Устройство доменной печи

Рис. 12.1. Разрез (а) и профиль (б) рабочего пространства доменной печи: I – колошник; II – шахта; III – распар; IV – заплечики; V –горн; 1 – чугунная летка; 2 – горн; 3 – заплечики; 4 – распар; 5 – шахта; 6 – колошник; 7 – засыпной аппарат; 8 – горизонт образования шлака; 9 – горизонт образования чугуна; 10 – зона горения кокса; 11 – слой шлака; 12 – шлаковая летка; 13 – расплавленный чугун

Доменная печь относится к агрегатам шахтного типа и служит для выплавки чугуна из железной руды. Шахта заполнена газо­проницаемыми материалами, что обеспечивает их взаимодействие с поднимающимся газовым потоком. Очертание рабочего пространства называют профилем доменной печи. В горизонтальных сечениях профиль печи представляет собой окружности переменного диаметра, а в вертикальном сечении по оси печи - сложную симметричную конфигурацию (рис. 12.1). Правильное соотношение размеров частей печи создает оптимальные условия доменной плавки и обусловливает рациональный профиль печи. При таком профиле обеспечиваются следующие важнейшие условия доменного процесса: 1) плавное и устойчивое опускание шихтовых материалов; 2) наиболее выгодное распределение встречного газового потока; 3) успешное развитие процессов восстановления и образования чугуна и шлака. Рабочее пространство доменной печи состоит из колошника, шахты, распара, заплечиков и горна (см. рис. 12.1). Их форма и относительные размеры определяются происходящими в них процессами.

Верхняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи (колошник) предназначена для распределения загружаемых в печь шихтовых материалов, которые попадают в колошник на площадь одного и того же сечения приблизительно с постоянной высоты. Высоту колошника h₅ выбирают из условий частоты загрузки и скорости опускания уровня шихты. На крупнейших печах она составляет 3700—4200 мм. Диаметр колошника d₁ взаимосвязан с диаметрами распара D и горна d. Соотношение d₁ и D влияет на конусность шахты, а d и d₁ определяет поперечные размеры рабочего пространства печи. Первое из них составляет 0,63—0,7, а второе 1,1—1,14. Диаметр распара современных печей составляет 10,9—16,3 м, высота из 2600—2900 мм, угол наклона b между распаром и горном составляет 79—80°, высота h₃ 3500 мм. В нижней цилиндрической части доменной печи (горне) проис­ходят основные высокотемпературные процессы плавки: горение кокса и образование доменного газа, взаимодействие между жидкими фазами, газом и раскаленным коксом, накопление чугуна и шлака, периодически выпускаемых из печи. К настоящему времени мощные доменные печи имеют диаметры горна d до 9—14 м. Чрезмерное увеличение высоты горна нежелательно, так как это приводит к понижению температуры в нижней части горна и охлаждению продуктов плавки. Поскольку в доменном производстве осуществляется первичная металлургическая переработка руд и агломерата в черновой металл-чугун, расходные коэффициенты на 1 т продукта оказываются значительно выше, чем для сталеплавильного и прокатного производства.

В состав доменного цеха, кроме доменных печей, входят рудный двор, устройство для подачи шихты в печи, воздухонагреватели для нагрева дутья и устройства для его подачи в печи, система газоочистки, литейный двор со средствами уборки чугуна и шлака. Доставка шихтовых материалов на колошник доменной печи и загрузка в их приёмную воронку засыпного аппарата над колошником производятся на большинстве доменных печей наклонным скиповым подъёмником. Два скипа попеременно поднимаются и опускаются по рельсовым путям наклонного моста при помощи скиповой лебёдки грузоподъёмностью >25 т при скорости подъёма 4м/с.

Скип представляет собой вагонетку из листовой стали, облицованную по бокам и днищу плитами марганцовистой стали, мало истирающейся от трения загружаемых и разгружаемых материалов.

При используемом в настоящее время форсированном режиме работы в доменную печь необходимо вдувать дутья 1,7-2,4 м³/мин на 1м³ полезного объёма печи. Это составляет до 12000 м³/мин воздуха. Для его подачи применяют турбовоздуходувки с паротурбинным приводом и давлением дутья на выходе 400-500кН/м². Дутьё, подаваемое воздуходувными машинами, нагревают до 1100-1200 ⁰С в воздухонагревателях.

Выплавляемый в доменных печах чугун через желоба литейного двора направляют в чугуновозные ковши, футерованные шамотным кирпичом и установленные на тележки, передвигающиеся по рельсам. Ковши грушевидной формы имеют вместимость до140 т.