Конструкція та методика розрахунку доменної печі
1 Доменні печі. 4
1.1 Пристрій та робота доменної печі. 4
1.2 Теплообмін у доменних печах …………………………….……….7
1.3 Показники роботи доменних печей……………………………… 10
Список використаних джерел …………………………………14
1 Доменні печі
1.1 Пристрій та робота доменної печі
Доменна піч призначена для виплавки чавуну із залізних руд і є найважливішим агрегатом чорної металургії. Основою технологічних процесів, які у доменної печі, є процеси відновлення оксидів заліза.
Доменна піч є високою шахтою круглого перерізу (рисунок 1), що спирається на залізобетонний фундамент зазвичай багатогранної форми. Нижня частина (підошва) фундаменту знаходиться на глибині 6 – 7 м. Надземна частина фундаменту викладена з вогнетривкого бетону.
Профіль робочого простору печі у вертикальному розрізі становлять колошник (верхня циліндрична частина), шахта (верхня конусна частина), розпар (широка циліндрична частина), заплічки (нижня конусна частина) та горн (нижня циліндрична частина).
Футерування колошника захищене металевими кільцями, зібраними з сегментів, від ударної та стираючої дії шматків шихти, що падають з великого конуса засипного апарату. Шахту, розпар і заплічники футерують високоякісною шамотною цеглою, а горн і ляща (під печі) - високоглиноземистою цеглою або вуглецевими блоками. Футерування нижньої частини шахти, а також розпару, заплічиків, горна та ляща охолоджують водяними холодильниками.
Кладка шахти укладена в цільнозварний сталевий кожух. Внизу, на рівні переходу шахти до розпару, кожух закінчується опорним кільцем, яке підтримується колонами зіспеціальними опорами, що передають навантаження на плиту фундаменту, що несе. Горн також підперезаний зварним сталевим кожухом.
Гаряче дуття від повітронагрівачів через футерований повітропровід надходить у футеровану кільцеву трубу. З кільцевої труби повітря прямує у футеровані рукави і через мідні водоохолоджувані фурми, розташовані у верхній частині горна по колу, надходить у доменну піч. Фурми вставлені в конічні холодильники, які входять до амбразурів, що щільно прилягають до кожуха печі.
У нижній частині горна на висоті 600 – 1000 мм від ліща розташовані одна або дві чавунні льотки – канали для періодичного випуску чавуну та шлаку. Шлак відокремлюють від чавуну в жолобі за допомогою перевалу та перегородки (скімеру). У проміжках між випусками чавуну отвір льотки забивають вогнетривкою масою за допомогою спеціального пристрою - електричної гармати поршневої.
На висоті 1400 - 1600 мм від чавунної льотки під деяким кутом один до одного розташовані дві шлакові льотки, через які випускають шлак. Шлакова льотка складається з порожнистої мідної водоохолоджувальної фурми, яка входить у конічний мідний холодильник, вставлений у чавунний холодильник, вставлений у чавунний холодильник із змійовиком. Отвір шлакової льотки закрито спеціальним стопором із залізною пробкою.
Доменну піч завантажують шихтою зверху через спеціальний засипний апарат. Він складається з великого конуса з лійкою, що перекриває колошник печі, і малого конуса з приймальною лійкою, що обертається. Така конструкція засипного апарату дозволяє рівномірно розподіляти матеріал на колі колошника та усуває втрати газів в атмосферу. Завантаження шихти в доменну піч здійснюють пошарово.
Процес розвитку доменного виробництва йде у напрямі підвищеннявмісту заліза в рудній сировині, зниження витрати палива та часткової заміни природним газом (рідше мазутом) дефіцитного палива, яким є кокс. Збільшуються також розміри доменних печей. Корисні обсяги доменних печей сягають 5000 м3.
Підвищення вмісту заліза в рудній сировині, що веде до зменшення кількості шлаку, знижує витрати фізичного тепла на нагрівання та плавлення складових шлаку, призводить до розігріву низу печі та дозволяє знизити витрату палива. Зниження витрати палива збільшує у свою чергу економічність та продуктивність печі.
В даний час як рудну частину шихти використовують агломерат - продукт збагачення залізної руди спіканням подрібненої руди, залізного концентрату, колошникового пилу і флюсів.
Дуже перспективним є застосування окатишів – продукту обгортування та випалу залізного концентрату.
Основним видом палива у доменній печі є кокс. Як додаткове паливо використовується природний газ, який подається через фурми.
