Доменная печь

Доменное производство

Доменное производство, производство чугуна восстановительной плавкой железных руд или окускованных железорудных концентратов в доменных печах. Доменное производство — отрасль чёрной металлургии.

Чугун был известен за 4-6 вв. до н. э. Доменное производство возникло в результате развития сыродутного процесса — «прямого» получения железа в твёрдом состоянии непосредственно из железной руды путём восстановления её в низких горнах или шахтных печах (домницах) с помощью древесного угля. Первые доменные печи в Европе появились в середине 14 в., а в России — около 1630, вблизи Тулы и Каширы. На Урале первый чугун получен в 1701, а в середине 18 в. благодаря развитию уральской металлургии Россия вышла на 1-е место в мире, которое удерживала до начала 19 в. До середины 18 в. единственное топливо в Доменное производство — древесный уголь. В 1735 А. Дерби применил в доменной плавке каменно-угольный кокс.

Основные этапы развития: применение паровой воздуходувной машины (И. И. Ползунов, 1766), нагрев дутья, изобретение кирпичного воздухонагревателя регенеративного типа (Э. Каупер, 1857). В 1913 в России было выплавлено 4,2 млн. т чугуна и она занимала 5-е место в мире. В 1940 в СССР было выплавлено 15 млн. т чугуна (3-е место в мире), а с 1947 Советский Союз уступал только США. В 1970 СССР вышел на 1-е место в мире. Выплавка чугуна в СССР в 1971 составила 89,3 млн. т. Большую роль в развитии Доменное производство в СССР сыграли М.А. Павлов, М.К. Курако, И.П. Бардин. Доменное производство в СССР характеризуется применением высокомеханизированных и автоматизированных агрегатов и передовой технологии.

Исходными материалами (шихтой) в доменном производстве являются: железная руда, марганцевая руда, агломерат, окатыши, а также горючее и флюсы. Широкое применение в шихте доменных печей СССР получил офлюсованный агломерат (свыше 90 %), который содержит 50-60% Fe при основности 1,1-1,3; расширяется применение офлюсованных окатышей. Важнейшие свойства железосодержащих шихтовых материалов, определяющие технико-экономические показатели доменной плавки: содержание железа, состав пустой породы, количество вредных примесей, а также гранулометрический состав, прочность и восстановимость. Основным горючим в Доменное производство служит каменноугольныРасчет оптимального состава шихтовых материалов методами линейного программированияй кокс. Получает распространение плавка с заменой части кокса газообразным, жидким или твёрдым топливом, вдуваемым в горн доменной печи. В качестве флюсов используется известняк, иногда доломит.

Основные виды чугуна, выплавляемого в доменных печах: передельный чугун, используемый для производства стали в сталеплавильных агрегатах; литейный, идущий для чугунных отливок; специальные чугуны. Побочные продукты Доменное производство: доменный газ после очистки от пыли используется для нагрева дутья в воздухонагревателях, а также в заводских котельных установках, коксохимических, агломерационных и некоторых др. цехах; доменный шлак находит применение главным образом в промышленности строительных материалов; колошниковая пыль, выносимая из печи и улавливаемая системой газоочистки, содержащая 30-50 % Fe, возвращается в шихту доменных печей после её предварительного окускования (главным образом путём агломерации).

Доменный цех завода с полным металлургическим циклом имеет, как правило, не менее 3 доменных печей с воздухонагревателями и системой газоочистки. Запас шихты (кокса на 6-12 ч, агломерата или руды, а также флюсов на 1-2 суток работы печей) хранится в бункерах эстакады (общей для всех доменных печей). На многих металлургических заводах в состав доменного цеха входит так называемый рудный двор, где хранится основной запас железных руд, укладываемых в штабеля рудными перегружателями. Формирование штабеля и забор из него материалов производятся с учётом усреднения руд. В доменном цехе имеются также машины для разливки чугуна.

Доменная печь, домна — большая металлургическая, вертикально расположенная плавильная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до её капитального ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов. Первые доменные печи появились в Европе в середине XIV века, в России — около 1630 года.

Описание и процессы.

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий агрегат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты. В которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков. Где образуется восстановительный газ — монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака. А также верхняя — фурменная зона, где происходит вдувание комбинированного дутья в печь и нижняя часть — лещадь

В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом, в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

В верхней части горна, где приток кислорода достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода и выделяя большое количество тепла.

Диоксид углерода, покидая зону, обогащённую кислородом, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода — главный восстановитель доменного процесса.

Поднимаясь вверх, монооксид углерода взаимодействует с оксидами железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до менее окисленного оксида.

Полученный в результате реакции металлический расплав каплями стекает по раскаленному коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 — 6,67 % углерода. Такой сплав называется чугуном. Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси — сера и фосфор. Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.

Ранее шлак выпускался через отдельную шлаковую лётку. В настоящее время и чугун, и шлак выпускают через чугунную лётку одновременно, таким образом, контакт чугуна и шлака увеличивается при перемешивании и часть серы чугуна переходит в шлак. Разделение чугуна и шлака происходит уже вне доменной печи — в жёлобе, при помощи разделительной плиты скиммерного устройства вследствие различных плотностей жидких продуктов плавки. Отделённый от шлака чугун поступает в чугуновозные ковши, либо в ковши миксерного типа. Шлак, по шлаковым желобам разливается в шлаковые чаши.

Фундамент печи.

Современная печь вместе со всеми сооружениями и металлоконструкциями, футеровкой (огнеупорной кладкой) и находящимися в ней шихтовыми материалами и продуктами плавки может иметь массу свыше 30 тыс. т. Эта масса должна быть равномерно передана грунту. Нижнюю часть фундамента (подошву) делают в виде массивной бетонной плиты толщиной до 4 м. На подошву опираются колонны, поддерживающие металлические конструкции печи (кожух). Верхняя часть фундамента (пень) представляет собой монолитный цилиндр из жароупорного бетона, на котором находится горн печи.

Горн доменной печи.

Горн доменной печи — нижняя часть доменной печи, цилиндрическая по внутреннему очертанию и коническая (иногда цилиндрическая) по наружной форме. Горн оснащен устройствами для выпуска чугуна и шлака (чугунными и шлаковыми летками) и приборами (фурмами) для вдувания нагретого (на кауперах) до 1100—1400 °С, обогащенного кислородом до 23—25 %, воздуха. Горн доменной печи — наиболее ответственная часть её конструкции. Здесь скапливается до 1000 т. и больше расплавленных продуктов плавки — чугуна и шлака. На дно горна оказывает давление весь столб шихты массой 9—12 тыс. т. Давление горновых газов составляет 0,4—0,5 МПа, а их температура в очагах горения кокса достигает 1700—2100 °С. Внутри горна непрерывно движутся и обновляются кокс, жидкие чугун и шлак, горновые газы. По сути это мощный непрерывно движущийся реактор. В связи с этим к конструкциям горна предъявляются жесткие требования по прочности, герметичности и огнеупорности. Основные конструктивные элементы горна — кожух, холодильники, чугунная и шлаковая летка, фурменные приборы.

Чугунная лётка.

Это канал прямоугольной формы шириной 250—300 мм с высотой 450—500 мм. Канал делают в огнеупорной кладке горна на высоте 600—1700 мм от поверхности лещади. Каналы для шлаковых лёток выкладывают на высоте 2000—3600 мм. Канал чугунной летки закрыт огнеупорной массой. Открывают чугунную лётку путём высверливания бурильной машиной отверстия диаметром 50—60 мм. После выпуска чугуна и шлака (на современных больших доменных печах выпуск чугуна и шлака осуществляется через чугунные лётки) отверстия забивают с помощью электрической пушки. Носок пушки входит и в неё из пушки под давлением подают лёточную огнеупорную массу. Шлаковая лётка на доменной печи защищена водоохлаждаемыми элементами, которые в совокупности называют шлаковыми стопорами и рычажной конструкции с пневматическим приводом, управляемым дистанционно. Доменные печи большого объёма (3200—5500 мі) оборудованы четырьмя чугунными лётками, работающими попеременно, и одной шлаковой лёткой. Выпуск чугуна и шлака из доменной печи включает в себя следующие операции:

  • 1. открытие чугунной лётки (в необходимых случаях в шлаковой);
  • 2. обслуживание, связанное непосредственно с вытеканием чугуна и шлака;
  • 3. закрытие чугунной лётки (если шлак выпускали через шлаковую, то и шлаковой);
  • 4. ремонт лётки и желобов.

Работа доменной печи начинается с её задувки. При этом горн и заплечики загружаются коксом, а шахта — так называемой задувочной шихтой. В полностью загруженную печь подаётся нагретое дутьё (уменьшенное количество), кокс воспламеняется, и начинается опускание материалов. Первый выпуск чугуна и шлака производится через 12—24 ч, после чего количество дутья и рудная нагрузка (отношение массы руды к массе кокса в подаче) постепенно увеличиваются, и через несколько дней после задувки доменная печь достигает нормальной производительности.

Непрерывная работа (кампания) доменной печи от задувки до выдувки (остановки на капитальный ремонт) продолжается 5—6, а в некоторых случаях 8—10 лет и более, в течение которых печь 1—2 раза останавливается на так называемый средний ремонт для замены изношенной кладки шахты. Выплавка чугуна на мощных печах за одну кампанию достигает 5—8 млн. т чугуна и более.

Управление работой (ходом) доменной печи заключается в регулировании (в соответствии с качеством сырых материалов и видом выплавляемого чугуна) состава шихты, количества, температуры и влажности дутья, а также величины подачи или последовательности загрузки отдельных компонентов шихты и уровня засыпи. Ход доменной печи контролируется измерительными приборами, регистрирующими основные параметры загрузки, дутья, колошникового газа, температуру кладки печи на разных горизонтах.

Получили распространение плавка с вдуванием дополнительных видов топлива, обогащением дутья кислородом и работа с повышенным давлением колошниковых газов. При повышении давления на колошнике уменьшается перепад давлений между низом и верхом доменной печи; это обусловливает более ровный сход шихты, улучшает восстановительную работу газов, уменьшает вынос пыли.

