Доменное и сталеплавильное производство в ОАО "Уральская Сталь"

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Доменный цех

1.1 Основные отделения доменного цеха

1.1.1 Устройство доменной печи

1.1.2 Литейный двор доменной печи

1.1.3 Подача и нагрев дутья

1.1.4 Продукты доменной плавки

2. Электросталеплавильный цех

2.1 Схема подготовки производства в цехе

2.2 Организация ремонтов печей

2.3 Технология выплавки основных марок стали в ДСП

2.4 Интенсификация выплавки стали в ДСП

2.5 Обработка стали на участке ковш-печь

2.6 Разливочное отделение (разливка в слитки)

2.6.1 Оборудование для разливки стали

2.7 Непрерывная разливка стали

Заключение

Список использованных источников

Введение

ОАО «Уральская Сталь» - это крупное предприятие с полным металлургическим циклом, которое включает все основные металлургические производства: доменное, сталеплавильное и прокатное. Предприятие имеет в своем составе коксохимическое и агломерационное производство для получения кокса и агломерата.

Предприятие производит высококачественный прокат, около ста марок углеродистой, легированной, и низколегированной стали, единственный в мире природно-легированный чугун, кокс и химическую продукцию. Имея высокие потребительские свойства, сталь с маркой ОАО «Уральская Сталь» находит широкое применение во многих отраслях народного хозяйства: при строительстве газопроводов и океанских кораблей, котлов и сосудов, работающих под давлением, для изготовления оборудования атомных электростанций, при сооружении мостов, валов электродвигателей и осей вагонов, сельскохозяйственных машин, автомобилей и бытовых приборов.

1. Доменный цех

1.1 Основные отделения доменного цеха

В состав комплекса доменного цеха входят: четыре доменные печи с фундаментом и колошниковым устройством; здание литейного двора и поддоменника с рабочей площадкой вокруг печи; наклонный мост для подачи скипов на загрузочное устройство печи; лифт для подъема обслуживающего персонала на площадки доменной печи; блок воздухонагревателей с воздухопроводами холодного и горячего дутья, дымовой трубой, фундаментами и зданием или открытой подкрановой эстакадой с рабочей площадкой; машинное здание скипового подъемника; здание управления печью и контрольно-измерительных приборов; пылеуловители с газопроводами грязного газа, опорами и фундаментами и газоочистка; скиповая яма; рудные дворы и бункерная эстакада для хранения и механизированной подачи к скипам шихтовых материалов; подъемник коксовой мелочи. На рисунке 1 представлен разрез доменного цеха.

На ряде металлургических предприятий склады шихтовых материалов расположены вне доменного цеха, рудосодержащие компоненты шихты поступают с окомковательной фабрики в перегрузочных вагонах на бункерную эстакаду цеха и затем с помощью ленточных конвейеров или вагон-весов подаются к скиповому подъемнику печи, а кокс с коксохимического завода ленточным конвейером непосредственно загружается в коксовые бункера эстакады и далее в скипы.

Новые доменные цехи с печами большого объема строят с конвейерной системой шихтоподачи; все компоненты шихты из отделения приемных бункеров подают ленточными конвейерами непосредственно к загрузочному устройству печи.

На рисунке 2 представлено устройство доменного цеха с рудным двором.



Рисунок 1 - Разрез доменного цеха: 1 - рудный перегрузочный вагон; 2 - бункерная эстакада;3 - бункера для агломерата и добавок; 4 - пластинчатый конвейер; 5 - перекидной лоток агломерата; 6 - взвешивающая воронка для агломерата; 7 - скипы; 8 - скиповая яма; 9 - взвешивающая воронка для кокса; 10 - грохот; 11 - коксовые бункера; 12 - конвейер для кокса; 13 - скиповый подъемник; 14 - устройство для смены скипов; 15 - консольный поворотный кран; 16 - канаты скиповой лебедки; 17 - канаты лебедки конусов; 18 - балансиры для управления конусами загрузочного устройства; 19 - приемная воронка; 20 - распределитель шихты; 21 - засыпной аппарат; 22 - газоотводы доменной печи; 23 - доменная печь; 24 - кольцевой воздухопровод с фурмами; 25 - литейный двор; 26 - кран; 27 - машинное здание; 28 - привод (лебедка) конусов; 29 - скиповая лебедка; 30 - пути для шлаковозов; 31 - пути для чугуновозов; 32 - консольно-поворотный кран; 33 - монтажная тележка; 34 - мост монтажной тележки; 35 - консольный кран; 36 - атмосферные клапаны; 37 - лифт; 38 - наклонные газопроводы; 39 - пылеуловитель



Рисунок 2 - Устройство доменного цеха с рудным двором: 1 - вагоноопрокидыватель; 2 - перегрузочный кран; 3 - штабеля материалов рудного двора; 4 - коксовый силос; 5 - бункерная эстакада; 6 - перегрузочные вагоны (рудный и коксовый); 7 - скиповая яма; 8 - скиповый подъемник; 9 - машинное здание; 10 - доменная печь; 11 - колошниковое устройство доменной печи; 12 - газоотводы; 13 - литейный двор; 14 - чугуновозы; 15 - шлаковозы; 16 - пылеуловители грубой очистки; 17- агрегаты тонкой очистки газа; 18 - воздухонагреватели; 19 - разливочная машина; 20 - воздуходувная станция

Доменные печи располагаются большей частью в одну линию, по продольной оси цеха; расстояния между соседними печами составляют от 20-30м для малых печей и до 75-165 м и более для самых мощных. Используется в основном два вида компановки доменных цехов: блочный и островной. При блочном расположении печей план доменного цеха характеризуется попарным расположением доменных печей с общим литейным двором на каждые 2 печи и установкой воздухонагревателей между соседними блоками, часто с общей дымовой трубой на воздухонагреватели двух печей. Литейные дворы, поддоменники и воздухонагреватели образуют непрерывную цепь сооружений, разделяющих все ж.д. пути, предназначенные для уборки шлака и чугуна, на две самостоятельные группы. Одна из них проходит между печами и бункерной эстакадой и используется для уборки шлака и коксовой мелочи, вторая - между печами и газоочисткой и служит для транспорта жидкого чугуна, скрапа и колошниковой пыли. Связь между этими двумя группами путей предусматривается только за крайними печами цеха, а при большом количестве печей в цехе - в разрывах между каждыми четырьмя печами.

