Что такое доменная печь, устройство печи и особенности. Принцип работы доменной печи Чем топят доменные печи

31.03.2024

Несмотря на большое количество синтетических и полимерных материалов, получивших большое распространение в современной промышленности и в быту, использование сплавов железа не уступает пальму первенства. Самые ответственные детали, механизмы, инструменты и прочие узлы изготовлены из различных марок и видов металла, обладающих необходимыми свойствами для решения поставленных задач. Активные поиски полноценной замены металлическим сплавам пока не имеют успеха, поскольку разница в свойствах материалов слишком велика. Развитие металлургии не останавливается, появляются новые технологии и методики изготовления высокопрочных и твёрдых материалов. При этом не забыты и старые, традиционные методы выплавки металлов, отработанные веками и детально изученные многими поколениями металлургов. Рассмотрим устройство доменной печи - одной из наиболее старых конструкций для производства литейного чугуна, которая активно применяется и по сей день.

История

Необходимость совершенствования технологии выплавки железа возникла давно. Легкоплавкие руды, расположенные практически на поверхности земли, не отличались большими объёмами и быстро были израсходованы. Существующая методика выплавки была несостоятельна и не позволяла работать с тугоплавкими рудами. Появилась необходимость в усовершенствовании существующего оборудования и технологии. В первую очередь требовалось увеличить размеры печей и значительно усилить режим наддува.

Первые упоминания о конструкциях, аналогичных доменным печам, обнаружены в Китае. Они относятся к IV веку. В Европе появление доменных печей относят к XV веку, до этого использовались так называемые сыродутные печи. Непосредственным предшественником домны являлся каталонский горн, который использовал технологические приёмы, близкие к методике доменного производства. Его отличительными чертами были:

Непрерывный процесс подачи шихты;
Использование мощных установок подачи воздуха с гидравлическим приводом.

Доменная печь XIV века

Объём каталонского горна составлял всего 1 м³, что не позволяло получать больших объёмов продукции. В XIII веке в европейском княжестве Штирия был создан штукофен, увеличенный и усовершенствованный вариант каталонского горна. Он имел около 3,5 м в высоту и два технологических отверстия - нижнее для подачи воздуха, верхнее для извлечения крицы (сыродутного железа). Штукофен выдавал три вида железных полуфабрикатов:

Сталь;
Ковкое железо;
Чугун.

Разница между ними заключалась в содержании углерода - больше всего его было в чугуне (больше 1,7%), в стали его было меньше 1,7%, а в ковком железе содержание составляло 0,04%. Высокий уровень содержания углерода оценивался негативно, так как чугун нельзя ковать, сваривать, из него сложно изготавливать оружие.

Это важно! Первоначально чугун был отнесён к отходам производства, так как не поддавался ковке. Отношение к нему изменилось только после начала вторичной переплавки, которое стали делать из-за нехватки легкоплавких руд. Передельное железо, полученное из чугуна, имело более высокое качество, что послужило стимулом к расширению переделочного процесса.

Дальнейшее наращивание мощностей и совершенствование технологии послужили толчком к возникновению блауфена, имевшего высоту уже около 5–6 м, способного к выплавке чугуна и железа одновременно. Он уже практически являлся доменной печью, хоть и несколько уменьшенной, упрощённой конструкции. Утвердился двухступенчатый процесс, когда первой стадией было получение чугуна, а второй - выплавка из него железа при усиленном наддуве.

Появление первых доменных печей в Европе относится к концу XV века. Почти сразу подобные конструкции появились в Англии, а в США первые домны созданы гораздо позже - в 1619 году. Первую домну в России на своей мануфактуре в Туле построил А. А. Виниус. Процесс состоял из следующих этапов:

Укладка чугунных чушек перед устьем, расплавление, сток чугуна вниз.

Потеря части углерода во время прохождения возле фурм.

Подача полученного железа к соплу, мощный наддув, при котором лишний углерод выгорал, а мягкое железо оседало на дне.

Железо извлекали со дна горна и проковывали, удаляя жидкий шлак, уплотняя чушки. При таком способе выход готового железа составлял около 92 % от изначального веса чугуна, а его качество значительно превышало показатели кричного продукта.

Серьёзной проблемой стал топливный кризис. Для плавления руды использовался древесный уголь, что привело к истреблению лесов. Проблема выросла до таких размеров, что в Англию ввозили металл из Европы, а позже - и из России в течение 2 веков. Оказалось, что лес растёт медленнее, чем горит. Попытки использования каменного угля показали, что в нём содержится большое количество серы, существенно снижающей качество металла. Было произведено множество опытов, не увенчавшихся успехом.

