Доменная печь, или, как её часто называют, домна, предназначена для выплавки железа из железной руды. Происходит это в результате химических реакций, протекающих при высокой температуре. На заключительной стадии процесса выплавленное железо насыщается углеродом и превращается в чугун (см. Железо, сталь, чугун).

Доменная печь.

В домне расплавляют, как правило, не железную руду, а агломерат (спекшуюся в куски мелкую руду) или окатыши (комки сферической формы, получаемые из мелкой руды или тонкоизмельченного концентрата). Их загружают в печь послойно, перемежая коксом. Так же послойно в домну добавляют флюсы - известь, песок и некоторые другие вещества. Для чего они нужны?

Вместе с агломератом и окатышами в домну Попадает порода, не содержащая железа. Металлурги называют её пустой породой. Её надо удалить, чтобы она не попала в чугун при его затвердевании. Флюсы заставляют пустую породу и некоторые другие ненужные вещества (все это называют шлаком) всплывать на поверхность жидкого металла, откуда шлак уже нетрудно слить в специальный ковш. Итак, агломерат (или окатыши), кокс, флюсы входят в смесь материалов, которая загружается в домну и называется шихтой.

Домна напоминает большую круглую башню и состоит из трех основных частей: верхняя часть - колошник, средняя - шахта и нижняя - горн. Внутри доменная печь выложена (футерована) огнеупорной кладкой. Чтобы предотвратить разгар кладки и защитить кожух печи от высоких температур, используют холодильники, в которых циркулирует вода.

Через колошник порциями, по нескольку тонн в каждой, в домну загружается шихта. Загрузка идет непрерывно. Для этого возле доменной печи устраивают бункер - склад, куда доставляют агломерат (или окатыши), кокс и флюсы. В бункере из них при помощи автоматизированных вагонов-весов составляют шихту. В бункеры больших современных домен сырье подается непрерывно - транспортерами. Также транспортерами в современных домнах подается шихта из бункера на колошник. В старых домнах для этого применяются вагончики-скипы, которые курсируют по наклонным рельсам.

Под действием собственного веса шихта опускается, проходя через всю домну. В средней части печи - шахте - её омывают идущие снизу вверх газы - продукты горения кокса. Они нагревают шихту, а затем уходят из домны через колошник. Но самое главное происходит в нижней части домны - горне.

Здесь в кожухе домны имеются фурмы - специальные устройства для подачи в печь сжатого горячего воздуха. В фурмах устроены окошки, защищенные стеклами, через которые доменщики могут заглянуть внутрь печи и увидеть, как идет процесс. Чтобы фурмы не сгорели, их охлаждают водой, протекающей по каналам внутри фурм.

Горячий воздух нужен для того, чтобы еще сильнее подогреть шихту перед расплавлением. Это позволяет снизить расход дорогостоящего кокса и повышает производительность домны. Кроме того, для еще большего снижения расхода кокса в домну вводят в качестве источника тепла природный газ или мазут. Воздух перед подачей в фурмы нагревают в высоких башнях, заполненных внутри кирпичом, - воздухонагревателях.

В горне домны сгорает кокс (а также природный газ или мазут), развивая очень высокую температуру - свыше 2000 °C, под действием которой руда полностью расплавляется. Сгорая, кокс соединяется с кислородом воздуха, и образуется углекислый газ. Под влиянием высокой температуры углекислый газ превращается в оксид углерода, который отнимает у железной руды кислород, восстанавливая железо. Стекая вниз через слой раскаленного кокса, железо насыщается углеродом и превращается в чугун. Жидкий чугун скапливается на дне горна, а на его поверхности собирается слой более легкого шлака.

Когда в горне накопится достаточное количество чугуна, его выпускают через отверстия в нижней части горна - летки. Сначала выпускают шлак через верхнюю летку, потом чугун через нижнюю. Далее чугун попадает в канавы, откуда его сливают в большие чугуновозные ковши, стоящие на железнодорожных платформах, и отправляют на дальнейшую обработку.

Если чугун предназначен для изготовления отливок - литейный чугун, - он попадает в разливочную машину, где застывает в виде брусков - чушек. Если же чугун предназначен для передела в сталь (передельный чугун), его транспортируют в сталеплавильный цех. Там он попадает в мартеновские печи, конвертеры или электропечи (см. Электрометаллургия). Из всего количества выпускаемого чугуна примерно 80% приходится на долю передельного.

Первая домна Магнитогорского металлургического комбината, вступившая в строй в 1932 г., имела объем 900 м 3 . В 1986 г. на Череповецком металлургическом заводе начала работать домна «Северянка» объемом 5500 м 3 , одна из самых больших в мире.

Раньше доменные печи выпускали чугун каждые 3–4 ч. С увеличением их объема выпуск чугуна ускорился - каждые 2 ч. Большие домны - объемом 3000 м 3 и более - выпускают чугун практически непрерывно.

В современных гигантских домнах для поддержания горения применяют не только нагретый воздух, но и природный газ вместе с чистым кислородом. Это повышает производительность агрегата, снижает расход кокса, но в то же время затрудняет управление технологическим процессом. Поэтому сейчас в доменных цехах все чаще появляются электронные вычислительные машины. Они анализируют показания многочисленных приборов, контролируют ход процесса, выбирают наилучшие режимы плавки.

Доменный цех представляет собой сложный комплекс тесно связанных технологических и энергетических агрегатов, включающий собственно доменную печь, литейный двор и поддоменник, воздухонагреватели, пылеуловители, колошниковый подъемник, скиповую яму и подъемник коксовой мелочи, бункерную эстакаду, разливочную машину и др. (рис. 5).
Современная доменная печь - это массивное сооружение высотою более 35 м и весом в несколько тысяч тонн. Печь опирается на железобетонный фундамент обычно многогранной формы; нижняя часть (подошва) фундамента заглублена на 6-7 м в грунт. Для таких фундаментов заказывают изготовление анкерных болтов http://metall-78.ru/katalog/ankernye-bolty/ . Надземная часть фундамента (пень), выложенная из огнеупорного бетона, служит основанием лещади (рис 6) Нижняя часть лещади печей объемом 1719 м3 выложена из углеродистых блоков, верхняя - из высокоглиноземистого кирпича. Низ лещади охлаждается воздушными холодильниками. В печах меньшего объема лещадь выложена из шамотного кирпича или углеродистых блоков. Высота кладки лещади 3450-5175 мм.

Ход доменного процесса во многом зависит от профиля печи, т. е. от внутреннего очертания рабочего пространства печи.
Современный профиль доменной печи (рис. 7) обеспечивает плавное и устойчивое опускание загружаемых шихтовых материалов, рациональное распределение газового потока, движущегося навстречу материалам, успешное протекание восстановительных процессов и процессов образования чугуна и шлака, однако все же не является оптимальным. До сих пор еще не выработаны наиболее рациональная высота печи, высота заплечиков, углы наклона шахты и заплечиков. Некоторыми доменщиками оспаривается необходимость заплечиков и цилиндрической части колошника. Отдельные элементы профиля выполняют определенную роль в общем процессе доменной плавки, и от их размеров зависит полнота развития тех или иных процессов.

Верхняя цилиндрическая часть печи - колошник - служит для загрузки шихтовых материалов и для отвода газов. Размеры колошника оказывают существенное влияние на распределение материалов и газового потока. Колошник для предохранения от разрушения загружаемыми материалами футерован несколькими рядами стальных защитных плит, имеющих форму сегментов.
К колошнику примыкает наибольшая по высоте коническая часть - шахта. Конусность шахты благоприятствует опусканию материалов, их разрыхлению и созданию оптимального потока газов. Высота шахты имеет значение для развития восстановительных процессов и шлакообразования. Шахта сопрягается с нижней конической частью - заплечиками - через цилиндрическую часть - распар, который создает более плавный переход, уменьшая возможность задержки шихтовых материалов и образования «мертвого пространства».
Заплечики имеют тонкостенную (345-575 мм) шамотную футеровку и охлаждаются плитовыми ребристыми холодильниками. Толстостенные распар и шахта выполнены также из шамотного кирпича. Для охлаждения в кладку распара и шахты (на 2/3 высоты) заложены коробчатые холодильники. Существуют конструкции доменных печей с тонкостенной шахтой и распаром и охлаждением периферийными плитовыми холодильниками.
Конусная форма заплечиков обусловлена резким уменьшением объема проплавляемых материалов в этой части печи за счет образования жидкого чугуна и шлака и горения кокса в нижней части печи - в горне. Наряду с горением кокса, в горне происходит формирование состава чугуна и шлака, которые накапливаются по ходу процесса в нижней его части.
Горн состоит из металлоприемника, в котором скапливаются чугун и шлак, и верхнего горна, где расположены фурмы, и выложен из шамотного кирпича или углеродистых блоков. Периферия горна и лещади охлаждается плитовыми холодильниками и опоясана сварным стальным кожухом. В нижней части горна на высоте 600-1000 мм от лещади (см. рис. 6) расположена чугунная летка - канал для периодического выпуска чугуна. В промежутках между выпусками чугуна леточное отверстие забивают огнеупорной массой. В больших печах для выпуска шлака устроены две шлаковых летки. Они расположены на разных уровнях выше чугунной летки (на 1,2-1,6 м) под некоторым углом к ней и друг к другу.
Шлаковая летка состоит из полой водоохлаждаемой медной фурмы, которая входит в конический медный холодильник, а он вставлен в чугунный холодильник со змеевиком. Отверстие в шлаковой летке закрыто специальным стопором со стальной пробкой (см. рис. 6).
В верхней части горна по окружности расположены фурмы (до 20 штук), служащие для подачи нагретого воздуха в печь. Горячее дутье от воздухонагревателя через футерованный воздухопровод поступает в кольцевую трубу, опоясывающую доменную печь. Из кольцевой трубы воздух поступает в футерованный рукав и металлическое сопло и через медную водоохлаждаемую фурму (диаметром 175-300 мм) подается в печь. Фурма вставлена в конический холодильник, который входит в амбразуру, плотно прилегающую к кожуху печи (см. рис. 6). Кладка шахты заключена в цельносварной стальной кожух. Внизу, на уровне перехода шахты к распару, он заканчивается опорным кольцом, которое поддерживается колоннами со специальными опорами, передающими нагрузку на несущую плиту фундамента.
Для отвода газов в куполе печи имеются четыре боковых восходящих газоотвода. Вертикальные участки газоотводов соединены попарно в два газоотвода, переходящие в один нисходящий газоотвод, который входит сверху по оси в первичный пылеуловитель. Газоотводы футерованы шамотным кирпичом.
В верхней части доменной печи расположены засыпной аппарат с вращающимся распределителем, копер и колошниковая площадка.
Засыпной аппарат состоит из большого конуса с воронкой, перекрывающего колошник печи, и малого конуса с вращающейся приемной воронкой. Такая конструкция устраняет потери газов в атмосферу и обеспечивает достаточно равномерное распределение материалов по сечению печи.
Конусы подвешены к вертикальным тягам, укрепленным к коротким плечам балансиров. Малый конус укреплен к полой тяге, внутри которой проходит штанга большого конуса. Балансиры соединены с тросом лебедки для маневрирования конусами и служат для подъема и опускания конусов.
Поднятая на колошник шихта из скипа загружается сначала в приемную воронку малого конуса, при опускании его - в воронку большого конуса и далее в печь. Поворотом воронки с шихтой на последовательно увеличивающийся определенный угол при помощи привода с системой передач достигается достаточно равномерное распределение материалов.
Вращающийся распределитель имеет 6, 8, 12 и 24 станции.
После поворота на определенный угол (15-60°) малый конус автоматически опускается, а затем поднимается. Большой конус опускается после того, как набрано необходимое количество скипов (руды, известняка и кокса).
В России и США применяют бесстанционные вращающиеся распределители. Такой распределитель начинает вращаться при подходе скипа к воронке, причем скорость его вращения достигает 30 об/мин к моменту выгрузки скипа. Этим обеспечивается весьма хорошая равномерность распределения шихтовых материалов.
Между внутренними размерами отдельных частей печи практика выработала определенные соотношения:

Эти соотношения научно обоснованы выдающимся советским металлургом акад M.А. Павловым. Им же в 1910 г. разработан метод расчета профиля доменной печи.
Кроме полной высоты, различают также полезную высоту доменной печи, т.е. расстояние от оси чугунной летки до уровня засыпи. Полезная высота определяется механической прочностью кокса; у больших печей она равна 27-29 м. Большое значение для производительности печи имеет полезный объем, т е. объем печи, заполненный шихтовыми материалами и продуктами плавки. В настоящее время наиболее мощные печи имеют полезный объем до 1500-2000 м3, проектируются печи объемом 2700 м3.

25.11.2019

В каждой отрасли, где происходит производство жидкой или вязкой продукции: в фармацевтическом деле, в косметической отрасли, в пищевом и химическом секторах – везде...

25.11.2019

На сегодняшний день обогрев зеркал является новой опцией, позволяющей сохранить чистую поверхность зеркала от горячего пара после приёма водных процедур. Благодаря...

25.11.2019

Штрих код является графическим символом, изображающим чередование полосок чёрного и белого цвета либо других геометрических фигур. Его наносят в составе маркировки...

25.11.2019

О том, как грамотно выбирать топку для камина, задумываются многие хозяева загородных жилых имений, которые хотят создать в своём доме максимально уютную обстановку,...

25.11.2019

И в любительском, и в профессиональном строительстве весьма востребованными являются профильные трубы. С их помощью сооружают способные выдерживать большие нагрузки...

24.11.2019

Спецобувь - часть экипировки рабочего, предназначенная для защиты ног от холода, высоких температур, химикатов, механических повреждений, электричества и т. д....

24.11.2019

Все мы привыкли, выходя из дома, обязательно смотреть в зеркало, чтобы проверить свой внешний вид и лишний раз улыбнуться своему отражению....

