Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Доменная печь, домна – большая металлургическая, вертикально расположенная печь шахтного типа для выплавки чугуна, ферросплавов из железорудного сырья. Первые доменные печи появились в Европе в середине 16 века, в России – около 1630 года.

Слово домна образовано от старославянского дмение – дутьё. На других языках: английского blastfurnace – дутьевая печь, немецкого Hochofen – высокая печь, французского hautfourneau – 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 не подогретое дутьё) железа, а в доменной печи – жидкий чугун. А также собирается вода, которая стекает с металла, и образуется металлическая вода с примесями кальция.

Историческая справка. Чугун был известен за 4–6 веков до нашей эры. Доменная печь 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 веке, а в России – около 1630, вблизи Тулы и Каширы. На Урале первый чугун получен в 1701, а в середине 18 века благодаря развитию уральской металлургии Россия вышла на 1-е место в мире, которое удерживала до начала 19 века до середины 18 века единственное топливо в доменной печи был древесный уголь.

В 1735 А. Дерби применил в доменной плавке каменно-угольный кокс.

Идея строительства большого металлургического завода в Центральном Казахстане возникла в 1930-е годы. Этот вопрос неоднократно поднимали ученые-геологи К. Сатпаев, М. Русаков, А. Сперанский, однако на тот период сырьевая база была еще слабо изучена. В октябре 1940 года Наркомчерметом был составлен документ «О подготовительных работах к строительству металлургического завода в Казахской ССР», где указывалось на необходимость к 1 мая 1942 года разведать месторождение железных руд по степени, позволяющей создать горнорудные предприятия, и представить соображения о постройке металлургического завода. Но грянувшая война внесла коррективы. Первый правительственный документ о строительстве в Темиртау металлургического завода был подписан в Москве 25 апреля 1942 года. И в мае 1943 года началось сооружение Казахского металлургического завода, объявленного всенародной стройкой. Первый чугун Торжественная закладка первой доменной печи состоялась в декабре 1957 года. Вскоре после этого Казахстанская Магнитка была объявлена Всесоюзной ударной комсомольской стройкой. Откликнувшись на призыв, со всех уголков бывшего Советского Союза сюда съезжались по комсомольской путевке тысячи юношей и девушек. В числе прибывших первым эшелоном был и Нурсултан Назарбаев. Начинал он бетонщиком, а потом занял место у доменной печи, овладев самой трудной профессией.

И вот она – первая долгожданная победа! 3 июля 1960 года доменная печь №1 выдала первый казахстанский чугун. Эта дата и стала считаться днем рождения Карагандинского металлургического комбината. Разливку первого чугуна производила бригада №3, в которой работал горновым будущий Первый Президент Казахстана Нурсултан Назарбаев. Руководил первой плавкой начальник доменного цеха Вадим Романов. Старший горновой Ахат Набиуллин пробил летку, и по желобу пошел первый казахстанский чугун.

Темиртау – особый город в судьбе Первого Президента РК Нурсултана Назарбаева. Город становления, где начинался трудовой подъем и в огненных условиях закалялся характер. Здесь у Главы государства много друзей и соратников. Летом 1958 года был первый призыв на Магнитку. Откликнулись на него многие казахские ребята, в основном из сельских глубинок. Вчерашние выпускники школ пошли осваивать металлургические специальности. Одним из тех, кто прибыл по комсомольской путевке в Темиртау на тогда еще строящийся Карагандинский мет комбинат, был и Нурсултан Назарбаев. Начинал он бетонщиком, а потом занял место у доменной печи. Труд горнового – чрезвычайно тяжелый, и далеко не каждый способен выдержать сверхнагрузку при температуре свыше 1000 градусов. Поэтому он и самый почетный. Нурсултан Назарбаев прибыл в Темиртау, будучи 18-летним пареньком. Из добровольцев отобрали 300 ребят и отправили их учиться на металлургов. Нурсултан оказался в группе из ста человек, поехавших на Украину. В Днепродзержинском ТУ №8 он постигал азы металлургической науки. Уже тогда проявились лидерские качества будущего президента. В 1960 году Н.А. Назарбаев начал работать рабочим стройуправления треста «Казметаллургстрой» в городе Темиртау Карагандинской области. Некоторое время учился азам металлургического мастерства в украинском Днепродзержинске. Потом работал чугунщиком разливочных машин и горновым доменной печи на Карагандинском металлургическом комбинате. Затем был там же диспетчером, газовщиком и старшим газовщиком доменного цеха. Так как в те годы в промышленности работали в основном русские, казахов было очень мало, молодого Назарбаева активно привлекали (как представителя коренной национальности) к комсомольской работе. В итоге в 1962 году Нурсултан Назарбаев стал членом Коммунистической партии Советского Союза (вышел в 1991 году), а через пять лет получил высшее образование, окончив в 1967 году, завод-втуз (высшее техническое учебное заведение) при Карагандинском комбинате. За полвека на Казахстанской Магнитке выплавлено более 173 миллионов тонн чугуна, свидетельствует статистика. Однако главная ценность – это люди, большое «железное» братство Магнитки. Металлурги всегда были и остаются опорой страны.