Это интересно! Решение было найдено только в 1735 году английским металлургом А. Дерби II, который нашёл способ превращения угля в кокс. С этого времени топливная проблема была преодолена, и процесс получил новый толчок к развитию.

Следующим революционным открытием стал нагрев воздуха, используемого для наддува. Он позволил заметно снизить расход каменного угля до 36 %. Появились специальные требования к сортности, качеству металла по содержанию марганца, кремния, фосфора. Технология и конструкция печей совершенствовались, дополнялись, понемногу приходя к современному виду.

Устройство и принцип работы

Доменная печь представляет собой вертикальную конструкцию шахтного типа, напоминающую конус, расширяющийся книзу. Высота печи может достигать 70 м, рабочий объём - 2700 м³. Суточная производительность домны таких размеров достигает 5000 т чугуна. Основной особенностью работы доменных печей является непрерывность процесса. Работа ведётся круглосуточно и не прекращается до момента капитального ремонта или демонтажа печи, что может занимать период от 3 до 15 лет. Если работу остановить и оставить печь без топлива, произойдёт так называемое «закозление», застывание материалов, находящихся внутри. Запустить вновь печь, остановленную нештатным способом, невозможно. Такая специфика заставляет специалистов постоянно заботиться о соблюдении режима работы установки, но и позволяет получить максимальную производительность.

Материалы, необходимые для реализации доменного процесса:

Каменноугольный кокс (топливо);
Железная руда (агломерат, окатыши);
Флюс (песок, известняк и другие необходимые материалы, организующие подъём шлаков вверх).

Месторождений железной руды, качество которой позволяет без предварительной обработки использовать её в процессе плавки, в мире осталось очень мало. Поэтому в большинстве случаев используется специально подготовленное сырьё - агломерат или окатыши, представляющие собой комки обогащённого рудного материала. Они имеют форму округлых гранул (окатыши) или частиц неправильной формы (агломерат) размером 2–5 см.

Схема устройства доменной печи

Конструкция печи представляет собой массивную вертикальную башню, изнутри выложенную шамотным (огнеупорным) кирпичом. Она установлена на прочном фундаменте, поднятом над нулевым уровнем на определённую высоту. Верхняя, жароустойчивая часть основания называется пнём. Верхушка фундамента имеет горизонтальную площадку - лещадь, которая принимает на себя все динамические и температурные нагрузки, в связи с чем имеет водяное охлаждение. Печь снаружи защищена прочным металлическим кожухом, толщина которого составляет 4–6 см.

Внутренняя часть печи представляет собой конусообразную башню, состоящую из нескольких участков:

Шахта (или тахта). Конусообразная часть башни, понемногу расширяющаяся книзу.
Распар. Самая широкая (средняя) часть башни, в которой происходит начало процессов шлакообразования и плавления сырья. Температура в этом участке составляет от 1400°.
Заплечики. Относительно короткий участок в виде конуса, сужающегося в нижней части. В нём происходит окончательное плавление металла. Температура в этом участке составляет 1600–1900°.
Горн. Нижняя часть башни, где расположены отверстия для подачи воздуха (фурмы). Там же располагаются чугунная и шлаковая летки (отверстия для выпуска чугуна и шлака). Днище горна - это верхняя часть фундамента (лещадь).

С помощью засыпного аппарата в колошник подаются шихта и флюс. По мере расплава и вывода чугуна и шлака материалы опускаются вниз, а их место занимают новые порции. Газы, образующиеся во время протекания химических процессов, выводятся посредством трубопроводов, размещённых в колошниковой части башни. Они имеют высокую температуру и используются для нагрева свежего потока, поступающего в домну для наддува. Нагрев производится в кауперах - установках, осуществляющих забор свежего воздуха, нагрев в теплообменных устройствах и подачу горячего воздуха в печь.

Схемы доменной печи

Устройство доменных печей и производственный процесс выплавки практически одинаковы во всех странах и принципиальных различий не имеют. Но имеются разные схемы несущих конструкций, обладающие собственными особенностями и спецификой.

