МДК 01.01 «Управление технологическими процессами производства чугуна и контроль за ними»

1.Сырые материалы и их подготовка к доменной плавке

Для производства черных и цветных металлов применяют раз­личные сырые материалы, являющиеся полезными ископаемыми, или специально приготовленные материалы, а также отходы металлургического производства.

К сырым материалам металлургического производства прежде всего относят руды, топливо и флюсы.

Руда представляет собой полезное ископаемое, добываемое из недр земли. Это - гор­ная порода или минеральное вещество, из которого при дан­ном уровне развития техники экономически целесообразно извлекать металлы или их соединения. Руды обычно называют по одному или нескольким метал­лам, содержащимся в них, например, железные, медные, алю­миниевые и марганцевые или медно-никелевые, медно-кобальто-никелевые и др.

Запасы руд того или иного месторождения делят в зави­симости от степени их изученности на несколько категорий, обозначаемых буквами латинского алфавита: А, В и С.

К категории А относят запасы, вполне установленные и опробованные детальными разведками.

К категории В относят запасы, количество которых достаточно точно выявлено раз­ведками, но границы рудных тел установлены еще недоста­точно определенно. К категории С относят запасы, выявлен­ные по естественным обнажениям и геофизическим данным.

Категорию С разделяют на С_х- недостаточно изученные и С₂— прогнозные. Общими балансовыми запасами называют сумму запасов А + В + С = А + В + С, + С₂.

Руды приходится специально подготавливать – дробить, обогащать, окусковывать и усреднять.

Железные руды

Железными рудамиследует называть горные породы, из которых при данном уровне развития техники экономически целесообразно: извле­кать железо.

Железо, как известно, обладает сравнительно большим сродством к кислороду и в силу этого в земной коре не обнаруживается в самородном виде, а находится главным образом в соединениях с кислородом и двуоксидом углерода.

Из большого числа встречающихся в земной коре железо­содержащих минералов промышленное значение имеют минера­лы, в которых железо в основном представлено:

- магнитным оксидом Fe₃0₄ (72,4 % Fe),

-безводным оксидом Fe₂0₃ (70 % Fe),

-водными оксидами m Fe₂0₃ • лН₂0 с различным количест­вом воды (52,3-62,9% Fe),

-карбонатом железа FeC0₃ (48,3 % Fe).

Магнитный оксид железа в рудах представлен минералом магнетитом. Руду, содержащую в основном магнетит, назы­вают магнитным железнякомили магнетитовой рудой. Магне­тит Fe₃0₄ можно рассматривать как соединение FeO • Fe₂0₃, содержащее 31,04% FeO и 68,96% Fe₂0₃. Магнетит характеризуется высокой магнитной восприимчи­востью, и поэтому магнитные железняки пригодны для элект­ромагнитного обогащения, являющегося одним из наиболее эффективных и распространенных способов обогащения желез­ных руд.

Магнитный железняк обычно представлен крепкими, плот­ными кусковыми рудами. Он содержит обычно 55—60 % Fe (иногда лишь 16-30% Fe), 0,02-2,5% S, 0,02-0,7 %Р и чаще всего кислую пустую породу (Si0₂, А1₂0₃).

Безводный оксид железа представлен в рудах минералом гематитом.Руды, содержащие в основном гематит, относят обычно к красным железнякам или гематитовым рудам.

Крас­ный железняк - это продукт выветривания магнитных желез­няков, т.е. в значительной мере окисленный магнетит. В нем обычно содержится от 1 до 8 % магнетита.

Красный железняк, применяемый в металлургии, содержит обычно 55-60 % Fe, а некоторые разновидности - до 69,5 % Fe. В ряде случаев в рудах содержится мало: серы и фосфо­ра. Руды бывают кусковые, а иногда пылевидные. Цвет крас­ных железняков колеблется от красного до светло-серого и даже черного, но на фарфоровой пластинке красный железняк всегда дает красную черту. Пустая порода таких руд обычно состоит из Si0₂ и А1₂0₃.

Водные оксиды железа представлены в рудах главным образом минералами лимонитом 2Fe₂0₃ • ЗН₂0 и гетитом Fe₂0₃ • Н₂0. Руды, содержащие в основном эти минералы, называют бурыми железняками.