1. Виды печей

Классификация печей – это упорядоченное разделение их в логической последовательности и соподчинении на основе признаков содержания на классы, виды, типы и фиксирование закономерных связей между ними с целью определения точного места в классификационной системе, которое указывает на их свойства. Она служит средством кодирования, хранения и поиска информации, содержащейся в ней, дает возможность распространения обобщенного опыта, полученного теорией и промышленной практикой эксплуатации печей, в виде готовых блоков, комплексных типовых решений и рекомендаций для разработки оптимальных конструкций печей и условий осуществления в них термотехнологических, теплотехнических и механических процессов. Классификация печей теснейшим образом связана с пониманием сущности научного познания, его предмета и метода, его источников, движущих сил и конечных целей применения его результатов; она является важной и неотъемлемой частью системной теории печей.

Печи кипящего слоя-печь, в которой порошкообразный, зернистый (гранулированный) материал взаимодействует с газовым потоком во взвешенном состоянии («кипит»). Отличается высокой интенсивностью массо- и теплообмена. Кипящего слоя печь используют для адсорбции и конденсации паров, нагревания, охлаждения и сушки материалов, проведения различных химических процессов (окисления, восстановления, прокаливания, фторирования). Расширяется применение кипящего слоя печь в качестве топок ТЭЦ и ГРЭС.

Вращающая печь-трубчатая печь, барабанная печь, печь цилиндрической формы с вращательным движением вокруг продольной оси, предназначена для нагрева материалов с целью их физико-химической обработки. Вращающиеся печи классифицируются по принципу теплообмена – с противотоком и с параллельным током; по виду топлива – пылевидного, кускового, жидкого и газообразного топлива, а также печи с электронагревом; по способу передачи энергии – с прямым, косвенным (через стенку муфеля) и комбинированным нагревом материала. Вращающаяся печь применяется в металлургии (например, вельц-печи). Основные размеры вращающейся печи длина от 50 до 230 метра, диаметр от 3 до 7,5 метра. Производительность достигает 150 т/ч (по готовому продукту).

Доменная печь. Домна – шахтная печь для выплавки чугуна из железорудных материалов. Печь установлена на бетонном фундаменте, на котором (в цилиндрическом кожухе) уложена кладка из огнеупорного кирпича, образующая лещадь печи. В нижней части печи горне имеются чугунные и шлаковые лётки, а также фурменные приборы. Над горном расположены заплечики, соединённые с распаром – самой широкой частью печи. Распар переходит в сужающуюся кверху тахту, которая заканчивается цилиндрическим колошником. Расстояние от уровня чугунных лёток до верха колошника называется полезной высотой доменной печи. Важнейшая характеристика доменной печи – её полезный объём. Крупнейшая в мире доменная печь объёмом 5580 м³. Производительность этой печи – более 12000 т/сут. Основной технико-экономическим показателем работы доменной печи служит коэффициент использования полезного объёма (в м³), приходящийся на 1 т выплавленной в сутки чугуна. Чем лучше работает печь, тем ниже коэффициент использования полезного объёма. Некоторые доменные печи имеют коэффициент использования полезного объёма менее 0,5.

Плавильная печь – печь для превращения кого-либо материала в жидкое состояние нагревом его до температуры, превышающей температуру плавления. Плавильную печь используют в производстве чугуна, стали, цветных металлов, литейных производствах. Плавильные печи работают на твёрдом, жидком и газообразном топливе, электрической энергии. В некоторых плавильных печах используют солнечную энергию.

Автогенные печи-источником теплоты в этих печах является тепловой эффект экзотермических реакций окисления и горения ряда элементов, содержащихся в обрабатываемых материалах. В черной металлургии примером автогенных печей являются кислородные, сталеплавильные конвертеры и двухванные сталеплавильные печи. В них при продувке жидкого чугуна кислородом происходит окисление углерода и ряда других элементов с выделением теплоты. Этот процесс не требует расхода топлива. В цветной металлургии при производстве материалов из сульфидного сырья основным источником теплогенерации является процесс выгорания серы, содержащейся в сульфидах. В мартеновской печи, наряду с выделением теплоты сгорания топлива, происходит тепловыделение от окисления углерода и других элементов, содержащихся в жидкой ванне. Такие печи занимают промежуточное положение между топливными и автогенными печами.