Доменная печь характеризуется высокой степенью автоматизации. На современной доменной печи автоматически осуществляются все операции шихтоподачи: набор компонентов шихты с отсевом мелочи, взвешивание, транспортировка на колошник и загрузка в печь по заданной программе. Автоматически поддерживаются оптимальный уровень засыпи и распределение шихтовых материалов на колошнике, давление колошникового газа, расход воды на охлаждение, температура и влажность дутья, а также содержание в нём кислорода и расход природного газа. Автоматизировано переключение воздухонагревателей и управление режимом их нагрева. Автоматические анализаторы обеспечивают непрерывную регистрацию состава колошникового газа и дутья. Внедряются системы автоматического регулирования подачи дутья и природного газа как по общему расходу, так и по отдельным фурмам.

Новые доменные печи оснащаются системами централизованного контроля и управления, которые обеспечивают усреднение показателей приборов и подсчёт комплексных показателей работы печи. Ведутся работы по комплексной автоматизации Д. п., в том числе управления тепловым режимом доменной печи с помощью ЭВМ.

Показатели работы доменной печи зависят главным образом от качества сырых материалов и степени подготовки их к плавке. Основные показатели: суточная производительность доменной печи в т и расход кокса на 1 т чугуна. В СССР производительность доменных печей иногда характеризуется коэффициентом использования полезного объёма (кипо), т. е. отношением полезного объёма в м3 к суточной выплавке передельного чугуна в т. Производительность доменной печи объёмом 3000 м3 — 7000 т чугуна в сутки. В 1970 средний кипо составил 0,597 (в некоторых случаях 0,43—0,45). Расход кокса на единицу выплавляемого чугуна имеет большое экономическое значение вследствие высокой стоимости кокса. Применение дополнительного топлива позволяет уменьшить расход кокса на 8—20% и снизить благодаря этому себестоимость чугуна. В СССР при выплавке передельного чугуна из хорошо подготовленной богатой железом шихты расход кокса 550—600 кг/т, а на некоторых заводах — не более 450—500 кг/т.

Совершенствование Доменной печи направлено на улучшение подготовки сырых материалов к плавке, увеличение мощности (объёма) доменных печей, внедрение прогрессивной технологии, автоматического управления ходом доменной печи.

2. Доменное производство

Доменные печи предназначены для получения чугуна из железной руды. Сырыми материалами домен­ной плавки являются топливо, железные и марганцевые руды и флюс.

Топливом для доменной плавки служит кокс, получаемый из каменного угля. Его роль состоит в обеспечении процесса теплом и восстановительной энергией. Кроме того, кокс разрыхляет столб шихтовых материалов и облег­чает прохождение газового потока в шихте доменной печи. Железные руды вносят в доменную печь химически связанное с другими элементами железо. Восстанавливаясь и науглероживаясь в печи, железо переходит в чугун. С марганцевой рудой в доменную печь вносится марганец для получения чугуна требуемого состава.

Добываемые на рудниках железные руды дробят, сортируют, при необ­ходимости обжигают и обогащают, удаляя частично пустую породу и вред­ные примеси. После усреднения мелкие железные руды и рудный концентрат окусковывают при помощи агломерации или окатывания. Подготовленные шихтовые материалы в строгом соотношении загру­жают в доменную печь сверху при помощи засыпного аппарата. В нижнюю часть доменной печи — горн через фурмы подают нагретый воздух, сжатый воздуходувной машиной или жидкое, газообразное, пылевидное топливо. Основной продукт доменного производства — передельный чугун выпускают из горна доменной печи через чугунную летку 8 -14 раз в сутки и направляют в сталеплавильные цехи для передела в сталь или на разливочные машины для разливки в чушки и отправки потребителям.

Кроме передельного чугуна, в доменных печах выплавляют литейный чугун, доменный ферросилиций, ферромарганец и зеркальный чугун. Из литейного чугуна отливают изделия в машиностроении. Доменные ферросплавы используют в сталеплавильном производстве для раскисления стали и присадки соответствующих элементов.

Шлак в печи образуется в результате плавления пустой руды, флюса и золы кокса. Шлак из доменной печи выпускают через шлаковые летки (верхний шлак) и при выпуске чугуна через чугунные летки (нижний шлак). Доменный шлак используют для производства цемента, строительных панелей, блоков, шлаковой ваты.

Доменный газ, образующийся в печи при взаимодействии кислорода дутья и шихты с углеродом кокса, после очистки используют как металлургическое топливо в доменном и смежных цехах. Колошниковую пыль направляют на аглофабрику для производства агломерата.

Доменный цех Западно-Сибирского металлургического комбината имеет в своем составе три доменные печи суммарным полезным объемом 8000 кубометров. Объем доменных печей №1 и №3 равен 3000 м3, объем доменной печи №2 равен 2000 м3. Каждая доменная печь оборудована четырьмя воздухонагревателями.

В структуру цеха входят также шихтоподача, четыре разливочные машины, отделение приготовления огнеупорных масс и депо ремонта ковшей. Основная масса вырабатываемого передельного чугуна перерабатывается в сталеплавильном производстве ЗСМК. На участке шихтоподачи цеха имеется пять перегрузочных станций, которые оснащены транспортерной системой с двумя приемными устройствами. В этот гигантский комплекс входят также четыре разливочные машины.

Реализуется чугун и в виде продукции комбината. Чушковый чугун направляется на другие металлургические предприятия стран СНГ.

Рис. 3 – Профиль доменной печи

1- купол, 2- колошник, 3-шахта, 4-распар, 5- заплечики, 6-горн, 7-лещадь, 8- уровень чугунных леток для выпуска чугуна, 9-уровень шлаковых леток для выпуска шлака, 10- уровень воздушных фурм для подачи горячего дутья, дополнительного газообразного топлива и кислорода.

Конструкция доменной печи. Доменная печь снаружи заключена в металлический кожух толщиной 20 –25 мм в верхней части 35–40 мм в нижней, состоящий из ряда цилиндрических и конических поясов. Кожух выполняют цельносварным. С внутренней стороны кожуха находится огнеупорная футеровка, охлаждаемая холодильниками. Во многих случаях верхняя часть печи от распара до колошника опирается на так называемое мораторное кольцо, которое лежит на колоннах, а нижняя часть опирается на фундамент.

Верхняя часть печи называется колошником. Через колошник печи, имеющий форму цилиндра, производится загрузка шихты, и отводятся газы. Ниже колошника расположена шахта, представляющая собой усеченный конус, расширяющийся книзу. Такая форма шахты позволяет материалам расползаться в стороны и свободно спускаться вниз. Наиболее широкая часть печи – распар — представляет собой короткий цилиндр, необходимый для создания плавного перехода от широкого нижнего основания шахты к сужающимся заплечикам – части печи, которая представляет собой усеченный конус с широкой частью вверху и узкой внизу. Наличие распара сглаживает переход и устраняет мертвое пространство. Заплечики приобрели сужающуюся конусообразную форму потому, что в них происходит резкое сокращение объема загруженных материалов в связи с выгоранием кокса и образованием жидких продуктов плавки.

Нижняя часть печи представляет собой цилиндрический горн, в котором накапливаются жидкие продукты плавки – чугун и шлак. В нижней части горна расположены отверстия – летки для выпуска чугуна, в верхней части горна находятся фурмы, через которые в печь подается воздух.

Материал на колошник подают при помощи двух скипов, движущихся снизу вверх по наклонному мосту. Основной частью колошникового устройства является засыпной аппарат, состоящий из большого и малого конусов с приемной воронкой. Для обеспечения равномерного распределения шихты в межконусном пространстве малый конус и его воронка вращаются вокруг своей оси при помощи устройства. Скип опрокидывается на колошнике и шихта сначала выгружается в приемную воронку, затем при опускании малого конуса – в межконусное пространство и при опускании большого конуса – в доменную печь. Наличие двух поочередно опускающихся конусов обеспечивает герметизацию колошника при загрузке шихты. В нижней части печи находятся фурменные устройства, через которые подается нагретое дутье и добавки газообразного, жидкого или пылеугольного топлива.

Жидкие продукты плавки непрерывно стекают вниз в горн печи, в котором расположены летки для выпуска чугуна и для для выпуска шлака. Через эти летки периодически выпускают продукты плавки. Таким образом, процессы в печи и подача шихты происходят непрерывно, а выпуск чугуна и шлака – периодически.

Теплообмен в доменной печи. Доменный процесс является процессом непрерывного характера. В его основе – физико–химические изменения, происходящие с образованием чугуна и шлака. Шихтовые материалы движутся навстречу потоку газов. Движение столба материалов обусловлено освобождением объема при горении кокса в горне, истиранием, измельчением и плавлением материалов, расходованием кокса на восстановление и периодическими выпусками чугуна и шлака. Движение газового потока вверх происходит с большими скоростями, чем опускание материалов. Теплообмен газового потока с жидкими и твердыми фазами в печи происходит полно. Наиболее интенсивно он протекает в нижней и верхней зонах печи. Падение температур в нижней зоне обусловлено протеканием эндотермических реакций восстановления углеродом. В верхней зоне значительное понижение температуры газов связано с охлаждающим действием загружаемых материалов.

Изменение температуры и состава газа по высоте печи. Горновой газ по мере продвижения вверх по высоте печи до колошника изменяет свой состав и температуру, вследствие химических процессов и теплообмена. Горновой газ на неувлажненном воздушном дутье в средней части печи достигает 37-38 %. В середине шахты содержание СО2 8-12 %, а в близи колошника повышается до 16 % и более. По сечениям печи, начиная с распара, обнаруживается максимум содержания СО2 на расстоянии от стен печи. Минимальное содержание СО2 отмечается у стен печи, где проходит большее количество газа. Максимум содержания СО2 характеризует развитие периферийного потока газа в печи. Он должен находиться на расстоянии не более 1/3 радиуса колошника от стен. Изменение температуры по высоте и сечениям печи связано с распределением материалов, составом и качеством шихты и характеристиками дутья. Максимальная температура по сечениям распара, шахты и колошника наблюдается у стен печи. Минимум температур находится на некотором расстоянии от стен, а в некоторых случаях приближается к оси печи. Температура колошникового газа характеризует использование тепла в печи и зависит от расхода топлива, состава и интенсивности дутья, качества и влажности шихты, уровня засыпи и других факторов.

