Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Доменная плавка с использованием технологии вдувания пут: история и современность
В древности железо получали в специальных очагах (горнах). Горн выкладывали из камней, в него загружали руду и древесный уголь. Для горения угля мехами вдували воздух. Образующаяся при горении окись углерода и углерод угля восстанавливали руду. Часть окислов железа восстанавливалась до закиси FeO и вступала в реакцию с окислами пустой породы, особенно с кремнеземом, образуя жидкий железистый шлак. Зерна железа, полученные в результате восстановления его окислов, сваривались в рыхлую губчатую массу, называемую крицей. Эту крицу проковывали, выжимая из ее пор полужидкий шлак. Металл, полученный этим способом, назывался сыродутным. До XIII в. железо и сталь производились только этим способом. В сыродутном способе благодаря невысоким температурам в горне, небольшому времени пребывания железа в контакте с углем и особенно взаимодействию железа с железистыми шлаками получалось непосредственно мягкое малоуглеродистое железо [12]. Постепенно совершенствуя сыродутный горн, стали строить невысокие шахтные сыродутные печи - домницы. Увеличение высоты домницы и усиление воздуходувных средств привели к удлинению контакта железа с углеродом и к росту температуры процесса. Восстановленный металл плавился и стекал вниз по кускам угля, растворяя углерод последнего и превращаясь в чугун. Для доменного процесса характерны хорошие восстановительные условия в доменной печи, а также отделение восстановленного железа в виде расплава чугуна от окислов пустой породы руды, образующих шлаковый расплав, не смешивающийся с металлическим. Эти характерные особенности доменного процесса обеспечивают высокое извлечение железа из руды. С ростом потребности в металле, развитием энергетических и технических возможностей постепенно увеличивалась высота и поперечные размеры доменных печей. При этом соответственно возрастал их полезный объем. Русские доменщики два столетия тому назад создали наиболее мощные и совершенные по тому времени доменные печи. В России впервые была построена доменная печь с круглым поперечным сечением всех элементов профиля: ранее домницы и доменные печи были квадратного сечения [13]. Русские доменщики первые применили подачу дутья через две, и более фурм. Изобретатель паровой машины Иван Ползунов в 1765 г. предложил цилиндрические мехи, опередив на четыре года англичанина Смитона.
Иностранный исследователь Л. Бек так описывал уральские доменные печи XVIII в.: «Сибирские домны - величайшие и лучшие древесноугольные доменные печи, которые были до тех пор построены… они были с мощными цилиндрическими воздуходувками с водяным приводом. Сибирские домны имели от I0.5 до 15,0 м в высоту и от 3,6 до 3,9 м в поперечнике, в распаре; плели 6 цилиндрических воздуходувных мехов и производили от 100 до 150 т чугуна в неделю, каковая мощность тогда не была достижима даже для величайших английских коксовых домен» [14]. В 1735 г. в качестве горючего для доменной плавки впервые был применен кокс. Замена древесного угля коксом расширила сырьевые возможности и позволила увеличить производительность доменных печей. С этого времени доменное производство развивается особенно быстро. В дальнейшем производительность печей увеличилась в несколько раз благодаря применению (с 1829 г.) подогретого дутья. Доменная плавка - это основной способ переработки природного железорудного сырья с получением чугуна (иногда ферросплавов и лигатур). Доменная плавка была освоена ещё в XIV в., и с тех пор уже в течение более 500 лет её технология практически не менялась [15]. Сущность доменного процесса состоит в восстановлении железа из оксидов и получении расплавленного науглероженного металла (чугуна) и шлака, которые легко отделяются друг от друга вследствие различия в плотностях (плотность чугуна примерно в 2.5 раза превышает плотность шлака). Выплавка чугуна из железорудных материалов производится в доменных печах. В любой момент времени доменная печь заполнена железосодержащими материалами: твёрдыми (в шахте, распаре и на колошнике), размягчёнными (в заплечиках, распаре и нижней части шахты), жидкими (в горне и металлоприёмнике) и коксом, который остаётся твёрдым во всём объёме печи. В нижней части печи кокс формирует своеобразную насадку, которая обеспечивает необходимый газодинамический режим плавки, полноту протекания процессов восстановления железа и науглероживания металла. В горне печи имеются отверстия для выпуска жидких продуктов плавки (лётки) и для ввода во внутреннее пространство печи дутья (фурмы). Доменное дутьё представляет собой воздух (иногда обогащённый кислородом), нагретый до 1000-1350°C, с топливно-восстановительными добавками (природный газ, угольная пыль, мазут и т.п.). В горне печи формируется окислительная зона, где горят кокс и топливно-восстановительные добавки, в результате чего получается газ, состоящий из азота, оксида углерода и водорода. В окислительной зоне самый высокий уровень температуры (2000-2500°C) в печи. Образовавшийся в окислительной зоне газ поднимается вверх; по мере продвижения его температура, количество и состав изменяются. Больше всего к нему добавляется оксида углерода, образующегося в результате реакций восстановления оксидов железа, кремния, фосфора, марганца и других элементов углеродом коксовой насадки. Состав газа, меняется, прежде всего, вследствие протекания реакций восстановления - оксид углерода превращается в углекислый газ, а водород - в воду. Нагревая шихту, газ охлаждается до температуры 100-300°C. Шихтовые материалы загружают в печь периодически, и время их пребывания в печи составляет 5-8 ч. По мере освобождения пространства в нижней части печи в результате сгорания кокса и плавления железной руды шихтовые материалы опускаются вниз, постепенно нагреваясь от поднимающихся вверх газов. При этом из них испаряется влага, происходит разложение карбонатов и восстановление оксидов железа оксидом углерода и водородом. При температуре около 1200°C начинается размягчение, а затем плавление материалов с образованием чугуна и шлака. Шлак получается из пустой породы железорудных материалов, золы кокса и флюса (если он используется при плавке); шлак является главным регулятором химического состава чугуна. Состав чугуна формируется в процессе стекания капель металлического расплава по коксовой насадке и взаимодействия со шлаком. Температура чугуна на выпуске составляет обычно 1380-1420°C, шлака - 1450-1500°C. Жидкие продукты плавки выпускают из печи периодически (по мере накопления) [16].
