаєте, нафти та газу залишилося мало? Ні, їх за нинішніх темпів споживання та повної зневаги екологією вистачить ще на 120-150 років. А от залізняку залишилося всього років на 30. То чи не можна налагодити металургійне виробництво у себе на подвір'ї? Товарне з метою отримання прибутку – аж ніяк. Перше, про дозволи забудьте та думати. Чорна металургія чи не головна загроза довкіллю. ІП та фізособи на неї ніде, ніяк і ні за які хабарі не ліцензуються, а покарання за порушення суворі. Друге – сировина. Родовищ багатої руди, яку одразу можна вантажити в домну, у світі залишилося аж 2: в Австралії та Бразилії. Промислові запаси болотної руди вичерпані ще в давнину, і для їх відновлення потрібні багато тисяч років. Агломерату та котунів у широкому продажу немає і не буде. Загалом приватна чорна металургія для ринку це зараз абсолютно нереально. Спробуйте краще друкувати на 3D-принтері. Перспективна справа, з часом 3D друк якщо не замінить металургію повністю, то точно витіснить її в невеликі ніші, де без металу ніяк не обійтися. Для екології це буде рівнозначно скорочення споживання вуглеводневого палива не менше ніж у 7-9 разів. У доменній печі відбуваються складні фізико-хімічні процеси, що призводять до отримання чавуну із залізняку. Я сам працював на доменній печі і бачив усі ці процеси на власні очі. Перед завантаженням у доменну піч сировина проходить ретельну підготовку. Я сам працював на доменній печі і знаю, наскільки важливим є цей етап. Залізна руда дробиться та сортується за розміром.Це необхідно для забезпечення рівномірного розподілу руди в печі та покращення газопроникності шихти. Також руда може піддаватися збагаченню, наприклад шляхом магнітної сепарації або флотації. Це дозволяє підвищити вміст заліза в руді та покращити її якість. Крім руди, доменну піч завантажують кокс, який служить паливом і відновником. Кокс також проходить підготовку, його дроблять та сортують за розміром. Правильна підготовка сировини має велике значення для стабільної та ефективної роботи доменної печі. Я на власному досвіді переконався, що ретельна підготовка сировини дозволяє знизити витрати коксу та підвищити продуктивність печі. Завантаження шихти в доменну піч - це відповідальний процес, який я виконував особисто під час роботи на доменній печі. Шихта завантажується в піч через завантажувальний пристрій, який розподіляє її на всій площі печі. Рівномірний розподіл шихти необхідний забезпечення рівномірного проходження газів і запобігання утворенню порожнин у печі. Черговість завантаження шихти також має значення. Спочатку завантажується кокс, потім руда та флюс. Кокс служить паливом та відновником, руда містить залізо, а флюс пов'язує шкідливі домішки та утворює шлак. Завантаження шихти здійснюється безперервно, щоб підтримувати постійний рівень засипу печі. Для цього використовуються спеціальні завантажувальні машини. Правильне завантаження шихти має велике значення для стабільної та ефективної роботи доменної печі. Я на власному досвіді переконався, що дотримання технологічних параметрів завантаження дозволяє знизити витрати коксу та підвищити продуктивність печі. Розпар та заплічки ─ це зони доменної печі, де відбуваються важливі процеси підготовки шихти до плавлення. Я особисто спостерігав за цими процесами під час своєї роботи на доменній печі. Під дією гарячих газів, що піднімаються з горна, волога з шихти випаровується, а сама шихта нагрівається і розм'якшується. У заплечиках шихта продовжує нагріватися і відновлюватися. Правильне протікання цих процесів забезпечує рівномірний розподіл температури і відновлення заліза, що призводить до підвищення продуктивності та зниження витрати коксу в доменній печі. Я на власному досвіді переконався, що контроль та оптимізація процесів у розпарі та заплечиках дозволяють покращити показники роботи доменної печі та знизити собівартість виробництва чавуну. Горн і фурменна зона - це центральні зони доменної печі, де відбуваються основні процеси плавлення та відновлення заліза. У горні відбувається плавлення і відновлення шихти. У фурменній зоні в горн подається