Основные технико–экономические показатели доменной печи. Основными показателями, характеризующими работу доменной печи являются: производительность в единицу времени и расход кокса на тонну выплавляемого чугуна. Расход кокса — важный экономический показатель производства, так как стоимость кокса составляет более 50 % общей стоимости чугуна. Зависит от состава выплавляемого чугуна и свойств самого кокса, от содержания в нем золы и серы.

Другими экономическими показателями доменной плавки являются расход железорудной части шихты, марганцевой руды, металлодобавок и вынос колошниковой пыли. Расходы материалов уменьшаются при повышении содержания железа в рудах, переходе на работу с высокоосновным агломератом и выплавку мало марганцовистых чугунов.

Конструкция воздухонагревателей. Для нормального протекания доменного процесса и достижения высокой производительности необходимо ежеминутно 1,6-2,3 м3 дутья на 1 м3 полезного объема печи. Нижний предел относится к работе на дутье, обогащенном кислородом. Так, при работе доменной печи объемом 3000 м3 ежеминутно необходимо подавать дутья около 4800 м3. Дутье, подаваемое воздухонагревательной машиной, нагревают до 1050-13000С в воздухонагревателях, называемых кауперами. Наружный диаметр воздухонагревателя равен 9 м, высота до верха купола составляет 36 м. Верхнюю часть насадки выкладывают из высокоглиноземистого кирпича, толщина которого 40 мм. Ячейки размером 45×45 по всей высоте насадки. Поверхность нагрева 1 м3 такой насадки около 25 м3.

Для нагрева дутья доменная печь имеет 3 или 4 воздухонагревателя. Они работают по принципу регенерации тепла, т.е. попеременного нагрева. Воздухонагреватель (рис.4) имеет цилиндрическую форму с куполообразной полусферической верхней частью. Внутреннее пространство футеровано и разделено вертикальной огнеупорной стенкой на камеру горения. Купол нагревателя и его стены в верхней части выложены высокоогнеупорным высокоглиноземистым кирпичом. Нижняя часть стен из шамота. Топливо поступает из газопровода через газовый клапан в горелку, куда подается воздух. Проходя сверху вниз через насадку, газы отдают ей свое тепло и отводятся в дымовую трубу. Дутье подается от воздуходувной машины через клапан холодного дутья в под насадочное пространство воздухонагревателя, нагревается в его насадке и через футерованный клапан горячего дутья поступает в воздухопровод горячего дутья, идущий к доменной печи.

Рис. 4 — Разрез воздухонагревателя

1 – горелка; 2 – камера горения; 3 – подкупольное пространство; 4 – насадка; 5 – поднасадочная решетка; 6 – дымовой канал

Следует различать газовый и воздушный периоды работы воздухонагревателя. В первый осуществляется нагрев насадки продуктами горения, во второй нагревается воздушное дутье за счет охлаждения насадки. В первом случае газ сжигается в камере горения 2, догорает под куполом 3, а продукты сгорания проходят сверху вниз через насадку 4, нагревают ее и с температурой 250-4000С уходят через дымовые каналы в дымовую трубу. В воздушный период холодное дутье поступает в поднасадочное пространство, проходят насадку, где нагревается, и через клапаны направляется в печь.

Очистка доменного газа. В доменном цехе к основным источникам загрязнения воздушного бассейна пылью, оксидами углерода и серы относятся литейные дворы, межконусные пространства доменных печей и воздухонагреватели.

На литейных дворах доменных печей № 1-3 организована локализация большей части пылегазовых потоков, образующихся над поверхностью льющегося жидкого чугуна, и их подача на централизованные вытяжные станции (ЦВС). Причем, на литейных дворах доменных печей №1,2 имеются укрытия желобов оснащенных отсасывающими патрубками и регулирующими клапанами, которые обеспечивают безопасное перемещение рабочего персонала на литейных дворах, а также снижают выделение вредных веществ на рабочих площадках. ЦВС-1 обслуживает литейные дворы доменной печи №1, литейный двор доменной печи №3 подключен к ЦВС-3, выбросы от литейных дворов доменной печи №2 подключены к ЦВС-2. Очистка газов производится в электрофильтрах. Очистка газов, образующихся на литейных дворах доменной печи №3, производится в батарейных циклонах. Степень очистки составляет более 90%.

Часть газовых потоков литейного двора доменной печи № 3, оставшаяся не уловленной, поступает в атмосферу через аэрационные фонари.

С целью уменьшения загрязнения воздушного бассейна на всех доменных печах внедрены системы подавления азотом выбросов из межконусных пространств.

Запыленный воздух от трактов шихтоподачи и аварийно-приемных устройств доменных печей проходит очистку в трубах Вентури и циклонах СИОТ. Степень очистки превышает 85%.

Следует отметить, что доменное производство, также как и коксохимическое, характерно наличием большого числа неорганизованных источников, что крайне затрудняет борьбу с вредными выбросами от них. К ним относят: литейные дворы, открытые проемы скиповых ям, разгрузка пылеулавителей, разливочные машины.

В доменном производстве первостепенное значение имеет очистка технологическая. Доменный газ используют на заводах в качестве топлива. Во избежание засорения отложений в газопроводах доменный газ должен быть очищен от пыли. Газ содержит 30-35 % горючих, состоящих из СО.

Доменный газ на выходе из печи содержит колошниковую пыль, которая состоит из частиц, образованных в результате измельчения шихтовых материалов, и частиц возгонного происхождения. Доменные цеха загрязняют атмосферу пылью и окисью углерода.

Многие потребители доменного газа требуют очистки газа до концентрации пыли не выше 10 мг/м3. Поэтому применяют многоступенчатую очистку доменного газа, которая предусматривает обеспыливание газа не менее чем в трех – четырех последовательно включенных аппарата.

Грубая очистка газа предусматривает отделение крупных частиц, размером >0,1мм. Ее осуществляют в сухих пылеуловителях диаметром 5-8 м. Пыль из пылеуловителя удаляется при помощи шнека. В сухом пылеуловителе улавливают до 65-75 % всей пыли, содержащейся в газовом потоке. Содержание пыли в газе после грубой очистки не превышает 3-10 г/м3.

Полутонкая очистка газа позволяет осадить частицы пыли размером до 0,02мм. Ее осуществляют в аппаратах мокрого типа – форсуночных полых скрубберах и скрубберах Вентури. Проходящий через скруббер газ охлаждается и насыщается влагой. После скруббера газ поступает в две – три низконапорные трубы Вентури, в которых завершается полутонкая очистка газа.

Тонкую очистку доменного газа осуществляют в дроссельной группе. Дроссельная группа представляет собой систему дроссельных клапанов разных диаметров, вводимую после полутонкой очистки в газовый тракт в качестве дополнительного сопротивления, позволяющего получать в доменной печи повышенное давление. Изменяя степень открытия клапанов большего диаметра, можно устанавливать в доменной печи требуемую технологическим процессом величину избыточного давления.

Для снижения абразивного износа клапанов и коагуляции пыли к дроссельным клапанам подводят воду, разбрызгиваемую при помощи форсунок.

Недостатком тонкой очистки газа с помощью использования дроссельной группы является большая потеря давления, что вызывает высокие энергозатраты. Связи с возможностью временных переходов доменной печи на работу с нормальным давлением необходим аппарат тонкой очистки, резервирующий дроссельную группу.

Использование дроссельной группы в качестве газоочистного аппарата позволяет при работе с повышенным давлением газа под колошником резко упростить и удешевить систему газоочистки (рис. 5).

Рис. 5 — Схема очистки доменного газа (при отсутствии ГУБТ)

1 – сухой инерционный пылеуловитель; 2 – полый форсуночный скруббер; 4 – каплеуловитель; 6 – дроссельная группа; 7 – доменная печь; 8 – коллектор чистого газа

Основным недостатком тонкой очистки газа с использованием дроссельной группы является большая потеря давления, которая не восстанавливается даже частично, что вызывает высокие энергозатраты.

Источники загрязнения в доменном цехе:

Рудный двор и бункерная эстакада. На рудном дворе пыль выделяется при разгрузке вагонов, перегрузке руды грейферными кранами, подаче руды на бункерную эстакаду. Удельный выброс пыли на 1 т чугуна принимают равным:

на рудном дворе 50 кг, на бункерной эстакаде 22 кг при высоте выделений 6-15 м. Концентрация пыли на рудном дворе и бункерной эстакаде может достигать 1000 мг/м3. На новых металлургических заводах можно ожидать снижения удельных выбросов до 10 кг/т за счет разгрузки и транспортирования сыпучих материалов в закрытых разгрузочных узлах и закрытых галереях с объединением аспирационных систем и очисткой запыленных газов в крупных электрофильтрах.

Подбункерные помещения. В доменных цехах существует две системы подачи сырых материалов на колошник: скиповая, применявшаяся в старых печах, и транспортерная, применяемая в новых печах, — значительно снижающая пылевыделение.

Наибольшее количество пыли выделяется в подбункерном помещении, где происходит выгрузка сырых материалов в вагон – весы и далее в скип. Пыль выбрасывается в атмосферу через окна и проемы для скипов и через выхлопные отверстия аспирационных систем при высоте выделений 10 м.

Концентрация пыли в воздухе подбункерных помещений составляет около 500 мг/м3, поэтому кабину машиниста вагон – весов приходится герметизировать. При подаче сырых материалов условия работы в подбункерном помещении гораздо лучше.

