Цель: изучить основы технологического процесса производства чугуна в доменной печи
Мотивация: Доменный процесс — один из немногих промышленных процессов, сохранивших свою сущность и значимость при всех технических революциях. Результаты эволюции выразились в формировании уникальных свойств доменной печи, обеспечивающих устойчивое протекание процессов при высокой их эффективности. Для современной технологии характерно сочетание в едином цикле разнообразных физико-химических процессов. Установление общих закономерностей, используемых при изготовлении деталей машин, является необходимым условием разработки и оптимизации технологий. При решении задач комплексного использования сырья, энергии, производства новых материалов и создания безотходных технологий возрастает роль естественных наук. Техническое знание составляет неотъемлемую часть современной науки - с одной стороны и производства – с другой. Поэтому именно эти знания являются связующим звеном между естествознанием и практической деятельностью техника-механика.
В тоже время доменный процесс – это один из возможных источников опасности для персонала. Поэтому, знание технологических процессов имеют важное значение не только для работоспособности оборудования в цехе, но и для сохранения здоровья обслуживающего персонала
План
1. Сущность доменного процесса
2. Технология производства чугуна
3. Схема доменного процесса
Доменный процесс (доменная плавка) — процесс получения чугуна в доменной печи. Представляет собой совокупность ряда самостоятельных физикохимических явлений, к которым относятся процессы восстановления оксидов и сложных соединений, разложения гидратов и солей, горения твердого, жидкого и газообразного горючего, твердофазные и гетерогенные химические реакции, теплообмен, движение твердых, жидких и газообразных составляющих и др
Доменный процесс относится к типу противоточных. Навстречу поднимающемуся потоку горячих газов, образующихся при сгорании кокса у фурм, опускается столб шихтовых материалов.
Технология производства чугуна состоит из следующих стадий, которые представлены на схеме
Рисунок 1 - Схема доменного производства
Для производства чугуна необходима огромная доменная печь. Габаритные размеры такой печи впечатляют: высота 30 метров, внутренний диаметр 12 метров.
· Самая широкая часть доменной печи носит название – распар.
· Нижнюю часть называют горном (через нее в печь попадает горячий воздух).
· Самая верхняя часть доменный печи называется шахта. Она имеет верхнее отверстие, которое носит название колошник. Колошник закрывается спец. затвором
В основе работы доменной печи лежит противоток. Воздух подается снизу, а материалы (кокс, флюсы и руда) заправляются сверху. Кокс необходим для нагрева, расплавления и восстановления руды. Без флюса не сможет образоваться шлак. А руда – это основное сырье для производства чугуна.
Сущность процессов:
1. Подготовка руды. Суть ее заключается в пересортировке руды по размеру кусков и химическому составу. Руду крупных размеров дробят на более мелкие части, а фракции в виде пыли или мелких частиц, наоборот, окусковывают. В основе процессе окускования лежит агломерация, в процессе которой происходит спекание шихты и образование пористого продукта. Так же на этом этапе проводят процедуру обогащения бедных руд. В процессе переработки большая часть пустой породы удаляется, содержание железа увеличивается.
2. Подготовка топлива. Кокс подвергают грохочению. В результате этого процесса удаляется ненужная мелочь, которая может привести к потери тепла в процессе плавки.
3. Подготовка флюсов. Флюс так же измельчают и отсеивают мелочь. После этого все материалы загружаются в печь.
4. Доменный процесс производства. Доменную печь заправляют коксом, затем агломератором (руда спеченная с флюсом) и снова коксом. Температура для выплавки поддерживается благодаря вдуванию подогретого воздуха. В горне сгорает кокс и образуется углекислый газ. СО2 проходит через кокс и образует СО. Окись углерода восстанавливает основную часть руды. При восстановлении железо становится твердым. Оно постепенно переходит в более горячую часть доменной печи, где растворяет внутри себя углерод. В результате образуется чугун. Жидкий чугун вытекает в специальные ковши, откуда его выливают в предназначенные для него формы или сборники-смесители.
Рисунок 2 - Схема доменного процесса
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.
Контрольные вопросы
1. В чем заключается сущность доменного процесса?
2. Как вы понимаете понятие «противоточный процесс»?
3. Перечислите основные части доменной печи
4. Каково назначение флюсов?
5. Используя ссылку https://metalspace.ru/education-career/osnovy-metallurgii/domennaya-pech/392-produkty-domennoj-plavki.html перечислить основные виды производимых в печи чугунов