Підготовка залізних руд до плавлення
Техніко-економічні показники роботи доменної печі значною мірою залежать від складу залізної руди. Тому попередньо її спеціально обробляють, щоб підвищити вміст заліза й досягнути однорідності за хімічним складом. Для цього застосовують: подрібнення, просіювання, збагачення та грудкування.
Руду подрібнюють на грудки потрібної величини на спеціальних дробарках різних конструкцій. Процес енергомісткий, отже, й дорогий.
Після подрібнення руду просіюють або осаджують у воді, щоб розділити її на різні фракції за розмірами грудок. Для виплавляння у доменній печі розмір грудок становить 10... 80 мм, для агломерації — 5...8 мм, для магнітного збагачення — 0,1 мм.
Збагачують руду (на вміст заліза) шляхом промивання, магнітної сепарації тощо.
Промивання сильним струменем води відокремлює від руди частинки піску й глини, так що частка заліза зростає на 2...З %.
Магнітна сепарація — головний спосіб збагачення залізних руд. Вона зводиться до притягування електромагнітом із тонко подрібненої руди частинок, які мають магнітні властивості, й подальшого їх відокремлення від пустої породи.
Агломерація полягає в спіканні дрібних частинок руди, флюсу та коксу при температурі 1300...1500 °С на агломераційних машинах, під час якого пуста порода руди й флюс у вигляді вапняку частково розплавляються, виділяються шкідливі домішки (сірка, арсен), розкладаються карбонати й утворюються шматки пористого офлюсованого матеріалу — агломерату. Під час цього руда частково відновлюється до Fe3О4і незначною мірою — до FeO.
Грудкування застосовують, щоб отримати грудки завбільшки 5...40 мм зі зволоженої тонкорозмеленої суміші залізної руди, флюсу й твердого палива в спеціальному пристрої, що обертається. Для кращого злипання між собою частинок суміші додають незначну кількість (1...2 %) високоякісної глини — бентоніту. Грудки висушують і обпалюють при 1200...1300 °С з метою надання їм високої міцності й пористості. Порівняно з агломератом, грудки міцніші й тому менше руйнуються під час транспортування.
Використання агломерату й грудок для виплавляння чавуну дає змогу уникнути подачі в доменну піч флюсу, підвищує її продуктивність і зменшує витрати коксу.
Будова доменної печі
Доменна піч є шахтною піччю безперервної дії і використовується для виплавляння чавуну. Вона має сталевий кожух 5 (рисунок 1), викладений зсередини футерівкою 6 переважно з шамотної цегли. Робочий простір печі складається з колошника 9, шахти 4, розпару 3, заплечиків 12 і горна 13.
Рисунок 1 Схема конструкції (а) і профіль (б) доменної печі: 1 — жолоб для чавуну; 2 — фурма; 3 — розпар; 4 — шахта; 5 — кожух; 6 — футерівка; 7 — великий конус; 8 — газовивідна труба; 9 — колошник; 10 - чаша;
11 — малий конус; 12 — заплечики; 13 — горно; 14 — жолоб для шлаку
Колошник 9 — це верхня частина доменної печі. Він має засипний апарат для завантаження шихти та газовивідні труби 8, що відводять з печі доменний газ. Засипний апарат складається з чаші 10, малого конуса 11 і великого конуса 7. Шихтові матеріали (офлюсований агломерат, кокс та ін.) подають у засипну чашу. Під час опускання малого конуса вони зсипаються на великий конус. Великий конус опускається, коли малий конус закритий, і шихтові матеріали потрапляють у шахту. Неодночасне відкривання конусів запобігає виходу газів із печі в атмосферу.
Шахта має вигляд зрізаного конуса, повернутого великою основою вниз, що полегшує вільне опускання шихтових матеріалів. У шахті йде теплообмін між гарячим газом, що рухається вгору, і шихтовими матеріалами, що опускаються вниз. Під час цього залізо відновлюється, навуглецьовується та плавиться.
Розпар3 — найширша частина печі, де плавиться пуста порода руд і частина флюсу, утворюючи шлак, а в твердому стані залишається кокс і решта флюсу.
Заплечики 12 мають форму зрізаного конуса, повернутого великою основою вгору. Така форма пов'язана зі зменшенням об'єму матеріалів внаслідок переходу їх у рідкий стан.
Між заплечиками й горном рівномірно розташовані по колу охолоджувані водою мідні труби — фурми 2, крізь які подається у простір печі під тиском до 0,25 МПа гаряче повітря, необхідне для горіння палива. Нагріте повітря зменшує витрату палива й інтенсифікує доменний процес.
Горно13має форму циліндра. У верхній його частині згоряє паливо, у нижній — закінчується утворення шлаку й нагромаджується рідкий чавун і шлак. Чавун періодично випускають по жолобу 1 в міру його нагромадження в горні, а шлак випускають по жолобу 14.
Висота печі більш ніж утричі перевищує її діаметр, завдяки чому тепловий коефіцієнт корисної дії печі сягає 85 %. Для підвищення тривкості футерівки її охолоджують водою, що циркулює в холодильниках.