Бурый железняк образуется при выветривании и окислении железных руд других типов. Обычно бурый железняк смешан с глиной или кварцем. В добываемых рудах содержится 37-55%, а чаще 37 - 40% Fe. Они характеризуются повышенным содержанием фосфора (0,5 - 1,5 %), иногда в них присутствует в небольшом количестве ванадий (0,03-0,06%).

Бурый железняк наиболее распространен в земной коре. Обычно он беден и влажен, к тому же трудно поддается обо­гащению, поэтому его используют сравнительно в небольшом количестве.

Карбонат железа представлен в руде минералом сидери­том.Руды, содержащие в основном сидерит, называют шпатовыми железняками. Они обычно встречаются в виде плотных и крепких горных пород или глинистых железняков. В шпатовых железняках содержится 30 - 40% железа.

Промышленно используемым является также минерал ильме­нит FeTi0₃, встречающийся в сочетании с магнетитом. Руды, в которых преобладает ильменит, называются титаномагнетитами.

Флюсы

Флюсы вводят в доменную печь для перевода пустой породы железосодержащей шихты и золы кокса в шлак требуемого химического состава, обладающего определенными физически­ми свойствами. Температура плавления оксидов, входящих в состав пустой породы агломерата, окатышей или руд, а также в золу кокса (SiО₂ - 1710, А1₂О_э - 2050, СаО - 2570, MgO -2800 °С), значительно выше температуры шлака в доменной печи (1450 - 1600 °С). Вместе с тем при определенном соот­ношении указанных оксидов образуются легкоплавкие соста­вы, которые имеют температуру плавления ниже 1300 °С и характеризуются хорошей текучестью при 1450 - 1600 °С.

Необходимо также, чтобы шлаки, получаемые в доменной печи, содержали определенное количество основных оксидов (СаО и MgO) для обеспечения требуемой десульфурирующей способности. Например, рекомендуется, чтобы в шлаках от­ношение (СаО + MgO) / (Si0₂ + Al₂0₃) составляло около 1,0, а отношение Si0₂/А1₂О_э было равно 2 - 4,5.

Таким образом, в зависимости от состава пустой породы руды и вида топлива нужно применять основные, кислые или глиноземистые флюсы. Добываемые руды, как правило, содер­жат кислую пустую породу и характеризуются приемлемым соотношением Si0₂ и Al₂0₃, поэтому по технологическим причинам обычно применяют основной флюс -известняк, сос­тоящий из карбоната кальция СаСО₃, или доломитизированный известняк, содержащий, кроме СаС0₃ еще MgCO_s.

До 1948 - 1949 гг. известняквводили в доменную печь. В этом случае к известняку предъявляли определенные требо­ванияв отношении механической прочности и кусковатости. Теперь жеизвестняквводятпри окусковании железных руд или железорудных концентратов. Это приводитк улучшению показателей доменной плавки и прежде всего сокращению расхода кокса, так как при этом отпадает необходимость в затрате тепла на эндотермический процесс разложения кар­бонатов. Известняк вводят в измельченном состоянии (раз­мер зерен 3 - 10 мм), поэтому не требуются его высокая меха­ническая прочность и кусковатость. Необходимо лишь, чтобы в известняке было немного Si0₂, Al₂0₃, серы и фосфора. Известняк хорошего качества содержит, в %%:52 - 54,5СаО (против 56 в чистом СаСО₃);0,6-1,0 SiO₂;0,005-0,01 Sи 0,008 - 0,015 Р.В обычном известняке содержится 0,5 - 3,а в доломитизированном 5 - 10% MgO и более.

Рис.1-Известняк

При доменной плавке используют также некоторые отходы производства, содержащие Fe, Mn, СаО и MgO и являющиеся заменителями железных руд и флюса. К ним относят колошниковую пыль, сварочный шлак и окалину нагревательных печей.

Рис.2-Прокатная окалина

Наиболее широко применяют колошниковую пыль, получаемую в доменных цехах. Она состоит из железосодержащих материа­лов и кокса, уловленных при очистке газа доменных печей. В пыли содержится 40 - 56 % Fe и 3 - 15 % С. С целью утилиза­ции ее добавляют в шихту к рудам или концентратам при их окусковании.

Подготовка железных руд к доменнойплавке

Чем тщательнее подготавливают руду к доменной плавке, тем выше производительность доменной печи, ниже расход топли­ва и выше качество выплавляемого чугуна.

