Доменная металлургия это: Доменное производство | Металлургический портал MetalSpace.ru

alexxlab | 01.01.1982 | 0 | Разное

Преимущества и риски работы доменных печей с высокой интенсивностью | Загайнов

1. Курунов И.Ф., Филатов С.В., Тихонов Д.Н., Басов В.И. Интенсивность доменной плавки и эффективность косвенного восстановления // Сталь. 2016. № 8. С. 26 – 31.

2. Готлиб А.Д. Доменный процесс. – М.: Металлургия, 1966. – 503 с.

3. Товаровский И.Г., Лялюк В.П. Эволюция доменной плавки. – Днепропетровск: Пороги, 2001. – 424 с.

4. Товаровский И.Г., Бондаренко В.И. Интенсивность хода и удельный расход кокса в современных и перспективных условиях доменной плавки // Сталь. 1978. № 3. С. 203 – 206.

5. Adeline Morcel, Lena Sundqvist Okvist, Joel Orre, Bo Bjorkman, Per Lagrerwall. Low CO2 Ironmaking in the Blast Furnace. Proceedings of the 7th European Coke and Ironmaking Congress -ECIC 2016. – 2016. P. 274 – 283.

6. Тарасов В.П. Газодинамика доменного процесса. – М.: Металлургия, 1990. – 215 с.

7. Китаев Б.И., Ярошенко Ю.Г., Лазарев Б.Д. Теплообмен в доменной печи. – М.: Металлургия, 1966. – 355 с.

8. Теплотехника доменного процесса / Б.И. Китаев, Ю.Г. Ярошенко, Е.Л. Суханов и др. – М.: Металлургия, 1978. – 248 с.

9. Металлургия чугуна: Учеб. для вузов., 3-е изд. перераб. и доп. / Под ред. Ю.С. Юсфина. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 774 с.

10. Основы теории и технологии доменной плавки / А.Н. Дмитриев, Н.С. Шумаков, Л.И. Леонтьев, О.П. Онорин. – Екатеринбург: УрО РАН, 2005. – 545 с.

11. Теплообмен и повышение эффективности доменной плавки / Н.А. Спирин, Ю.Н. Овчинников, В.С. Швыдкий, Ю.Г. Ярошенко; под ред. Ю.Г. Ярошенко. – Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 1995. – 243 с.

12. Zagainov S.A., Filatov S.V., Gileva L.Y., Lozovich A.V., Jimoh S.O. Controlling the peripheral temperature of the blast furnace // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. No. 6. P. 378 – 383.

13. Разработка структурированного математического обеспечения для решения комплекса технологических задач организации и управления доменным процессом / Л.Ю. Гилева, С.А. Загай-нов, В.Н. Титов, А.В. Галкин. – В кн.: Современные сложные системы управления. Материалы XII Международной научнопрактической конференции. Т. 1. – Липецк: изд. Липецкого государственного технического университета, 2017. С. 205 – 209.

14. Korshikov G.V., Titov V.N., Mikhailov V.G., Karpov A.V. Fuel consumption and reduction kinetics in blast furnaces // Steel in Translation. 2016. Vol. 46. No. 2. P. 125 – 131

15. Bokovikov B.A., Moikin V.I., Gordon Y.M., Spirin N.A., Shvid-kii V.S., Yaroshenko Y.G., Lavrov V.V. Analysis of Transient Processes in Blast Furnace. AISTech Proceedings. 4 – 7 May 2015 -Cleveland. Oh. USA, 2015. P. 237 – 244.

16. Компьютерные методы моделирования доменного процесса / О.П. Онорин, Н.А. Спирин, В.Л. Терентьев и др. – Екатеринбург: УГТУ – УПИ, 2005. – 301 с.

17. Улахович В.А., Райх Е.И., Шоленинов В.М. и др. Исследование динамики доменного процесса // Сталь. 1975. № 1. С. 9 – 14.

18. Похвиснев А.Н., Курунов И.Ф., Завидонский В.А. и др. Экспериментальное определение динамических характеристик доменной печи. – В кн.: Подготовка доменного сырья к плавке: сб. трудов МИСиС. № 69. – М.: Металлургия, 1971. С. 118 – 121.

19. Авдеев В.П., Даниелян Т.М., Белоусов П.Г. Идентификация промышленных объектов с учетом нестационарностей и обратных связей. – Новокузнецк: изд. СМИ, 1984. – 88 с.

20. Kurunov I.F., Dobroskok V.A., Isteev A.I., Fursova L.A., Plesh-kov V.I., Shcherbakov P.I. Determining dynamic characteristics of 5000 m3 blast furnace // Steel USSR. 1977. Vol. 7. No. 9. P. 496 – 497.

21. Serov V.V., Mikhalevich A.G. The Dynamics of the quality of pig iron in blast furnaces // Metallurgist. 1983. No. 1. Р. 14 – 17.

22. Jun-ichiro Y. Matematical model of blast furnace, Progress and Application to New Technology Development, 6th International Congress on the Science and Technology of Ironmaking. – Rio de Janeiro, Brazil, 2012. Р. 1660 – 1673.