Цех имеет островное расположение печей.

Каждая доменная печь располагается отдельно, со своим литейным двором и воздухонагревателями под некоторым углом к продольной оси цеха. Это дает возможность устройства сквозных постановочных ж.д. путей для чугуна и шлака, примыкающих к магистральным путям, проходящим по обе стороны от линии печей. Островной план доменного цеха обеспечивает наибольшую независимость и удобство транспортного обслуживания каждой печи.

Исходными материалами (шихтой) в доменном цехе являются: железная руда, марганцовая руда, агломерат, окатыши, а также топливо - кокс и флюсы. Важнейшие свойства железосодержащих шихтовых материалов, определяющие технико-экономические показатели доменной плавки: содержание железа, состав пустой породы, количество вредных примесей, а также гранулометрический состав, прочность и восстановимость.

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 после очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых др. 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).

Доменный цех имеет, четыре доменные печи с полезным объемом: доменная печь №1 - 1007 м³, №2 - 1033 м³, №3 - 1513 м³, №4 - 2002 м³. Разливают чугун на четырех разливочных машинах. Для утилизации шлака в цехе построена шлакоперерабатывающая установка мощностью свыше миллиона тонн гранулированного шлака в год.

Участок загрузки доменной печи: - бункерная эстакада и рудный двор. Бункерная эстакада расположена вдоль печей цеха, и по ее верху расположены электрифицированные железнодорожные пути: коксовый, рудный, консольный. Вдоль эстакады над коксовыми бункерами расположена галерея транспортеров для кокса. По коксовому пути выгружается кокс и добавки, по рудному - агломерат, по консольному выводятся порожние составы. Под эстакадой в два ряда расположены бункера сырья.

Непрерывная подача шихтовых материалов в доменную печь в определенной последовательности по заданной программе является одним и основных технологических требований при выплавке чугуна. Для этой цели во многих доменных цехах непосредственно у печей располагают бункерную эстакаду, которая связывает технологические потоки материалов, поступающих с агломерационной или обогатительной фабрик, коксохимического завода либо склада (рудного двора), с подачей этих материалов к скиповому подъемнику и затем к загрузочному устройству доменной печи. Эстакада возвышается над уровнем цеха примерно на 10 м.

В составе бункерной эстакады имеются рудные и коксовые бункера, а также бункера добавок. Рудные бункера, предназначенные для приема железосодержащих компонентов шихты, располагают обычно в два ряда вдоль фронта доменных печей, а коксовые бункера - непосредственно у скипового подъемника с целью сокращения перегрузок и связанного с этим уменьшения дробления кокса.

Собственно бункера выполняют железобетонными, металлическими или смешанной конструкции. Для защиты от истирания внутренние стенки и особенно горловины рудных бункеров футеруют рельсами, а коксовых - плитками из литого камня - диабаза. Над бункерами укладывают рельсы или устраивают галереи для транспортных машин, осуществляющих загрузку бункеров, а также решетки для предупреждения попадания в них крупных предметов. Под бункерами расположены питатели и грохоты для выдачи и рассева материала, а также транспортирующие и взвешивающие устройства, механизмы и машины для подачи материалов к скиповому подъемнику в соответствии с заданной программой загрузки доменной печи.

Загрузка рудных материалов на доменных печах №1,2 производиться с помощью вагон-весов (рисунок 3).

Вагон-весы представляют собой самоходный вагон с двумя бункерами (карманами) для набора плавильных материалов из рудных бункеров, взвешивания, транспортирования и выгрузки их в скипы скипового подъемника. Необходимость качественной работы этого устройства обусловливает наиболее эффективное производство бункерной эстакады и доменного цеха.

Рама вагон-весов опирается на две двухосные ходовые тележки, по конструкции аналогичные тележкам перегрузочного вагона. На раме с каждой стороны имеются буферные устройства, предохранительные фартуки, которые сгребают просыпь и посторонние предметы с рельсового пути. В средней части рамы установлены два бункера (кармана) с индивидуальными приводами механизмов открывания и закрывания створок днища. Бункера опираются на грузоприемные рычаги взвешивающего устройства. На раме размещены также два механизма вращения барабанных затворов рудных бункеров эстакады с четырьмя качающимися редукторами. Подъем и опускание каждого из качающихся редукторов осуществляются при помощи пневматического цилиндра, шток которого шарнирно соединен с корпусом редуктора, а корпус через подшипники опирается на раму вагон-весов. На раме установлены компрессоры со змеевиками и воздухосборниками. Необходимость качественной работы этого устройства обуславливает наиболее эффективное производство бункерной эстакады и доменного цеха.

Рисунок 3 - Вагон-весы: 1 - буферные устройства, 2 - предохранительные фартуки, 3 - компрессоры, 4 - рама, 5 - ходовые тележки, 6 - воздухозаборники, 7 - карманы, 8 - редуктор, 9 - пневматический цилиндр, 10 - кабина машиниста, 11 - двигатель компрессоров, 12 - змеевик, 13 - привод, 14 - механизм вращения барабанных затворов, 15 - электродвигатель, 16 - вентилятор, 17 - фильтрующийся элемент

Взвешивание отсеянного на грохотах кокса производится в автоматически работающих весах. Уборка коксовой мелочи из-под грохотов производится малыми скиповыми подъемниками в бункера коксовой мелочи.

Процессы подачи компонентов шихты в бункера эстакады, дозирование и транспортирование их к скиповому подъемнику в настоящее время механизированы и частично или полностью автоматизированы.

Под бункерной эстакадой по оси скипового подъемника размещают скиповую яму с установленными в ней (или около нее) механизмами для набора, рассева, взвешивания и загрузки кокса в скипы скипового подъемника.

