Теоретические основы доменного производства чугуна

Расстояние от оси чугунной летки до низа огнеупорной футеровки печи - лещади - называется мертвым слоем. Назначение его состоит в предохранении футеровки лещади от износа конвективными потоками чугуна, образующимися во время выпуска продуктов плавки, и в обеспечении нормального протекания процессов в горне. Высота мертвого слоя изменяется от 0,6 м на малых доменных печах до 1,75 м на больших.

Развитие профиля доменной печи началось с момента появления доменного производства и продолжается до настоящего времени. Профиль первых доменных печей представлял собой два усеченных конуса, сложенных большими основаниями. Позже установили, что при разгаре огнеупорной кладки производительность печи повышалась, а расход горючего уменьшался, поэтому начали увеличивать размеры рабочего пространства. В связи с тем, что увеличению высоты печи, диаметров горна и колошника препятствовали низкая прочность горючего, малая мощность воздуходувных средств и ручная загрузка шихты, объем печи увеличивали преимущественно за счет расширения распара. Из-за этого профиль печи постепенно приобретал уродливые формы с непропорционально широким распаром. Такие печи работали плохо вследствие частых подвисаний шихты.

С целью активизации работы горна при недостаточной мощности воздуходувных средств в XVIII столетии в государствах Европы строили доменные печи с эллиптической формой профиля в горизонтальном сечении. С появлением первых воздуходувных машин объем доменной печи заметно возрос, в основном, за счет увеличения высоты. Первый метод расчета профиля печи был разработан Дж. Гиббсом в 1839 г. на основе изучения очертаний пространства печей, формировавшихся в процессе их эксплуатации. Применение в последующие годы минерального горючего вместо малопрочного древесного угля и более мощных воздуходувных машин привело к дальнейшему увеличению объема доменных печей, который повысился на порядок, полезная высота печи при этом выросла втрое. Так, уже в 80-х годах XIX в. сооружались доменные печи объемом 700-800 м3. Однако профиль их все еще был нерациональным. Диаметр горна был увеличен почти до размеров диаметра распара, тогда как колошник оставляли узким из-за боязни ухудшить распределение материалов при загрузке в печь. Так появился бутылкообразный профиль доменной печи с узким колошником и преувеличенным диаметром горна. Опыт эксплуатации таких доменных печей показал несовершенство их профиля.

Под влиянием разработанных академиком М.А. Павловым основ профилирования доменных печей в 20-х годах прошлого века Гипромезом был разработан первый типовой проект доменных печей объемом 930-1033 м3, профиль которых отличался пропорциональными размерами отдельных элементов. Это обеспечило, наряду с другими мероприятиями, высокую производительность и низкий расход кокса. Позднее профессор А.Н. Рамм, используя статистические данные о работе доменных печей с лучшими технико-экономическими показателями, предложил свой метод расчета профиля.

Вслед за первым типовым проектом был создан второй типовой проект доменных печей полезным объемом 1300-1386 м3. За последние пятьдесят лет, благодаря достигнутым успехам в области подготовки сырья, создания совершенного оборудования и накопления опыта строительства, построены доменные печи объемом 1386, 1513, 1719, 2002, 2300, 2700, 3000, 3200 и 5000м3. Повышение полезного объема доменных печей, построенных за эти годы, сопровождается пропорциональным увеличением поперечных размеров профиля, а их отношение к высоте неуклонно растет. Это стало возможным вследствие повышения газопроницаемости шихты и применения мощных воздуходувных машин.

 

 

 

 

 

1.3 Продукты доменной плавки

 

В первую очередь продукт доменной плавки это чугун. Передельный чугун подразделяют на группы, классы, категории и степени в зависимости от содержания кремния, марганца, фосфора, серы и мышьяка (табл. 1).

Кроме приведенной стандартизации передельного чугуна, на каждом металлургическом предприятии существуют технические условия и кондиции на чугун, служащие основанием для взаиморасчетов между доменными и сталеплавильными цехами.

Литейный чугун после выпуска из доменной печи разливают в чушки и в твердом состоянии отправляют на машиностроительные заводы и другим потребителям, 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 (табл. 2).

 

Таблица 1

Химический состав передельного коксового чугуна (стандарт 905-69)

Таблица 2

Химический состав литейного чугуна, % (стандарт 4832-70)

Производство различных видов чугунов сопровождается получением большого количества шлака, являющегося побочным продуктом доменной плавки. При выплавке передельного и литейного чугунов выход шлака составляет 0,4-0,8 т/т чугуна.

Доменные шлаки нашли широкое применение в промышленности строительных материалов. Путем различных способов переработки используют не только жидкий шлак из доменных печей, но и отвальный шлак, значительные количества которого скопились на шлаковых отвалах. Основная масса жидкого шлака подвергается грануляции - мокрой, полусухой и сухой. Гранулированный шлак в зависимости от химического состава используется для производства различных марок цемента, шлакоблоков и др. В последние годы доменный гранулированный шлак полусухой грануляции широко применяется при производстве панелей, используемых при строительстве жилых и промышленных зданий.

