Загрузка шихты и горение топлива в доменной печи

В современной дом-ой печи время пребывания в ней материалов составляет 4-6 часов, а газов 3-12 сек.                                                                                             Высокие показатели плавки могут быть получены только при хорошем распределении газов по сечению печи.                                            Только в этом случае они отдадут своё физ. тепло и наиболее полно будет использовано их восстановительная способность.                           Скорость опускания шихтовых материалов составляет 20 – 150 мм в мин.  Это происходит в результате образования чугуна и шлака, к-ые периодически выпускают из дом-ой печи, сгорание кокса и плавление шихтовых материалов.

Горение топлива явл-ся одним из основных процессов обеспечивающих высокую t-ру необходимую для введения дом-ой плавки и получение газов восстановителей СО и Н_2, а также для освобождение объема, к-ый заполняется вышележащими материалами, способствуя движению шихты в печи сверху в низ.                                                                         Сгорание углерода топлива и углеводородов природного газа или мазута происходит в близи фурм, расположенных в верхней части горна, через фурмы под давлением 1.5-3 атм. подаётся дутьё нагретое до 1100 - 1300ºС, при этом скорость дутья на выходе из фурмы составляет 150м/сек. При таких параметрах дутья струя обладает большой кинетической энергией и вызывает циркуляцию кокса перед фурмами, что приводит к сгоранию кокса во взвешанном состоянии.                                                                       Куски кокса, отталкиваясь воздушным путем от фурм, поднимаются в верх, а на них место попадают новее куски кокса раскаленные до 1500ºС, к-ые сгорают в окислительной атмосфере, в результате t-ра газов составляет 1900-2000 ºС.     

Вокруг зоны циркуляции располагается область в газовой фазе к-ой содержится СО₂. Пространство перед фурмами в к-ом происходит окисление углерода коксом, кислородом дутья и диоксидом углерода называется окислительной зоной.                                                                                  Горение углерода твердого топлива развивается на поверхности контакта кокса и горновых газов с протеканием конечной стадии по реакции:

2С+О₂ → 2СО

Поскольку при избытке углерода и наличии высокой t-ры диоксид углерода явл-ся неустойчивым.(14000 ºС)

При вдувании природного газа:

2СН₄+О₂ → 2СО + 4Н₂

Образуется ≈ в 3 раза < тепла, и в 1,7 раза > продуктов сгорания, что делает невыгодным 100%-ую замену кокса на природный газ.

Устройство доменной печи

Доменная печь это печь шахтного типа, в к-ой процесс плавки чугуна непрерывный, сверху подают офлюсованный агломерат и кокс, снизу подогретый воздух: газообразное, пылевидное или жидкое топливо.                                                                  Вертикальный разрез дом-ой печи по её оси наз-ют профилем дом-ой печи, в к-ом различают: колошник, шахту, распар, заплечики, горн

Снаружи дом-ая печь заключена в металлический сварной или клепаный корпус, толщиной 20-25мм в верхней части и 30-35мм в нижней.

Верхняя часть(колошник и шахта) опирается на мараторное кольцо к-ое лежит на колоннах, нижняя часть дом-ой печи опирается на фундамент к-ый состоит из подошвы в виде восьмигранной плиты толщиной 4-6м и пня толщиной 2-2,5м, выполненного из жароупорного бетона, способного выдерживать t-ры до 1400 ͦС. Над фундаментом располагается лещадь, к-рую выполняют из углеродистых блоков и высокоглиноземистого кирпича. Низ лещади охлаждается при помощи плит воздушного охлаждения. Толщина лещади ≈ 5,5м. Фундамент и лещадь охлаждают снаружи чугунными блоками холодильниками, в к-ых по трубкам циркулирует вода.

Горн состоит из металлоприёмника, в к-ом скапливаются чугун и шлак, и фурменной зоны где расположены фурмы от 18 до 20 штук, а для крупных печей до 42 фурм. Кладка металлоприёмника 1,5м толщиной, и охлаждается снаружи чугунными листовыми плитами холодильниками. Дополнительно горн заключён в броню. Чугун и шлак выпускают через соответствующие лёдки. При этом ось чугунной лёдки располагается на 50см выше лещади. Нагретый воздух до t-ры 1100-1300С подаётся в печь по кольцевому воздухопроводу и фурмам.                                                                       Заплечики выполняют тонкостенными из полуторного кирпича, и охлаждают ребристыми плитовыми холодильниками. Поэтому благодаря интенсивному охлаждению на внутренней поверхности заплечиков образуется слой застывшего шлака перемешенного с графитом, к-ый и защищает футеровку от контакта с жидкими продуктами дом-ой плавки.       Распар так же выполяют тонкостенным из полуторного кирпича и охлаждают ребристыми плитовыми холодильниками.                                                               Шахта дом-ой печи выкладывается из шамотного кирпича с зазором 50-200мм, между бронёй и кладкой, к-ой заполняется глинисто-азбестовой массой. Шахта охлаждается на 2/3 её высоты. Снизу с помощью холодильников расположенных в шахмотном порядке по 24 штуки в ряду при 12-16 рядах.

Колошник снабжён защитными литыми сегментами для защиты футеровки от разрушения при загрузке шихты. Нижняя часть дом-ой печи охлаждается водой под давлением 5 атм., верхняя 8 атм. Часто используется вариант испарительного охлаждения.

Образование чугуна и шлака в доменной печи.

Железо, восстановленное в дом. печи поглощает углерод и другие элементы, образуя чугун.                                                                                                                                                                  В этом процессе большую роль играет свежевосстановленое железо, которое                 служит катализатором для распада оксида углерода на сажестый углерод и диоксид углерода: 2CO®C+CO₂ *                                                                                                                                        Эта реакция протекает на поверхности губчатого железа и, обладая повышенной хим. активностью, сажестый углерод взаимодействует с атомами железа образуя Fe₃C (карбид железа).                                                                                                                                  *                                                                                                     Этот процесс получает заметное развитие при t-рах 450-600°С. Углерод понижает t-ру плавления железа, и примерно при 1250°С происходит оплавление частиц железа и образование капель чугуна. На разных горизонтах дом. печи в чугун в небольших кол-вах переходят и др.восстановительные элементы: Si,Mn,P,V,As,S,Cr,Ni,Cu.                                                                                                  Окончательное сод-ие углерода в чугуне зависит от t-ры чугуна и его хим. состава. Помимо чугуна в дом. печи образуется также шлак в который переходят не восстановившиеся оксиды элементов CaO,MgO,Al₂O₃,SiO₂ и небольшое кол-во оксидов железа и марганца.                                                                                 Сначала образуются первичные шлаки в составе которых имеется повышенное сод-ие оксидов железа и марганца. По мере опускания доменного шлака в дом. печи и повышения его t-ры в нём увеличивается сод-ие оксидов Si,Mg,Al и Ca и уменьшается сод-ие оксидов железа и марганца.                                                     На уровне горизонта фурм к шлаку добавляется зола сгоревшего кокса и переходит сера в виде соединений с кальцием и магнием.                                                                            Конечный шлак на 85-95% состоит из CaO,Al₂O₃,SiO₂;и содержит от 2-10% MgO; 0.2-0.6% FeO; 0.3-3% MnO; 1.5-2.5%S в виде CaS.                                                                       Присутствие в дом. шлаках MgO; FeO; MnO способствует их разжижению.