Непрерывная разливка стали на МНЛЗ

Непрерывная разливка стали на МНЛЗ состоит в том, что жидкий металл непосредственно из ковша или через промежуточное устройство непрерывно заливается в верхнюю часть водо охлаждаемого кристаллизатора, в который предварительно вводят затравку того же поперечного сечения, что и слиток. Верхний торец затравки служит дном для первых порций металла. По мере затвердевания отливаемая заготовка с помощью тянущих механизмов вытягивается вниз.

Непрерывная разливка стали для отливки сортовых и листовых заготовок характеризуется следующими технико-экономическими преимуществами по сравнению с производством заготовок из слитков:

• Значительно сокращается расход металла на тонну готовой продукции (с 12-25 до 3-5%) в результате уменьшения отходов донной и головной частей слитков.
• Улучшаются условия труда в разливочном пролете, поскольку отпадает выполнение тяжелых работ по подготовке изложниц к разливке, раздеванию слитков и др. Процесс подготовки и разливки на машинах непрерывной литья заготовок (МНЛЗ) является механизированным и в значительной степени автоматизированным вплоть до резки и уборки заготовок.
• При непрерывной разливке стали уменьшаются капитальные и эксплуатационные затраты в связи с отсутствием надобности в обжимных станах.
• Механизация и автоматизация процесса на МНЛЗ обеспечивает постоянство условий производства и повышение производительности труда примерно на 20-25% по сравнению с цехами, где сталь разливают в слитки.

В связи с этими преимуществами непрерывная разливка стали интенсивно развивается и внедряется во всех странах мира.

Рисунок 1.14. Машина непрерывного литья заготовок (МНЛЗ)

а - вертикальная; б - с изгибом слитка; в - радиальная; 1 - сталеразливочный ковш; 2 - промежуточный ковш; 3 - кристаллизатор; 4 - зона вторичного охлаждения; 5 - тянущие валки; 6 - автоматический резак; 7 - подъемник; 8 - рольганг; 9 - изгибающий механизм

Наибольшее распространение получили машины непрерывного литья заготовок (МНЛЗ) вертикального типа (рис. 1). Жидкий металл, подаваемый на МНЛЗ в сталеразливочных ковшах емкостью 10-200 т, через промежуточное устройство поступает в водоохлаждаемый кристаллизатор. Промежуточное устройство (ковш) предотвращает попадание жидкого шлака в кристаллизатор, обеспечивает возможность более плавного и точного регулирования скорости разливки. Для регулирования скорости разливки промежуточный ковш оборудуют стопорными механизмами, число которых определяется количеством одновременно заполняемых кристаллизаторов (1-6). Соответственно машина непрерывного литья заготовок может быть одно-, двух ручьевой и т. д.

Конструкция и режим зоны вторичного охлаждения МНЛЗ должны обеспечивать, с одной стороны, достаточно быстрое затвердевание слитка, с другой - охлаждение, которое протекает достаточно медленно, чтобы избежать образования трещин. Наиболее широкое распространение получила конструкция ролико форсуночного охлаждения, в которой предусмотрены форсунки для механического распыления воды с регулированием ее подачи и ролики в зоне вторичного охлаждения, обеспечивающие равномерное распределение воды по поверхности слитка и предохраняющие в то же время грани слитка от распирания, что особенно важно при непрерывной разливке слитков большого сечения.

Обычно зону вторичного охлаждения МНЛЗ делят на несколько секций с различным расходом воды. Общий расход воды на вторичное охлаждение заготовок сечением 150 x640 мм составляет 45-65 м³/ч, сечением 170x1050 мм 65-80 м³/ч.

Продвижение слитка, при непрерывной разливке стали, через машину непрерывного литья заготовок осуществляется с помощью тянущих валков, расположенных в одной или двух клетях. Обжатия слитка в тянущих клетях не происходит.

По мере опускания нижнего полностью затвердевшего конца слитка от него периодически отрезаются заготовки заданной длины с помощью кислородно-газовых резаков. Заготовки подаются на уровень пола цеха либо по наклонному транспортеру, либо вертикальным лифтом.