Шихтовые материалы в – доменную печь загружают сверху, снизу подают воздух для сжигания топлива. Про­дукты доменной плавки - жидкий чугун и шлак - вы­пускают снизу. Профиль внутреннего, плавильного про­странства доменной печи выбран таким образом, чтобы в нем происходило равномерное опускание загруженных материалов и равномерное распределение выделяющихся

Рис. 16. Профиль доменной печи:

1 - колошник; 2 - шахта; 3 - рас­пар; 4 - заплечики; 5 - горн

Рис. 17. Общий вид доменной пе­чи:

1 - летка для выпуска чугуна; 2 - фурменное устройство для подачи комбинированного дутья; 3 -ци­линдрическая часть колошника с защитными плитами; 4 - большой коиус колошника; 5 - малый конус колошника; 6 - устройство для вра­щения приемной воронки; 7 - при­емная воронка; 8 - скип; 9 - на­клонный мост; 10 - межконусное пространство; 11 - летка для вы­пуска шлака; 12 - площадка

Газов по сечению печи. Газы поднимаются снизу вверх. Профиль печи. На рис. 16 представлен профиль со­временной доменной печи . Верхняя часть печи называ­ется колошником (от слова колоша: так называли коро­ба, в которых перевозили уголь для загрузки в печь).

Через колошник печи, имеющий форму цилиндра, про­изводится загрузка шихты и отводятся газы. Ниже ко­лошника расположена UiaxTai представляющая собой усеченный конус, расширяющийся книзу. Такая форма шахты позволяет материалам расползаться в стороны и свободно опускаться вниз. Кроме того, расширение шах­ты устраняет уплотнение шихты. Наиболее широкая часть печи - распар - представляет собой короткий цилиндр, необходимый для создания плавного перехода от нижнего широкого основания шахты к сужающимся заплечикам - части печи, которая представляет собой усеченный конус с широкой частью вверху и узкой вни­зу. Если бы шахта непосредственно соединялась с запле­чиками, то в месте их соединения образовывался тупой угол, в котором задерживались опускающиеся сырые ма­териалы. 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.

Рассмотрим более подробно устройство основных час­тей доменной печи, общий вид которой представлен на рис. 17.

Фундамент печи. Современная печь вместе со всеми сооружениями и металлоконструкциями, футеровкой и находящимися в ней шихтовыми материалами и продук­тами плавки может иметь массу до 30 тыс. т. Эта масса должна быть равномерно передана грунту. Нижнюю часть фундамента (подошву) делают в виде восьмиуголь­ной 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 и находится горн печи.

Горн (рис. 18) может быть разделен на три части. Нижняя, плоская часть горна - это лещадь, на которой находится жидкий чугун и шлак. Лещадь выдерживает ¦большое давление чугуна. Она выкладывается из углеро­дистых блоков снаружи, изнутри из крупноразмерного высокоглиноземистого кирпича, содержащего более 45% AI2O3. Общая толщина лещади достигает 5,5 м. Лещадь находится под воздействием высоких температур и гид­ростатическим воздействием жидкого чугуна. Жидкий

Рис. 18. Схема горна доменной печи:

I - бетонная подошва печи; 2- пень печи; 3- углеродистые блоки лещади горна; 4- высокоглиноземистый кирпич; 5 - чугунные плитовые холодиль­ники

Чугун проникает между кирпичами по швам и расклини­вает кладку. Происходит разрушение лещади, особенно сильное в первое время после начала работы. Для со­хранения лещади в печи поддерживают «мертвый слой» жидкого чугуна толщиной до 1000 мм, который не вы­пускают из печи. На крупных печах лещадь полностью выкладывают из углеродистых огнеупоров.

Вторая нижняя часть горна - от лещади до леток (металлоприемник) - служит копильником для рас­плавленного чугуна и шлака. Металлоприемник выкла­дывается из углеродистых блоков на углеродистой пасте. Фурменные проемы, чугунные и шлаковые летки выкла­дываются шамотным кирпичом. Внизу кладка имеет толщину до 1500 мм, в верхней части 325 мм. Кладка лещади и металлоприемника охватывается плитовыми холодильниками, представляющими собой металличес­кие плиты с трубами, по которым циркулирует вода.

Между лещадью и пнем в некоторых печах помещают металлические плиты с пазами для воздушного охлаж­дения. Снаружи плитовые холодильники и горн заключе­ны в металлический кожух из листов толщиной 40-50 мм. Для компенсации теплового расширения кладки нижней части горна между холодильниками и кладкой

Оставляют зазор ~100 мм, который заполня­ется плотно утрамбо­ванной углеродистой массой. В нижней час­ти горна на расстоя­нии 600-1700 мм от лещади располагаются отверстия - летки для выпуска чугуна и шла­ка. В печах с объемом до 2000 м3 делают одно отверстие, в более крупных печах - до че­тырех. Через чугунные

Чугун. Чугунная летка обрамляется стальной литой рамой, прикреп-

Ленной к кожуху печи (рис. 19). Проем рамы футеруется высокоглиноземистым кирпичом. Оставляют сквозной канал шириной 300 и высотой 400-500 мм, который за­бивают огнеупорной массой. Для выпуска чугуна в нем прорезают отверстие диаметром 50-80 мм. После вы­пуска чугуна канал летки вновь забивают огнеупорной массой.