Цех работает на привозном сырье - железорудные окатыши, железные руды и агломерат производства аглофабрики ОАО «Уральская Сталь», а также ряд технологичных металлодобавок. Загрузка железорудных материалов в печь производится при помощи рудных кранов-перегружателей с рудного двора и непосредственно через бункерную эстакаду с различного спецподвижного железнодорожного состава, полувагонов. Распределение сырья по печам и бункерам бункерной эстакады производиться электрическими трансферкарами, вагон-весами из под бункеров ДП № 1,2 и системой ленточной шихтоподачи ДП № 3,4.

Бесперебойная ритмичная загрузка материалов в доменную печь в заданной последовательности и установленном количестве, обеспечивающая постоянство уровня засыпи на колошнике, является одним из решающих условий, обеспечивающих ровный и устойчивый ход печи. Состав шихты для каждой печи устанавливает начальник цеха. Материалы, входящие в состав каждой подачи набирают в строгом соответствии с указанной массой. Железосодержащие материалы (агломерат и окатыши), загружаемые в доменные печи № 3,4 отсеивают на виброгрохотах для удаления мелочи размером менее 5 мм. В таблице 1 приведен химический состав сырья.

Рудный двор располагается вблизи доменных печей вдоль их фронта. Размеры и устройство рудного двора зависят от количества материалов, подлежащих хранению, расположения завода по отношению к источникам сырья и способов доставки материалов в доменный цех. Современный доменный цех, состоящий из четырех доменных печей полезным объемом 1007-2002 м³ каждая, перерабатывает в сутки около 15 тыс. т. сырьевых материалов. Такой объем грузооборота требует полной механизации всех операций по транспортировке, разгрузке и погрузке сырьевых материалов. На рисунке 4 представлен поперечный разрез доменного цеха.

Рисунок 4 - Поперечный разрез доменного цеха: 1 - доменная печь; 2 - скиповый подъемник; 3 - галерея коксового конвейера; 4 - перегрузочный вагон; 5 - бункерная эстакада; 6 - рудный перегружатель; 7 - вагоноопрокидыватель; 8 - приемная траншея; 9 - штабель руды; 10 - вагон-весы; 11 - скиповая яма; 12 - скип

Компоненты доменной шихты: агломерат, окатыши, окалина, кокс, известняк.

Рисунок 5 - Усреднение руды на рудном дворе доменного цеха: 1 - вагоноопрокидыватель; 2 - рудная траншея; 3 - рудный мостовой грейферный кран; 4 - грейферная тележка; 5 - горизонтальные слои штабеля (формируются при укладке штабеля); 6 - зона отбора руды для доменных печей (поперек горизонтальных слоев)

Прибывающая руда разгружается вагоноопрокидывателем в рудную траншею, откуда мостовым грейферным краном укладывается в штабель высотой до 17 м. Расстояние между длинной и короткой ногами крана, определяющее ширину штабеля, достигает 115 м. По длине рудный двор занимает весь фронт доменных печей. Число кранов обычно в 2 раза меньше числа доменных печей. Вся руда, загружаемая в печи, проходит усреднение на рудном дворе. Для этого руду из рудной траншеи в формируемый штабель укладывают послойно. Машинист крана должен рассыпать руду по возможности более тонким слоем на всю длину штабеля, перемещая по мосту тележку со слегка открытыми челюстями грейфера. При этом руду каждого эшелона составит один из горизонтальных слоев 5 формируемого штабеля.

Руда следующего эшелона, по составу отличающаяся от предшествующей, будет уложена выше таким же тонким горизонтальным слоем. Штабель формируют до определенной высоты. Иной порядок соблюдается при заборе руды из сформированного штабеля для загрузки ее в доменные печи.

Наклонный мост служит состав отгружаемой со склада руды для загрузки доменной печи. Он состоит из двух главных решетчатых ферм, соединенных между собой поперечными и продольными балками проезжей части. По продольным балкам проезжей части укладывают четыре рельса, по которым передвигаются специальные тележки, так называемые скипы. Скипы отвозят и выгружают в загрузочную воронку поочередно руду, кокс и известняк. Скип передает на мост значительные динамические нагрузки. Чтобы эти нагрузки не передавались на доменную печь, мост делают консольным и на доменную печь не опирают. Он имеет только две опоры - нижнюю и промежуточную, так называемый пилон.

1.1.1 Устройство доменной печи

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют ее профилем (рисунок 6), в котором различают колошник 1, шахту 2, распар 3, заплечики 4 и горн 5. Для современных больших печей полезная высота равна 29-32 м. Средний объем печей 1000-3000 м³, самая большая печь объемом 5000 м³.

Рисунок 6 - Доменная печь: 1 - шихта; 2 - капли чугуна; 3 - шлак; 4 - фурмы для подачи воздуха в печь; 5 - шлаковая клетка; 6 - желоб для выпуска шлака; 7 - жидкий чугун; 8 - желоб для выпуска чугуна; 9 - чугунная летка; 10 - жидкий шлак

Доменная печь заключена в металлический кожух толщиной 20-25 мм в верхней части и 35-40 в нижней, состоящий из ряда цилиндрических и конических поясов. Кожух выполняют цельносварным. С внутренней стороны кожуха находится огнеупорная футеровка, охлаждаемая холодильниками. Материал на колошник подают при помощи транспортера. Основной частью колошникового устройства является засыпной аппарат состоящей из большого и малого конуса с приемной воронкой. Для равномерного распределения шихты малый конус вращается вокруг своей оси, которой опускается в межконусное пространство. Большой конус опускается в доменную печь. Наличие двух поочередно опускающихся конусов обеспечивает герметизацию колошника при загрузке шихты. В нижней части печи находятся фурменные устройства, через которые подается нагретое дутье и добавки газообразного, жидкого или пылевидного топлива. Жидкие продукты плавки непрерывно стекают вниз в горн печи, в которой расположены летки для выпуска чугуна и для выпуска шлака. Через эти летки периодически выпускают продукты плавки. Таким образом, процессы в печи и подача шихты происходят непрерывно, а выпуск чугуна и шлака - периодически.

Засыпной аппарат - устройство для загрузки сыпучих материалов в шахтные печи - доменные, обжиговые и другие (рисунок 7).