В конечном итоге стремятся снабжать доменную печь ших­той, состоящей только из двух компонентов:

-офлюсованного железорудного сырья

-кокса определенной кусковатости и не содержащих мелких фракций (ниже 5 - 8 мм для железосо­держащей шихты и ниже 20 - 30 мм для кокса).

Для обеспечения хорошей газопроницаемости плавильных материалов желательно, чтобы шихта была однородной по кусковатости. Рекомендуется, чтобы диаметр самого крупно­го куска не превышал диаметр самого мелкого куска более чем в два раза, т.е. целесообразно давать руду или окускованную шихту кусковатостью 10 - 20 или 20-40 мм.

В зависимости от характеристики добываемой руды применяют следующие методы подготовки руды:

А)Дробление и измельчение

Крупность добываемых руд в естественном виде очень раз­лична. При открытой добыче размер отдельных кусков дости­гает 1000-1200 мм, а при подземной 300-800 мм.Для дальнейшего использования руда такой крупности должна быть предварительно подвергнута дроблению. Дробле­ниепредставляет собой процесс уменьшения размера кусков твердого материала его разрушением под действием внешних сил и имеет целью придание кускам материала определенной крупности. Размер крупности кусков дробленой руды определяется способом ее дальнейшей переработки и типом руды. Для до­менной плавки верхний предел крупности кусков руды сос­тавляет 40-100 мм.

Дробление руды разделяют на несколько стадий и перед каждой из них про­водят классификацию (рассев) с целью выделения готовых по размеру кусков и мелочи, чтобы не подвергать их повторно­му дроблению.

Обычно различают следующие стадии дробления:

-крупное дробление - от кусков размером 1200 мм до получения кус­ков размером 100-350 мм;

-среднее дробление - от 100-350 до 40-60 мм

-мелкое дробление - от 40-60 до 6-25 мм;

-из­мельчение - от 6-25 до 1 мм; тонкое измельчение - менее 1 мм. Крупное, среднее и мелкое дробление осуществляют в аппаратах, называемых дробилками, а измельчение - в мель­ницах.

Дробление можно выполнять следующими методами:

-раздавливанием,

-истиранием,

-раскалыванием,

-ударом и соче­танием перечисленных выше способов

Основные типы применяемых дробилок:

- Щековые дробилки служат для крупного и среднегодробления;

-Конусные дробилкиприменяются для крупного, среднего и мелкого дробления. Производительность дробилок крупного дробления составляет 150-2300 м³/ч, среднего - от 8 до 580м³/ч, мелкого- от 24 до 260м³/ч;

-Молотковые дробилки применяют для крупно­го, среднего и мелкого дробления мягких и средних по твердости пород;

-Валковые дробилки применяют для среднего и мелкого дробления пород средней крепости. Чаще применяют двух- и четырехвалковые дробилки.

Для тонкого измельчения руд применяют шаровые мельницы и в последнее время мельницы бесшарового помола.

Рис. 4. Шаровая мельница (а) и мельница для бесшарового помола (б)

Б)Грохочение и классификация

Разделение или сортировку материалов на классы крупности при помощи решеток или механических сит называют грохоче­нием, а разделение в воде или воздухе на основе разности скоростей падения зерен различной крупности -гиравлической или воздушной классификацией.

Грохочением обычно раз­деляют материалы до крупности 1-3 мм, а более мелкие - классификацией.

Материал, поступающий на грохочение, называют исход­ным, остающийся на сите -надрешетным продуктом, прошед­ший через отверстия сита -подрешетным продуктом.

Аппараты для грохочения называют грохотами, их основ­ным рабочим элементом является решето или сито. Наиболь­шее распространение получили различные грохоты с колеба­тельным движением решета; ограниченное применение находят неподвижные грохоты, а также барабанные, валковые или роликовые.

Рис. 5-Инерционный грохот

Гидравлическая классификация(разделение) тонкоизмельченных руд основана на том, что в воде более крупные час­тицы оседают быстрее, чем мелкие. Существует несколько разновидностей гидравлических классификаторов, наиболее распространенным является спиральный классификатор.

В)Обогащение

Руды, добываемые из недр земли, часто не удовлетворяют требованиям металлургического производства не только по крупности, но и в первую очередь по содержанию основного металла и вредных примесей, а потому нуждаются в обогаще­нии.