Жидкий шлак находит все большее применение для производства так называемого каменного литья - плотных литых изделий, получающихся при заполнении форм расплавленным шлаком и последующим медленным охлаждением. Кроме того, путем специальной обработки жидкого шлака получают теплоизоляционные материалы - шлаковую вату и различные пеноматериалы, характеризующиеся низкой удельной массой и высокой пористостью.

Шлак из шлаковых отвалов после соответствующей обработки (дробление, сортировка) используется для производства строительных материалов. В связи с развитием дорожного строительства из отвальных шлаков получают высококачественную щебенку, которая служит основанием для твердого покрытия шоссейных дорог. Рациональная переработка доменных шлаков значительно улучшает экономику производства чугуна.

Образующийся в доменной печи газ после очистки используется как топливо для металлургических агрегатов. При работе печи на атмосферном дутье выход колошникового газа составляет 3800-4000 м3 на 1 т кокса. Примерный состав колошникового газа при выплавке различных видов чугуна приведен в табл. 3.

 

Таблица 3

Химический состав колошникового газа при работе печи на атмосферном дутье

 Полезными составляющими газа являются СО, СН4 и Н2. От их содержания в газе зависит теплота сгорания газа, изменяющаяся от 3560 до 4000 кДж/м3 (850-950 ккал/м3).

При работе доменной печи на комбинированном дутье с применением природного газа содержание водорода в колошниковом газе возрастает до 6-8, а иногда и до 12%, а содержание азота сокращается до 46-52%. Теплота сгорания колошникового газа при этом увеличивается до 4200-4410 кДж/м3 (1000-1050 ккал/м3).

Около 30-35% колошникового газа используется для обогрева насадок воздухонагревателей в доменном цехе, нагрева стальных слитков в нагревательных печах и колодцах прокатных цехов, отопления зажигательных горнов агломерационных фабрик, обогрева коксовых батарей, в коксохимическом цехе (если цех расположен на одной промплощадке с доменным цехом), отопления котлов заводской теплоэлектроцентрали и других нужд. Для бытовых целей доменный газ непригоден вследствие высокой токсичности из-за высокого содержания в нем оксида углерода СО.

Чтобы не нарушать баланса газа по заводу, обычно к остановке доменной печи на длительный ремонт приурочивают остановку на ремонт и других металлургических агрегатов, потребляющих доменный газ.

Отделяемая от газа колошниковая пыль содержит 40-55% железа в виде оксидов и 5-10% углерода. Ее направляют на агломерационную фабрику, где используют в качестве компонента агломерационной шихты при производстве агломерата. Колошниковую пыль также используют в качестве наполнителя для асфальтовых покрытий дорог и в качестве тяжелого наполнителя при бурении нефтяных скважин. Таким образом используют и шлам, получаемый при полутонкой и тонкой очистке доменного газа. Его убирают из шламоот-стойниковосветлительных бассейнов и после обезвоживания используют при производстве агломерата. Содержание железа и углерода в шламе достигает 50 и 8% соответственно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 Металлургический  расчет доменного производства  чугуна

 

2.1 Задание к курсовой  работе

   

  1.1.1 Химический состав агломерат

 

Таблица 1.1- Состав агломерата, %

 

Fe	Mn	P	S	Fe2O3	FeO	MnO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	SO3	P2O5	Прочие
51,14	0,12	0,03	0,02	53,0	18,0	0,15	11,40	3,51	10,43	1,39	0,05	0,07	2,0

 

1.1.2 Химический  состав железной руды

 

Таблица 1.2- Состав железной руды, %

 

Вариант	Fe	Mn	P	S	Fe2O3	FeO	MnO	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	SO3	P2O5	Прочие
2	56,90	0,09	0,11	0,5	81,2	0,7	0,08	8,82	1,94	3,33	1,43	1,25	0,25	1,0

 

1.1.3 Химический  состав марганцевой руды

 

Таблица 1.3 - Состав марганцевой руды, %

 

Вар.	Fe	Mn	P	Fe2O3	MnO2	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	P2O5	Прочие
2	3,36	39,69	0,07	4,8	63,0	18,8	4,6	1,7	0,33	0,17	6,6

 

1.1.4 Химический  состав известняка

 

Таблица 1.4 - Состав известняка, %

 

Вар.	Fe	P	S	Fe2O3	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	SO3	P2O5	СО2	Прочие
2	0,33	0,01	0,06	0,47	0,76	0,78	54,0	0,84	0,15	0,023	42,39	0,59

 

1.1.5 Химический  состав кокса

 

Таблица 1.5- Состав кокса

 

Fe	Mn	P	S	Fe2O3	Mn3O4	SiO2	Al2O3	CaO	MgO	P2O5	Сн.л.
2,32	0,18	0,04	1,78	3.32	0,28	6,2	2,87	0,55	0,23	0,08	84,69