Выше уровня чугунной летки на 1400-1800 мм рас­полагаются шлаковые летки, предназначенные для вы­пуска верхнего шлака. Шлаковые летки располагаются под углом 90° друг к другу и под углом 60° к чугунной летке. На печах среднего размера делают две, а на боль­ших печах одну летку для выпуска шлака.

Рис. 19. Устройство чугунной леткн: ЛеТКИ 18 20 раз B CyT-

/- футляр нз огнеупорной массы; 2- КИ ВЫПуСКаЮТ ЖИДКИЙ

Огнеупорная кладка; з - рама; 4 - хо­лодильник

В проем шлаковой летки устанавливается шлаковый прибор, схема которого приведена на рис. 20. Основные части шлакового прибора: медная водоохлаждаемая фурма, медный холодильник, чугунный холодильник с за­литым спиральным змеевиком для воды, чугунная водо­охлаждаемая амбразура, с помощью которой прибор

Крепится к кожуху печи. Конусную полость шлакового прибора набивают огнеупорной масой, в которой проре­зают отверстие для выхода шлака из печи. Шлаковая фурма закрывается металлической пробкой с помощью стопорного устройства. В крупных печах выпуск шлака происходит вместе с чугуном из одной летки.

Рис. 20. Схема шлакового прибора:

1 - чугунная водоохлаждаемая амбра­зура; 2 - чугунный холодильник; 3 - медный холодильник; 4 - медная во­доохлаждаемая фурма

Фурмы. В верхней ча­сти горна на расстоянии 2700-3500 мм от оси чу­гунной летки расположе­ны по окружности печи фурмы для подачи в печь горячего воздуха, при­родного газа, пылевид­ного или жидкого топли­ва. Число фурм зависит от размера печи и состав­ляет от 18 до 42. Воздух к печи подается в коль­цевой воздухопровод вну­тренним диаметром до 1650 мм, окружающий доменную печь. От возду­хопровода с помощью фурменных приборов ду­тье поступает в печь. Фурменный прибор (рис. 21) состоит из водоох- лаждаемой литой медной фурмы с внутренним диаметром до 200 мм, которая выступает внутрь печи из кладки на 300 мм. Фурма крепится в хо­лодильниках. Холодильники способствуют охлаждению кладки горна, находящейся в непосредственной близости к очагам горения, позволяют установить фурму в гнезде и устранить выдувание газа из печи. Холодильник дела­ется составным. Воздух к фурме подается по стальному футерованному соплу, которое подсоединено к подвиж­ному колену. При помощи тяг и пружин сопло прижима­ется к фурме. Для смены сопла или фурмы колено дол­жно быть оттянуто назад при помощи шарнирного сое-^ динения с переходным патрубком. Патрубок соединяется с фурменным рукавом, подсоединенным к кольцевому воздухопроводу. В торце фурменного прибора имеется гляделка для наблюдения за процессом сгорания топли­ва. При подаче в печь газа или мазута через фурму про­пускают трубки, по которым подают топливо. Каждый

Фурменный прибор оборудован устройством для измере­ния и регулирования расхода воздуха.

Заплечики. Кладку заплечиков выполняют в один кирпич толщиной 345 мм. Кладка охлаждается плитовы – ми ребристыми холодильниками. Как показывает опыт, огнеупорная кладка заплечиков подвергается интенсив­ному износу и быстро выгорает. На оголенных местах на поверхности холодильников образуется защитный слой

Рис. 21. Устройство фурменного прибора:

1 - медная воздушная фурма; 2, 3 - холодильники; 4 - сопло; 5 - подвижное колено; 6 - переходный патрубок к воздухопроводу

Из шлака и шихтовых материалов (гарнисаж), который и защищает холодильники от действия высокой темпе­ратуры и жидких продуктов плавки.

Распар. Стенки распара имеют значительную толщи­ну - до 690 мм, они выкладываются из шамотного кир­пича и охлаждаются мараторными холодильниками, в торцы которых залиты огнеупорные кирпичи. Кожух шах­ты опирается на массивное металлическое мараторное кольцо и передает на него давление кладки и конструк­ций верхней части печи. Кольцо опирается на колонны.

Шахта. Шахту выкладывают шамотным кирпичом. Ее толщин^ ЬГНк!>кНёЙ lIiiCTH зависит от способа охлаж- дения и может изменяться от 690 до 1020 мм, вверху тол­щина кладки 920 мм. Почти по всей высоте шахты на две трети от распара устанавливают холодильники в шахматном порядке. Между кожухом и кирпичной клад­кой или между кирпичами и холодильниками оставляют зазор 50-60 мм, заполненный шамото-асбестовой набив­кой для компенсации теплового расширения кладки шах­ты. Кладка шахты сильно изнашивается под влиянием потока раскаленных газов, несущего мелкие твердые ча­стицы материалов. В нижней части шахты и в распаре шамотный кирпич может разрушаться вследствие era взаимодействия со шлаком. В верхних и средних гори­зонтах шахты может происходить, разрушение кладки из-за отложения сажистого углерода по реакции 2СО = = С02 + С.