МНЛЗ вертикального типа наилучшим образом обеспечивает оптимальные условия кристаллизации и вытягивания слитка. Однако такая установка требует значительной высоты несущих конструкций при расположении машины непрерывного литья заготовок на уровне пола цеха. Возрастают, естественно, и капитальные затраты на строительство разливочного отделения.

Высота МНЛЗ с изгибом слитка и радиальных меньше, чем вертикальных машин непрерывного литья заготовок. Изгиб слитка с переводом его в горизонтальное направление осуществляется на установке вертикального типа после тянущих клетей (рис. 1, б). Резка слитка на заданные длины осуществляется на горизонтальном участке. Известны также установки с изгибом слитка по дуге окружности, начинающейся непосредственно за кристаллизатором.

В машины непрерывного литья заготовок (их еще называют УНРС) радиального типа сам кристаллизатор имеет форму дуги определенного радиуса закругления (рис. 1, в). При выходе из кристаллизатора слиток попадает в жесткие клети вторичного охлаждения, составленные из роликовых секций, охлаждаемых системой водяных форсунок.

Величина радиуса закругления кристаллизатора МНЛЗ определяет в основном высоту установки. Радиус закругления кристаллизатора и клетей вторичного охлаждения рассчитывают таким образом, чтобы при выходе в горизонтальное положение заготовка полностью затвердела. Минимально допустимый радиус закругления, найденный по опытным данным, составляет 30-35 б, где б - толщина слитка, мм.

Из зоны вторичного охлаждения заготовка попадает в правильнотянущие клети, где одновременно с вытягиванием заготовки происходит ее выпрямление.

Меньшая высота МНЛЗ с изгибом слитка стали и радиальных, обеспечивающая лучшие возможности вписаться в габариты разливочных пролетов сталеплавильных цехов, является причиной преимущественного строительства таких машин непрерывного литья заготовок

Типы кристаллизаторов МНЛЗ УНРС. Кристаллизатор служит для обеспечения начальной кристаллизации и формирования слитка стали. Наибольшее распространение получили сборные кристаллизаторы, состоящие из попарно скрепленных винтами стальных 3 и медных 2 (внутренних) пластин (рис. 1). По зазору 4 между пластинами протекает охлаждающая вода. Толщина медных пластин кристаллизатора обычно составляет 12-20 мм, однако применяют и более тонкие пластины толщиной 5-6 мм.

Иногда применяют кристаллизаторы МНЛЗ из цельного литого или кованого медного блока с толщиной стенки 150-175 мм, в которой просверливают отверстия для обеспечения водяного охлаждения.

Как правило, в одном корпусе собирают все типы кристаллизаторов МНЛЗ - по числу ручьев в машине (1-6). Вода для охлаждения медных стенок кристаллизатора проходит в каналах со скоростью 6-10 м/с, 1 нагреваясь на 2-10° С. Общий расход воды зависит от сечения заготовки и составляет примерно для заготовок сечением 150x640, 150x800 и 170x1030 мм соответственно 180, 240 и 280 м³/ч.

Стенки кристаллизатора выполняют прямыми или волнистыми. По высоте кристаллизатора стенки обычно располагают параллельно друг другу. При отливке плоских заготовок большого сечения стенкам придается часто обратная конусность до 1 %, учитывая, что в результате усадки заготовка отходит от стенок и отвод тепла в этих зонах заметно уменьшается.

Рисунок 1.15. Кристаллизатор МНЛЗ УНРС

Высота кристаллизатора МНЛЗ должна обеспечивать образование достаточно толстой корки в заготовке при выходе, исключающей возможность ее прорыва. Для отливки квадратных заготовок сечением менее 200x200 мм применяют кристаллизаторы длиной 500-800 мм. Длина кристаллизаторов, предназначенных для отливки квадратных и круглых заготовок большого сечения, достигает 1000-1100 мм. Наконец, для отливки заготовок прямоугольного сечения толщиной до 200 мм и шириной до 1200 мм применяют кристаллизаторы длиной от 500-800 до 1500 мм.

С целью предотвратить подвисание заготовки кристаллизатору МНЛЗ придают возвратно-поступательное движение(качание) с шагом 10-50 мм. Синхронизация режима работы механизма качания кристаллизатора МНЛЗ и тянущей клети обеспечивается применением соответствующей электросхемы, или рычагов и эксцентриков, или, наконец, гидравлической системы качания кристаллизатора.

