Доменная печь

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Развитие материальной культуры человеческого общества неразрывно связно с совершенствованием техники производства и орудия труда, для изготовления которых требуется применение различных материалов. Среди многих материалов, созданных природой и человеком, особая роль принадлежит черным металлам, представляющих собой сплав железа с углеродом и другими элементами. Основу сплава составляет железо, а углерод, кремний, марганец, сера, фосфор и другие элементы являются примесями. В зависимости содержания углерода в сплаве черные металлы на чугун и сталь. Сплавы с содержанием углерода от 2 до 5% и более относят к чугунам, а сплавы, содержащие менее 2% C,- к сталям.

Цель доменного производства состоит в получении чугуна из железных руд путем их переработки в доменных печах. Сырыми материалами доменной плавки являются топливо, железные и марганцевые руды и флюс.

Топливом для доменной плавки служит кокс, получаемый из каменного угля. Его роль состоит в обеспечении процесса теплом и восстановительной энергией. Кроме того кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и облегчает прохождение газового потока в шихте доменной печи.

Железные руды вносят в доменную печь химически связанное с другими элементами железо. Восстанавливаясь и науглераживаясь в печи, железо переходит в чугун.

Флюсом называются добавки, загружаемые в доменную печь для понижения температуры плавления пустой породы руды, офлюсования золы кокса и придания шлаку требуемых технологией выплавки чугуна физико-химических свойств.

Для получения высоких технико-экономических показателей доменной плавки сырье и материалы предварительно подвергают специальной подготовке.

1. 

1. Основное название данного объекта, выпускаемый продукт и отходы производства

Доменная печь, домна -- большая металлургическая, вертикально расположенная плавильная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до ее «капитального» ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.
Доменная печь представляет собой непрерывно действующий аппарат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части -- колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части -- шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части -- распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части -- заплечиков, где образуется восстановительный газ -- монооксид углерода; цилиндрической части -- горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса -- чугуна и шлака.
В верхней части горна располагаются фурмы -- отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья -- сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит около 270 °C. Таким образом, в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

Готовая продукция доменного цеха - чугун, который широко применяется практически во всех отраслях промышленности. Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах: передельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах; литейный, идущий для чугунных отливок; специальные чугуны. Побочные продукты доменного производства: доменный газ [теплота сгорания 3,6--4,6 Мдж/м3 (850--1100 ккал/м3)] после очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых других цехах; доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов; колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, содержащая 30--50% Fe, возвращается в шихту доменных печей после её предварительного окускования (главным образом путём агломерации).

Технология:

Поставщик поставляет сырье саморазгружающимися вагонами на разгрузочную эстокаду которая передает сырье на поле рудного двора Вагоноопрокидователи передают сырье на бункерную эстокаду Подача исходных материалов на засыпной аппарат имеет также свой этап:Из бункера скипами железная руда, окатыши, марганцевая руда поступает на засыпной аппарат Из бункера транспортерами кокс поступает на засыпной аппарат .Из аглофабрики скипами агломерат поступает также на загрузочный аппарат. С помощью засыпного аппарата кокс, железная руда, агломерат, марганцевая руда поступает на колошниковое устройство, которое передает исходное сырье в шахту, где происходят химическим преобразованиям и основной процесс окисления и восстановления под действием плавки и горения. Фурменные устройства подают топливо в печь, которое активно участвует в процессе горения. Воздуходувные машины, подают воздух на воздухонагревательные устройства, которые нагреваются за счет охлаждения насадки. Насадки нагревают за счет горения газа, который поступает за счет газоподавательных устройств. В процессе плавки происходят множество химических реакций, и в результате смесь стекает в горн где специальным образом распределяется на чугун и шлак, которые выводятся через летки и стекают по желобу на разливочные машины. Желоб подает жидкий чугун и шлак на разливочные машины, которые разливают их в ковши для чугуна и ковши для шлака. Эти ковши отправляются чугуновозами и шлаковозами для дальнейшей обработки. В данном случае чугун передается в сталеплавительный цех, где производится сталь, а шлак передается на шлаковую гору, где заказчики приобретают шлак для строительных нужд.

В процессе плавления выделяемый газ в печи выходит через трубы газоотводов, а пылеуловители улавливают пыль, которая возникает в результате колошникового преобразования.

2. Выбор расчета расхода воды

На расход воды существенно влияет регулировка системы водоснабжения при помощи вентилей на напорных трубах, проводимая в течение первого месяца работы печи.

Расход воды для доменной печи предварительно принимался равным полезному объему печи. Однако с введением повышенного давления под колюшником расход воды резко увеличился и достиг 1,45-1,55 м\ч на 1м объема печи.

Для доменной печи объемом 5000 м3,при обычном водяном охлаждении,расход воды составит 8500-9000, при испарительном - 2400 и аварийном - 4200 м3\ч.