До допоміжних агрегатів доменної печі належать транспортні засоби: для шихтових матеріалів, чавуну і шлаку, а також бункери, вагони-ваги, повітронагрівачі тощо.
Шихтові матеріали надходять на рудний двір, звідки їх подають вагоном-вагою в бункер, а з бункера — у скіпову вагонетку. Вагонетка рухається по рейках і перекидається над засипним апаратом доменної печі. Тепер вагонетку замінюють транспортером безперервної дії.
Повітронагрівач — це теплообмінний апарат циліндричної форми заввишки 40 м. Він складається зі сталевого кожуха, викладеного вогнетривкою цеглою.
Доменна піч має три-чотири повітронагрівачі.
У сучасних доменних печах повітря, що подається у фурми, збагачують киснем до 30 %. У печах поряд з коксом використовують природний газ і кам'яновугільний порошок. Надмірне збагачення дуття киснем економічно невиправдане.
Розплавлений чавун і шлак розливають у ковші — чавуновози і шлаковози, які рухаються по залізничних рейках.
Доменний процес
Шихтові матеріали, в складі яких у певних співвідношеннях є залізна й марганцева руда, кокс та флюси, безперервно опускаючись в доменній печі, поступово нагріваються продуктами згоряння (доменним газом) і при цьому зазнають відповідних перетворень. У верхній частині шахти при порівняно невисокій температурі (100...400 °С) вони спочатку підсушуються, згодом виділяється з руди хімічно зв'язана вода та розкладаються вуглекислі солі, а з палива виділяються леткі речовини у вигляді метану СН4 та інших вуглеводнів.
Гаряче повітря, що вдувається в піч крізь фурмені отвори, контактує з розпеченим коксом і спричинює його горіння за реакцією:
С + О2 = СО2 + 400,780 кДж.
Температура біля фурм зростає до 1700...1800 °С, а у разі збагачення дуття киснем і вдування природного газу вона сягає 2000 °С. При цій температурі за наявності надлишку вуглецю вуглекислий газ CO2, нестійкий і частково переходить у оксид вуглецю СО:
С + СО2 = 2СО — 165,797 кДж.
Одночасно відновлюється водень із пари води, яка є в повітрі
С + Н,0 = Н2 + СО — 124,475 кДж.
У зоні печі, де температура газів становить 700...450 °С, частина чадного газу розкладається, утворюючи сажу С, що осідає в порах шихтових матеріалів:
2СО = С + СО2 — 165,797 кДж.
Отже, вгору рухаються гази, що складаються із N2, СО2, CO, СН4 і Н2, їх температура на виході з печі становить 300...400 °С.
Головною метою доменного процесу є відновлення заліза з його сполук. Відновниками служать оксид вуглецю СО, сажа С і певною мірою водень Н2. Відновлення твердим вуглецем називається прямим, а газами — непрямим.
За законом діючих мас швидкість хімічних реакцій пропорційна концентрації речовин, що реагують. Оскільки в шихтових матеріалах сполук заліза найбільше, то вони повинні відновлюватися насамперед. Реакції непрямого відновлення починаються при температурі 570 °С і закінчуються при 950 °С:
3Fe2О3 + CO = 2Fe3О4 + СО2 + 37,137 кДж,
Fe3О4 + CO = 3FeO + CО2 — 20,892 кДж,
FeO + CO = Fe + CО2 + 13,607 кДж.
Реакція прямого відновлення заліза відбувається при 950...1000 °С:
FeO + С = Fe + CO — 152,190 кДж.
Швидкість відновлення заліза залежить не лише від концентрації його сполук, але й від температури і підпорядковується принципу Ле Шательє, згідно з яким хімічні реакції, що виділяють теплоту, інтенсивніші при низьких температурах, а реакції, що вбирають теплоту — при високих температурах. Тому у верхній частині печі, де температура невисока, інтенсивнішими є екзотермічні реакції непрямого відновлення, а в нижній частині печі при високих температурах — реакція прямого відновлення заліза. Під час стікання в горно залізо контактує з коксом і навуглецьовується.
Марганець відновлюється за такими реакціями:
2MnО2 + СО = Мnп2О3 + СО2 + 425,379 кДж,
3Мn2О3 + СО = 2Мn3О4+ СО2 + 170,235 кДж,
Мn3О4 + СО = 3МnО +С02 + 51,916 кДж,
МnО + С = Mn + СО — 287,382 кДж.
Відновлення кремнію вуглецем починається при 1050 °С:
SiО2 + 2С = Si + 2СО — 635,096 кДж.
Частина сірки (10...20 %) виходить з газами переважно як S02 і H2S. Решта сірки переходить у чавун і шлак. Під час виплавляння переробного чавуну практично весь фосфор шихти залишається у чавуні. Отже, в горні збирається складний сплав — чавун, до якого входять Fe (основна маса), С (> 2,14 %), Mn, Si, Р, S та інші елементи.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 893; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!