Для уменьшения трения между стенками кристаллизатора МНЛЗ и поверхностью заготовки в процессе разливки кристаллизатор смазывается, как правило, автоматически и реже вручную из масленок.

Смазка подается либо через каналы, просверленные в стенке кристаллизатора несколько выше мениска металла, либо в верхнюю часть кристаллизатора, откуда она стекает ровным слоем по стенке. В качестве смазки используют парафин, сурепное, репейное и рапсовое масло. Расход смазки составляет 50-150 г на 1 т металла.

Основной причиной выхода из строя кристаллизатора является износ и деформация медных стенок, раскрытие стыков между стенками и выработка меди в местах стыков. Для восстановления медных стенок часто прибегают к их переточке.

Резка слитков стали. После зоны вторичного охлаждения заготовки выполняют резку слитков стали с помощью газокислородных горелок на куски заданной длины. При поступлении заготовки в зону резания газовый резак, смонтированный на каретке, обеспечивающей ему горизонтальное и вертикальное движение, соединяется с помощью пневматических захватов с заготовкой и двигается со скоростью вытягивания.

Для измерения общей длины заготовки и выдачи сигналов для мерной резки слитков применяют устройства различной конструкции — от простейших крупногабаритных часов с импульсным приводом для указания общей длины заготовки и шаговых искателей для выдачи команды на мерный рез до бесконтактных устройств.

В зависимости от расхода воды и способа вторичного охлаждения температура поверхности заготовки перед резкой слитка стали может колебаться в широких пределах — от 300 до 700° С. Перед резкой слитка край, в месте начала резки подогревается газокислородным пламенем той же режущей горелки. После подогрева переходят на режим резки слитка, осуществляемой при более высоком давлении кислорода [1—1,4 МПа (10—14 ат)]. При скорости резки 270—350 мм/мин общий расход кислорода составляет 90—105 м³/ч.

Скорость кристаллизации слитка стали. В кристаллизующейся заготовке при непрерывной разливке можно выделить три зоны:

• жидкого металла,
• двухфазной области
• затвердевшего металла.

Расстояние от зеркала жидкого металла в кристаллизаторе до места соприкосновения фронтов кристаллизации в центре слитка, так называемая «глубина лунки», определяет общую высоту установки. К месту разрезки заготовок слиток должен быть полностью затвердевшим.

Скорость образования корочки твердого металла в самом кристаллизаторе, как показали исследования, хорошо описывается уравнением: хорошо описывается уравнением.

Средний коэффициент затвердевания заготовок круглого сечения диаметром 170-190 мм равен для низкоуглеродистых сталей 25-26 мм/мин 0,5, для высокохромистых 22-24 мм/мин 0-5, для высоколегированных хромоникелевых и хромоникель марганцовистых сталей 18-20 мм/мин 0,5, наконец, для жаропрочных сталей на никелевой основе 11-13 мм/мин 0,5.

Для обеспечения нормальных условий разливки толщина корочки при выходе слитка из кристаллизатора должна быть не менее 2,5 мм.

При рабочей длине кристаллизатора, равной 100 см, скорость разливки для заготовок низкоуглеродистой стали разных сечений изменяется в следующих пределах:

Сечение, мм	Скорость разливки см/мин
175 х 1070	60 - 75
210 х 1090	55 - 60
280 х 950	45 - 60

Качество слитка стали. Макроструктура прокатанного металла, полученного из слитков непрерывной разливки, во многом зависит от степени развития в них усадочных пороков, а также внутренних горячих трещин и осевой ликвации. Для полного заваривания осевой пористости и внутренних горячих трещин в слитках квадратного и круглого сечения достаточно, чтобы коэффициент вытяжки при прокатке был равен 4-5, а для среднелегированной и инструментальной стали значительно выше, порядка 6-8. В то же время для получения удовлетворительных механических свойств проката достаточно проводить 4-6-кратное обжатие.

При прокатке обычных слитков степень обжатия, как правило, бывает выше 10-20, а при прокатке непрерывного слитка она часто составляет 4-6. Это обстоятельство необходимо учитывать при сравнении качества слитков стали непрерывной разливки, полученных двумя разными способами.