Вода при выплавке чугуна расходуется на увлажнение шихты, охлаждение доменных печей и арматуры воздухонагревателей и на мелкие нужды. Кроме того, вода в доменном цехе расходуется на грануляцию шлака, охлаждение чугуна на разливочных машинах и в подбункерных помещениях.

3. Назначение, количество и качество подаваемой воды

Вода при выплавке чугуна расходуется на увлажнение шихты, охлаждение доменных печей и арматуры воздухонагревателей и на мелкие нужды. Кроме того, вода в доменном цехе расходуется на грануляцию шлака, охлаждение чугуна на разливочных машинах и в подбункерных помещениях.

Шихта увлажняется для уменьшения выноса из доменной печи пы-леватых частиц руды, флюсов и кокса. Для этого обычно используется вода (0,5 м3 на 1 т выплавленного чугуна), отработавшая в системе охлаждения доменных печей.

Водоснабжение доменного цеха может быть однозонным или двух-зонным. При однозонном водоснабжении вся охлаждающая вода подается в холодильники доменной печи под одним общим напором, достаточным для ее поступления в наивысшую точку. При двухзонном водоснабжении вода для нижней части печи (распар, заплечики, фурменная зона, горн и лещадь) подается под одним (пониженным) напором, а для верхней части -- под другим (повышенным) напором.

В последнее время водоснабжение крупных доменных печей устраивают однозонным. Как при однозонном, так и при двухзонном водоснабжении вода подается к доменному цеху по двум самостоятельно работающим водоводам и сетям (параллельным водоводам). При этом между параллельными водоводами имеются перемычки с электрифицированными задвижками, закрытыми при нормальном режиме работы и открываемыми только при ремонтах; на вводах воды к печам установлены обратные клапаны, препятствующие обратному току воды из водопроводного кольца доменной печи в случае аварии на одном из водоводов. Управление задвижками на перемычках дистанционное из диспетчерского пункта.

Охлаждение клапанов воздухонагревателей (цилиндрического сооружения в виде металлического кожуха, заполненного специальной кладкой из огнеупорного кирпича) имеет целью предохранение клапанов от разрушения проходящими через них газами и воздухом, нагретыми до температуры 800° С и более. Клапаны служат для регулирования нагрева воздуха, поступающего от воздуходувных машин в доменную печь; воздух нагревается сжиганием очищенного доменного газа. Потребление воды в доменном цехе на 1 т выплавляемого чугуна (без учета ее расходования на грануляцию шлака и разливку металла) составляет около 24 м3, в том числе 3--4% свежей воды. Основное количество воды (примерно 95%) расходуется на охлаждение конструкций и арматуры и не получает специфических загрязнений. Коэффициент часовой неравномерности расхода воды равен 1,05.

Водоснабжение доменного цеха -- оборотное; отработавшая вода из холодильников печей и арматуры воздухонагревателей сливается в приемные коробки и поступает для охлаждения на градирни или в брыз-гальный бассейн; охлажденная вода забирается насосами и снова подается в цех. Необходимый напор оборотной воды в сети у доменных печей составляет от 45 до 70 м в зависимости от полезного объема печи.

Разливка чугуна в чушки производится на специальных разливочных машинах, к которым жидкий чугун подвозят от печей в ковшах. Чугун разливают в мульды (изложницы), непрерывно движущиеся вместе с несущей их цепью (лентой). Разлитый в изложницы чугун интенсивно поливают водой из дырчатых труб; охлажденные и затвердевшие слитки (чушки) чугуна подают с ленты на железнодорожную платформу, на которой после доохлаждения водой их отвозят на склад.

Общий расход воды при разливе на 1 т чугуна составляет до 4 м3, при этом около 20% воды теряется. Водоснабжение оборотное с очисткой отработавшей воды от кусочков ломаного чугуна и извести в отстойнике. Потери в системе восполняются свежей водой.

Напор воды для разливочных машин должен быть 30 м.

4. Количество и качество обработанной воды

доменный печь плавка охлаждение

В цехе очистки доменного газа вода служит поглотителем механических примесей газа (колошниковой пыли), растворителем газов и некоторых минералов, а также охладителем газа и транспортирующей средой поглощенных примесей. В трубах Вентури, скрубберах, а иногда и в электрофильтрах очищаемый и охлаждаемый газ движется навстречу струям воды.

Для цеха устраивается система оборотного водоснабжения. Выходящая из цеха газоочистки отработавшая вода с температурой 45--

50° С и содержанием взвешенных веществ 1500--1800 мг/л поступает в радиальные отстойники, где количество взвешенных веществ снижается до 80--150 мг/л. Из отстойников вода поступает в камеру горячей воды а к насосной станции; в последней установлены две группы насосов. Первой группой насосов вода подается на градирню для ее охлаждения, здесь температура воды снижается до 28--30° С. Второй группой насосов охлажденная вода по линии снова подается в цех газоочистки. Осадок, образующийся в отстойниках, подается насосной станцией 6 по шламопроводу на установку по обезвоживанию осадка или по линии в шламонакопитель. Шламовая вода возвращается в один из радиальных отстойников по линии. Потери воды в системе восполняются свежей водой, подаваемой по линии в приемную камеру охлажденной воды насосной станции.