Розжарені гази, що виходять в області фурм в результаті горіння коксу, що опускається до СО і вдуваного природного газу до СО і Н2, продуваються (фільтруються) через стовп шматкових матеріалів під дією напору, створюваного повітродувками. Завантажувані через засипний апарат рудна сировина та кокс поступово нагріваються і втрачають вологу та леткі. При використанні флюсів та сирих руд відбуваються також процеси розкладання карбонатів. Залізорудна сировина відновлюється. Вищий оксид Fe2O3 перетворюється на залізо послідовно через проміжні оксиди. Процес відновлення здійснюється практично по всій висоті печі, але закінчується вище за рівень фурм до надходження складових рудної сировини в зону горіння. Відновниками є компонентигазу (ЗІ та Н2), що окислюються в процесі відновлення до СО2 та Н2О.
Процес відновлення заліза складається з реакцій
FeO + CO = Fe + CO2
Такий процес вимагає витрати вуглецю та поглинає велику кількість (156,64 МДж/моль) тепла.
При високих температурах, що досягаються після розплавлення та поділу складових рудної частини шихти на метал і шлак, отримують деякий розвиток ендотермічні процеси прямого відновлення кремнію та марганцю, а також процес вуглерожування заліза. Ці процеси здійснюються при стіканні струменів чавуну і шлаку через шар коксу (коксову постіль), що виконує роль фільтра, що пропускає розплави і гази і перегороджує шлях ще не розплавленим або напіврозплавленим шматкам рудних матеріалів.
Окис вуглецю, який утворюється за реакціями (1) і є основною гарячою складовою доменного (колошникового) газу, видаляється з печі з температурою приблизно 650 К і використовується в подальшому для опалення доменних печей.
Для відведення газу в куполі печі передбачені чотири бічні висхідні газовідведення. Вертикальні ділянки газовідводів попарно з'єднані в два газовідведення, що переходять в один низхідний газовідведення, який входить зверху по осі в первинний пиловловлювач. Газовідводи футеровані шамотною цеглою.
1.2 Теплообмін у доменних печах
У доменній печі шихта рухається зверху донизу, а розпечені гази рухаються знизу догори. Таким чином, здійснюється протитік газу та шихти. Характер теплообміну між газом та шматками шихти залежить від співвідношення з водяних еквівалентів. Водяним еквівалентом газу (шихти) називають добуток витрати газу (шихти) з його (її) теплоємність, тобто.
де Wг і Wш - водяні еквіваленти газу та шихти, Вт/К;
Gг і Gш -витрата газу та шихти, кг/с або м3/с;
сг і сш – теплоємність газу та шихти, Дж/(кг∙К) або Дж/(м3∙К).
Співвідношення між водяними числами газу та шихти істотно впливає на теплообмін у шахтних печах. Характерними є дві протиточні схеми теплообміну, представлені (рисунку 2).
Якщо водяний еквівалент газового потоку більше за водяний еквівалент потоку шихти, тобто. Wг > Wш, то температура шихти досягає початкової температури теплоносія (газу) Т'г, а теплоносій виходить із теплообмінника з температурою Т''г.
В цьому випадку при збереженні постійним коефіцієнтом теплопередачі та співвідношенням водяних еквівалентів по висоті шахтної печі температуру шихти на різних горизонтах шахти можна визначати за наближеним рівнянням Б.І. Китаєва:
Коли водяний еквівалент шихти більше за водяний еквівалент газу, тобто. Wг > Wш, гази віддають все своє тепло шихті і охолоджуються до температури шихти Тш, що надходить. Однак, цього тепла не вистачає, щоб нагріти шихту до початкової температури газів. Шихта після теплообміну буде недогрітою, її температура Тш буде нижчою за температуру газів Тг, що надходять у шахту.
Для визначення температури газу на різних горизонтах шахти за цієї схеми теплообміну можна використовувати друге наближене рівняння Б.І. Китаєва:
Для визначення температури шихти використовують рівняння теплового балансу:
(Тш - Т'ш) Wш = (Т'г - Тг) Wг
Визначення коефіцієнтів тепловіддачі в шахтних печах є великою складністю, оскільки форма та розмір шматків шихти є вкрай невизначеними.
Ця складність поглиблюється так само тим, що відстань між шматками є дуже невизначеним. Теплообмін від газів до шматків шихти здійснюється трьома.видами теплопередачі: конвекцією, теплопровідністю та випромінюванням, із змінним питомим значенням кожного виду передачі тепла. Переважне значення має теплопередача конвекцією, тому що відстань між шматками дуже мала і теплове випромінювання невелике.