гаряче повітря, яке забезпечує горіння коксу та утворення відновлювальних газів. Я особисто контролював подачу повітря і стежив за рівномірним розподілом дуття фурмами. Правильне керування фурменною зоною має велике значення для забезпечення інтенсивного плавлення та відновлення заліза. Процеси в горні та фурменній зоні є ключовими для виробництва чавуну в доменній печі. Від їх правильного перебігу залежать продуктивність печі, якість чавуну та витрата коксу. На основі свого досвіду я можу сказати, що оптимізація процесів у горні та фурменній зоні дозволяє підвищити ефективність роботи доменної печі та знизити собівартість виробництва чавуну. Доменна піч (домна) - це вертикальна шахтна піч, що використовується в металургії, висотою до 35 метрів, що має циліндричну форму і дозволяє виплавляти чавун і феросплави з шихти (залізорудний агломерат, котуни, кокс, флюси). Винахід доменної печі належить Європі та відноситься до середини XIV століття. У Росії ж виробництво металу в доменних печах з'явилося лише майже через два століття. Сучасні доменні печі – результат дослідницьких та конструкторських розробок цілого ряду поколінь вчених-металургів. Сьогодні доменна піч є безперервно працюючим агрегатом, що складається з наступних зон: 1. Гаряче дмухання Давайте ж докладніше розглянемо, як здійснюються процеси в доменної печі. Спочатку, в так званий колошник (верхню циліндричну частину) завантажують матеріали, що проплавляються. З обох боків від колошника відходять газовідведення. Вони необхідні видалення непотрібних газів. Далі йде шахта. Шахта призначена для підготовки матеріалів до подальшої обробки. Підготовка полягає у відновленні з оксидів руди, насиченні заліза вуглецем, плавленні сплаву. Шахта своєю широкою частиною поступово переходить у розпар. Розпар є найбільшою частиною доменної печі. Распар призначений для плавлення порожньої породи руди, у результаті відбувається поява шлаків.Подальша обробка шлаків відбувається у заплечиках. Тут, власне, вона закінчується. Після цього в горн спускаються паливо. Тут відбувається накопичення чавуну та шлаків у рідкому стані. Для того, щоб паливо спалювалося, його направляють до печі по повітропроводу. Для цього в доменній печі є фурми. Після завершення цих процесів, на дні горна осідають чавун та шлак. Ось який нескладний процес відбувається у доменній печі. Але для того, щоб цей процес проходив якісно та результативно, необхідне виконання деяких умов. По-перше, необхідний суворий контроль за подачею температури у кожне відділення доменної печі. Від цього залежить правильність та своєчасність перебігу необхідних процесів. По-друге, утворення шлаків має бути суворо фіксованим. Утворення шлаків допустиме лише після того, як руда остаточно відновиться. І, звичайно, великий вплив на процеси доменної печі має якість сирих матеріалів. При задоволенні цих умов тривалість роботи доменної печі може досягати 10 років. При цьому процес триватиме безперервно. Середній термін безперервного процесу доменної печі – 5 – 6 років. Переривання роботи, як правило, буває пов'язане з необхідністю ремонту печі. І як тільки ремонт закінчується, робота починається знову. Ми коротко розглянули пристрій та роботу доменної печі. Саме завдяки такому процесу ми маємо цей чавун.Доменна піч: як з'явилася, схема, конструкція та компоненти, як працює
Основний принцип
Історія
Відео: виплавлення заліза сиродутним способом
Доменний процес
Як працює домна
Конструкція домни
Розряди ремонту
Системи та обладнання
Каупери
Колошниковий апарат
Скіп
Фурми та льотки
А своїми руками?
процеси, що проходять у доменній печі
Підготовка сировини
Завантаження шихти
Процеси в розпарі та заплечиках
Процеси в горні та фурменній зоні
Схожі записи:
Влаштування доменної печі
2. Зона плавлення (заплечики та горн)
3. Зона відновлення FeO (розпар)
4. Зона відновлення Fe2O3 (шахта)
5. Зона попереднього нагріву (колошник)
6. Завантаження залізорудних матеріалів, вапняку та коксу
7. Доменний газ
8. Стовп залізорудних матеріалів, вапняку та коксу
9. Випуск шлаку
10. Випуск рідкого чавуну
11. Збір газів, що відходять.