Современная доменная печь, служащая для выплавки чугуна, представляет собой шахтную печь. Вертикальное сечение рабочего пространства ее называется профилем печи и представлено на рисунке 1.1. Верхняя цилиндрическая часть доменной печи, служащая для приема плавильных материалов и отвода газов, называется колошником. Наибольшая по высоте коническая часть печи называется шахтой. Расширение шахты книзу облегчает опускание материалов и улучшает распределение газов по поперечному сечению печи. Цилиндрическая часть, соединяющая основание шахты с нижним конусом печи, называется распаром. Часть печи в виде усеченного конуса с меньшим нижним основанием, расположенная ниже распара, называется заплечиками. Форма заплечиков соответствует резкому сокращению объема шихтовых материалов в результате образования жидких продуктов плавки. Нижняя цилиндрическая часть печи, в верхней части которой сгорает кокс, а в нижней собираются продукты плавки - чугун и шлак, называется горном [12].
Рисунок 1.1 - Профиль доменной печи: Доменная печь: 1 - защитные сегменты колошника; 2 - большой конус; 3 - приёмная воронка; 4 - малый конус; 5 - распределитель шихты; 6 - воронка большого конуса; 7 - наклонный мост; 8 - скип; 9 - воздушная фурма; 10 - чугунная лётка; 11 - шлаковая лётка.
Объем доменной печи, занятый плавильными материалами и продуктами плавки, называется полезным, а высота от лещади до верхнего уровня плавильных материалов на колошнике - полезной высотой доменной печи. Технология доменной плавки с использованием пылеугольного топлива известна с 1831 г. Промышленное применение технологии вдувания ПУТ началось лишь в середине XX века, а широкое распространение данная технология получила в 80-е годы XX века. Затяжной период освоения технологии ПУТ можно объяснить необходимостью разработки сложного и дорогостоящего оборудования для подготовки и вдувания ПУТ, а также успешной конкуренцией со стороны мазута и природного газа. Первый патент на вдувание измельчённого твёрдого топлива в доменную печь через фурмы выдан в Англии, в 1831 г., аналогичный патент выдан в Германии в 1877 г. Данные о начале практического применения ПУТ разнятся: по одним источникам первые попытки вдувания были предприняты в 1840 г., по другим первое вдувание измельчённого угля в шахтную печь было осуществлено в Канаде при плавке черновой меди в 1911 г. [1]. Масштабные экспериментальные работы по вдуванию ПУТ начались в 50…60-е годы ХХ века в США. В то время мазут выполнял ведущую роль в технологии вдувания топлива. В 1955 г. в СССР на металлургическом заводе им. Дзержинского были проведены опыты по вдуванию угольной пыли через фурму в доменную печь объёмом 427 м3 при выплавке ферросилиция. Эти опыты положили начало исследованиям доменного процесса с применением пылевидного топлива на промышленных доменных печах СССР. Только после энергетического кризиса в 70-е годы обратили внимание на уголь как на более разумную экономическую альтернативу. Применяемая в 70-х годах ХХ века практика вдувания мазута и других производных нефти обеспечивала расход кокса на уровне 400 кг/т чугуна. Второй нефтяной кризис заставил отказаться от вдувания жидких агентов и резко увеличил потребление кокса. -е годы стали периодом быстрого роста строительства установок по вдуванию ПУТ в мире, в основном в Европе и Азии. В Северной Америке популярным стало вдувание природного газа совместно с другими видами жидкого и твёрдого топлива. К концу 80-х вдувание ПУТ значительно потеснило другие виды топлива и в США.
Вследствие противоположной направленности воздействия процессов вдувания ПУТ и природного газа на ход доменной печи стало очевидным совместить вдувание этих видов топлива для более мягкого влияния на ход печи. К настоящему времени в результате совершенствования технология вдувания ПУТ нашла широкое практическое применение. Использование технологии вдувания ПУТ позволяет снизить удельный расход кокса до 325-350 кг/т чугуна. Лидером по удельному расходу ПУТ являются Нидерланды. Параллельно сокращению расхода кокса при вдувании больших количеств ПУТ, прежде всего, возрастают требования к качеству кокса, поскольку кокс является единственным твёрдым материалом ниже зоны когезии доменной печи и расходуется здесь с более медленной скоростью, т.е. подвергается более длительному воздействию высоких температур и веса столба шихты. В связи с этим кокс должен быть более прочным физически и устойчивым к химическому воздействию, чтобы обеспечить высокую газопроницаемость шихты. Показатель прочности кокса после взаимодействия с углекислым газом (CSR - coke stretch reactivity) в значительной степени зависит от химического состава золы, который влияет на реакционную способность кокса. Состав доменного шлака также оказывает влияние на эффективность вдувания ПУТ - исследователями обнаружен значительный сдерживающий эффект увеличения потерь давления, возникающий в результате использования железорудного сырья с низким содержанием Al2O3.
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2020-03-26; просмотров: 285; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 34.201.37.128 (0.03 с.) |