Необходимый напор в водопроводной сети цеха газоочистки равен 40--45 м.

Для предотвращения образования карбонатных отложений на градирне, в трубах и газоочистных аппаратах оборотную воду подвергают двухступенчатой рекарбонизации углекислотой доменного газа, вводя ее воду в камерах и насосной станции.

Вода, применяемая для охлаждения доменных печей, должна быть очищена от механических примесей.

Давление воды в системе охлаждения фурменных и шлаковых приборов должно быть выше давления горячего дутья не менее, чем на 0,5 кгс/см2.

В системе водяного охлаждения шахты на верхней точке потребления воды должно обеспечиваться на сливе давление не менее 0,3 кгс/см2.

Давление и расход воды в системе охлаждения доменной печи должны контролироваться контрольно-измерительными приборами, сблокированными с сигнальными устройствами, срабатывающими в случае нарушения режима водоснабжения.

При резких колебаниях или падении давления воды в системе охлаждения печь должна быть переведена на тихий ход и подготовлена к остановке.

5. Баланс воды в оборотном цикле

При оборотной системе к составу сооружений добавляют охладители воды доменного цеха и сеть отработанной воды между доменным цехом и охладителями. В качестве охладителей (если таковым не является общезаводской пруд) при наличии свободных площадей предпочтительнее применять брызгальные бассейны, в которых создаются большие запасы воды, обеспечивающие водоснабжение доменного цеха в течение 5-6 ч.
Однако, площадь, занимаемая бассейнами, примерно в 5-6 раз превышает площадь градирен и, кроме того, они должны быть удалены на 80-100м от обледенения.

Градирни рекомендуется применять пленочные или капельные с принудительным охладителем.

Схема объединенного оборотного цикла водоснабжения доменного и сталеплавильного цехов.

1,2-система газоочистки; 3,4,11- Самотечные лотки, каналы и трубопроводы; 5- шламовые насосы; 6- отделение утилизации; 7- напорные шламопроводы на отделение утилизации шлама; 8-радиальные отстойники; 9-распределительная камера; 10, 16-напорные трубопроводы; 12- доменная газоочистка; 13-вентиляторные градирни брызгального типа; 14- совмещенная насосная станция с установкой стабилизации;15- отделение стабилизации

Схема водоснабжения доменной печи.

1,2 - напорные коллекторы; 3 - сливная воронка; 4 - напорные кольца; 5 воздуохладители электроподстанции; 6 - поливочные водопроводы; 7-сливной трубопровод от воздухоохладителей; 8 - паросмеситель; 9 - фильтры для отчистки воды; 10 - пункт управления пылеуловителем; 11 - напорные коллекторы; 12 - сливное кольцо; 13 - сливные резервуары

Схема доменной печи.

1 - устройство; 2 - шахта; 3 - скип; 4 - шихта; 5 - засыпное устройство; 6 - шлак; 7 - чугун; 8 - горячее дутье; 9 - воздухонагреватель; 10 - дымовая труба; 11 - газоочистители

Заключение

Являясь многоцелевым агрегатом, доменная печь будет выполнять, кроме металлургической, функции энергетическую и санитарно-экологическую применительно к региональным и другим потребностям. Это объективно выдвигает доменную печь на роль ведущего металлургического агрегата XXI века.

Идея использования металлургии для утилизации отходов, включая особо токсичные, принадлежит самим металлургам. Сжигание горючих компонентов отходов в металлургических агрегатах более 10 лет используется в наиболее промышленно развитых странах мира, известных строгим отношением к защите окружающей среды. Отечественный опыт подтверждает возможность и эффективность использования высокотемпературных металлургических агрегатов для утилизации и обезвреживания целого ряда отходов, что позволяет металлургическим предприятиям помочь в решении острых экологических проблем в регионах, на территории которых они размещаются.

Литература

1. Трофимов В.Н. - Учебное пособие. «Водоснабжение и водоотведение промышленных предприятий» Челябинск, 2007;

2. 1972Вахлер Б.Л. Справочник по водоснабжению. М.: 1972;

3. Шабалин В.Ф. Водоснабжение промышленных предприятий М.: Стройиздат, 1985

4. Абрамов Н.Н. Водоснабжение. - М.: Стройиздат, 1974.

5. Николадзе Г. И., Сомов М. А. Водоснабжение: Учебник для вузов.- М.: Стройиздат, 1995.

Размещено на Allbest.ru