23. Flierman G.A., Oderkerk H. Numerical simulation of the blast furnace process, Math. Process Models, Iron and Steelmak. – Amsterdam, 1973. Р. 40 – 50, London, Discussion, 1975. Р. 37 – 50.

Технологии переработки руд без использования доменных печей

3 000 лет назад человечество вошло в Железный век. В мире получили распространение технологии металлургии железа и изготовления железных орудий. Железо позволило расширить возможности человека.

Но шли столетия, менялись государства и технический уклад, а вместе с ними возрастала потребность в железе. Во второй половине 18 века началась промышленная революция, создавшая механический труд: в производстве стало появляться все больше машин.

А увеличение числа машин вызвало резкий рост потребности в металле. И уже эта потребность спровоцировала развитие металлургии.

Когда и случился технологический прорыв, главным достижением которого стала замена в металлургии древесного угля, использовавшегося средневековыми кузнецами, на каменноугольный кокс.

Фото: www.metalloinvest.com

Доминирующая домна

Производительность современных доменных печей повышается увеличением их рабочего объёма. Таковой у средней доменной печи около 5 000 м3. Это обеспечивает выплавку стали до 4 млн тонн в год. Печь такой производительности расходует свыше 10 железнодорожных эшелонов сырья в сутки.

Для хорошей производительности требуется тщательная подготовка руды и топлива к плавке, применении руд с усреднённым составом, самофлюсующегося агломерата.

А также использование дутья с повышенной влажностью и температурой, автоматической аппаратуры для контроля и регулирования технологических процессов. Особое значение имеет применение кислородного или обогащённого кислородом дутья.

Кислородное дутьё способствует повышению температуры и концентрации окиси углерода, улучшает процессы восстановления и уменьшает объём газов.

При этом процесс плавки непрерывен. Для уменьшения расхода кокса и повышения производительности доменной печи воздух (дутьё) нагревают до 1000–1200 °С, обогащают кислородом, а в горн вдувают природный газ, мазут или пылеугольное топливо.

Подготовка руд к доменной плавке необходима для повышения производительности доменной печи, снижения расхода кокса и улучшения качества чугуна. После этого процесса в руде увеличивается содержание железа в шихте и уменьшается число вредных примесей — серы, фосфора, повышается её однородность по кусковатости и химическому составу. Метод подготовки добываемой руды зависит от её качества.

Зольность и сернистость кокса тоже оказывают большое влияние на его расход и производительность доменных печей. При расчётах обычно принимается повышение на 1,5-2% расхода кокса и примерно на столько же снижение производительности доменных печей на каждый процент повышения зольности кокса или на каждую 0,1% повышения его сернистости.

При этом производство с использованием доменных печей вносит серьёзное загрязнение в окружающую среду. Металлургическая отрасль находится на втором месте среди всех других отраслей промышленности по атмосферным выбросам.

Предприятия чёрной и цветной металлургии при извлечении металлов вынуждены использовать руду с очень низким содержанием полезных компонентов. Таким образом, на обогащение и плавку поступает огромный объём руды, а это, в свою очередь, порождает большие количества отходящих газов из неиспользуемых компонентов.

Именно загрязнение атмосферы является главной причиной экологических проблем, возникающих в результате деятельности металлургических гигантов.

Выбросы из труб приводят к загрязнениям почв, уничтожению растительности и образованию техногенных пустошей вокруг крупных заводов.

К тому же, экологические проблемы отечественной металлургии обостряются из-за высокого износа оборудования и устаревших технологий.

По данным Минпромэнерго, до 70% всех мощностей в отечественной металлургической промышленности являются изношенными, устаревшими и убыточными.

Альтернатива

Индустриальная эпоха потребовала от производителей металлов улучшения качества их продукции, уменьшения издержек в производстве (в доменном производстве расходуется 60-70% всех топливно-энергетических затрат на производство готовой металлургической продукции), а также выполнения повышающихся требований к экологичности производства.

Первая массированная атака на доменную плавку, как на основной вид передела железорудного сырья, пришлась на 1960-е годы. Открытие огромных нефтегазовых месторождений на Ближнем Востоке, в Северной и Центральной Африке, Латинской Америке породило эйфорию надежд в чёрной металлургии в виде замены доменного производства низкотемпературными твердофазными процессами металлизации железорудных материалов.

Так, в 1970-х годах стали появляться промышленные производства железа непосредственно из руды, минуя доменный (с использованием кокса) процесс. Одной из первых появились установки прямого восстановления железа (или губчатого железа).

Правда, они были малопроизводительны, а конечный продукт имел довольно много примесей. С совершенствованием процесса, эта технология всё же получила в 1980-х годах широкое распространение. Случилось это после того, как в горно-металлургическом комплексе стали активно применять природный газ, который идеально подошёл для прямого восстановления железной руды.

Ещё одним удачным решением стало возможность использовать в процессе прямого восстановления железа продуктов газификации углей (в частности, бурых), попутного газа нефтедобычи и другого топлива-восстановителя.