Для очистки выбросов аспирационных систем применяют в большинстве случаев мокрые пылеуловители.

Колошниковое устройство. Пыле – и газовыделение печи обусловлено тем, что при подаче шихты на большой конус загрузочного устройства печи давление по обе стороны конуса необходимо выровнять, для чего грязный газ из межконусного пространства выпускают в атмосферу. В редких случаях газ отводят на газоочистку с последующим использованием в качестве топлива. Радикальным решением, исключающим выбросы пыли из межконусного пространства, является подача в межконусное пространство компремированного газа давлением, несколько превышающим давление в печи. В этом случае грязный газ из печи не поступает в межконусное пространство и выхлоп газа при выравнивании давления в засыпном устройстве остается чистым. При этом появляются дополнительные энергозатраты, связанные со сжатием газа, подаваемого в межконусное пространство.

Литейный двор. На литейном дворе пыль и газы выделяются от леток чугуна и шлака, желобов участков слива и ковшей. Пыль и газы удаляются через фонари здания, частично с помощью аспирационных систем с очисткой от пыли перед выбросом в атмосферу, в батарейных циклонах и электрофильтрах. При разливке чугуна в помещении разливочных машин выделяются пыль и окись углерода.

Воздухонагреватели. Воздухонагреватели доменных печей загрязняют атмосферу окисью углерода, в среднем 11– 44 г/т чугуна. Концентрация окиси углерода, удаляемой через аэрационные проемы зданий, составляет в среднем 33 мг/м3.

Пылеуловители. При сухой разгрузке пылеуловителей в атмосферу выделяется 0,75- 1,0 г пыли на 1 т чугуна. Средняя концентрация пыли при погрузке на открытые железнодорожные платформы составляет 250 мг/м3 на расстоянии 5 м от пылеуловителя при отсутствии ветра. При смачивании пылевыделение сокращается.

Нижняя часть домны

Также слово является ответом на вопросы:

  • Дудка для побудки.
  • Мыс, в который трубят.
  • Пионерский мыс.
  • Музыкальный мыс.
  • Пионерский будильник.
  • В какой печке используют мех?
  • Медный духовой музыкальный инструмент.
  • Труба пионера.
  • По традиции моряк имел право надеть золотую серьгу после того, как обогнёт этот мыс.
  • Часть домны.
  • Название этого музыкального инструмента в переводе с немецекого означает «рог».
  • Нижняя часть доменной печи.
  • Картина Франсиско Гойи «Кузнечный …».
  • Нижняя часть шахтной плавильной печи.
  • Простейшая металлургическая печь (очаг) на раннем этапе развития металлургии.
  • Небольшая печь с открытой неглубокой шахтой, используемая для плавки металлов в тиглях и нагрева заготовок перед ковкой.
  • Этот мыс мореплаватель Виллем Схаутен назвал в честь своего родного города в Нидерландах.
  • Кузнечная печь.
  • В какой печке используют мех.
  • Медный сигнальный духовой музыкальный инструмент.
  • Мыс в Южной Америке.
  • Остров в архипелаге Огненная Земля.
  • Пионерский, сигнальный духовой инструмент.
  • Принадлежность кузницы.
  • Сигнальный рожок.
  • «пионерский» мыс.
  • Печь для плавки металла.
  • Печь в кузнице.
  • Печная труба.
  • Пионерская фанфара или печь.
  • Мыс.
  • Металлургическая печь.
  • Музыкальный инструмент гипсового пионера.
  • Труба.
  • Муз. инструмент гипсового пионера.
  • Пионерская труба.
  • Печь кузнеца.
  • Фанфара для пионерского лагеря.
  • Музыкальный инструмент советского пионера.
  • Будильник пионерлагеря.
  • Труба пионера или печь кузнеца.
  • Кузнечный очаг с мехами.
  • Печь кузнеца и дудка пионера.
  • Печка с мехом.
  • Пионерский рожок.
  • Мыс на Огненной Земле.
  • Фанфара с красным галстуком.
  • Печь с мехами.
  • Сигнальный рожок в детском лагере.
  • Дудка с красным галстуком.
  • Сигнальная труба.
  • Нижняя часть домны.
  • Часть доменной печи.
  • Музыкальная труба пионера.
  • Спутник пионерского барабана.
  • Кузнечный очаг.
  • Самый южный мыс Огненной Земли.
  • Простейшая металлургическая печь.
  • Сигнальный духовой инструмент.
  • Духовой музыкальный инструмент.
  • Остров и мыс в Аргентине.
  • Нижняя часть доменной печи, вагранки.
  • «Музыкальный» мыс.
  • «Пионерский» мыс.
  • М. и горно ср. (см. гортать, горнуть, загребать),род печи с широким челом (шатром),с мехом, поддувалом или тягой, для калильных и частию плавильных работ; собств. та часть рабочей печи, где огонь, для калки, плавки и пр. Горн кузнечный, в котором калят или разваривают железо для ковки; он бывает, смотря по работам: выварной, укладный, клинный, косоправный и пр. Горн кричный, большой, для выделки из чугунных криц железа. доменный, а в меньшем виде, вагранный, чугуноплавильный. извлекательный (добычный),где выплавляется серебро; разделительный (очистительный),где серебро очищается. Ур.-каз. горн, род чувала, комелька, на котором варят пищу, молоко на каймак; блмр. камбуз, печь на карбасах. Горновой, относящийся к горну. Горновой кожух, очелыш, свод над горном, с трубой. Горновое окно, проем в стене горна, для постановки фурмы. Горновой камень, огнестойкий, употреб. при выкалке горнов. Горнило ср. горн, место для калки, плавки, очистки огнем. Горнильный, к горнилу принадлежащий или относящийся. Горновище ср. остатки или развалины покинутого горна. Горновщик м. рабочий при горне, для поддержки огня и пр. Горнец м. церк. горшок; малорос. белорус. гарнок, гарнушка. Найдется купец и на дырявый горнец. свадебн. песне поминаются горнцы, на пирах, кружки, стаканы; не от этого ли и гордные гости, ошибочн. гордые? Горнатик м. каз. глиняный или модный сосуд. Горнушка ж. вост. зауголок с ямкой, налево от шестка русской печи, куда загребают жар; бабка, бабурка, печурка, загнетка, жароток, порск, зольник.
  • М. муз. немецк. особый род кларнета, в воен музыке, род трубы, рожок. Горнист м. музыкант, играющий на горне. Горнистов, ему принадлежащий.
  • Название этого музыкального инструмента в переводе с немецекого означает «рог».
  • Часть кузниця.
  • Пионерская фанфара.
  • Напарник пионерского барабана.
  • Муз. инструмент советск. пионера.
  • Очаг кузнеца.
  • Мыс Огнен. Земли или труба пионера.
  • Духовой медный сигнальный инструмент.
  • Медный духовой мундштучный музыкальный инструмент.
  • Кузнечный очаг с мехами и поддувалом для накаливания металла.
  • Печь для переплавки металлов.
  • Печь для обжига керамических изделий.
  • В какой печке используют мех
  • Медный сигнальный духовой музыкальный инструмент
  • Мыс в Южной Америке
  • Остров в архипелаге Огненная Земля
  • Пионерский будильник
  • Пионерский, сигнальный духовой инструмент
  • Принадлежность кузницы
  • Сигнальный рожок
  • «пионерский» мыс
  • Часть домны
  • Нижняя часть шахтной плавильной печи
  • Простейшая металлургическая печь (очаг) на раннем этапе развития металлургии
  • Небольшая печь с открытой неглубокой шахтой, используемая для плавки металлов в тиглях и нагрева заготовок перед ковкой
  • Название этого музыкального инструмента в переводе с немецекого означает «рог»
  • Этот мыс мореплаватель Виллем Схаутен назвал в честь своего родного города в Нидерландах
  • Мыс, в который трубят
  • Медный духовой музыкальный инструмент
  • Труба пионера
  • Музыкальный мыс
  • Нижняя часть доменной печи
  • Кузнечная печь
  • Печь для плавки металла
  • Печь в кузнице
  • Печная труба
  • Пионерская фанфара или печь
  • Мыс
  • Металлургическая печь
  • Музыкальный инструмент гипсового пионера
  • Труба
  • Муз. инструмент гипсового пионера
  • Пионерская труба
  • Печь кузнеца
  • Фанфара для пионерского лагеря
  • Музыкальный инструмент советского пионера
  • Будильник пионерлагеря
  • Труба пионера или печь кузнеца
  • Кузнечный очаг с мехами
  • Печь кузнеца и дудка пионера
  • Печка с мехом
  • Пионерский рожок
  • Мыс на Огненной Земле
  • Фанфара с красным галстуком
  • Печь с мехами
  • Дудка для побудки
  • Сигнальный рожок в детском лагере
  • Дудка с красным галстуком
  • Сигнальная труба
  • Часть доменной печи
  • Музыкальная труба пионера
  • Спутник пионерского барабана
  • Пионерская фанфара
  • Напарник пионерского барабана
  • Муз. инструмент советск. пионера
  • Мыс Огнен. Земли или труба пионера
  • Во что дует пионерский «музыкант»?
  • Картинки к слову «Горн»

Доменная печь

Доменная печь после многочисленных преобразований и модернизаций на современном этапе представляет собой конструкцию для получения чугуна как основного ингредиента сталелитейной промышленности.

Устройство доменной печи позволяет вести непрерывную плавку до капитального ремонта, который проводится с периодичностью один раз в 3-12 лет. Остановка процесса приводит к образованию сплошной массы из-за спекания компонентов (закозления). Для ее извлечения необходима частичная разборка агрегата.

Доменная печь

Рабочий объем современной доменной печи достигает 5500 м3 при высоте 40 м. Она способна выдать около 6000 т чугуна за одну плавку. А специальное оборудование, обслуживающее системы, расположенные вокруг, занимает несколько десятков гектар земли.

Доменная печь используется для производства литейного чугуна, который в дальнейшем проходит плавку для получения различных марок чугунов или отправляется на восстановление для получения конструкционных сталей.