Под обогащением руд понимают процесс обработки полез­ных ископаемых, целью которого является повышение содер­жания полезного компонента путем отделения рудного мине­рала от пустой породы или отделения одного ценного мине­рала от другого. В результате обогащения получают готовый продукт — концентрат, более богатый по содержанию опре­деленного металла, чем исходная руда, и остаточный про­дукт -хвосты, более бедный, чем исходная руда.

Все применяемые на практике способы обогащения руд ос­нованы на (использовании различий в физических и физико-химических свойствах слагающих руду минералов.

При хоро­шей размываемости минерала водой применяют промывку;

при различной плотности — гравитационное обогащение;

при магнитной восприимчивости — магнитное обогащение;

на исполь­зовании различных физико-химических поверхностных свойств основана флотация.

Выбирая оптимальный способ обогащения, оценивают также экономическую эффективность того или ино­го способа.

Промывка. Промывка представляет собой процесс разруше­ния и диспергирования глинистых и песчаных пород, входя­щих в состав руды. Ее применяют для руд с плотными разно­видностями рудных минералов, не размываемых водой, и с рыхлой пустой породой. К ним чаще всего относятся бурожелезняковые и мартитовые руды, а также многие марганце­вые руды.

При обогащении промывкой потоки воды размывают и уно­сят глинистые и песчаные частицы, а также мелкую руду, поэтому промывке обычно подвергают крупнокусковые руды, а мелкие классы направляют на дальнейшее обогащение другими методами.

Основными агрегатами для обогащения промывкой служат бутары, скрубберы, корытные мойки и промывочные башни

Рис. 6. Схема корытной мойки

Гравитация. При гравитационном обогащении минералы разделяются по плотности. Гравитация может быть воздушной или мокрой. Воздушную гравитацию для обогащения железных и марганцевых руд не применяют, поскольку их рудные и нерудные минералы сравнительно мало отличаются по плот­ности. Мокрую гравитацию чаще всего осуществляют отсад­кой. В качестве жидкости обычно используют воду, но при­меняют и более тяжелые среды.

Наиболее распространенным методом является мокрая отсадка, при которой зерна различного удельного веса рас­слаиваются под действием струи воды, пульсирующей в вер­тикальном направлении. При этом более легкие зернам вытес­няются в верхний слой, а более тяжелые осаждаются внизу

Сравнительно простой и совершенный способ — это грави­тационное обогащение в тяжелых средах. Руду погружают в жидкость, плотность которой больше плотности пустой поро­ды. Тяжелые зерна рудного минерала осаждаются на дно, а частицы пустой породы всплывают.

Рис. 7. Барабанный сепаратор для гравитационного обогащения руд

Магнитная сепарация. Наиболее распространенным спосо­бом обогащения железных руд является магнитная сепарация, основанная на различии магнитных свойств железосодержащих минералов и частиц пустой породы.

Магнитное обогащение заключается в том, что подготов­ленную соответствующим образом руду (дробленую до высокой степени раскрытия рудного зерна), содержащую магнитный минерал, вводят в магнитное поле, создаваемое магнитами. Силовые линии магнитного поля сгущаются в зернах магнит­ного минерала, намагничивают их, вследствие чего зерна притягиваются магнитом и, преодолевая постояннодействующие силы (тяжести, центробежные, сопротивления водной среды и др.), движутся в одном направлении, в то время как немагнитные зерна под действием этих сил движутся в другом направлении.

Магнитное обогащение осуществляют в аппаратах, назы­ваемых магнитными сепараторами, в которых магнитное поле создается электромагнитами постоянного тока или магнитны­ми системами, состоящими из постоянных магнитов.

Рис. 8. Схема барабанного электромагнитного сепаратора для сухого обогащения крупных руд

Флотация.Под флотацией понимают метод обогащения, основанный на различии физико-химических свойств поверх­ностей различных минералов. Для обогащения руд применяют только пенную флотацию. Она базируется на том, что одни минералы (в тонкоизмельченном состоянии в водной среде) не смачиваются водой, прилипают к пузырькам воздуха и поднимаются или, как говорят, всплывают и флотируют на поверхности подобно воздушному шару, образуя минерализо­ванную пену. Это — гидрофобные тела. Другие минералы сма­чиваются водой, не прилипают к воздушному пузырьку и остаются в пульпе. Это - гидрофильные тела.