Засыпные аппараты применяются главным образом в доменном производстве. Шихта в него подаётся скипами или транспортёрами. Из приёмной воронки шихта поступает сначала на малый, а затем на большой конусы. Большой конус опускается при закрытом малом, что предотвращает прорыв газов из печи в атмосферу. Для равномерной загрузки шихты по окружности колошника применяют вращающиеся распределители шихты.

В современных доменных печах на 1 т выплавляемого чугуна образуется 1250-1800 м³ газа, отводимого из печи через колошник. Доменный или колошниковый газ используют как топливо воздухонагревателей доменных печей, коксовых печей, нагревательных колодцев и печей прокатных станов, котельных установок. На выходе из печи доменный газ содержит от 10 до 40 г/м³ пыли, а перед подачей в горелочные устройства для предотвращения выхода их из строя (засорение и др.) содержание пыли в нем должно быть не более 5 мг/м³, в связи, с чем требуется обязательная его очистка.

Рисунок 7 - Засыпной аппарат доменной печи: 1 - направляющая воронка; 2 - пустотелая штанга малого конуса; 3 - распределитель шихты; 4 - газовый затвор; 5 - большой конус; 6 - руда; 7 - кокс; 8 - чаша большого конуса; 9 - основное кольцо (колошниковый фланец); 10 - штанга большого конуса; 11 - малый конус; 12 - приёмная воронка; 13 - наклонный мост; 14 - скип

Фундамент доменной печи (рисунок 8) служит для равномерной передачи давления печи с загруженными в нее сырьевыми материалами на грунт. Фундамент делится на две: верхнюю наземную - часть 1, называемую пнем, и нижнюю подземную - часть 2, называемую подошвой. Глубина заложения подошвы фундамента зависит от свойства грунта и глубины его промерзания. Размеры подошвы определяются допустимым давлением на грунт. При слабом грунте фундамент приходится опирать на искусственные основания (сван, опускной колодец и др.), чтобы избежать чрезмерных осадок фундамента, нарушающих связь печи с соседними сооружениями и вызывающих в них опасные деформации. Особенно вредны неравномерные осадки, нарушающие работу засыпного аппарата.

Рисунок 8 - Схема фундамента доменной печи

Фундамент доменной печи подвергается интенсивному тепловому воздействию и поэтому должен обладать достаточной термической прочностью, не разрушаясь и не давая трещин при нагреве. Поэтому верхняя часть фундамента выполняется из жароупорного бетона, а нижняя - из обычного. Жароупорность придается бетону применением огнеупорного наполнителя - боя шамота. В качестве связующего применяется портландцемент с тонкомолотыми добавками (молотый шамот или огнеупорная глина). Форма фундамента должна способствовать лучшему сопротивлению температурным напряжениям и равномерному распределению давления на основание.

Нижняя часть колонн крепится к фундаменту печи индивидуально либо на одном мощном опорном металлическом кольце, уложенном в фундамент. Такое опорное кольцо обеспечивает жесткость системы в случае появления трещин в фундаменте. В обоих случаях для снижения давления на фундамент под кольцом устанавливаются башмаки, которые расширяют опорную площадь каждой колонны. На современных печах устанавливают четыре опорные колонны. Для придания большей устойчивости и лучшего доступа к горну колонны устанавливают с некоторым наклоном. Во избежание повреждения при прорывах из горна жидкого чугуна низ колонн по высоте, находящейся в угрожаемой зоне, обкладывают огнеупорным кирпичом.

Металлический кожух доменной печи создает герметичность, которая необходима при работе печи при повышенном давлении газа в рабочем пространстве. В нижней части (под лещадью) кожух печи иногда имеет дно, предназначенное для герметизации печи. Верхняя часть кожуха стягивается литым стальным фланцем, являющимся опорой для засыпного аппарата.

Огнеупорная кладка предназначена для уменьшения тепловых потерь и предохранения кожуха печи от тепловых и других вредных воздействий. Кладка печи претерпевает многообразные воздействия: температурные напряжения, давления газов, шихты и жидких продуктов плавки, химическое воздействие, абразивное воздействие опускающихся шихтовых материалов и восходящего потока газа, несущего большое количество пыли и т.д.

В различных частях печи воздействия на огнеупорную кладку различны, поэтому материал футеровки и конструкцию отдельных частей печи необходимо выбирать с учетом этих воздействий. Футеровка служит для выполнения рабочего пространства при строительстве и ремонтах доменных печей, сохранения его в процессе работы, восприятия давления материалов и газов, уменьшения потерь тепла и тепловых нагрузок на холодильники и кожух. Футеровка работает в тяжелых условиях: высокие температуры, давление газа и материалов, воздействие расплавов чугуна и шлака, различных элементов и соединений.

Основные требования к футеровке следующие: достаточная огнеупорность (способность противостоять высоким температурам не расплавляясь); высокая механическая прочность в нагретом состоянии; незначительная усадка при длительном воздействии высоких температур; низкие пористость и газопроницаемость; точность формы и геометрических размеров; высокая шлакоустойчивость.

Лещадь, являющаяся дном рабочего пространства доменной печи, состоит из довольно емкого массива футеровки и системы охлаждения, заключенных в сплошной металлический кожух.

Заплечики - элемент профиля печи, обеспечивающий желаемый характер схода материалов в горн, главный образом в фурменные очаги, определенное напряженное состояние в столбе шихты, особенно в нижней его части.

В заплечиках, расположенных над горном и расширяющихся к верху, идут конечные стадии процессов плавления, восстановления. Для успешного протекания их объем заплечиков должен обеспечить достаточное время пребывания материалов в этой зоне при соответствующей организации противотока.

Для обеспечения бесперебойной подачи сырьевых материалов в доменные печи необходимо создавать на рудном дворе. Кроме размещения запаса рудный двор используется для усреднения материалов.

Каждую доменную печь горячим дутьем обеспечивают 3- 4 воздухонагревателя. Воздухонагреватели доменной печи представляют собой отапливаемые регенеративные аппараты, назначение которых - обеспечить нагрев дутья до заданной температуры и поддерживать его на заданном уровне.