Современная доменная печь Средневековая доменная печь

Большая потребность в металле совпала по времени с этапом электрификации и механизации производства. В связи с этим успехи черной металлургии связаны с началом использования электроприводов, электрических систем автоматического управления на всех этапах производственного процесса.

Устройство доменной печи

На заре черной металлургии плавку болотной руды проводили в домнице – это мини домна, воздух в которую поступал от мехов. А обогащение железа углеродом происходило от древесного угля. Объемы выплавляемого металла таким способом были невелики и отличались периодичностью.

Конструкция доменной печи

Строение доменной печи напоминает шахту. Ее диаметр в три раза меньше высоты. Монтаж высотной конструкции осуществляется на бетонном фундаменте толщиной 4 м. Необходимость в таком массивном фундаменте возникает из-за массы домны, которая более 30 000 т.

На фундаментной плите закрепляются колонны и цельный (монолитный) цилиндр, которые изготавливаются и термостойкого бетона. Внутреннее пространство конструкции обложено огнеупорными материалами, а верхняя часть шамотом. В районе заплечников, где температура достигает 2000°С — графитированными материалами, а под ванной с чугуном — футеровка из глинозема. Также на фундаменте монтируется печной горн.

Нижняя часть доменной печи, где температура максимальна, оборудуется холодильниками с водяным охлаждением.Для удержания собранной огнеупорной конструкции, с внешней стороны доменная печь заключена в металлическую рубашку толщиной 40 мм.

Процесс восстановления железа происходит из руды в среде известнякового флюса при высокой температуре. Температура плавления достигается горением кокса. Для поддержания горения необходим воздух, поэтому в домне установлены 4 — 36 фурм или леток.

Большой внутренний объем нуждается в больших объемах воздуха, которые подают турбинные нагнетатели. Чтобы не снижать температурный, режим воздух перед подачей подогревается.

Схематически доменная печь выглядит следующим образом.

Схема расположения оборудования для доменного производства

Состав конструкции производства литья:

  1. шихта (руда и известняк);
  2. коксовый уголь;
  3. загрузочный подъемник;
  4. колошник, предотвращающий попадание газов из домны в атмосферу;
  5. слой загруженного кокса;
  6. шихтовый слой;
  7. воздушные нагнетатели;
  8. отводимый шлак;
  9. литьевой чугун;
  10. емкость для приема шлака;
  11. приемный ковш для расплава;
  12. установка типа Циклон, очищающая от пыли доменный газ;
  13. кауперы, регенераторы газов;
  14. дымоотводящая труба;
  15. воздухоподвод в кауперы;
  16. угольный порошок;
  17. печь для спекания кокса;
  18. емкость для хранения кокса;
  19. отведение колошникового газа высокой температуры.

Доменная печь обслуживается вспомогательными системами.

Колошник – это затвор домны. От его исправной работы зависит экологическая обстановка вокруг производства.

Устройство колошника

Устройство колошника:

  1. воронка приемная;
  2. воронка маленького конуса, вращающаяся;
  3. конус маленький;
  4. межконусное пространство;
  5. конус большой;
  6. скип.

Принцип работы колошника следующий:

  • Большой конус опущен, а малый поднят. Окошки во вращающейся воронке перекрыты.
  • Скип осуществляет загрузку шихты.
  • Поворачиваясь, воронка открывает окна, и шихта осыпается на малый конус 3. затем возвращается на место.
  • Конус поднимается, тем самым препятствует выходу доменных газов.
  • Конус опускается для передачи шихты в межконусное пространство, затем поднимается на исходную позицию.
  • Конус опускается, а вместе с ним шихта загружается в доменную шахту.

Такая дозированная подача обеспечивает послойное распределение материалов.

Скип – черпак, при помощи которого осуществляется загрузка. Она выполняются по конвейерной технологии. Воздушные нагнетатели – летки и фурмы осуществляют подачу воздуха в доменную шахту под давлением 2-2,5 МПа.

Фурма и чугунная летка

Кауперы служат для нагревания подаваемого воздуха. В регенераторах он подогревается доменными газами, снижая тем самым энергетическую нагрузку на агрегат. Воздух нагревается до 1200°С и подается в шахту. При снижении температуры до 850°С подача прекращается, возобновляется цикл нагрева. Для бесперебойной подачи горячего воздуха устанавливается несколько регенераторов.

Принцип работы домны

Для получения чугуна необходимы следующие ингредиенты: шихта (руда, флюс, кокс), высокая температура, постоянная подача воздуха для обеспечения непрерывного горения.

Термохимические реакции

Восстановление железа из окислов путем ступенчатой химической реакции:

3Fe2O3+CO→2Fe3O4+CO2,

Fe3O4+CO→3FeO+CO2,

FeO+CO→Fe+CO2.

Общая формула:

Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2.

Получение необходимого количества углекислого и угарного газа обеспечивает горение кокса:

С + О2 → СО2,

СО2 + С → 2СО.

Для отделения железа от примесей используется известняковый флюс. Химические реакции, образующие шлак:

СаСО3 → СаО + СО2,

СаО + SiO2→CaSiO3.

Принцип работы доменной печи таков. После загрузки доменную печь начинают разжигать газом. По мере повышения температуры подключается каупер и начинается продувка воздухом. Кокс – топливо для доменной печи – начинает интенсивнее гореть, и температура в шахте значительно увеличивается. При разложении флюса образуется большое количество углекислого газа. Угарный газ в химических реакциях выступает восстановителем.

Схема производства чугуна

После сгорания кокса и разложения флюса столб шихты опускается, сверху добавляется очередная порция. Снизу в самой широкой части шахты происходит полное восстановление железа при температурах 1850°С — 2000°С. Затем оно стекает в горн. Здесь происходит обогащение железа углеродом.

Температура в доменной печи изменяется в сторону увеличения по мере опускания шихты. Процесс восстановления протекает при 280 °С, а плавка происходит после 1500 °С.

Разлив расплава происходит в два этапа. На первом через летки сливается шлак. На втором через чугунные летки сливается чугун. Больше 80% выплавляемого чугуна идет на производство стали. Из остального чугуна отливают в опоках болванки.

Работает доменная печь непрерывно. От загрузки шихты до получения сплава проходит 3-20 дней — все зависит от объема печи.

Обслуживание и ремонт доменной печи

Любому оборудованию, работающему в круглосуточном режиме, требуется постоянное обслуживание. Регламенты закладываются в технический паспорт оборудования. Несоблюдение графика технического обслуживания влечет за собой сокращение срока эксплуатации.

Работы по техническому обслуживанию доменных печей делятся на периодические и капитальные ремонты. Периодические работы проводятся без остановки рабочего процесса.

Капитальный же ремонт по объему выполняемых работ делится на три разряда. Во время первого разряда производится осмотр всего оборудования, при этом из шахты извлекаются расплавы. Во время второго разряда производится ремонт футеровки, замена вышедших из строя элементов оборудования. При третьем разряде производится полная замена агрегата. Обычно такой ремонт совмещают с модернизацией или реконструкцией домны.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

У этого термина существуют и другие значения, см. Домна (значения). Доменная печь в Сестао (Испания)

До́менная печь, до́мна — большая металлургическая вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна и ферросплавов из железорудного сырья. Важнейшей особенностью доменного процесса является его непрерывность в течение всей кампании печи (от строительства печи до её капитального ремонта) и противоток поднимающихся вверх фурменных газов с непрерывно опускающимся и наращиваемым сверху новыми порциями шихты столбом материалов.

История

Выплавка чугуна. Иллюстрация из китайской энциклопедии 1637 года Доменная печь 17 века См. также: История производства и использования железа

Первые доменные печи появились в Китае к IV веку. В эпоху Средневековья в Европе применялся т. н. каталонский горн, который позволил механизировать кузнечные меха за счёт гидравлического привода, что способствовало увеличению температуры плавки. Однако его ещё нельзя было назвать доменной печью ввиду особых габаритов (кубический метр).

Непосредственным предшественником доменной печи был штюкофен (кричные печи), которые появились в XIII веке в Штирии. Штукофен имел форму конуса высотой 3,5 метра и имел два отверстия: для нагнетания воздуха (фурма) и вытаскивания крицы.

В Европе доменные печи появились в Вестфалии во второй половине XV века, в Англии доменные печи начали строить в 1490-х годах, в будущих США — в 1619 г. Это стало возможным благодаря механизации. Высота домны достигала 5 метров. В России первая доменная печь появилась в 1630 году (Тула, Виниус). В 1730-х гг. на заводах Урала доменные печи сооружали вблизи основания плотины и на одном фундаменте часто помещали два агрегата, сокращая расходы на строительство и обслуживание.

Дутьё в большинстве случаев подавали двумя работавшими по очереди клинчатыми мехами, изготовленными из дерева и кожи и приводимыми в действие водоналивным колесом. Концы сопел обоих мехов помещали в неохлаждаемую чугунную фурму прямоугольного сечения, носок которой не выходил за пределы кладки. Между соплами и фурмой оставляли зазор для наблюдения за горением угля. Расход воздуха достигал 12—15 м3/мин при избыточном давлении не более 1,0 кПа, что было обусловлено малой прочностью кожи мехов. Низкие параметры дутья ограничивали интенсивность плавки, объём и высоту печей, суточная производительность которых длительное время не превышала 2 т, а время пребывания шихты в печи от момента загрузки до образования чугуна составляло 60-70 ч. В 1760 г. Дж. Сметон изобрел цилиндрическую воздуходувку с чугунными цилиндрами, повысившими количество дутья. В России эти машины появились впервые в 1788 г. на Александровском пушечном заводе в Петрозаводске. На каждую печь действовало 3—4 воздушных цилиндра, соединённых с водяным колесом посредством кривошипа и зубчатой передачи. Количество дутья возросло до 60-70 м3/мин.