Разрушению кладки способствует также отложение в швах кладки оксида цинка, образующегося вследствие окисления цинка, испаряющегося при плавке. Средняя продолжительность кампании шахты 4-5 лет. Снару­жи кладка шихты заключена в прочный кожух. С по­мощью системы брызгал кожух поливают водой, которая стекает вниз в короба, приваренные внизу шахты.

Колошник. Футеровка колошника выполняется из стальных плит, предохраняющих конструкцию печи от ударов сырых материалов, засылаемых в печь. Между плитами и кожухом печи делают слой кладки из шамот­ного кирпича. Верхняя часть кожуха печи называется куполом. К нему крепится кольцо засыпного аппарата. Купольная часть изнутри футерована чугунными плита­ми с залитым в них кирпичом.

Кожух печи. Всю печь охватывает сварной кожух, выполненный из листов толщиной от 20 до 50 мм.

Чугун выплавляют в доменных печах, представляющих собой шахтную печь. Сущность процесса получения чугуна в доменных печах заключается в восстановлении оксидов железа, входящих в состав руды, газообразными (СO, Н2) и твердым (С) восстановителями, образующимися при сгорании топлива в печи.

Процесс доменной плавки является непрерывным. Сверху в печь загружают исходные материалы (агломерат, окатыши, кокс), а в нижнюю часть подают нагретый воздух и газообразное, жидкое или пылевидное топливо. Газы, полученные от сжигания топлива, проходят через столб шихты и отдают ей свою тепловую энергию. Опускающаяся шихта нагревается, восстанавливается, а затем плавится. Большая часть кокса сгорает в нижней половине печи, являясь источником тепла, а часть кокса расходуется на восстановление и науглероживание железа.

Доменная печь является мощным и высокопроизводительным агрегатом, в котором расходуется огромное количество материалов. Современная доменная печь расходует около 20000 тонн шихты в сутки и выдает ежесуточно около 12000 тонн чугуна.

Для обеспечения непрерывной подачи и выпуска такого большого количества материалов необходимо, чтобы конструкция печи была проста и надежна в работе в течение длительного времени. Доменная печь снаружи заключена в металлический кожух, сваренный из стальных листов толщиной 25 – 40 мм. С внутренней стороны кожуха находится огнеупорная футеровка, охлаждаемая в нижней части печи с помощью закладываемых специальных холодильников – металлических коробок, внутри которых циркулирует вода. В связи с тем, что для охлаждения печи требуется большое количество воды, на некоторых печах применяют испарительное охлаждение, сущность которого состоит в том, что в холодильники подают воды в несколько раз меньше, чем при обычном способе. Вода нагревается до кипения и интенсивно испаряется, поглощая при этом большое количество тепла.

Внутреннее очертание вертикального разреза доменной печи называют профилем печи. Рабочее пространство печи включает:

• колошник;
• шахту;
• распар;
• заплечики;
• горн.

Колошник

Это верхняя часть доменной печи, через которую осуществляется загрузка шихтовых материалов и отвод доменного или колошникового газа. Основной частью колошникового устройства является засыпной аппарат. На большинстве доменных печей установлены двухконусные загрузочные устройства. В обычном положении оба конуса закрыты и надежно изолируют внутреннее пространство печи от атмосферы. После загрузки шихты в приемную воронку малый конус опускается и шихта падает на большой конус. Малый конус закрывается. После того, как на большом конусе будет набрано заданное количество шихты, большой конус опускается при закрытом малом конусе и шихта высыпается в печь. После этого большой конус закрывается. Таким образом, рабочее пространство доменной печи постоянно герметизировано.

Шихтовые материалы обычно подаются на колошник печи с одной стороны. В результате, в воронке малого конуса образуется откос. Длительная Работа доменной печи с перекосом уровня шихты недопустима. Для устранения этого явления приемная воронка и малый конус сделаны вращающимися. После загрузки шихты воронка вместе с конусом поворачивается на угол кратный 60, благодаря чему после разгрузки нескольких подач неравномерность полностью устраняется. 0

На современных печах могут устанавливаться более сложные по конструкции засыпные аппараты. Вместо большого конуса устанавливается вращающийся желоб, угол наклона которого может регулироваться. Такая конструкция позволяет изменять место подачи материалов по диаметру колошника.

В процессе доменной плавки образуется большое количество газа, который отводится из колошниковой части печи. Такой газ называют колошниковым. Газ содержит горючие составляющие СO и Н2 и, поэтому, используется как газообразное топливо в металлургическом производстве. Кроме того, проходя через столб шихты, газ захватывает мелкие частицы железосодержащих материалов, образуя так называемую колошниковую пыль. Пыль улавливается в специальных газоочистителях и используется как добавка к шихте при агломерации или получении окатышей.