Макроструктура готового сортового проката, полученного из квадратных заготовок непрерывной разливки, бывает плотной, с равномерным распределением ликвирующих элементов. В прокате высоколегированных сталей отмечена более мелкая ледебуритная или цементитная сетка по сравнению с готовым прокатом из обычных слитков, что следует объяснить более быстрым охлаждением металла.

Более высокое качество слитка стали непрерывной разливки по сравнению с обычным приводит к тому, что в ряде случаев для достижения одинаковых механических свойств для непрерывного слитка требуется меньшее обжатие. Так, например, по данным завода «Красное Сормово», с увеличением степени обжатия как непрерывного слитка стали сечением 200 X 200 мм, так и обычного сечением 300 X 300 мм пластические свойства (относительное удлинение и сжатие поперечного сечения) низкоуглеродистой стали заметно возрастают с повышением степени обжатия. В то же время 10-кратное обжатие слитка стали непрерывной разливки обеспечивает такие же значения пластических свойств поперек и вдоль направления прокатки, какие достигаются у образцов из слитка стали обычной разливки только при 22,5-кратном обжатии.

Пластические свойства трансформаторного листа, прокатанного из слитка стали непрерывной разливки сечением 200 X 200 мм, по данным Верх-Исетского завода, также лучше, чем из обычного слитка, что позволило повысить содержание кремния в стали до 4,6—4,7% (вместо 4—4,3%). Относительно большая скорость кристаллизации слитка непрерывной разливки при небольших поперечных размерах обеспечивает равномерное распределение мелких включений по объему металла.

В настоящее время на отечественных заводах на МНЛЗ разливают стали большой группы марок: углеродистые, легированные, инструментальные, электротехнические, нержавеющие и др. Однако стали многих высоколегированных марок и сплавы еще не разливают на этих установках. Непрерывное совершенствование технологии непрерывной разливки (выбор оптимальной температуры разливки, характер возвратно-поступательного движения кристаллизатора, смазки и т. п.) является залогом возможности расширения сортамента сталей, отливаемых на МНЛЗ.

II.МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

5.МЕТОДИЧКИЕ УКАЗАНИЯ К ПРАКТИЧЕСКИМ ЗАНЯТИЯМ

5.1. Cамостоятельная работа №1

Введение в металлургию. Общие понятия о производстве черных металлов

Металлургией называется наука о способах производства металлов и сплавов на их основе, а также отрасль промышленности, произ­водящая металлы и сплавы.

Цель работы - изучить теоретические основы металлургических процессов. Получить представление о способах производства чугуна и стали как основных материалов, применяемых в машиностроении.

Получить навыки по выбору приоритетных технологий, позво­ляющих повышать эффективность производства и улучшать качество получаемых сплавов.

Теоретические основы металлургических процессов

Основные вопросы темыИсходные материалы для металлургии (руда, флюсы, огнеупор­ные материалы, металлургическое топливо).

Принципиальная схема получения химического элемента из руды (дробление, окомкование, обогащение руды, шлакование, восстановление элемента из его оксида).

Флюсы и шлаки, их роль в металлургическом процессе; основ­ность флюсов и шлаков, правила их подбора.

Огнеупорные материалы; примеры огнеупоров, их химические и физические свойства.

Металлургическое топливо; виды топлива, искусственное и есте­ственное топливо. Пути повышения температуры горения топлива.

Принципиальная схема выделения искомого элемента из руды. Исходными материалами для металлургии являются: руда, флюс, огнеупорные материалы, металлургическое топливо.

Руда - это полезное ископаемое, содержащее искомый элемент в таком количестве и такого качества, которые допускают экономически выгодное извлечение его в промышленном масштабе. Состав руды - это рудное тело и пустая порода. Рудное тело - часть руды, содержащая искомый элемент Ме^[1], чаще соединенный с кислородом. Пустая порода - балласт, т.е. горная или другая порода, не содержащая иско­мого элемента. В основном пустая порода содержит следующие хими­ческие соединения: SiO₂-кремнезем; А1₂0₃-глинозем; МgО-магнезия; СаО-известь. Как видно, в составе пустой породы преобладают оксиды.