Высокий расход древесного угля на получение железа вызвал истребление лесов вокруг металлургических заводов Европы. По этой причине в Великобритании с 1584 г. ввели ограничение на рубку леса для металлургического производства, что вынудило эту страну, богатую каменным углём, в течение двух столетий ввозить часть чугуна для собственных нужд сначала из Швеции, Франции и Испании, а потом из России. В 1620-х гг. Д. Дадли пытался плавить чугун на неподготовленном каменном угле, но без успеха. Только в 1735 г. А. Дерби II после многолетних опытов удалось получить каменноугольный кокс и выплавить на нём чугун. С 1735 года основным топливом доменной печи стал каменный уголь (Великобритания, Абрахам Дарби III).

Низкая стоимость кокса в сравнении с древесным углем, его высокая механическая прочность и удовлетворительное качество чугуна явились основанием для последующей повсеместной замены органического топлива минеральным. Наиболее быстро этот процесс закончился в Великобритании, где к началу XIX в. почти все доменные печи перевели на кокс, тогда как на континенте Европы минеральное топливо начали использовать позже.

11 сентября 1828 г. Джеймс Бомон Нилсон получил патент на использование горячего дутья (британский патент № 5701) и в 1829 г. осуществил нагрев дутья на заводе Клайд в Шотландии. Использование в доменной печи нагретого только до 150 °С дутья вместо холодного привело к снижению удельного расхода каменного угля, применяемого в доменной плавке, на 36 %. Нилсону также принадлежит идея повышения содержания кислорода в дутье. Патент на это изобретение принадлежит Генри Бессемеру, а практическая реализация относится к 1950-м годам, когда было освоено производство кислорода в промышленных масштабах.

19 мая 1857 года Э. А. Каупер запатентовал воздухонагреватели (британский патент № 1404), также называемые регенераторами или кауперами, для доменного производства, позволяющие сэкономить значительные количества кокса.

Доменные печи на Саткинском заводе. 1910. Фото: С.М. Прокудин-Горский

Во второй половине XIX века, с возникновением и распространением сталеплавильных технологий требования к чугунам стали более формализованными — они подразделялись на передельные и литейные, при этом для каждого вида сталеплавильного передела были установлены чёткие требования, в том числе и по химическому составу. Содержание кремния в литейных чугунах было установлено на уровне 1,5—3,5 %. Они делились по категориям в зависимости от величины зерна в изломе. Существовал ещё отдельный сорт литейного чугуна — «гематитовый», выплавляемый из руд с низким содержанием фосфора (содержание в чугуне до 0,1 %).

Передельные чугуны различались по переделам. Для пудлингования использовался любой чугун, при этом от выбора чугуна (белый или серый) зависели свойства получаемого железа. Для бессемерования предназначался серый чугун, богатый марганцем и кремнием и содержащий как можно меньше фосфора. Томасовским способом перерабатывали низкокремнистые белые чугуны со значительным содержанием марганца и фосфора (1,5—2,5 % для обеспечения правильного теплового баланса). Передельный чугун для кислой мартеновской плавки должен был содержать лишь следы фосфора, тогда как для основного процесса требования по содержанию фосфора не были столь строги.

При нормальном ходе плавки руководствовались видом шлака, по которому можно было ориентировочно оценить содержание в нем четырех главных составляющих его оксидов (кремния, кальция, алюминия и магния). Кремнеземистые шлаки при застывании имеют стекловидный излом. Излом шлаков, богатых оксидом кальция — камневидный, оксид алюминия делает излом фарфоровидным, под влиянием оксида магния он принимает кристаллическое строение. Кремнеземистые шлаки при выпуске вязки и тягучи. Кремнеземистый шлак, обогащённый оксидом алюминия, становится более жидким, но ещё может вытягиваться в нити, если оксида кремния в нём не менее 40—45 %. Если же содержание оксидов кальция и магния превышает 50 %, шлак становится вязким, не может течь тонкими струйками и при застывании образует морщинистую поверхность. Морщинистая поверхность шлака говорила о том, что плавка «горячая» — при этом кремний восстанавливается и переходит в чугун, следовательно, в шлаке становится меньше оксида кремния. Гладкая поверхность имела место при выплавке белого чугуна с невысоким содержанием кремния. Оксид алюминия придавал поверхности шлака чешуйчатость.

Индикатором хода плавки был цвет шлака. Основный шлак с большим количеством оксида кальция имел при выплавке графитистого «чёрного» чугуна в изломе серый цвет с голубоватым оттенком. При переходе к белым чугунам он постепенно желтел вплоть до коричневого, а при «сыром» ходе значительное содержание оксидов железа делало его чёрным. Кислые, кремнистые шлаки при тех же условиях меняли свой цвет от зелёного до чёрного. Оттенки цвета шлака позволяли судить о присутствии марганца, который придаёт кислым шлакам аметистовый оттенок, а основным — зелёный или жёлтый.

Описание и процессы

Основная статья: Доменный процесс Устройство доменной печи1. Горячее дутьё
2. Зона плавления (заплечики и горн)
3. Зона восстановления FeO (распар)
4. Зона восстановления Fe2O3 (шахта)
5. Зона предварительного нагрева (колошник)
6. Загрузка железорудных материалов, известняка и кокса
7. Доменный газ
8. Столб железорудных материалов, известняка и кокса
9. Выпуск шлака
10. Выпуск жидкого чугуна
11. Сбор отходящих газов

Доменная печь представляет собой непрерывно действующий аппарат шахтного типа. Загрузка шихты осуществляется сверху, через типовое загрузочное устройство, которое одновременно является и газовым затвором доменной печи. В домне восстанавливают богатую железную руду (на современном этапе запасы богатой железной руды сохранились лишь в Австралии и Бразилии), агломерат или окатыши. Иногда в качестве рудного сырья используют брикеты.

Схема доменного производства

1 : железная руда + известняк
2 : кокс
3 : лента конвейера
4 : колошник с аппаратом, предотвращающим уход доменного газа в атмосферу
5 : слой кокса
6 : слои известняка, оксида железа, руды
7 : горячий воздух (с температурой около 1200 °C)
8 : шлак
9 : жидкий передельный чугун
10 : шлаковый ковш
11 : чугуновоз
12 : циклон для очистки доменного газа от пыли перед сжиганием его в регенераторах 13
13 : регенераторы (кауперы)
14 : дымовая труба
15 : подача воздуха в регенераторы (кауперы)
16 : порошок угля
17 : коксовая печь
18 : резервуар для кокса
19 : газоотвод для горячего колошникового газа

Доменная печь состоит из пяти конструктивных элементов: верхней цилиндрической части — колошника, необходимого для загрузки и эффективного распределения шихты в печи; самой большой по высоте расширяющейся конической части — шахты, в которой происходят процессы нагрева материалов и восстановления железа из оксидов; самой широкой цилиндрической части — распара, в котором происходят процессы размягчения и плавления восстановленного железа; суживающейся конической части — заплечиков, где образуется восстановительный газ — монооксид углерода; цилиндрической части — горна, служащего для накопления жидких продуктов доменного процесса — чугуна и шлака.

В верхней части горна располагаются фурмы — отверстия для подачи нагретого до высокой температуры дутья — сжатого воздуха, обогащенного кислородом и углеводородным топливом.

На уровне фурм развивается температура около 2000 °C. По мере удаления вверх температура снижается, и у колошников доходит до 270 °C. Таким образом в печи на разной высоте устанавливается разная температура, благодаря чему протекают различные химические процессы перехода руды в металл.

В верхней части горна, где приток кислорода достаточно велик, кокс сгорает, образуя диоксид углерода и выделяя большое количество тепла.

C + O 2 = C O 2 + Q {\displaystyle \mathrm {C+O_{2}=CO_{2}+Q} }

Диоксид углерода, покидая зону обогащенную кислородом, вступает в реакцию с коксом и образует монооксид углерода — главный восстановитель доменного процесса.

C O 2 + C = 2 C O {\displaystyle \mathrm {CO_{2}+C=2\,CO} }

Поднимаясь вверх монооксид углерода взаимодействует с оксидами железа, отнимая у них кислород и восстанавливая до металла:

F e 2 O 3 + 3 C O = 2 F e + 3 C O 2 {\displaystyle \mathrm {Fe_{2}O_{3}+3\,CO=2\,Fe+3\,CO_{2}} }

Полученное в результате реакции железо каплями стекает по раскаленному коксу вниз, насыщаясь углеродом, в результате чего получается сплав, содержащий 2,14 — 6,67 % углерода. Такой сплав называется чугуном. Кроме углерода в него входят небольшая доля кремния и марганца. В количестве десятых долей процента в состав чугуна входят также вредные примеси — сера и фосфор. Кроме чугуна в горне образуется и накапливается шлак, в котором собираются все вредные примеси.

Ранее шлак выпускался через отдельную шлаковую лётку. В настоящее время и чугун, и шлак выпускают через чугунную летку одновременно. Разделение чугуна и шлака происходит уже вне доменной печи — в жёлобе, при помощи разделительной плиты. Отделенный от шлака чугун поступает в чугуновозные ковши, либо в ковши миксерного типа и вывозится либо в сталеплавильный цех, либо в разливочные машины.