Внедрение нагрева дутья было важным этапом в развитии доменного производства, обеспечившим существенное снижение расхода топлива и повышение производительности печей. Дутье, нагретое до 150 °С, впервые было применено в 1829 г., что привело к значительному снижению расхода кокса, а главное, к существенному улучшению процессов в печи (более высокий нагрев продуктов плавки, лучшее отделение шлака от чугуна, повышение степени восстановления кремния и марганца). В 1860 г. Е. А. Каупером был впервые применён для нагрева регенеративный аппарат. Разработанная им конструкция воздухонагревателя с внутренней боковой камерой горения (рисунок 9) практически не изменилась до нашего времени и получила повсеместное распространение.

Рисунок 9 - Воздухонагреватель с внутренней камерой горения: 1 - газопровод; 2 - газовый дроссель; 3 - вентилятор; 4 - горелка; 5 - отсекающий дроссель; 6 - штуцер горелки; 7 - люк; 8 - камера горения; 9 - трубопровод горячего дутья; 10 - отделительный клапан горячего дутья; 11 - штуцер горячего дутья; 12 - внутренняя стена камеры горения; 13 - разделительная стена камеры горения; 14 - купол; 15 - подкупольное пространство; 16 - люк; 17 - термопара; 18 - кожух; 19 - радиальная стена; 20 - насадка с зонами из разного огнеупора; 21 - поднасадочная решётка и колонны; 22 - поднасадочное пространство; 23 - дымовой патрубок; 24- дымовой клапан; 25 - термопара; 26 - боров; 27 - трубопровод холодного дутья; 28 - шибер холодного дутья

Высокая эффективность нагрева дутья обеспечила быстрое и широкое его распространение. Вскоре дутье стали нагревать до 350-400, а затем до 500-700 °С. Еще в 40 - х годах 20 века на многих заводах не удавалось поднять температуру дутья выше указанных пределов не потому, что не позволяли технические средства для такого нагрева, а вследствие того, что это вызывало нарушение процесса доменной плавки. Анализ этого явления позволил определить важнейшие факторы, обеспечивающие условия для повышения нагрева дутья, к числу которых относятся:

? замена неподготовленных и особенно пылеватых руд окускованными, т.е. агломератом и окатышами;

? применение повышенного давления газов в печи;

? вдувание в горн газообразных и жидких углеводородов;

? кондиционирование дутья по влаге.

Футеровка воздухонагревателей доменной печи испытывает:

? термические нагрузки, различные по величине и характеру в зависимости от места нахождения в воздухонагревателе. Наибольшими они бывают в кладке стен и, особенно в камере горения, где наблюдаемые перепады температур максимальные;

? механические нагрузки под влиянием собственного веса огнеупоров. При их нагреве образуются также различные сжимающие напряжения в кладке, например в камере горения до 7,8 МП а, в насадке 83-117 кПа;

? воздействие пыли, которое в процессе нагрева незначительно, но резко возрастает при взятии аппарата «на тягу». Пыль и щелочные пары, диффундирующие внутрь кирпичей, способствуют фазовым превращениям, а именно образованию анортита и ганита, а в реакционной зоне - стекловидной фазы, содержащей корунд.

Существенное значение имеют приборы, служащие для непрерывного контроля состава доменного газа. Разработаны и проходят проверку различные схемы автоматического управления доменным процессом, включающие математическую обработку счетно-решающими машинами показаний приборов и автоматизацию отдельных узлов контроля регулирования: распределение потока газа по радиусу колошника, сход шихтовых материалов, тепловое состояние отдельных зон печи, распределение потока газа по окружности печи.

Для каждой доменной печи сооружают индивидуальную систему газоочистки; газ к газоочистным устройствам, располагаемым на нулевой отметке, подают от колошника по наклонному газопроводу (на печи объемом 5000 м³ их два). Система газоочистки обычно включает несколько последовательно установленных газоочистных аппаратов. На современных отечественных печах, работающих с повышенным давлением газов, применяют две различающиеся схемы газоочистки - с дроссельным устройством, предназначенным для понижения давления газов, и с газовой утилизационной бескомпрессорной турбиной.

Большая часть печей оборудована системой очистки газов с дроссельным устройством, показанной на рисунке 10. От колошниковой части печи газы по наклонному газопроводу поступают, а сухой радиальный пылеуловитель диаметром до 16 м, имеющий сужение вверху и внизу.

Рисунок 10 - Схема системы отвода и очистки доменного газа: 1 - колошниковой части печи; 2 - радиальный пылеуловитель; 3 - безнасадочный скруббер; 4 - трубы Вентури; 5 - газопровод; 6 - дроссельное устройство; 7 - водоотделитель; 8 - листовая задвижка; 9 - коллектор

Газ в него поступает сверху и изменяет направление движения на 180°, а крупные частицы пыли осаждаются в нижнем конусе пылеуловителя, откуда пыль периодически выпускают в железнодорожные вагоны.

Далее газ попадает в безнасадочный скруббер, где частицы пыли захватываются подаваемой через форсунки водой и осаждаются в нижней части скруббера в виде шлама; газ здесь охлаждается до 35-40 °С. Затем газ проходит через нерегулируемые трубы Вентури, где частицы пыли поглощаются каплями воды, которые улавливаются в далее расположенном каплеуловителе.

Окончательная очистка газа происходит в дроссельном устройстве. Последнее предназначено для снижения давления газа и одновременно обеспечивает его очистку, работая как газоочистной аппарат по тому же принципу, что и трубы Вентури. Далее газ проходит через водоотделитель и через листовую задвижку поступает в коллектор (цеховую сеть). По газопроводу газ отводят на колошник для уравновешивания давления в межконусном пространстве.

1.1.2 Литейный двор доменной печи

Литейный двор доменной печи предназначен для размещения желобов для выпуска чугуна и шлака, механизмов, обслуживающих горн доменной печи, сменного оборудования, запасных частей, средств механизации горновых работ и складирования оперативного запаса вспомогательных материалов.

При современной технологии выпуска продуктов плавки непосредственно в ковши размеры литейных дворов в плане зависят от принятого способа налива ковшей, их емкости, связанного с этим размещения желобов, а также числа чугунных и шлаковых леток.

Литейный двор в виде железобетонной плиты опираетя на колонны. Плита с установленными на ней желобами имеет песчаное заполнение. Закрытые литейные дворы различаются конструкциями своих перекрытий. В I типовом проекте фермы здания опираются на два ряда колонн, из которых один имеет фундаменты на отметке заводского пола, а другой опирается на боковую стену литейного двора доменной печи.

По сторонам литейных дворов проходят транзитные железнодорожные пути для установки ковшей под чугун и шлак.

Пушки для закрытия чугунной летки устанавливают на поворотном кронштейне, укрепленном на колонне, стоящей, как и сверлильные машины, около главного желоба. Механизм прессования обычно поршневого типа, одноцилиндровый. В зависимости от вида энергии, приводящей механизмы в действие, пушки подразделяются на электрические, гидравлические и пневматические.

Фурменное устройство (рисунок 12) состоит из полой медной литой или штампованной из листовой меди воздушной фурмы с толщиной стенок до 8 и 5-6 мм в торцевой части, полого медного (иногда бронзового) литого холодильника фурмы, называемого также воздушной амбразурой, и чугунной амбразуры с залитой в нее спиральной охлаждающей трубкой - фурменного холодильника, называемого часто кадушкой. Фурменный холодильник крепится к кожуху горна через фланец болтами с последующей обваркой.

Все эти детали последовательно вставляют одну в другую в имеющиеся внутри них конические заточки, обеспечивающие герметичность, и устанавливают строго на свои места - фурменный холодильник в кладку печи, воздушную амбразуру (заподлицо с ней) и фурму с выступом - в рабочее пространство печи на 250-350 мм.

Современных воздухонагревателях, рассчитанных на температуру горячего дутья 1400-1500°С (температура под куполом до 1600°С), предусмотрено применять в верхних рядах футеровки перерожденный динас (до 30% общей высоты насадки).

Для современных отечественных доменных печей объемом 3000-3200 м³ возможны следующие конструктивные решения воздухонагревателей: диаметр кожуха расширяется на участке 11 м по высоте перед куполом с целью создания лучших условий для работы в области наиболее высоких температур. Камеры горения круглая, встроенная, боковая. Толщина футеровки наружных стен и купола 450 мм. Внутренняя (разграничительная) и наружная стены камеры горения выложены таким же кирпичом в два оката.

Рисунок 12 - Фурменный прибор: 1 - натяжной болт; 2 - серьга с клином; 3 - фланец фурменного колена; 4 - подвижное колено; 5 - кольцевой воздухопровод; 6 - фурменный рукав; 7- неподвижное колено; 8 - дроссельное устройство; 9 - сопло; 10 - фурма; 11 - фурменный холодильник; 12 - фурменная амбразура

Воздухонагреватель имеет теплоизоляционную защиту из трецельного и легковесного кирпичей по одному ряду каждого. Кладка по всей высоте, кроме основания камеры горения, делается без перевязки для возможности свободного ее роста. Для большей строительной прочности стен воздухонагревателя и лучших условий его работы в области наиболее высоких температур сооружаются воздухонагреватели с «грибовидным» куполом, опирающимся на кольцевую балку и разгружающим стены воздухонагревателя от своего веса.

Свободное пространство в куполе между кладкой и кожухом футеруется жаростойким торкрет-бетонном. Зазоры между изоляционным кирпичом и кожухом в основании купола и вдоль стен заполняются ватой из высокоглиноземистого волокна.

Техническая характеристика воздухонагревателя: температура горячего дутья 1200°С; избыточное давление дутья на фурмах 410 кПа; поверхность нагрева воздухонагревателя 55560 м²; поверхность нагрева на 1 м³ объема печи 69,0 м², то же, на 1 м³ насадки 32,2 м2.

Сечение камеры насадки равно 42,2, камеры горения 6,03 м²; высота насадки 40,635 м, толщина шестигранного кирпича 25 мм, диаметр ячеек (средний) 41 мм, число полных ячеек 11000. Для эффективного теплообмена в условиях повышенного нагрева дутья и надежности службы насадку выполняют в виде шестигранных блоков с круглыми дырчатыми отверстиями, расстояние между которыми 27 мм. Удельная поверхность нагрева в этом случае 32,7 против 24,9 м²/м³ полезного объема печи в квадратной насадке с размером ячеек 45x45 мм, т. е. поверхность нагрева увеличивается на 31,5%. Благодаря достигаемой более высокой регенерации тепла температура дутья повышается на 50°С при одной и той же температуре купола. Это дает прирост производительности доменной печи около 1,0% и снижение расхода кокса на 8-10 кг/т чугуна.

Блоки насадки устанавливают отдельными столбиками для предупреждения возможного их разрушения при неравномерном прогреве. Их изготовляют из материала, содержащего до 62-72% Аl₂O₃. Воздухонагреватели с шестигранной насадкой с применением муллитовых огнеупоров в среднетемпературной и динасовых в высокотемпературной зонах обеспечивают получение температуры под куполом до 1450°С. Доменный процесс определяется тепловыми, химическими, газодинамическими, механическими явлениями, протекающими в печи. Доменная печь как объект управления очень сложна, очень сложно изучить все параметры доменной печи как объекта управления, поэтом управление доменными процессами осуществляется исходя из многолетнего опыта специалистов доменного производства. В комплексе управлений технологическими процессами можно выделить следующие подсистемы: шихтовки и шихтоподачи, теплового режима, распределения газового потока, хода доменной печи.

Подсистема управления шихтовки и шихтоподачи решает следующие основные задачи: расчёт шихты для доменной плавки из данных материалов, управление набором, взвешиванием и доставкой материала на колошник, управление загрузкой материалов в доменную печь.

1.1.3 Подача и нагрев дутья

Управление тепловым режимом обеспечивает управление тепловыми процессами в верхней и нижней частях доменной печи. Управление распределением газового потока включает в себя управление распределением дутья и природного газа по фурмам, а также управление распределением материалов на колошнике. Управление ходом доменной печи обеспечивает управление одновременного схода столба шихтовых материалов. Для нормального протекания доменного процесса и достижения высокой производительности необходимо вдувать ежеминутно 1,6-2,3 м³ (или 1,9-3,2 кг) дутья на 1 м³ полезного объёма печи. Нижний предел относится к работе на дутье, обогащённом кислородом. Так, при работе доменной печи объёмом 1513 м³ ежеминутно необходимо подавать дутья около 3000 м³, а для доменной печи объёмом 2002 м³ - около 3800 м ³. А так как давление газов на колошнике повышается до 150 кПа, то давление дутья, подаваемого в печь, достигает 250-300 кПа.