Для повышения эффективности флотации используют флота­ционные реагенты трех видов: коллекторы, регуляторы и вспениватели.

Рис. 9. Схема действия меха­нической флотационной машины

Г)Усреднение

Химический состав добываемых железных руд непостоянен, и это обстоятельство вызывает при их дроблении непостоянст­во гранулометрического (зернового) состава. Неоднород­ность химического и гранулометрического состава шихты крайне отрицательно влияет на показатели работы доменных печей. Особо важное значение имеет постоянство содержания железа, так как снижение его содержания приводит к разо­греву печи, а повышение — к похолоданию. Естественно, что при непостоянстве доменной шихты по содержанию железа приходитсявести плавку с некоторым избытком топлива с тем, чтобы исключить или хотя бы резко сократить число случаев похолодания печи, являющихся расстройством про­цесса, вызывающим ухудшение показателей ее работы.

Следует также обеспечить постоянство по основности пустой породы шихты с тем, чтобы обеспечить стабильность состава шлака. Рекомендуется так подготавливать шихту, чтобы отклонения по содержанию железа от среднего его содержания не превышали ±0,3-0,5 %.

Большое значение имеет и однородность шихты по кусковатости. Особо вредное влияние оказывает наличие мелочи в шихте. Так, увеличение содержания мелочи в шихте (<3 мм) на 10 % приводит к увеличению расхода кокса на 4-7 %.

Вопросы оптимизации гранулометрического состава шихты решаются путем дробления агломерата и отсева мелочи от окускованной шихты, а задача усреднения железорудных материалов по химическому составу решается, в основном, на складах, где хранят запас руды перед агломерацией или окомкованием (механизированные склады для усреднения или же рудные дворы в старых доменных цехах). Усреднение здесь обеспечивается за счет формирования рудного штабеля горизонтальными слоями и забора руды из штабеля поперек слоев: привозимую руду укладывают в штабели, рассыпая ее тонким слоем по всей длине штабеля и так слой за слоем до получения требуемой высоты штабеля (до 17 м); забирают же руду с торца штабеля сверху донизу так, чтобы, например, грейфер захватывал одновременно большое число слоев. Это обеспечивает усреднение отгружаемой со склада руды.

Д) Окускование железорудного сырья

Окускование- это процесс превращения мелких железорудных материалов (руд, концентратов, колошниковой пыли) в кус­ковые необходимых размеров, применение которых значитель­но улучшает показатели работы металлургических агрегатов. Для подготовки сырья к доменной плавке широко применяются два способа окускования: агломерация и окомкование.

Агломерация.Это процесс окускования мелких руд, кон­центратов и колошниковой пыли спеканием в результате сжи­гания топлива в слое спекаемого материала. Наиболее рас­пространены ленточные агломерационные машины со спеканием слоя шихты на движущейся колосниковой решетке при просасывании воздуха через шихту.

Продукт спекания (агломерации) - агломерат представля­ет собой кусковой пористый продукт черного цвета; упро­щенно можно характеризовать его как спеченную руду или спеченный рудный концентрат.

Основные составляю­щие агломерационной шихты - железосодержащие материалы (рудный концентрат, руда, колошниковая пыль); возврат (отсеянная мелочь ранее произведенного агломерата); топ­ливо (коксовая мелочь); влага, вводимая для окомкования шихты; известняк, вводимый для получения офлюсованного агломерата.

Кроме того, в шихту зачастую вводят известь (до 25-80 кг/т агломерата), что улучшает комкуемость шихты, повышая ее газопроницаемость и прочность агломерата; мар­ганцевую руду (до 45кг/т агломерата) для повышения со­держания марганца в чугуне и отходы (прокатную окалину, шламы и другие материалы, вносящие оксиды железа).

Подготовку шихты, как и спекание, ведут на агломера­ционных фабриках. Подготовка шихты должна обеспечить усреднение, необходимую крупность, дозирование компонен­тов шихты, смешивание и окомкование ее.

Производство агломерата ведут на агломерационных фаб­риках, в состав которых входят комплекс оборудования для подготовки шихты, ленточные (конвейерные) агломерационные машины и комплекс оборудования для дробления и охлаждения полученного агломерата и отсева его мелочи.

Рис. 10. Схема агломерационной машины

Производство окатышей. Расширение использования бедных руд и особенно стремление к более глубокому обогащению их привели к получению тонкоизмельченных железорудных кон­центратов (менее 0,07 мм), для которых появилась необхо­димость найти новые пути окускования. В связи с этим на­чал развиваться так называемый процесс окатывания или окомкования

1 - шихтовые бункеры; 2 - сборный конвейер; 3 - смесительный барабан; 4 - бункер для бентонита; 5 - тарельча­тый гранулятор; 6 - обжиговая машина; 7 - вентиляторы; 8 - грохот

Рис. 11. Схема производства окатышей

Процесс производства окатышей состоит из двух стадий: а) получения сырых (мокрых) окатышей; б) упрочнения ока­тышей (подсушка при 300-600 и обжиг при 1200-1350 °С).

Металлизованные окатыши. В последнее время в доменном производстве опробованы металлизованные окатыши, в кото­рых часть оксидов железа восстановлена до железа. Повыше­ние степени металлизации окатышей на каждые 10% обеспе­чивают снижение расхода кокса на 4,5-6% и увеличение производительности доменной печи на 5-7%. На металлиза­цию расходуется топлива больше, чем кокса на восстановле­ние железа в доменной печи, но это более дешевое и менее дефицитное топливо, чем кокс (уголь, природный газ).

Топливо

Основным топливом доменной плавки является кокс- куско­вой пористый материал из спекшейся углеродистой (83-88%С) массы, получающейся при прокаливании каменного угля без доступа воздуха. Вследствие своей прочности, термо­стойкости (способности не растрескиваться) и способности не спекаться кокс сохраняет форму кусков на всем пути движения шихты от колошника до горна. Благодаря этому кокс разрыхляет столб шихты в печи, обеспечивая необходи­мую ее газопроницаемость. В нижней части печи (в заплечи­ках и горне) только кокс остается в твердом состоянии, образуя как бы подвижную дренажную решетку (коксовую на­садку), через которую в горн стекают жидкие продукты плавки, а вверх проходят газы.

Рис.12.Кокс каменноугольный

Как топливо кокс, сгорая у фурм, обеспечивает доменную печь теплом, необходимым для нагрева и расплавления шихтыи протекания процессов восстановления железа из оксидов. Кроме того, углерод кокса является восстановителем и слу­жит для науглероживания железа, а продукт сгорания кок­са — газ СО также является восстановителем.

Производство кокса. Кокс получают сухой перегонкой (нагревом до 1100 °С без доступа воздуха) коксующихся каменных углей в коксовых печах, представляющих собой ка­меры из динасового кирпича высотой 5-7, длиной 15-17 и шириной 0,4-0,45 м; их объем составляет 30-42 м³. В каме­ру объемом 30 м³ загружают 22 т шихты.

1 - приемный бункер для сырого каменного угля; 2 — конвейер; 3 — рампа вы­грузки охлажденного кокса; 4 - тушильный вагон; 5 - кокс; 6 - регенераторы; 7 — камера коксования; 8 — штанга коксовыталкивателя; 9 — коксовыталкива­тель; 10 — отвод коксового газа; 11 — загрузочный вагон; 12 — распредели­тельная башня; 13 — тушильная башня; 14 — отделение для дробления и смеши­вания угля

Рис. 13. Общий вид коксовой батареи

Свойства кокса. Кокс содержит 83-88 % углерода; 8-13 % золы; 0,7-1,5% летучих; 0,5-5% влаги; 0,4-1,8% серы; 0,02-0,05 % фосфора. Кокс хорошего качества светло-серого цвета и при ударе куска о кусок издает легкий звон. Удельное количество тепла при сгорании кокса 28000-31500 кДж/кг. Наряду с высокой теплотой сгорания кокс как доменное топливо должен обладать определенным комплексом свойств, эти основные свойства следующие:

- высокая прочность, чтобы кокс не был раздавлен стол­бом вышележащей шихты в печи и не истирался при движении от колошника до фурм, а также высокая термостойкость, чтобы он не растрескивался при нагреве. В случае измельчения в печи кокса сильно снижается газопроницаемость шихты. Прочность кокса определяют в барабане диаметром 1м и длиной 1 м, на внутренней поверхности которого по всей длине приварены четыре угловых профиля. Для истира­ния берут 50 кг кокса. Барабан вращается с частотой 25 об/мин в течение 4 мин. Затем кокс рассеивают на сите. Показателями прочности кокса служат величины выхода клас­са более 40 мм (показатель М40) и менее 10 мм (показатель М10), выраженные в процентах. Величина М40 должна состав­лять 72-82, а М10 8,5-10%;