Автоматизация доменного производства

Основные направлениями автоматизации и контроля в доменном производстве:

  • Химический состав и физические свойства шихтовых материалов.
  • Загрузка шихтовых материалов.
  • Состояние верхней зоны печи (колошника)
  • Состояние шахты печи.
  • Параметры комбинированного дутья.
  • Состояние нижней зоны печи (горна)
  • Технико-экономические показатели плавки.
  • Воздухонагреватели

Чугунная лётка

Выпуск чугуна из доменной печи

Это канал прямоугольной формы шириной 250—300 мм с высотой 450—500 мм. Канал делают в огнеупорной кладке горна на высоте 600—1700 мм от поверхности лещади. Каналы для шлаковых лёток выкладывают на высоте 2000—3600 мм. Канал чугунной летки закрыт огнеупорной массой. Открывают чугунную лётку путём высверливания бурильной машиной отверстия диаметром 50-60 мм. После выпуска чугуна и шлака (на современных больших доменных печах выпуск чугуна и шлака осуществляется через чугунные лётки) отверстия забивают с помощью электрической пушки. Носок пушки вводят в лётку и в неё из пушки под давлением подают лёточную огнеупорную массу. Шлаковая лётка на доменной печи защищена водоохлаждаемыми элементами, которые в совокупности называют шлаковыми стопорами и рычажной конструкции с пневматическим приводом, управляемым дистанционно. Доменные печи большого объёма (3200—5500 м3) оборудованы четырьмя чугунными лётками, работающими попеременно, и одной шлаковой лёткой. Выпуск чугуна и шлака из доменной печи включает в себя следующие операции:

  1. открытие чугунной лётки (в необходимых случаях и шлаковой);
  2. обслуживание, связанное непосредственно с вытеканием чугуна и шлака;
  3. закрытие чугунной лётки (если шлак выпускали через шлаковую, то и шлаковой);
  4. ремонт лётки и желобов.

Воздухонагреватели

Основная статья: Доменный воздухонагреватель

Воздухонагреватели сооружаются при домнах с момента изобретения Э. А. Каупера, то есть с 1857 года. Воздухонагреватели имеют вид больших башен, расположенных рядом с домной. Из домны по трубе — газоотводу — в воздухонагреватель поступает горячий колошниковый газ, который в специальной камере внутри воздухонагревателя смешивается с поступающим по другой трубе воздухом и сгорает. Образующийся ещё более горячий газ проходит через насадку — сложенную из кирпичей колонну с зазором между ними для прохода газа. Этот газ нагревает насадку и выводится из воздухонагревателя через третью трубу. Когда насадка нагреется до необходимой температуры, в воздухонагреватель пускают обычный, ненагретый, воздух, который, проходя через насадку, нагревается до температуры свыше 1000 °С и далее идёт в домну для выплавки чугуна. Насадка при этом постепенно охлаждается, и когда она достаточно охладится, её снова разогревают сжиганием колошникового газа. Отсюда видно, что процесс нагрева воздуха для домны не является непрерывным, а поскольку выплавка чугуна в домне идёт постоянно, при ней сооружают несколько воздухонагревателей — пока один из них работает на нагрев насадки колошниковым газом из домны, другой работает на нагрев насадкой воздуха для домны.

  • Таганрог. Металлургический завод

  • Доменная печь в Дуйсбурге, Германия

  • Фурмы доменной печи

  • Составные части доменной шихты: окатыши, кокс, известняк

  • Окатыши на рудном дворе доменного цеха

Сырье для домны., 4 буквы, сканворд

  • «Грязное» железо
  • «Добыча» горняков
  • «Породистое» прошлое железа
  • Азурит или магнетит
  • Анаграмма к слову «дура»
  • Анаграмма к слову «удар»
  • Борнит, боксит
  • Будущий металл, добытый в копях
  • Горная порода, содерж. металл
  • Горная порода, содержащая металлы
  • Датолитэто … бора
  • Добывает горняк
  • Добыча в копях
  • Добыча горняков
  • Добыча из горы
  • Колчедан
  • Кровь (устар.)
  • Металл до того, как он стал металлом
  • Металлородительница
  • Мешанина из слова «дура»
  • Минеральное вещество, горная порода
  • Минеральное полезное ископаемое, горная порода
  • Минеральное соединение, горная порода, содержащая полезные простые вещества
  • Отенит этот … урана
  • Полезное ископаем..
  • Полезное ископаемое для домны
  • Порода с металлом
  • Потенциальный металл
  • Природное минеральное образование
  • Природное минеральное сырье, содержащее металлы или их соединения
  • Природное сырьё
  • Прошлое железа.
  • Прошлое любого металла
  • Родительница металла
  • Содержательница металла
  • Содержательница металла.
  • Старое русское название крови
  • Сырьё в недрах Земли
  • Сырьё для выплавки металлов
  • Сырье для выплавки металлов.
  • Сырьё для домны
  • Сырье для домны.
  • Сырьё для железа
  • Сырьё для металла
  • Сырьё металлов
  • Улов шахтёра
  • Целестин для стронция
  • Что перевозит самый длинный товарный поезд в мире, курсирующий в Мавритании (зг)

>»Грязное» железо

Главная

Ответ: РУДА

Подходит?

Задать другой вопрос:

1-я буква Р; 2-я буква У; 3-я буква Д; 4-я буква А;

  • борнит, боксит
  • «породистое» прошлое железа
  • река в Польше, правый приток реки Одра
  • горная порода, содерж. металл
  • еще не добытый металл
  • природное минеральное образование
  • сырье в недрах Земли
  • отенит этот … урана
  • анаграмма к слову «удар»
  • добыча в копях
  • азурит или магнетит
  • сырье
  • прошлое железа
  • датолит — это … бора
  • добыча из горы
  • минеральное соединение, горная порода, содержащая полезные простые вещества
  • сырье для домны
  • мешанина из слова «дура»
  • родительница металла
  • минералогия — это наука о минералах, а что означает латинское слово «minera»
  • «Породистое» прошлое железа
  • сырье для металла
  • природное сырье
  • уранит — … урана
  • добывает горняк
  • минеральное вещество, горная порода
  • сырье для выплавки металлов
  • прошлое любого металла
  • минералогия — это наука о минералах, а что означает латинское слово «minera»?
  • металлородительница
  • «Добыча» горняков
  • уранит — … урана
  • потенциальный металл
  • азурит
  • датолитэто … бора
  • кровь
  • старое русское название крови
  • анаграмма к слову «дура»
  • «добыча» горняков
  • металл до того, как он стал металлом
  • «Грязное» железо
  • улов шахтера
  • порода с металлом
  • мешанина из слова «удар»
  • кровь (устаревшее)
  • горная порода
  • горная порода, содержащая металлы
  • старинное русское название крови
  • кровь (устар.)
  • полезное ископаемое для домны
  • что перевозит самый длинный товарный поезд в мире, курсирующий в Мавритании
  • сырье металлов
  • полезное ископаемое
  • анаграмма к слову «удар»
  • и боксит, и борнит
  • будущий металл, добытый в копях
  • «грязное» железо
  • содержательница металла
  • анаграмма к слову «дура»
  • колчедан
  • целестин для стронция
  • сырье для железа
  • полезное ископаем.
  • мешанина из слова «дура»
  • отенит — это … урана

История возникновения доменной печи

Сегодня наша статья будет посвящена одному из важнейших этапов эволюции металлургии – созданию доменной печи. На протяжении нескольких тысячелетий после открытия человеком железной руды процессы выплавки производились в сыродутных печах. Подобная технология полностью удовлетворяла потребности человечества в железе, пока не началось позднее средневековье, в котором его стало требоваться все больше, а вот легкоплавких руд становилось все меньше. Для обработки все более и более тугоплавкого сырья приходилось увеличивать высоту печи и заметно усиливать дутье. Так, примерно в XIII веке, обычная небольшая сыродутная печь превратилась в штукофен. Принцип работы штукофенов был практически такой же, однако, благодаря высокой шахте (она обычно достигала 3,5 метров), выплавка проходила медленнее и равномернее, что увеличивало КПД самой руды. Для нормальной работы штукофенов требовалось очень сильное дутье, выходившее за пределы человеческих возможностей. Устанавливать их приходилось на берегах рек, где на помощь приходило водяное колесо. Благодаря этому, в подобных печах, под воздействием высоких температур, уже начал образовываться чугун, вытекавший из печи первым.

Стоит отметить, что первоначально чугун считался отбросом производства, поскольку являлся весьма нековким материалом. Ситуация изменилась после того, как в начале XV века его начали пускать на вторичную переплавку, в результате которой получалось кричное железо. Этот материал по своим свойствам превосходил обычное железо и металлурги того времени все чаще и чаще начинают производить повторные выплавки чугуна. Так появляется переделочный процесс.

От штукофена к блауфену и доменной печи

Открытие новых свойств чугуна предопределило его высокую популярность в дальнейшем. Дополнительным стимулом развития литейного производства стало активное развитие артиллерии, ядра (а затем и сами пушки) для которой отливались из этого материала. Однако для непрерывного литья и переработки жидкого чугуна пришлось несколько изменить устройство самих печей. Так появились блауфены – следующий шаг на пути к современной доменной печи. Высота блауфена достигала уже 5-6 метров и выплавка чугуна и железа здесь происходила одновременно. Как только завершался процесс выплавки (он продолжался около 15 часов), шлак пропускался через отверстие, расположенное ниже фурмы, а затем от него отделяли кусочки застывшего чугуна. Куски крицы при этом могли весить до полутонны, а сам процесс извлечения редко занимал меньше 3-4 часов. Затем начинался процесс подготовки блауфена к новой выплавке, который отнимал еще 4-5 часов. Чтобы избежать всех этих временных затрат, процесс выплавки чугуна и выплавки уже готового железа разделили на два отдельных процесса. Такие усовершенствованные блауфены и стали первыми доменными печами. Высота их шахты стала еще больше, подача воздуха также стала сильнее, а также был увеличен объем верхней шахты. Первые домны появились в Вестфалии уже в конце XV века и вскоре распространились по всей Европе.

История Азербайджана

О.БУЛАНОВА

На протяжении многих веков железо получалось в сыродутных печах способом, открытым еще в глубокой древности. Пока на поверхности земли в изобилии встречались легкоплавкие руды, этот способ вполне удовлетворял потребности производства.

Но наступили средние века. Спрос на железо стал возрастать, и в металлургии все чаще пришлось использовать тугоплавкие руды. Для извлечения из них железа требовалась более высокая температура плавки. В то время знали только два способа ее повышения: увеличение высоты печи и усиление дутья.

Так постепенно к XIII в. из сыродутной печи образовалась более высокая и более усовершенствованная плавильная печь, получившая название штукофена, т.е. “печи, выделывающей крицу”. Штукофены были первой ступенью на пути к доменной печи.