Для подачи в доменную печь дутья и его сжатия применяют воздуходувные машины различных типов. Наибольшее распространение получили центробежные воздуходувные машины с паротурбинным приводом, так называемые паротурбовоздуходувки производительностью 4000-7000 м³/мин, создающие давление дутья на выходе, равное 400-500 кПа.

В настоящее время в качестве дутья широко применяют воздух, обогащённый кислородом. Последний получают на кислородных станциях с блоками разделения воздуха. Дутьё, подаваемое воздуходувной машиной, нагревают до1050-1300єС.

Газ сжигается в камере горения и догорает под куполом, а продукты сгорания проходят сверху вниз через насадку, нагревают её и с температурой 250-400єС уходят через дымовые клапаны и борова в дымовую трубу. Для подачи газа предусмотрена газовая горелка с вентилятором производительностью по воздуху 80-200 тыс. м³/ч. Сжигают главным образом очищенный колошниковый газ или смесь его с природным или коксовым газом. В воздушный период закрыты дымовые клапаны и отключена газовая горелка, но открыты клапаны для подачи холодного и отвода горячего дутья. Холодное дутьё поступает в поднасадочное пространство, проходит насадку, где нагревается, и через клапан направляется в воздуховод горячего дутья и затем в печь.

По мере охлаждения насадки воздухонагревателя температура горячего воздуха, выходящего из него, падает. Это недопустимо для нормальной работы доменной печи, поэтому воздух нагревают до более высокой температуры, чем это необходимо, и к нему подмешивают, используя автоматическое дозирование, требуемое количество холодного воздуха, чтобы поддержать температуру дутья постоянной. Это осуществляется при помощи смесительного воздухопровода и автоматического смесительного клапана.

Газовый период примерно в два раза продолжительнее воздушного. Следовательно, необходимо не менее трёх кауперов - два одновременно нагреваются, а один нагревает воздух. Для обеспечения нагрева дутья до высокой температуры (1200єС и выше) необходимо, помимо наличия требуемой поверхности нагрева, применять в подкупольной части достаточно огнеупорные материалы. Для этого применяют специальный высокоглинозёмистый кирпич. С целью увеличения поверхности нагрева воздухонагревателей в последнее время стали применять выносные камеры горения.

1.1.4 Продукты доменной плавки

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун, шлак, колошниковый газ и колошниковая пыль.

Чугун представляет собой многокомпонентный сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, фосфором и серой. В чугуне также содержится незначительные количества водорода, азота и кислорода. В легированном чугуне могут быть хром, никель, ванадий, вольфрам и титан, количество которых зависит от состава проплавляемых руд.

В зависимости от назначения выплавляемые в доменных печах чугуны разделяют на три основных вида: передельный, идущий на передел в сталь; литейный, предназначенный для получения отливок из чугуна в машиностроении; доменные ферросплавы, используемые для раскисления стали в сталеплавильном производстве. Передельный коксовый чугун делится на три марки: М1, М2, М3.

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в холодном виде направляют на машиностроительные заводы, где для отливки деталей машин его вторично подвергают расплавлению в специальных печах-вагранках.

Литейный коксовый чугун выплавляют семи марок: ЛК1-ЛК7. Каждую марку подразделяют на три группы по содержанию марганца, пять классов по содержанию фосфора и на пять категорий по содержанию серы.

Холодный ход доменной печи обусловливается дебалансом тепла в печи и ухудшением его использования. Он может быть следствием увеличения рудных нагрузок, периферийного или канального движения газа, ухудшения качества кокса или недостатка его в связи с уменьшением подачи в горн топливных добавок и массового оползания гарнисажа или попадания воды в печь.

Чугун, отправляемый за пределы завода или на склад холодного чугуна, разливают на разливочных машинах, представляющих собой отдельную часть доменного цеха и составляющих определенный комплекс сооружений.

Комплекс включает разливочные машины, сооруженные обычно в блочном исполнении (по две машины в блоке), стенды для кантовки ковшей, кантовальные лебедки и мостовой кран, устройства для охлаждения чушек и отделения ремонта, сушки и очистки ковшей, склад огнеупоров и вспомогательных материалов.

Сама разливочная машина (рисунок 13) состоит из одного или двух конвейеров с мульдами, с приводом натяжного устройства, опрыскивателей мульд известковым молоком (раствором), водопровода с брызгалами для охлаждения мульд с чугуном и устройства для погрузки чушек в вагоны. Желоб разливочной машины, через который чугун поступает на конвейер ленты, делают из листового металла, футеруют кирпичом, носки заправляют же лобной массой и песком.

Конвейеры состоят из бесконечных цепей с мульдами, крепящимися к звеньям цепи болтами. Звенья цепи литые или штампованные из стали марки Ст5. Различают два типа конвейеров: со стационарной роликовой опорой (цепи его двигаются по роликам, смонтированным на неподвижных стойках); с подвижной роликовой опорой (ролики укреплены в звеньях цепи и при движении конвейера катятся по направляющим рельсам).

Привод конвейера состоит из двух цепных звездочек, жестко насаженных на вал, вращаемый электродвигателем через цилиндрический редуктор.



Рисунок 13 - Разливочная машина: 1 - стенд; 2 - разливочный желоб; 3 - спрыскиватель; 4 - разгрузочные желоба; 5 - приводы; 6 - конвейер; 7 - звездочки

В современных конструкциях применяют конвейеры со стационарной роликовой опорой. Мульды, или корытообразные изложницы, образуют на конвейере сплошную ленту благодаря перекрытию зазоров буртами смежных мульд. Мульды можно изготавливать как из чугуна, так и из стали. Масса чушки чугуна 45-50 кг. Для предотвращения приваривания чугуна к телу мульды чушки, проходя под конвейером, смачиваются известковым раствором (молоком) при помощи установленного для этого опрыскивателя. Чушки, охлажденные водой, за время движения конвейера поступают на разгрузочное устройство, которое состоит из приемного стационарного желоба, перекидных желобов, лебедок и предохранительных устройств перед лентами, предупреждающих падение чушек мимо желоба.