Мартеновская печь – (по имени французского металлурга П. Мартена (P. Martin; 1824–1915)) – пламенная регенеративная печь для производства стали из чугуна и стального лома. Первая мартеновская печь была построена в 1864 во Франции. В конструкции мартеновской печи выделяют 2 основные части; верхнее строение печи, состоящее из рабочего пространства и головок, расположенной на двух его концах и служащих попеременно для подачи газообразного или жидкого топлива и воздуха, предварительно подогретых (до 1100–1200°С) в регенераторах, и для отвода продуктов горения; нижнее строение печи, состоящее из двух пар шлаковиков для собирания пыли и шлаков, уносимых дымовыми газами, и двух пар (газовых и воздушных) регенераторов, аккумулирующих теплоту продуктов горения с последующей ее отдачей газу и воздуху. Топливо для мартеновская печь – газообразное (коксо-доменный и природный газ), жидкое (мазут, каменноугольная смола) и пылевидное (угольная пыль). Для интенсификации сжигания топлива воздух обогащают кислородом. В зависимости от огнеупорных материалов, из которых выполнены под, стены и свод рабочего пространства, печи делят на кислые (кладка пода из динаса с наваркой из кварцевого песка) и основные (с кладкой и наваркой пода из магнезита, доломита и стенами из магнезитового или хромомагнезитового кирпича). Большинство мартеновских печей стационарные, реже строят качающиеся, у которых рабочее пространство при помощи спец. механизма наклоняется в сторону рабочей площадки (для спуска шлака) и разливочного пролёта (для выпуска металла). Мартеновские печи могут работать как на твёрдой, так и на жидкой завалке, вместимость.

Электрические печи-по способу преобразования электрической энергии в теплоту можно выделить три класса печей, применяемых в металлургии; электродуговые, индукционные и печи сопротивления.

Дуговая печь-промышленная печь, в которой теплота электрической дуги используется для плавки металлов. Достоинство дуговой печи – возможность развить в рабочем пространстве высокую температуру, обеспечить практически любую атмосферу. По способу нагрева дуговые печи делят на печи прямого действия (электрические дуги горят между электродами и нагреваемым телом), печи косвенного действия (дуга горит между электродами на некотором расстоянии от металла) и печи с закрытой дугой (дуги горят под слоем твёрдой шихты, в которую погружены электроды). Наибольшее применение в промышленности (главным образом для выплавки стали) находят дуговые печи первого типа. Вместимость таких печей достигает 360 т. Большое значение для получения высококачественной стали, металлов и сплавов приобрели вакуумные дуговые печи с расходуемым электродом, а дуговые печи с расходуемым электродом, которым служит материал, подвергаемый рафинирующему переплаву (например, сталь, титан, ниобий) в виде катаной, кованой, литой или прессов, заготовки. Для переплава измельчённых (дроблёных, порошкообразных) металлов применяют вакуумные дуговые печи с не расходуемым электродом, материалом для которого служат вольфрам или графит.

Индукционная печь-электрическая плавильная печь, в которой металл помещается в переменное электромагнитное поле, в результате чего в металле индуктируется нагревающий его электрический. Различают канальные индукционные печи применяемые главным образом в цветной металлургии, и тигельные индукционные печи, используемые обычно для плавки стали и чугуна. Ёмкость печей от несколько кг до сотен т. Достоинства индукционной печи получение очень чистого продукта, высокая скорость нагрева, лёгкость регулирования температуры, малый угар металла, возможность ведения плавки в защитной газовой среде или в вакууме. Для этой цели служат спец. вакуумные индукционные печи.

Электрическая печь сопротивления (ЭПС) – электротермическая установка, в которой тепло выделяется за счет протекания тока по проводнику. Установки такого типа по способу выделения тепла делятся на две группы: косвенного действия (тепло выделяется в нагревательных элементах) и прямого действия (тепло выделяется в нагреваемом изделии). Возможностью получения в печной камере любых температур до 3000°С. Производительность таких печей больше, нагрев изделий более однороден, расход энергии меньше; как правило, они в высокой степени механизированы. В печах прямого действия изделие (пруток, труба) непосредственно нагревается протекающим через него током, что позволяет сосредоточить в нём большую мощность и обеспечить очень быстрый нагрев (секунды, доли минуты).

Электро́нно-лучева́я печь-печь для получения особо чистых металлов и сплавов. В такой печи вещество плавится за счёт тепла, выделяющегося при соударении пучка электронов (луча) с поверхностью расплавляемого образца. Основные узлы электронно-лучевой печи: электронная пушка для создания пучка электронов; плавильная камера; водоохлаждаемый кристаллизатор из меди; автономные вакуумные системы для создания глубокого вакуума в пушке и плавильной камере (порядка 1–10 МПа). Вакуум необходим для того, чтобы пучок электронов на пути к нагреваемому телу не терял энергию за счёт взаимодействия с молекулами газов, а также для удаления из расплавленного материала летучих примесей. На рисунке показана принципиальная схема печи с одной электронной пушкой. Электронная пушка создаёт мощный пучок электронов (электронный луч), который направляется в плавильную камеру, где находится расплавляемый образец. Под действием электронного потока образец нагревается до температуры плавления и в расплавленном состоянии стекает в кристаллизатор, где охлаждается и кристаллизуется в слиток. В мощных печах, предназначенных для плавки слитков весом до нескольких тонн, применяют несколько электронных пушек. Электронно-лучевые печи используют для получения тугоплавких металлов и сплавов на их основе (тантал, ниобий, молибден, цирконий, титан), а также для выплавки многотонных стальных слитков. Суммарное содержание примесей в материалах электронно-лучевого переплава составляет 10–3 –10–4% масс.