Особенности схем разных конструкций печей

Шотландская схема (а). Колошник установлен на специальные несущие конструкции, называемые основными колоннами. Как правило, их количество соответствует числу фурм. Это делается для удобства работы и обслуживания воздухоподающих отверстий. Если использовать другие варианты размещения, то фурмы придётся располагать неравномерно, что скажется на режиме наддува и общем качестве металла. Недостатком этой схемы является возможность передачи вибрации с погрузочных устройств на конструкцию печи. Кроме того, существуют трудности в проведении срочных ремонтных работ или реконструкций. При этом такая печь обходится дешевле и обладает меньшей массой, что сокращает время постройки.
Немецкая (б). Колошник установлен на собственные опоры (колонны). Это улучшает качество обслуживания горна, но создаёт возможность образования чрезмерных напряжений в зоне заплечиков из-за нагрузок от веса башни. Усиление конструкции образует проблемы с доступом к заплечикам, что сказывается на режиме и качестве работ.
Комбинированная (в). В этом варианте схемы напряжения на заплечиках снижены, но это сделано за счёт более сложного обслуживания участка горна. При этом данная схема обеспечивает высокую прочность кожуха, который продолжает эффективно функционировать даже при наличии заметных трещин. Такая особенность схемы по достоинству оценена специалистами, работающими на сырьё с большим процентным содержанием цинка. Он образует излишнее давление на стенки башни, увеличивая частоту капитальных ремонтов.
Японская (г). Несущими конструкциями являются 6 колонн, снабжённых кронштейнами. Несмотря на повышенную несущую способность, отмечаются заметные недостатки - дисбаланс нагрузок увеличивает вес опор, диаметр воздуховода увеличен по сравнению с другими вариантами схем, что способствует возрастанию нагрузок на фурменное оборудование. Дополнительным недостатком считается сложность организации напольного транспорта в зоне горна.
Американская (д). Схема отличается наличием 4 несущих колонн. Преимуществами являются пониженная вибрация, возникающая при работе загрузочных механизмов, а также значительно улучшен доступ к участку леток и фурм.

Указанные схемы разрабатывались и совершенствовались в разных условиях, что и стало причиной появления некоторых различий в конструкции. Тем не менее, все они вполне успешно эксплуатируются и дают продукцию высокого качества.

Доменная печь своими руками

Самостоятельное изготовление доменной печи на первый взгляд кажется нелепой затеей. Вряд ли кому-то придёт в голову организовать на своём участке миниатюрный металлургический цех. Причин этому несколько:

Отсутствие сырья. В мире осталось всего 2 месторождения с богатой рудой - в Бразилии и в Австралии. Купить окатыши или агломерат практически невозможно - их нет в свободной продаже, все поставки идут через сырьевые биржи и исчисляются тысячами тонн.
Получить разрешение на строительство миниатюрного металлургического производства невозможно. Чёрная металлургия - источник значительных экологических проблем, поэтому ни один чиновник не рискнёт дать разрешение на подобную затею.
Соседи завалят жалобами все инстанции, поскольку постоянный дым и чад сделают их жизнь невыносимой.

Указаны только самые основные причины, в действительности их гораздо больше. Использование доменной печи для производства металла в условиях частного дома исключено.

Однако если учесть специфику работы домны, в частности - непрерывный режим горения, то можно использовать её для обогрева помещений. Это эффективное решение для подачи тепла как в жилые, так и в служебные помещения - гараж, теплицы, вспомогательные постройки и т. д. В отличие от обычной твёрдотопливной печи, где надо часто загружать топливо, а КПД довольно низок, домна обеспечивает ровное тление материала в течение 15–20 часов. Это получается благодаря ограниченному поступлению воздуха, не позволяющего топливу активно гореть и растягивающему процесс на длительный срок.

Доменную печь можно сделать самостоятельно

Печь обычно делают из металлической бочки. Аккуратно вырезают днище (оно ещё понадобится), устанавливают бочку на заранее изготовленный фундамент. Вырезанный круг усиливают отрезками швеллера для придания большего веса - он будет придавливать топливо, способствуя компактному размещению и эффективному тлению. Вырезают отверстие под дымоход, обычно хватает трубы диаметром 10 см. Затем надо из листа металла вырезать крышку для бочки, так как днище уже использовано как гнёт для топлива. Вырезается круг соответствующего размера, тщательно приваривается к бочке. В нём также делается отверстие для трубы. В нижней части бочки вырезается отверстие для дверцы, через которое будет производиться закладка топлива. Под ней можно сделать дополнительную дверцу для удаления золы.