Шахта

На долю шахты приходится большая часть общей высоты и объема печи. Профиль шахты, представляющий собой усеченный конус, расширяющийся к низу, обеспечивает равномерное опускание и разрыхление шихтовых материалов. Значительная высота шахты позволяет осуществлять тепловую и химическую обработку материалов поднимающимися горячими газами.

Распар

Это средняя цилиндрическая часть рабочего пространства печи, имеющая самый большой диаметр. Распар создает некоторое дополнительное увеличение объема печи и устраняет возможные задержки шихтовых материалов.

Заплечики

Это часть профиля печи, расположенная ниже распара и представляющая собой усеченный конус, обращенный широким основанием к распару. Обратная конусность заплечиков соответствует уменьшению объема проплавляемых материалов при образовании чугуна и шлака.

Горн

Это нижняя цилиндрическая часть печи, где осуществляются высокотемпературные процессы доменной плавки. В горне происходит горение кокса и образование доменного газа, взаимодействие между жидкими фазами, накопление жидких продуктов плавки (чугуна и шлака) и периодический их выпуск из печи. Горн состоит из верхней или фурменной части и нижней или металлоприемника. Подину металлоприемника называют лещадью .

В нижней части горна расположены чугунные и шлаковые летки, представляющие собой отверстия для выпуска чугуна и шлака. После выпуска чугуна летку закрывают специальной огнеупорной массой при помощи так называемой пушки, которая представляет собой цилиндр с поршнем. Перед открытием чугунной летки пушку заполняют леточной огнеупорной массой. После окончания выпуска чугуна пушку подводят к летке, и с помощью поршневого механизма леточная масса выдавливается из пушки и заполняет леточный канал. Для вскрытия чугунной летки служит специальная бурильная машина, которая рассверливает в леточной массе отверстие, по которому выпускают чугун.

Шлаковые летки располагаются на высоте 1500 – 2000 мм от уровня чугунной летки и закрываются с помощью шлакового стопора, представляющего собой стальной шток с наконечником. Выходящие из доменной печи чугун и шлак направляются по желобам в чугуновозные и шлаковозные ковши. В настоящее время шлак в основном выпускается вместе с чугуном и отделяется от чугуна специальным устройством на желобе печи.

Шлак, вытекающий из доменной печи через чугунную летку, отделяется от чугуна на желобе печи с помощью разделительной плиты и перевала, выпол-няющих роль гидравлического затвора. Чугун, имеющий высокую плотность, проходит в зазор под разделительной плитой, а более легкий шлак отводится в боковой желоб.

При необходимости поставки чугуна другим предприятиям его разливают в слитки (чушки) массой 30 – 40 кг на специальной разливочной машине.

В верхней части горна на расстоянии 2700 – 3500 мм от оси чугунной летки по окружности горна с равными промежутками устанавливаются воздушные фурмы, через которые подают в печь нагретое до 1100 – 1300 °С дутье, а также природный газ и другие топливные добавки (мазут, пылеугольное топливо). Каждая доменная печь обеспечивается дутьем от своей воздуходувки. Нагрев дутья осуществляется в воздухонагревателях регенеративного типа, когда под действием тепла сжигаемого газа вначале нагревается насадка воздухонагревателя из огнеупорного кирпича, а затем через нее пропускается воздух, забирающий тепло от насадки. В период нагрева насадки в камеру горения подается газ и воздух для его горения. Продукты сгорания, проходя через насадку, нагревают ее и уходят в дымоход. В период нагрева дутья холодный воздух поступает в нагретую насадку, нагревается, а затем подается в доменную печь. Как только насадка остыла настолько, что воздух не может быть нагрет до заданной температуры, его переводят на следующий воздухонагреватель, а остывший ставят на нагрев. Насадка воздухонагревателя охлаждается быстрее, чем нагревается. Поэтому блок воздухонагревателей доменной печи состоит из 3 – 4 аппаратов, из которых один нагревает воздух, а остальные разогреваются. Профиль доменной печи характеризуется диаметрами, высотами и углами наклона отдельных элементов. Размеры некоторых печей приведены в таблице 1.

Таблица 1 – Размеры печей

Размеры, мм	Полезный объем печи, м3
	2000	3000	5000
Диаметр:
горна	9750	11700	14900
распара	10900	12900	16300
колошника	7300	8200	11200
Высота:
полная	32350	34650	36900
полезная	29200	32200	32200
горна	3600	3900	4500
шахты	18200	20100	19500

Размеры каждой части печи должны быть увязаны между собой и находиться в определенных соотношениях с размерами других частей печи. Профиль печи должен быть рациональным, при котором обеспечиваются важнейшие условия доменного процесса:

• плавное и устойчивое опускание шихтовых материалов;
• выгодное распределение встречного газового потока;
• благоприятное развитие процессов восстановления и образование чугуна и шлака.

Основными величинами, характеризующими размеры рабочего пространства, являются полезный объем печи и полезная высота. Они включают высоту и объем, заполненные материалами и продуктами плавки. При определении этих параметров за верхний уровень берется отметка нижней кромки большого конуса засыпного устройства в опущенном положении, а нижнем уровнем является уровень оси чугунной летки.