Для ускорения остывания чугуна, что очень важно для оборота вагонов не только внутризаводского, но и линейного транспорта, на разгрузочном конце разливочных машин устанавливают дополнительные средства охлаждения. Заслуживает внимание опыт Кузнецкого металлургического комбината, где разливочные машины оборудованы металлическими ваннами, расположенными под лентами машин. Слиток чугуна (чушка), дойдя до конца ленты, направляется на дополнительный металлический конвейер, которым подается в ванну, наполненную водой. После прохождения его возвращают обратно к разгрузочному ковшу машины и сбрасывают в вагон. Это решает проблему отгрузки чугуна за пределы завода в вагонах МПС в любое время года.

Грануляция шлака - при ковшовой уборке шлака наибольшее применение получили установки мокрой и полусухой грануляции шлака, располагаемые вблизи доменного цеха. Мокрую грануляцию шлака осуществляют в открытых грануляционных бассейнах, представляющих собой заполненный водой бетонный резервуар прямоугольной формы. Вдоль него с одной стороны проложен железнодорожный путь, по которому подают шлаковозы с жидким шлаком, с другой стороны - два пути для железнодорожных вагонов, в которых вывозят гранулированный шлак. Над бассейном и отгрузочными путями по эстакадам перемещается мостовой кран (иногда козловый), оборудованный грейфером емкостью 3-4 м³.

Жидкий шлак сливают в бассейн, наклоняя шлаковые ковши с помощью механизма кантования, имеющегося на шлаковозе. Попадающий в воду шлак в результате ее бурного испарения раздробляется на капли размером 1-10 мм. Застывшие гранулы шлака грейферным краном грузят в железнодорожные вагоны. Недостатком этого способа является высокая влажность (15-35%) гранулята, что затрудняет его транспортировку (особенно в зимнее время) и требует сушки.

Под интенсификацией доменного процесса понимают увеличение скорости его протекания. Мерой интенсивности хода доменной печи является количество чугуна, получаемое в единицу времени в расчете на единицу полезного объема доменной печи. В условиях производства принято пользоваться обратной величиной - полезным объемом печи, затрачиваемым в течении суток на выплавку 1 т чугуна. Этот показатель называется коэффициентом использования полезного объема доменной печи и определяется как частное от деления полезного объема печи V _пол (м³) на суточную производительность печи Т (т) чугуна/сут. Чем меньше этот показатель, по абсолютному значению, тем интенсивнее протекает процесс, интенсивнее ход доменной печи.

Увеличить интенсивность хода доменной печи можно двумя путями.

1. Создание условий, при которых в горн доменной печи в единицу времени можно подать большее количество дутья, расходуемого на сгорание углерода горючего;

2. Создание условий, обеспечивающих снижение расхода кокса на единицу выплавляемого чугуна, если количество дутья, поступающее в горн в единицу времени, не снижается или снижается в меньшей мере, чем расход кокса. При увеличении количества дутья, подаваемого в горн в единицу времени, соответственно увеличивается сгорающее в единицу времени количество углерода, следовательно, увеличивается и производительность печи. При уменьшении относительного расхода горючего и неизменном количестве дутья производительность печи также возрастает вследствие увеличения рудной нагрузки на кокс. Наиболее высокая степень интенсификации процесса достигается, когда одновременно с увеличением количества дутья имеется возможность уменьшить и относительный расход горючего.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем увеличения расхода дутья в единицу времени предполагает улучшение газодинамики процесса. Это может быть достигнуто повышением прочности агломерата, отсевом мелких фракций и улучшением однородности гранулометрического состава шихтовых материалов, повышением давления газов в рабочем пространстве печи, снижением относительного выхода шлака и улучшением его физических свойств.

Увеличение интенсивности хода доменной печи путем снижения относительного расхода кокса предполагает уменьшение тепловых затрат на процесс и применение заменителей кокса в роли теплоносителя и восстановителя.

Основными методами интенсификации доменного процесса являются:

1) совершенствование способов подготовки и улучшение качества сырых

материалов;

2) высокотемпературный нагрев дутья;

3) увлажнение дутья;

4) обогащение дутья кислородом;

5) вдувание в горн углеводородосодержащих добавок;

6) комбинирование дутья;

7) повышение давления газов в рабочем пространстве доменной печи.

Наиболее важной по своему значению является подготовка сырья к плавке. Ни один из методов интенсификации доменного процесса, перечисленных в п. 2-7, не может дать максимального эффекта при плохом качестве сырья.

Впервые нагретое дутье в доменном производстве применили в 1829 г. Несмотря на сравнительно невысокий нагрев дутья (150°С), показатели работы печи значительно улучшились: относительный расход горючего уменьшился на 30%, производительность печи возросла, появилась возможность увеличить количество дутья. При этом расход горючего на нагрев дутья был намного ниже полученной экономии. Впоследствии применение более нагретого дутья (350- 400°С) на коксовых доменных печах позволило уменьшить относительный расход кокса на 25- 35%. В настоящее время дутье нагревают до 1100-1200°С и выше. За всю историю существования доменного производства ни одно мероприятие не дало такого снижения расхода горючего, как применение нагретого дутья.

Естественная влажность воздуха колеблется в значительных пределах как в течении суток, так и по временам года. Колебания влажности дутья вызывают изменения в тепловом и температурном режиме горна и в ходе восстановления, что нередко приводит к расстройствам хода печи, ухудшая технико-экономические показатели. Устранить колебания естественной влажности можно двумя способами: осушением дутья и увлажнением дутья в таких пределах, чтобы влажность его была несколько выше естественной, но постоянной во времени.

При обогащении дутья кислородом изменяются следующие показатели:

1) Уменьшается расход дутья на единицу сжигаемого у фурм углерода.

2) Уменьшается количество горнового газа на единицу сжигаемого у фурм углерода.

3) Повышается концентрация оксида углерода в горновом газе.

4) Значительно возрастает температура в зоне горения.