Процесс получения искомого элемента из руды включает в себя два этапа: отделение пустой породы от рудного тела и выделение ис­комого элемента из его оксида.

Частичное отделение пустой породы от рудного тела вне метал­лургического агрегата с целью повышения содержания искомого эле­мента в руде называется обогащением. Этот процесс основан на раз­личии физических свойств рудного тела и пустой породы. Так, при маг­нитном обогащении используется различие магнитных свойств рудного тела железной руды и пустой породы. Флотация, которой чаще под­вергаются медные руды, основана на различной смачиваемости рудно­го тела и пустой породы. Способ сепарации основан на использовании различий по плотности частиц рудного тела и пустой породы.

В результате процесса обогащения получают концентрат, в кото­ром содержание искомого элемента Ме значительно выше, чем в руде.

Эффективность работы металлургического агрегата зависит от размера кусков исходного материала. Крупные фрагменты руды под­вергаются дроблению, сортировке, а мелкую руду окусковывают. Су­ществует два метода окусковывания: агломерация и окатывание.

Агломерацией называется процесс спекания мелкозернистой руды или концентрата с твердым топливом, а иногда и с флюсом (оф­люсованный агломерат). Еще больший эффект получается при окаты­вании, в результате чего получают окатыши-шарики диаметром до 35 мм, которые затем подвергаются обжигу.

Комплекс исходных материалов, загружаемых в металлургический агрегат, называется шихтой.

Окончательное отделение пустой породы от рудного тела проис­ходит в самом металлургическом агрегате в результате процесса шла­кования. Для этого в состав шихты вводят флюс. Флюс сплавляется с окислами пустой породы, золой, другими неметаллическими включе­ниями; происходит образование легкоплавких соединений, которые не растворимы в металле, а растворимы в шлаке, идет процесс шлакооб­разования. Обычно окислы, составляющие пустую породу, имеют высо­кую температуру плавления (выше температуры плавления основного металла, а зачастую и выше температуры рабочего пространства пе­чи.) При взаимодействии с флюсом температура плавления пустой по­роды снижается. Так, кварцевый песок SiO₂ плавится при температуре 1710⁰С, а известь СаО - при 2000⁰С. Продукт их сплавления в соотно­шении 50% СаО на 50% SiO₂ имеет температуру плавления 1170⁰С (рис 5.1).

100 50 0% SiO2 Рис.5.1. Диаграмма состояния расплава Са0-SiO2

Рассмотрим процесс шлакования, который имеет место в домне при производстве чугуна. В качестве флюса применяют известняк СаСО₃. Прогревшись в домне до температуры порядка 600⁰С, он начи­нает разлагаться, выделяя основной оксид СаО, который в свою оче­редь будет взаимодействовать с кислым оксидом SiO₂, являющимся основной составляющей пустой породы железных руд. В результате образуется комплексное соединение, переходящее в шлак. Условно данную химическую реакцию можно записать следующим образом:

CaCO ® CaO + CO₂ (5.1)

m(SiO₂) + n(CaO) ® (SiO₂)m (CaO)n (5.2)

Основной принцип шлакования заключается во взаимодейст­вии кислых и основных оксидов с образованием комплексных соедине­ний, не растворимых в металле, но растворимых в шлаке.

Шлак - продукт взаимодействия флюса с пустой породой, а также золой и другими примесями. Шлак называют кислым, если в его соста­ве преобладают кислые оксиды (SiO₂, Р₂0₅), и основным, если в его со­ставе преобладают основные оксиды (Са0, Мg0, Fе0, Мп0).

Во время плавки в металлургической печи образуются две не- смешивающиеся среды: расплавленный металл и шлак. Их взаимодей­ствие описывается законом действующих масс. При стабильных внеш­них условиях (температура, давление, концентрация) устанавливается равновесие между металлом и шлаком. Если убрать (скачать) шлак с поверхности металла и навести новый путем подачи новой порции флюса, можно управлять процессом удаления вредных примесей. Та­ким приемом пользуются при выплавке стали, очищая её от серы и фосфора. Регулирование состава шлака с помощью флюсов является одним из основных путей управления металлургическим процессом.

При переработке руды в результате процесса шлакования пустая порода полностью отделяется от рудного тела МеО. Следующий этап - это выделение элемента Ме из его оксида.

Химическая реакция

МеО ® Ме+О (5.3)

принципиально возможна при условиях создания глубокого вакуума. Глубина вакуума при этом зависит от сродства искомого элемента с кислородом. На практике используется химическая реакция замещения

МеО+Х ® Ме+ХО, (5.4)

где Х - условное обозначение химического элемента, обладающего большим сродством к кислороду, чем элемент Ме.

Алгоритм выделения элемента из руды представлен на рис.5.2.

Огнеупорами называют строительные материалы, применяемые в металлургии, которые выдерживают высокие температуры воздейст­вия расплавленных металла и шлака и горячих газов без разрушения. Они используются для облицовки (футеровки) металлургических печей, разливочных ковшей, а также воздухонагревательных устройств и ды­моходов.

Качество огнеупорных материалов определяется их соответстви­ем определенным рабочим свойствам; главными из них являются: ог­неупорность, химическая активность, строительная прочность, терми­ческая устойчивость.

Огнеупорностью называется свойство материала противостоять воздействию на него высоких температур (900 - 2000⁰С). Она зависит преимущественно от химического состава материала.

Химическая активность (или шлакоустойчивость) определяется способностью огнеупорного материала противостоять химическому воздействию расплавленного металла, шлака, горячего печного газа. Во избежание химического взаимодействия шлака и огнеупора послед­ние подбираются по следующему принципу: кислый шлак - кислый огнеупор; основной шлак - основной огнеупор.

Рис. 5.2. Принципиальная схема получения элемента из руды

Термическая устойчивость - способность материала противостоять резкому перепаду температур. Она зависит от теплопроводности материала и коэффициента линейного расширения. Примеры основ­ных огнеупорных материалов приведены в табл.5.1.

Таблица 5.1 Огнеупорные материалы Огнеупор Химические свойства Температура, 0С Главная составная часть Динас Кислый SiO2- 93% Магнезит Основной МgО- 92% Доломит Основной СаО×МgО (50%, 35%) Шамот Нейтральный Аl2Оз×SiO2 (40%, 60%) Графит Нейтральный >2000 С - 92%

Металлургическое топливо.

Металлургическое топливо

Высокая температура протекания металлургических процессов обеспечивается за счет сжигания металлургического топлива. Оно под­разделяется по агрегатному состоянию на твердое, жидкое, газообраз­ное, а также разделяется на естественное и искусственное: каменный уголь - кокс; нефть - мазут; природный газ - генераторный газ (табл. 1.2). Энергетически не целесообразно сжигать естественное топливо. При переработке естественного топлива в искусственное отделяются ценные химические вещества, при этом теплотворная способность ма­ло меняется.

Таблица 5.2 Агрегатное состояние Естественное топливо Искусственное топливо Твердое Каменный уголь, горючие сланцы, бурый уголь, дрова Кокс, каменноугольная пыль, древесный уголь Жидкое Нефть Мазут, каменноуголь­ная смола Газообразное Природный газ Коксовый газ, генераторный газ

Эффективность работы металлургического агрегата во многом зависит от температуры горения топлива, которая может быть оценена по уравнению теплоты:

Q = СМТ, (5.5)

где Q - количество теплоты, Дж;

С - удельная теплоемкость продуктов сгорания, Дж/кгК;

Реальными путями повышения эффективности использования металлургического топлива являются следующие:

-использование высококалорийного топлива;

- дробление твердого и распыление жидкого топлива;

- предварительный подогрев газообразного топлива и воздуха;

- обогащение воздушного дутья кислородом.

Все устройства для подогрева газообразного топлива и воздуха, подаваемых в металлургическую печь, работают по принципу теплооб­мена. Внутри них размещена насадка из огнеупорного кирпича, выло­женного в клетку, нагрев которой происходит либо за счет тепла, полу­чаемого от дожигания очищенных от пыли отходящих от печи газов, либо за счет теплообмена.

В мартеновских печах (рис.5.3) - это регенераторы, огнеупорная кладка которых нагревается отходящими из печи газами.