Контрольная работа

по дисциплине «Материаловедение и технология конструкционных материалов»

Вариант №10

Выполнил: студент

УРБАС, б-НФГДз-32

Шифр: 131720

Щербаков В. Г.

Проверил: Мельникова И.П.

Саратов, 2017

Задание №1. 3

1.1. Изобразите схему доменной печи. 3

1.2. Опишите сущность восстановительной плавки. 4

1.3. Укажите продукты, доменной плавки и технико-экономический показатели работы доменной печи. 11

Задание № 2. 12

2.1. Опишите явления, происходящие в металле при нагреве. 12

2.2. Изложите понятие температурного интервала обработки металлов давлением и принцип его определения по диаграмме. 14

2.3. Ориентировочно определите по диаграмме температурный интервал обработки для стали с содержанием углерода 0.5% …………………………………………………………………………………………………………15

Задание №3. 22

Изобразите схему ацетилено-кислородного пламени и опишите его строение. Укажите особенности сварки меди Разработайте процесс сварки обечайки (рис. 38 а, б) из меди марки М3р. Производство – штучное. Определите характе пламени газовой сварки, тип горелки и ее мощность. Выберите марку и диаметр присадочной проволоки. Укажите состав флюса и способ сварки (левый, правый). По размерам шва определите массу наплавленного металла. Установите расход присадочной проволоки с учетом потерь, кислорода, ацитилена, карбида кальция и время сварки изделия. Укажите методы контроля качества сварного шва.. 22

Задание № 4. 23

Приведите схемы обработки поверхностей 1, 2, 3 детали, чертеж которой дан на рис. 6. Для каждой схемы укажите название станка, инструмента и зажимных приспособлений. Приведите эскизы инструмента для обработки поверхности 3 и приспособления для закрепления заготовки при обработке поверхности 1. 23

Список литературы.. 24

Контрольное задание № 1

Изобразите схему доменной печи. Опишите сущность восстановительной плавки. Укажите продукты, доменной плавки и технико-экономический показатели работы доменной печи.

Доменная печь предназначена для выплавки чугуна.

Схема доменного процесса.

Суть этого процесса состоит в том, что в печи происходит восстановление оксидов железа, которые находятся в исходном материале - руде, продуктами сгорания топлива - водородом, оксидом углерода и твердым углеродом. Устройство доменной печи шахтного типа не отличается большой сложностью. Она состоит из нескольких деталей.

Конструкция печи

Верхняя часть доменной печи называется колошником. Он оборудован газоотводами, служащими для удаления колошникового газа. Сюда посредством специального засыпного аппарата загружается сырье.

Под колошником располагается шахта, имеющая вид усеченного конуса, расширяющегося книзу. Такая форма позволяет упростить процесс поступления в нее сырья из колошника. В шахте специальным образом подготавливается исходное сырье из окислов руды восстанавливается железо.

Самая широкая часть доменной печи носит название распар. Здесь плавится пустая порода флюса и руды, за счет чего из них получается шлак.

Следующая часть печи представляет собой усеченный конус, расширяющийся кверху. Называется она заплечики. В этом отделении конструкции заканчивается шлакообразование, оставляя в нем некоторое количество флюса и твердого топлива.

Горение поступившего сверху топлива происходит в горне. Он также служит для накопления чугуна и шлака, которые находятся в жидком состоянии.

Чтобы происходило сжигание топлива, необходим горячий воздух. Он поступает в печь от воздухонагревателей посредством кольцевого воздуховода, проходя через фурмы. Дно горна, носящее наименование лещадь, располагается на массивном фундаменте из железобетона. Здесь происходит накапливание шлака и чугуна. По окончании процесса плавки чугун и шлак выпускаются по специальным желобам через летки, предназначенные для этого, в ковши.

Принцип работы доменной печи

Схема доменной печи.

Конструкция доменной печи устроена таким образом, что шихта попадает в чашу через засыпное устройство, выполненного в виде небольшого конуса, расположенного вверху. Далее из чаши, попадая на большой конус при его опускании, шихта поступает в печь. Такая система не позволяет газу из доменной печи проникать в окружающую среду. После загрузки малый конус и воронка для приема сырья поворачиваются на угол, кратный 60 градусам. Это необходимо для того, чтобы шихта распределялась равномерно.

Металлургическая печь продолжает работать, шихта расплавляется и спускается дальше вниз, освобождая место для новых порций сырья. Полезный объем домны должен быть всегда полностью заполнен. Современная доменная печь может иметь полезный объем от 2000 до 50000 м³. Ее высота может достигать 35 м, что почти втрое больше ее диаметра. Такая конструкция придумана неслучайно: принцип работы доменной печи основан на движении материалов и газов навстречу друг другу, что позволяет увеличивать использование тепла до 85%.