Устройство и работа доменной печи

Доменная печь предназначена для выплавки чугуна из железных руд я является важнейшим агрегатом черной металлургии. Основой техно­логических процессов, протекающих в доменной печи, являются процес­сы восстановления окислов железа.

Доменная печь представляет собой высокую шахту круглого сече­ния (рис. 109), опирающуюся на железобетонный фундамент обачно находится на глубне 6 – 7 м. Надземная часть фундамента выложена из огнеупор­ного бетона.

Профиль рабочего пространства печи в вертикальном разрезе со­ставляют колошник (верхняя цилиндрическая часть), шахта (верхняя конусная часть), распар (широкая цилиндрическая часть), заплечики (нижняя конусная часть) и горн (нижняя цилиндрическая часть).

Футеровка колошника защищена металлическими кольцами, собран­ными из сегментов, от ударного и истирающего действия кусков шихты, падающих с большого конуса засыпного аппарата. Шахту, распар и за­плечики футеруют высококачественным шамотным кирпичом, а горн и лещадь (под печи) — высокоглиноземистым кирпичом или углеродис­тыми блоками. Футеровку нижней части шахты, а также распара, за­плечиков, горна и лещади охлаждают водяными холодильниками.

Кладка шахты заключена в цельносварной стальной кожух. Внизу, на уровне перехода шахты к распару, кожух заканчивается опорным кольцом, которое поддерживается колоннами со специальными опорами, передающими нагрузку на несущую плиту фундамента. Горн также опо­ясан сварным стальным кожухом.

Горячее дутье от воздухонагревателей через футерованный возду­хопровод поступает в футерованную кольцевую трубу. Из кольцевой трубы воздух направляется в футерованные рукава и через медные во-доохлаждаемые фурмы, расположенные в верхней части горна по ок­ружности, поступает в доменную печь. Фурмы вставлены в конические холодильники, которые входят в амбразуры, плотно прилегающие к ко­жуху печи.

В нижней части горна на высоте 600 – 1000 мм от лещади распо­ложены одна или две чугунные летки — каналы для периодического выпуска чугуна и шлака. Шлак отделяют от чугуна в желобе при по­мощи перевала и перегородки (скимера). В промежутках между вы­пусками чугуна отверстие летки забивают огнеупорной массой пра помощи специального устройства — электрической поршневой пушки.

На высоте 1400 – 1600 мм от чугунной летки под некоторым углом друг к другу расположены две шлаковые летки, через которые выпус­кают шлак. Шлаковая летка состоит из полой медной водоохлаждаемой фурмы, которая входит в конический медный холодильник, вставлен­ный в чугунный холодильник со змеевиком. Отверстие шлаковой летки закрыто специальным стопором со стальной пробкой.

Доменную печь загружают шихтой сверху через специальный за­сыпной аппарат. Он состоит из большого конуса с воронкой, перекры­вающего колошник печи, и малого конуса с вращающейся приемной во­ронкой. Такая конструкция засыпного аппарата позволяет равномерно распределять материал на окружности колошника и устраняет потери газов в атмосферу. Загрузку шихты в доменную печь осуществляют послойно.

Процесс развития доменного производства идет в направлении по­вышения содержания железа в рудном сырье, снижения расхода топли­ва и частичной замены природным газом (реже мазутом) дефицитного топлива, которым является кокс. Увеличиваются также размеры домен­ных печей. Полезные объемы доменных печей достигают 5000 м³.

Повышение содержания железа в рудном сырье, ведущее к умень­шению количества шлака, снижает затраты физического тепла на на­грев и плавление составляющих шлака, приводит к разогреву низа печя и позволяет снизить расход топлива. Снижение расхода топлива уве­личивает в свою очередь экономичность и производительность печи.

В настоящее время в качестве рудной части шихты используют аг­ломерат — продукт обогащения железной руды спеканием измельчен­ной железной руды, железного концентрата, колошниковой пыли и флюсов.

Весьма перспективным является применение окатышей — продукта окомкования и обжига железного концентрата.

Основным видом топлива в доменной печи является кокс. В каче­стве дополнительного топлива используется природный газ, который по­дается через фурмы.

Раскаленные газы, получающиеся в области фурм в результате го­рения опускающегося кокса до СО и вдуваемого природного газа до СО и Н₂, продуваются (фильтруются) через столб кусковых материа­лов под действием напора, создаваемого воздуходувками. Загружаемые через засыпной аппарат рудное сырье и кокс постепенно нагреваются и теряют влагу и летучие. При использовании флюсов и сырых руд про­исходят также процессы разложения карбонатов. Железорудное сырье восстанавливается. Высший окисел Fe₂О₃ превращается в железо после­довательно через промежуточные окислы. Процесс восстановления осу­ществляется практически по всей высоте печи, но заканчивается выше уровня фурм до поступления составляющих рудного сырья в зону го­рения. Восстановителями служат компоненты газа (СО и Н₂), окисляю­щиеся в процессе восстановления до СО₂ и Н₂О.

Процесс восстановления железа складывается из реакций

(101)

Такой процесс требует затраты углерода и поглощает большое ко­личество (156,64 МДж/моль) тепла.

При высоких температурах, достигаемых после расплавления и раз­деления составляющих рудной части шихты на металл и шлак, полу­чают некоторое развитие эндотермические процессы прямого восстанов­ления кремния и марганца, а также процесс науглероживания железа. Эти процессы осуществляются при стекании струй чугуна и шлака через слой кокса (коксовую постель), выполняющего роль фильтра, пропускаю­щего расплавы и газы и преграждающего путь еще не расплавленным или полурасплавленным кускам рудных материалов.

Окись углерода, которая образуется по реакциям (101) и представ­ляет собой основную горячую составляющую доменного (колошниково­го) газа, удаляется из печи с температурой примерно 650 К и исполь­зуется в дальнейшем для отопления доменных воздухоподогревателей и нагревательных печей.

Для отвода газа в куполе печи предусмотрены четыре боковых вос­ходящих газоотвода. Вертикальные участки газоотводов соединены по­парно в два газоотвода, переходящих в один нисходящий газоотвод, который входит сверху по оси в первичный пылеуловитель. Газоотводы футерованы шамотным кирпичом.