Дымоход приваривается сверху, длина его прямой части (до первого колена) должна превышать диаметр бочки (в идеале - гораздо больше). При работе печь сильно нагревается, поэтому многие обкладывают её кирпичом или создают теплоотражающий экран. Оптимальный режим работы находят опытным путём. Необходимо соблюдать меры пожарной безопасности, в идеале для такой печи надо выделить отдельное помещение без горючих предметов.

Видео: рождение стали

Доменная печь - одна из самых старых и проверенных конструкций. Её эффективность проверена временем, технологические приёмы и методики тщательно изучены и отработаны. Возможности домны таковы, что эксплуатация подобных устройств будет длиться ещё очень долго, конструкции и технологии будут совершенствоваться.

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....

Обновлено:

2016-08-18

Доменная печь — это незаменимое оборудование в металлургических процессах. Такие печи появились достаточно давно, и они позволяли плавить железорудное сырье, превращая его в различные предметы быта, военного вооружения и пр. Как выглядит доменная печь сегодня и что собой представляет данный агрегат? Об этом в нашем материале.

Фото доменной печи

Доменная печь насчитывает многовековую историю. Впервые подобные агрегаты появились на территории Европы в 14 веке.

Только через несколько столетий, в 16 веке, доменные печи добрались до территории России.

В печках процесс плавления чугуна осуществляется непрерывно. Сверху печки загружается сырье для плавки, а снизу предусмотрены системы для подачи топлива и кислорода. При нагревании железная руда плавится.

При высокой производительности, печки отличаются достаточно простой конструкцией и отменной надежностью. Только при таких условиях можно добиться желаемого результата от работы оборудования.

Но как устроена современная доменная печка?

Конструкция представляет собой внушительное по размерам устройство, высота которого может достигать 30 метров и более;
Диаметр устройства примерно в три раза меньше;
Стенки печки выполняют из шамота, либо используют другие материалы с отличными огнеупорными характеристиками;
Нижнюю часть горна и основание изготавливают из углеродистых блоков, которые отличаются высокой степенью огнеупорности. Чтобы огнеупорные характеристики находились всегда на высоком уровне, предусмотрены металлические холодильники, по которым осуществляется циркуляция воды;
Снаружи оборудование заключено в стальной кожух толщиной 40 миллиметров;
За счет высокотехнологичного подхода и возможностей современной техники, доменные печки достигают массы в несколько десятков тысяч тонн;
Огромный вес порядка 30 тысяч тонн требует наличия соответствующего фундамента;
Фундамент состоит из бетонной плиты толщиной 4 метра и закрепленной на ней колонны и монолитного цилиндра. Для их изготовления используется специальный жаропрочный бетон;
Поверх фундамента монтируется горн доменной печки;
Печка, предназначенная для плавки сырье, отличается внушительным объемом, поскольку при увеличении размеров экономичность оборудования улучшается;
Самые большие модели доменных печек отличаются полезным объемом около 3 тысяч кубометров;
Вверху горна монтируются специальные фурмы, необходимые для подачи воздуха. Их бывает установлено не более 36 единиц;
Для работы доменной печки требуется огромное количество воздуха. Для удовлетворения потребностей печки применяются турбовоздуходувки;
За нагрев воздуха отвечает воздухонагреватель, являющийся необходимым элементом конструкции;
Современные печи способны работать без перерывов в течение 10 лет. При загрузке сырья на выходе производитель получает чугун;
Загружается сырье калошами — это специальные выверенные порции, с которыми идеально справляется доменная печь;
За сутки доменка способна произвести около 5 тысяч тонн чугуна;
Процессы загрузки и подготовки механизированные;
Чтобы добиться качественной плавки чугуна, конструкцией доменной печки предусматриваются определенные вспомогательные механизмы для загрузки, подъема используемого сырья.

Особенности работы

С конструкцией и некоторыми особенностями доменной печи мы познакомились. Теперь необходимо разобраться в технологических процессах, которые протекают в этом промышленном оборудовании.