Принцип работы рекуператора представлен на рис.5.5.. И в том и в другом случае нагрев огнеупорной кладки идет за счет отходящих из печи газов. Для нагрева воздуха, подаваемого в доменную печь, служат кауперы, кладка которых нагревается за счет сжигания доменного газа (рис. 1.б).

Классификация нагревательных устройств и области их примене­ния представлены на рис.5.3.

Рис. 5.3. Виды устройств для нагрева воздуха и газообразного то­плива, подаваемых в металлургические печи

воздух Рис. 5.3. Схема пламенной регенеративной печи: 1 - регенератор для нагрева газа; 2 - рабочее пространство печи; 3 - регенератор для нагрева воздуха

Рис. 5.5. Схема воздухонагревателя (каупера) для доменной печи: 1 - огнеупорная кладка; 2 - газопровод для подачи дожигаемого домен­ного газа; 3 - нагреваемая кирпичная кладка; 4 - перекрываемый канал, соединенный с дымоходом

5.2. Cамостоятельная работа №2

Изучение технологии выплавка чугуна из железных руд

Основные вопросы темы. Химический состав чугунов.

Исходные материалы для производства чугуна (руда, флюс, кокс, агломерат, окатыши).

Устройство и принцип работы доменной печи.

Физико-химические процессы (горение топлива, восстановление железа, шлакование, науглероживание).

Продукты доменной плавки (чугун литейный и передельный, фер­росплавы, побочные продукты.)

Технико-экономические показатели работы доменной печи. Пути повышения эффективности работы домны.

Чугун - сплав железа с углеродом, в котором содержание угле­рода более 2,14%. Сопутствующими элементами являются кремний, марганец, сера и фосфор (рис.5.6).

Рис.5.6. Химический состав чугуна

Процесс получения чугуна из железной руды называют доменным производством. Алгоритм подбора исходных материалов представлен на рис.5.7.

Рис.5.7. Состав шихты, загружаемой в доменную печь

Конструкция доменной печи представлена на рис. 5.8.

Рис.5.8. Конструкция доменной печи: 1 - газоотводящий патрубок; 2 - засыпной аппарат; 3 - огнеупорная кладка; 4 - стальной кожух; 5 - ох­лаждающие трубки; 6 - опоры; 7 - лётка для слива чугуна; 8 - опорное кольцо; 9 - лётка для слива шлака; 10 - кольцевой коллектор для фурм

Характеристика доменной печи:

- печь штатного типа;

- работающая по принципу противотока: сверху поступает шихта, снизу поступает нагретый воздух;

- футеровка (огнеупорная кладка)- нейтральная (шамот);

- полезный объем печи У=2000-5000 м³ (в России до 3200 м³).

Процессы, происходящие в доменной печи, могут быть описаны химическими реакциями, представленными на рис.5.9.

Рис.5.9. Химические реакции доменной плавки (принципиальная схема)

Доменное производство включает в себя два основных участка. Это шихтовой двор, где хранятся и компонуются материалы для со­ставления шихты, и собственно доменный цех, принципиальная схема работы которого представлена на рис. 5.10.

Рис.5.10. Схема работы доменного цеха: 1 - дозатор; 2 - расходуемый бункер; 3 - вагонетка; 4 - наклонный подъемник; 5 - засыпной аппарат; 6 - доменная печь; 7 - емкость для приема чугуна; 8 - емкость для слива шла­ка; 9 - воздухонагреватели; 10 - дымовая труба; 11 - блок очистителей

Продукция доменного производства включает в себя: чугун, ферросплавы и побочные продукты (рис.5.11).

Рис.5.11. Основные виды продукции доменного производства

- Важнейшими показателями оценки эффективности работы доменной печи являются: коэффициент использования полезного объема печи и принцип удельный расход кокса (рис.5.12)

-

Рис.5.12. Основные параметры, характеризующие эффективность работы доменной печи

Пути повышения эффективности работы доменной печи:

- увеличение полезного объема печи;

- использование агломерата и окатышей;

- повышение давления газа на колошнике;

- обогащение воздушного дутья кислородом;

- использование природного газа в качестве дополнительного то­плива.

5.3. Самостоятельная работа №3