- малое содержание золы, основными составляющими кото­рой являются Si0₂ и А1₂О_э. Для их ошлакования необходимо увеличивать расход флюса, что увеличивает количество шла­ка. Увеличение зольности кокса на 1 % вызывает снижение производительности печи на 1,3% и увеличение расхода кокса на 1,3 %. Зола также снижает прочность кокса;

- неспекаемость в условиях доменного процесса;

- определенный размер кусков— от 25 до 60мм; загру­жать в печь более мелкий кокс недопустимо, так как при этом ухудшается газопроницаемость шихты;

-малое содержание вредных примесей серы и фосфора.

-малое и, что особенно важно, постоянное содержание влаги. Неучитываемые колебания количества влаги во взвешиваемом коксе при его дозировании приводят к тому, что действительное количество поступающего в печь кокса будет отличаться от расчетного, а это нарушает заданный тепловой режим работы печи. При сухом тушении влажность кокса составляет 0,4-1 %, при тушении водой 2-5 %;

- высокая пористость, благодаря чему достигается высо­кая скорость сгорания кокса. Обычно пористость кокса на­ходится в пределах 37-53 %.

Другие виды топлива. Кокс является дорогостоящим и де­фицитным материалом, поскольку запасы коксующихся углей во многих странах невелики. В связи с этим в последние годы при доменной плавке часть кокса заменяют природным газом, пыле­видным топливом.

Природный газ содержит 90-98% углево­дородов (главным образом, СН₄и С₂Н₆) и небольшое коли­чество азота (около 1%, а в газе Ишимбайского месторож­дения до 10%).

В ка­честве пылевидного топливаобычно используют молотый каменный уголь. В настоящее время общей тенденцией в доменном производстве является неуклонное сокращение доли металлургического кокса в энергетическом и материальном балансе доменной плавки по причине его высокой стоимости. Сокращение достигается путем замены части металлургического кокса другими видами технологического топлива, такими как: природный газ, мазут, каменноугольная смола или пылеугольное топливо (ПУТ). Последнее по разным источникам может заменить до 30-50% массы кокса, расходуемого на выплавку чугуна.Выбор исходных компонентов для ПУТ определяется свойствами, которыми должно обладать пылеугольное топливо, а именно:

- теплотворная способность ПУТ должна быть приближена к теплотворной способности кокса;

- ПУТ должен быстро сгорать (около 7-9 мкс), т.к. он должен сгорать в фурменной зоне, чтобы не образовывать замусоренность столба шихтовых материалов, ухудшающую газопроницаемость и фильтрацию жидких продуктов;

- зола, образующаяся при сгорании ПУТ должна быть легкоплавкой;

- также необходимо, чтобы ПУТ обладал, низкой абразивностью, слипаемостью, коксуемостью.

В настоящее время в большинстве доменных печей для достижения оптимального результата используют ПУТ со следующими характеристиками:

- влажность: не более 12,0%;

- зольность: не более 13,0%

- углерод в целом: 85,0%;

- содержание летучих веществ: 10,0-40,0%;

- содержание серы: не более 1,0%;

- содержание хлоридов: не более 0,2%;

- теплотворная способность: 33,4 МДж/кг.

Для производства ПУТ чаще всего используют малозольные угли (как правило, смесь из 2-3 типов углей).

Использование угля в качестве ПУТ для доменного производства не обеспечивает достаточного удешевления процесса плавки чугуна, поскольку из-за роста спроса стоимость угля постоянно возрастает. В связи с такой тенденцией появляется необходимость в замене угля альтернативными, менее дорогими веществами и продуктами.

Конструкция доменной печи

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество ших­ты и дутья. Современная, наибольшая по размерам, доменная печь ежесуточно расходует около 23000 т шихты, 18000 т дутья, 1700 т природного газа и выдает 12000 т чугуна, 4000 т шлака и 27000 т колошникового газа. Таким образом, в большой доменной печи ежеминутно выплавляется около 9 т чугуна. Для обеспечения непрерывной подачи и выпуска столь большого количества материалов необходимо, чтобы конструкции печи были просты и очень надежны.