Исходным сырьем выступают рудные вещества. Это может быть любой вид железняка или руды, в которой содержится марганец.
Доменная печь — это устройство для получения чугуна, его выплавки из соответствующего сырья.
Загружая материалы в печь, важно соблюдать определенные пропорции. Правильно подобранная по пропорциям смесь называется шихтой. В ее состав включена руда, флюс и кокс.
Главным этапом процесса производства чугуна является восстановление железа. Полученное методом распара железо, где растворяется углерод, доменная печь выдает чугун.
В самых высокотемпературных точках доменки чугун начинает плавиться.
За счет продуманной схемы работы доменной печи, процесс горения является непрерывным. Поддерживается горение правильно подаваемыми порциями воздуха.
Предварительно воздух нагревается до нужных температур, предусмотренных технологиями процесса выплавки. При подаче холодного воздуха печь не подогревалась, а остывала бы. Это привело бы к более медленному протеканию процесса выплавки изделий.
Специальная труба обеспечивает удаление продуктов сгорания.
На выходе доменные печи выдают чугун в жидкой форме, который выпускают наружу через специальные отверстия в нижней части конструкции.
Большой ковш захватывает расплавленный чугун, транспортирует его в цехи для дальнейшей обработки.
Переработка жидкого чугуна в сталь не является обязательным этапом технологического процесса. Все зависит от того, на какие задачи ориентировано металлургическое предприятие, использующее доменные печи.
Остатки переработанного сырья не идут на свалку. Они выходят из печи через соответствующие устройства. Их называют шлаковыми летками. Данные отходы служат для дальнейшего производства стройматериалов.

Особенности обслуживания и ремонта

Поскольку доменные печи работают беспрерывно, к вопросу их технического обслуживания необходимо подходить особенно внимательно.

Цель обслуживания — не допустить преждевременный износ. Для этого ответственные за обслуживания лица должны строго опираться на технический паспорт, предоставляемый производителем для их печей;
При наличии на производстве специализированных правил эксплуатации конкретной доменной печи, все мероприятия по обслуживанию осуществляются строго на их основании;
При отсутствии перечня правил, опираться следует на прочие директивные материалы;
Периодические ремонтные мероприятия осуществляются по мере возникновения неисправностей. При этом процесс производства чугуна в доменной печи останавливаться не должен;
Исключением является капитальный ремонт, при необходимости проведения которого доменную печь останавливают.

Существует три типа капитального ремонта.

Ремонт первого разряда. В этом случае из горна необходимо извлечь все сырье, провести визуальный осмотр оборудования, принимающего участие в технологических процессах.
Ремонт второго разряда. Предусматривает замену элементов, имеющих вторичную роль в конструкции доменной печи.
Ремонт третьего разряда. Подразумевает полностью замену агрегатов, которые необходимы для загрузки сырья и дозирования исходных материалов.

Не редко доменные печки останавливают, чтобы провести ремонтные работы и дополнительно осуществить модернизацию оборудования. Так производитель сокращает периодичность простаивания оборудования, теряя меньше денег.

Доменные печи — это уникальные устройства, которые поражают своими габаритами и возможностями.

10. Выпуск жидкого чугуна
11. Сбор отходящих газов

До́менная печь , до́мна - 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 г.

Этимология

Слово «домна» образовано от старославянского «дмение» - дутьё. На других языках: англ. blast furnace - дутьевая печь, нем. Hochofen - высокая печь, фр. haut fourneau - высокая печь.

Следует иметь в виду коренное отличие в значении слов «домница» и «доменная печь»: в домнице получали (в виде кусков или криц) штуки восстановленного сыродутного (от слова «сырое», то есть неподогретое дутьё) железа, а в доменной печи - жидкий чугун.

Описание и процеcсы

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.

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 .

Источники

Толковый металлургический словарь. Основные термины / Под ред. В. И. Куманина . - М.: Рус. яз., 1989. - 446 с. - ISBN 5-200-00797-6 .
Ефименко Г. Г., Гиммельфарб А. А., Левченко В. Е. Металлургия чугуна. - Киев.:Выща школа, 1988. - 352 с.
Ферсман А. Е. Занимательная геохимия. - М.: Детгиз, 1954. - 486 с.
Рамм А. Н. Современный доменный процесс. - Москва.:Металлургия, 1980. - 303 с.
Товаровский И.Г. Доменная плавка. 2-е издание.- Днепропетровск: "Пороги", 2009.-768 с.
Андронов В.Н. Экстракция черных металлов из природного и техногенного сырья. Доменный процесс. - Донецк: Норд-Пресс, 2009.-377 с. - ISBN 978-966-380-329-6 .
Г.Н. Еланский, Б.В. Линчевский, А.А. Кальменев Основы производства и обработки металлов. Москва 2005 г.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Доменная печь" в других словарях:

ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ, цилиндрическая плавильная печь. Ее используют для выплавки из руд металлов, преимущественно железа и меди. Руда смешивается с коксом и Флюсом (при выплавке стали это известняк). К нижней части печи подведен трубопровод горячего… … Научно-технический энциклопедический словарь

- (домна) шахтная печь для выплавки чугуна. Исходные материалы (шихта) железорудный агломерат, окатыши, кокс, флюсы подаются на колошник. Снизу (через фурмы) вводят нагретый воздух, жидкое, газообразное или пылевидное топливо. В доменной печи… … Большой Энциклопедический словарь

ДОМЕННАЯ ПЕЧЬ - (домна) шахтная печь для выплавки чугуна из железной руды … Большая политехническая энциклопедия

доменная печь - — EN blast furnace A tall, cylindrical smelting furnace for reducing iron ore to pig iron; the blast of air blown through solid fuel increases the combustion rate. (Source: MGH)… … Справочник технического переводчика

Выплавка чугуна в промышленных масштабах невозможна без габаритных, сложных и мощных печей. Доменная печь – вертикальное сооружение шахтного типа, в котором железную руду переплавляют в полезный металл. Устройство доменной печи подразумевает непрерывную работу конструкции в течение 3-12 лет, вплоть до капитального ремонта.

Рисунок 1. Доменная печь

Устройство домны

Современная печь – это огромная конструкция весом до 35000 т и высотой до 40 м. Чтобы многолетняя выплавка без простоев была возможной, печь должна быть прочной и надёжной. Снаружи устройство покрыто стальным кожухом – основа облицована толстыми листами (до 4 см).

Изнутри расположена огнестойкая футеровка. Она нуждается в постоянном охлаждении, поэтому внизу монтируют металлоёмкости, в которых циркулирует вода. Поскольку жидкости нужно очень много, иногда применяют охлаждение испарением. Суть метода – в испарении кипящей воды, активно поглощающей при этом тепловую энергию.

Рисунок 2. Устройство доменной печи

Печь представляет собой сооружение, состоящее из множества элементов. Основные представлены:

колошником ();
распаром;
шахтой;
горном;
заплечиками.

Колошник

Это верхний элемент, который служит для загрузки сырья (шихты) и отвода отработанных газов. Главная часть колошника – засыпной агрегат. В большинстве случаев аппараты для засыпки шихты двуконусные. Между засыпками оба конуса прикрыты. После подачи сырья меньший элемент опускается, и железная руда попадает в больший. Как только набирается необходимая порция, малый конус закрывается, из большого руда попадает в печь. После этого герметизируется и крупное устройство.

Более продвинутые домны имеют улучшенную конструкцию колошника. Роль большого конуса играет вращающийся желоб с регулируемым углом наклона. Благодаря этому возможна засыпка сырья с любой стороны.

Колошник служит и газоотводом. В процессе выплавки образуется огромное количество газа. Вместе с ним удаляется и железосодержащая пыль, которую улавливают газоочистители.

Рисунок 3. Схема доменного производства

Шахта

Шахта занимает большую часть печного пространства. Конструкция, расширяющаяся книзу, представляет собой усечённый конус. Благодаря этому подача шихты происходит равномерно. Доменная печь – сооружение вертикальное и достаточно высокое. Это необходимо для обеспечения хим- и термообработки сырья нагретыми газами.

Распар

Элемент в форме цилиндра расположен в средней части рабочей доменной зоны. Для распара характерен наибольший диаметр. Назначение конструкции – увеличение печного пространства и ликвидация ненужного сырья. Здесь образуется пустая порода.

Заплечики

Укороченный конусообразный вариант распара – усечённый компонент обращён широкой частью вверх. С помощью заплечиков снижают объём выплавляемой шихты при производстве чугуна.

Горн

Основная часть, в которой и происходит выплавка металлов. Здесь горит кокс и образуется газ, накапливается шлак и чугун и происходит регулярный выпуск жидкого металла из конструкции. Состоит горн из фурменной зоны и металлоприёмника. Через фурмы, посредством воздухонагревателя и кольцевого воздуховода, в печь поступает горячий воздух. Он необходим для горения топлива. Дно металлоприёмника называется лещадь.

Внизу горна находятся шлаковые и чугунные летки – отверстия, через которые проходит расплавленный металл. После выпуска чугуна отверстие закрывают с помощью поршневого механизма огнеустойчивой массой.