Впервые они появились в богатой железом Штирии, затем в Чехии и других горнопромышленных районах. В этих печах можно было достичь более высокой температуры и обрабатывать более тугоплавкие руды. Шахта штукофена имела форму двойного усеченного конуса, суживавшегося ко дну и по направлению к колошнику – верхней, открытой части печи, через которую порциями – колошами – загружались руда и уголь. В стенке имелось одно отверстие для фурмы (трубы, через которую в печь с помощью мехов нагнетался воздух) и для вытаскивания крицы.

Процесс переделки руды в железо происходил в штукофенах так же, как в сыродутных печах, но налицо был прогресс: закрытая шахта хорошо концентрировала тепло, а благодаря ее высоте (до 3,5 м) плавка шла равномернее, медленнее и полнее, так что руда оказывалась использованной почти в полной мере.

Независимо от намерений плавильщиков, в штукофенах получались сразу все три вида железного сырья: чугун, стекавший как отброс вместе со шлаком, ковкое железо в крицах и сталь, тонким слоем покрывавшая крицу.

Напомним, что железом, сталью и чугуном в металлургии называют собственно сплав химического железа с углеродом. Разница между ними заключается в количестве углерода: так, в мягком кричном (сварном) железе его не более 0,04%, в стали – до 1,7%, в чугуне – более 1,7%.

Несмотря на то, что количество углерода варьируется в таких незначительных пределах, по своим свойствам железо, сталь и чугун сильно отличаются друг от друга: железо – мягкий металл, хорошо поддающийся ковке; сталь, напротив – очень твердый материал, прекрасно сохраняющий режущие качества; чугун же – твердый и хрупкий металл, совершенно не поддающийся ковке.

Количество углерода заметно влияет и на другие свойства металла. В частности, чем больше его в железе, тем легче оно плавится. Чистое железо – достаточно тугоплавкий металл, а чугун плавится при гораздо более низких температурах.

Преимущества штукофена были, однако, недостаточны для всех тугоплавких руд. Требовалось более сильное дутье. Человеческих сил для поддержания температуры оказалось уже недостаточно, и для приведения в действие мехов стали употреблять водяное колесо. Его вал снабжали посаженными на него в разбивку кулачками, оттягивавшими крышки клинчатых кожаных мехов. Для каждой плавильной печи имелось два меха, работавших попеременно.

Появление гидравлических двигателей и мехов надо относить к концу XIV в., т.к. уже в XV в. многие плавильни в связи с этим передвинулись с гор и холмов вниз – в долины и на берега рек. Это усовершенствование явилось исходным моментом для крупнейшего сдвига в технике металлургии, поскольку привело к открытию чугуна, его литейных и переделочных свойств.

Действительно, усиление дутья сказалось на всем ходе процесса. Теперь в печи развилась такая высокая температура, что восстановление металла из руды происходило раньше, чем образовывался шлак. Железо начинало сплавляться с углеродом и превращаться в чугун, который, как уже отмечалось, имеет более низкую температуру плавления, так что в печи вместо обычной вязкой крицы стала появляться совершенно расплавленная масса – чугун.

Сначала эта метаморфоза очень неприятно поразила средневековых металлургов. Застывший чугун был лишен всех природных свойств железа: не ковался, не сваривался, из него нельзя было сделать прочных инструментов, гибкого и острого оружия, поэтому его долгое время считали отбросом производства, и плавильщики относились к чугуну весьма враждебно. Однако что же было с ним делать?

При восстановлении железа из тугоплавких руд изрядная его часть уходила в чугун. Но не выбрасывать же все это железо вместе со шлаком! Постепенно негодный чугун стали выбирать из остывшего шлака и пускать во вторую переплавку, сначала добавляя его к руде, а потом сам по себе. При этом неожиданно обнаружилось, что он быстро плавится в горне и после усиленного дутья легко превращается в кричное железо, по своему качеству не только не уступающее, но даже по многим показателям превосходящее железо, получаемое из руды.

А т.к. чугун плавится при более низкой температуре, передел этот требовал меньше топлива и занимал меньше времени. Так в течение XV в., сначала случайно, а затем вполне осознано было сделано величайшее в металлургии открытие: переделочный процесс. Широкое применение он нашел уже в XVI в. в связи с распространением доменных печей.

Доменная печь стала одним из основных плавильных агрегатов в черной металлургии. Ее главная технологическая задача – выплавка чугуна заданных характеристик и состава. Своим внешним видом она напоминает башню высотой с многоэтажный дом. С наружной стороны имеет обшивку из листовой стали, а изнутри ее выкладывают несколькими слоями огнеупорных кирпичей (шамотов).

Вскоре в чугуне открыли и другие положительные свойства. Так, например, твердую крицу достать из печи было нелегко, на это обычно уходило несколько часов. Между тем печь остывала, на разогрев ее шло дополнительное топливо, тратилось лишнее время. Выпустить из печи расплавленный чугун было намного проще. Печь не успевала остыть, и ее можно было сразу загружать новой порцией руды и угля.

Процесс мог происходить непрерывно. Кроме того, чугун обладал прекрасными литейными качествами. Напомним, что на протяжении многих веков единственным способом обработки железа была ковка. К середине XIV в. относят первые грубые отливки из него.

С развитием артиллерии применение чугуна расширилось. Сначала его стали употреблять на отливку ядер, а затем на литье отдельных частей самих пушек. Впрочем, вплоть до конца XV в. чугун был еще низкого качества – неоднородный, недостаточно жидкий, со следами шлака. Из него выходили грубые и незатейливые изделия: надгробия, молоты, печные котлы и прочая незамысловатая продукция.

Литье чугуна требовало некоторых изменений в устройстве печи; появились т.н. блауофены (поддувные печи), представлявшие собой следующий шаг к доменной печи. Они отличались большей высотой (5-6 м), чем штукофены, и допускали непрерывность плавки при весьма высокой температуре. Правда, мысль о том, что процесс выделки железа можно разделить на две стадии (т.е. в одной печи непрерывно выплавлять чугун, а в другой – переделывать этот чугун в железо), пришла не сразу.

В блауофенах же получали одновременно и железо, и чугун. Когда плавка заканчивалась, шлак выпускали через отверстие ниже фурмы. После охлаждения его измельчали и отделяли корольки чугуна. Крицу вытаскивали большими клещами и ломом, а затем обрабатывали молотом. Наиболее крупные крицы весили до 640 кг. Кроме того, из печи вытаскивали до 320 кг чугуна. Одна плавка длилась 15 часов. На извлечение крицы требовалось 3 часа, на подготовку печи к плавке – 4-5 часов.

Наконец пришли к идее двухступенчатого процесса плавки. Усовершенствованные блауофены превратились в печь нового типа – доменную, которая предназначалась исключительно для получения чугуна. Вместе с ними был окончательно признан переделочный процесс. Сыродутный процесс стал повсеместно вытесняться двухступенчатым способом обработки железа.

Сначала из руды получали чугун, потом, при вторичной переплавке чугуна, – железо. Первая стадия получила название доменного процесса, вторая – кричного передела. Древнейшие домны появились в Зигерланде (Вестфалия) во второй половине XV в. Конструкции их отличались от блауофенов тремя чертами: большей высотой шахты, более сильным воздуходувным аппаратом и увеличенным объемом верхней части шахты.

В этих печах достигались значительное повышение температуры и еще более длительная ровная плавка руды. Сначала строили домны с закрытой грудью, но вскоре открыли переднюю стенку и расширили горн, получив домну с открытой грудью. Такая печь при высоте 4,5 м давала в день до 1600 кг чугуна.

Перерабатывали чугун в железо в кричном горне, сходном по устройству с сыродутной печью. Операция начиналась с загрузки древесного угля и подачи дутья. После того, как древесный уголь разгорался вблизи сопла, клали чугунные чушки. Под действием высокой температуры чугун плавился, капля за каплей стекал вниз, проходил через область против фурм и терял здесь часть углерода. В результате металл загустевал и из расплавленного состояния переходил в тестообразную массу малоуглеродистого железа.

Эту массу ломами подымали к соплу. Под воздействием дутья происходило дальнейшее выгорание углерода, и вновь осевший на дно горна металл быстро делался мягким, легко сваривающимся. Постепенно на дне образовывался ком – крица весом 50-100 кг и больше, которая извлекалась из горна для проковки под молотом с целью уплотнения его и выдавливания жидкого шлака.

Весь процесс занимал от одного до двух часов. В сутки в кричном горне можно было получить около одной тонны металла, причем выход готового кричного железа составлял 90-92% веса чугуна. Качество кричного железа было выше сыродутного, т.к. в нем содержалось меньше шлака.

Переход от одноступенчатого (сыродутного) процесса к двухступенчатому (доменному и кричному) позволил в несколько раз поднять производительность труда. Возросший спрос на металл был удовлетворен. Но вскоре металлургия встретилась с затруднениями другого рода. Выплавка железа требовала огромного количества топлива.

За несколько веков в Европе было срублено множество деревьев и уничтожены тысячи гектаров леса. В некоторых государствах были приняты законы, запрещавшие бесконтрольную рубку леса. Особенно остро этот вопрос стоял в Англии. Из-за нехватки древесного угля англичане принуждены были большую часть необходимого им железа ввозить из-за границы.

В 1619 г. Додлей впервые применил в плавке каменный уголь. Однако широкому применению каменного угля препятствовало присутствие в нем серы, мешающей хорошей выделке железа. Очищать каменный уголь от серы научились только в 1735 г., когда Абрахам Дерби нашел способ поглощать серу с помощью негашеной извести при термической обработке угля в закрытых тиглях.

Так был получен новый восстановитель – каменноугольный кокс, не содержавший примесей других типов топлива. Это помогло не только сэкономить значительные лесные ресурсы, но и существенно повысило эффективность и производительность плавильного производства.

По материалам сайтов ntc-bulat.ru и syl.ru

Вам также может понравиться

Об авторе admin

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *