2 Коксохимическое производство

Основным топливом доменной плавки является кокс – кусковой пористый материал из спекшейся углеродистой массы, получающейся при прокалывании каменного угля без доступа воздуха. Вследствие своей прочности, термостойкости и способности не спекаться кокс сохраняет форму кусков на всем пути движения шихты от колошника до горна. Благодаря этому кокс разрыхляет столб шихты в печи, обеспечивая необходимую ее газопроницаемость. В нижней части печи только кокс остается в твердом состоянии, образуя как бы подвижную дренажную решетку, через которую в горн стекают жидкие продукты плавки, а вверх проходят газы.

Как топливо кокс, сгорая у фурм, обеспечивает доменную печь теплом, необходимым для нагрева и расплавления шихты и протекания процессов восстановления железа из оксидов.

Кокс получают сухой перегонкой коксующихся каменных углей в коксовых печах, представляющих собой камеры из динасового кирпича высотой 5-7, длиной 15-17 и шириной 0,4-0,45м.

Естественные твердые виды топлива не пригодны для доменной плавки вследствие низкой термостойкости и из-за склонности к спекаемости, поэтому кокс не может быть заменен другим топливом.

Плоские камеры объединены в коксовые батареи рис.3 по 60-80 параллельно расположенных камер. С торцов каждая камера герметично закрыта съемными дверями, а в своде камер есть 3-4 люка для загрузки шихты из бункеров загрузочного вагона. Производительность батареи достигает 2000т в сутки.

Рис.3 Общий вид коксовой батареи:

1-приемный бункер; 2-конвейер; 3-рампа выгрузки охлаждаемого кокса; 4-тушительный вагон; 5-кокс; 6-регенераторы; 7-камера коксования; 8-штанга коксовыталкивателя; 9-коксовыталкиватель; 10-отвод коксового газа; 11-загрузочный вагон; 12-распределительная башня; 13-тушительная башня; 14-отделение для дробления и смешивания угля.

Коксовые печи отапливают доменным и коксовым газами, сжигаемыми в простенках между камерами – в вертикалах рис.4. Для получения в вертикалах высокой температуры плавления воздух и доменный газ перед подачей в вертикалы нагревают в регенераторах.

Рис.4 Схематический разрез коксовой батареи:

1-регенераторы; 2-обогреваемые вертикалы; 3-обводной канал; 4-отверстия для загрузки шихты; 5-камера коксования.

Для коксования применяют коксовые, паровично-жирные, паровично-спекающиеся и газовые угли. Предварительно уголь дробят и обогащают для снижения зольности. Далее составляют шихту, смешивают разные угли в требуемом соотношении.

Коксование загруженной в камеру порции шихты длится 14-16ч. В процессе нагрева происходит размягчение и плавление угля и начинается сильное выделение летучих веществ. Выделяющиеся из коксовой печи летучие направляют в химические цехи, где из них извлекают смолы, аммиак и бензол. Коксовый газ используют в качестве топлива на заводе.

3 Доменное производство

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

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

Доменная печь – печь шахтного типа рис.3. Сверху в печь порциями непрерывно загружают шихтовые материалы – агломерат и кокс, которые медленно опускаются вниз; длительность их пребывания в печи составляет 4-6ч. В нижнюю часть печи через фурму подают дутье – нагретый воздух; у фурм за счет кислорода дутья сгорает кокс с выделением тепла, а горячие продукты сгорания движутся через столб шихты вверх, нагревая ее; время прибытия газов в печи составляет 3-12с.

Рис.5 Общий вид доменной печи с двухконусным засыпным аппаратом:

1-фундамент; 2-колонна; 3-летка для выпуска чугуна; 4-чугунные желоба; 5-фурменные устройства; 6-кольцевой воздухопровод; 7-мараторное кольцо кожуха; 8-футеровка; 9-стальной кожух; 10-колошник; 11-большой конус; 12-малый конус; 13-вращающий механизм засыпного устройства; 14-приемная воронка; 15, 19-газоотводы; 16-скип; 17-воронка; 18- наклонный мост; 20-воронка; 21-лента для выпуска шлака; 22-площадка

При опускании нагревающейся шихты в ней из оксидов восстанавливается железо, которое науглероживается, расплавляется и каплями стекает в горн, формируя чугун, а невосстановившиеся оксиды в нижней части печи расплавляются, образуя шлак, который также стекает в горн.

При температуре больше 570^оС

1. 3Fе₂О₃ + СО = 2Fе₃О₄ + СО₂ +53740

2. 3Fе₂О₄ + СО = 3FеО + СО₂ - 36680

3. FеО + СО = Fе + СО₂ + 16060

При температуре меньше 570^оС

1. 3Fе₂О₃ + СО = 2Fе₃О₄ + СО₂ +53740

2. 1/4Fе₃О₄ + СО₂ = 3/4 Fе + СО₂ + 2870

Печь опирается на фундамент, большая часть которого заглублена в землю. Снаружи печь заключена в стальной кожух. Внутри кожуха находится футеровка, охлаждаемая холодильниками, которые крепятся к внутренней поверхности кожуха. В нижней части печи расположены летки для выпуска чугуна и летки для выпуска шлака. Вокруг печи проложен кольцевой футерованный воздухопровод, в который из воздухонагревателя подается горячее дутье. Выше колошника печи расположено колошниковое устройство для отвода из печи доменного газа.

Профилем доменной печи называют очертание рабочего пространства, ограниченного футеровкой рис.4

Рис.6 Профиль доменной печи

В горизонтальных сечениях профиль представляет собой окружности переменного диаметра. Основные элементы профиля – это горн, заплечики, распар, шахта и колошник, составляющий полезный объем печи.

Колошник имеет форму цилиндра и служит для приема загружаемой сверху шихты. Ниже колошника расположена расширяющаяся книзу шахта; это расширение необходимо, чтобы обеспечить свободное опускание шихтовых материалов, объем которых увеличивается в результате нагрева. Распар, представляет собой короткий цилиндр, служит для создания плавного перехода от расширяющейся шахты к сужающимся заплечикам. Заплечики выполнены в виде усеченного конуса; такая их форма необходима, поскольку здесь происходит плавление рудной части шихты, в результате чего объем шихты уменьшается.

Конечными продуктами доменной плавки являются чугун и шлак, выпускаемые из доменной печи в огненно-жидком виде, и доменный газ. Чугун является основным продуктом доменного производства, а шлак и доменный газ – побочными.

Передельный чугун является преобладающим видом продукции доменного производства. Он используется в качестве шихтового материала при производстве стали в конверторах, мартеновских печах.

В небольших количествах выплавляют высококачественный Передельный чугун, маркируемый буквами ПВК. Он отличается пониженным содержанием фосфора и серы.

Литейный чугун отличается от передельного повышенным содержанием кремния и в некоторых марках – фосфора. Фосфор предает металлу хрупкость, поэтому отливки ответственного назначения делают из чугунов с низким содержанием фосфора.

Доменный шлак является побочным продуктом доменной плавки. Шлак образуется в доменной печи из составляющих пустой породы железных руд, вносимых агломератом и окатышами, золы кокса и известняка.

Основную часть доменного шлака перерабатывают, получая сырье для производства различных строительных материалов.

Доменный газ после очистки от пыли используют как топливо для нагрева насадок воздухонагревателей, для отопления котлов и других целей.