Шлаковые отверстия находятся на 1,5-2 м выше чугунных леток. Их закрывают с помощью стальных штопоров с наконечниками. От чугуна шлак отделяется посредством агрегата, расположенного на печном желобе. Обе составляющие подаются в специальные ковши.

Всё это гигантское сооружение имеет огромную массу. Такой вес необходимо передавать грунту равномерно. Поэтому домну устанавливают на массивном бетонном фундаменте, толщина подошвы которого может достигать 4 м. Подошва служит опорой колоннам, на которые, в свою очередь, опираются металлоконструкции. Верхнюю фундаментную часть выполняют из жаростойкого бетона в формате монолитного цилиндра.

Давление огромной массы на грунт компенсируется устройством мощного фундамента

В таблице представлена взаимосвязь размеров некоторых современных печей.

Дополнительные печные элементы

Функционирование печи требует работы вспомогательных устройств. Среди них:

воздухонагреватели; крупные элементы башенного типа располагают рядом с печью; в них поступает колошниковый газ, который затем сгорает; благодаря этому образуется ещё более горячий газ, посредством сложной системы нагревающий воздух; последний – нагретый до температуры, как минимум, 1000 градусов – идёт в ход для выплавки чугуна;
воздуходувные машины; сжатый воздух необходим для топливного горения; в печь воздух поступает благодаря устройствам, образующим давление порядка 25 МПа;
устройства для подъёма и засыпки шихты;
газоочистители для очистки колошниковых газов;
прочие вспомогательные устройства – например, мостовые краны, которыми оборудованы литейные дворы.

Рисунок 4. Пример современной доменной печи

Современные печи оснащаются системами автоматики. Компьютеризация позволяет контролировать и регулировать основные параметры, связанные с функционированием домны. Под контролем уровень засыпки сырья, давление газа, температура дутья и т. п.

Современные домны даны на откуп автоматике. Компьютер контролирует основные производственные процессы

По какому принципу работает доменная печь?

Принцип работы доменной печи основан на сложных физико-химических процессах. Выделяют такие операции:

сгорание топлива;
восстановление железа;
разложение известняка на окись кальция и угольный ангидрид;
насыщение железа углеродом;
плавка металла;
плавление шлака и др.

Рисунок 5. Производство чугуна с химической точки зрения

В самом общем смысле доменная плавка – это производство чугуна из железорудного сырья. Главные материалы, с помощью которых возможна выплавка чугуна:

топливо – кокс;
железная руда – сырьё, из которого выплавляют чугун;
флюс – спецдобавки из песка, известняка и некоторых других материалов.

В печи шихта попадает в виде мелкопородных сплавленных кусков – окатышей или агломератов. В качестве рудного вещества могут выступать марганцевые руды или различные вариации железняка. Сырьё засыпают в колошник слоями, чередуя с пластами флюса и кокса.

Назначение флюса – отделение чугуна от примесей и пустой породы (шлака)

Шлак всплывает на поверхности раскалённого чугуна. Примеси сливают до того, как жидкий металл застынет.

Подача сырья, как и работа печи, должна быть непрерывной. Постоянство процесса обеспечивают специальные транспортёры. Попадая через описанные элементы в горн, шихта проходит через ряд технологических процессов.

Рисунок 6. Схема домны

Сгорающий кокс даёт требуемую температуру, которая не должна опускаться ниже 2000 градусов. Горение способствует соединению кислорода и каменного угля. Параллельно образуется углекислый газ. Под влиянием высокой температуры последний становится оксидом углерода. Благодаря этому восстанавливается железо.

Восстановление железа – один из важнейших производственных этапов. Без этого процесса невозможно обретение металлом необходимой прочности.

Чугун становится таковым после того, как железо пройдёт через расплавленный кокс. Чтобы результат стал возможным, железо должно насытиться углеродом. К чугунам относят сплавы, в составе которых на долю углерода приходится 2-5%.

После того, как готовый металл накопился в горне, его выпускают через летки. Через верхнее отверстие сначала выпускают шлак, а после – через нижнее – чугун. Последний сливается по каналам в ковши и отправляется на последующую обработку.

Заключение

Доменная печь – одна из самых важных составляющих чёрной металлургии. В современных реалиях домны обычно «встроены» в металлургические комбинаты. Средняя печь способна ежедневно выдавать около 12000 т чугуна, расходуя при этом приблизительно 20000 т исходного сырья.