В 1990-е годы технологические изменения позволили значительно снизить капиталовложения и энергоёмкость в нескольких процессах прямого восстановления железа, в результате чего произошёл новый скачок в производстве продукции в виде металлизированных окатышей DRI (Direct Reduced Iron), которые продолжаются до сих пор.

Эксперты отмечают, что использование губчатого железа при выплавке стали (в основном, в электродуговых печах) позволяет производить наиболее высококачественный, экономически выгодный (с относительно низкой энергоемкостью) и экологически чистый металл (по сравнению с доменным процессом), пригодный для удовлетворения самых высоких требований таких отраслей-потребителей, как машиностроение (авиа-, судостроение и т. д.).

Оскольский электрометаллургический комбинат. Фото: www.metalloinvest.com

В типовом процессе восстановления железа основной компонент природного газа — метан — разлагают окислением в присутствии катализатора в специальных аппаратах — реформерах, получая смесь восстановительных газов — окиси углерода и водорода. Эта смесь поступает в высокотемпературный реактор, в который подаётся также обрабатываемая железная руда. Есть технологии DRI, использующие метан непосредственно в реакторе, а также восстановительные пылеугольные смеси.

При этом формы и конструкции реакторов очень разнообразны, например, это вращающаяся трубчатая печь или шахтная печь. Сама реакция восстановления максимально эффективно идёт только на поверхности твёрдых частиц руды, поэтому необходим определённый компромисс между сырьём (пылеобразная или пористая форма) и конечной продукцией (спечёнными окатышами, брикетами и т. п.).

Разнообразие технологий, оборудования и сырья создало большое разнообразие названий способов прямого восстановления, число которых перевалило за два десятка. Однако только немногие из них прошли опытно-промышленную и промышленную проверку, доказав свою высокую производительность и рентабельность, а также создавая готовую продукцию высокого и стабильного качества.

Все эффективные методы прямого восстановления качественного железа фактически используют единственный процесс: богатое железорудное сырьё (руда или окатыши с содержанием железа не менее 70%) восстанавливается при высоких температурах до содержания железа (85–90% и более) специальной газовой смесью.

Именно поэтому основное производство железа прямого восстановления главным образом сосредоточено в странах, обладающих большими запасами нефти с попутным газом, собственно природного газа и железной руды — это страны Латинской Америки, Ближнего и Среднего Востока.

На сегодня в мире наиболее широко распространены технологии прямого восстановления железа компании Midrex (США), установки которой работают во многих странах с 1971 года. Лидирующие позиции в DRI эта компания удерживает до сих пор.

Даже среди российских предприятий встречаются те, что используют технологии Midrex — это Оскольский электрометаллургический комбинат, который за 1983–1987 годы построил и запустил четыре модуля Midrex, общей мощностью 1,67 миллионов тонн металлизированных окатышей DRI в год, и Лебединский ГОК, который с 1999 года выпускает брикеты HRI мощностью 0,9 миллионов тонн в год.

При этом Россия занимает сейчас седьмое место в рейтинге крупнейших стран — производителей подобной продукции в мире.

Железо прямого восстановления почти полностью используется в электрометаллургии. Доменный процесс в таком производстве полностью исключен.

Поэтому получаемые продукты от этой технологии позволяет снизить негативное влияние металлургического производства на окружающую среду, в том числе за счёт уменьшения выбросов углекислого газа (оксида серы и др.) в атмосферу.

Высокий расход природного газа — до 400 м3 на 1 т DRI — считался главным недостатком технологий Midrex и её аналогов. Неуклонный рост цен на нефть и газ в последние годы угрожал рентабельности производства железа прямого восстановления.

При всей неустойчивости мировых цен на сырьё рентабельность производства железа прямого восстановления сохраняется, тем более в странах, имеющих оптимальные условия для такого производства, включая Россию.

Но аналитики сходятся в позитивных оценках развития мирового рынка DRI. По их мнению, баланс спроса и предложения на этом рынке не будет достигнут, по крайней мере, в течение ближайших 3–4 лет.

Мировое производство стали прямым восстановлением не превышает 2-3% от общего её производства. Другой технологией для работы с рудой без использования доменных печей является гидрометаллургический метод, который находится в стадии совершенствования.

Гидрометаллургический метод основан на вытеснении более активным металлом менее активного из получаемого раствора с последующей обработкой этих растворов для выделения металла в свободном виде. Для этой технологии используются руды с незначительным содержанием различных металлов.

Руду подвергают процессу гидрометаллургической переработки, т. е. её обрабатывают водными растворами кислот или щелочей. При этом часть соединений отдельных металлов переходят в состояние раствора. Также руду могут предварительно обработать кислородом или хлором, это позволяет повысить содержание в ней соединений, легко растворимых в воде.

Одним из существенных преимуществ гидрометаллургических методов, по сравнению с металлургическими переделами, является то, что они позволяют проводить более полную переработку бедных и полиметаллических руд.

При этом с раздельным получением всех полезных компонентов, а основного — в виде продукта с высокой степенью чистоты. Например, цинковые заводы одновременно с цинком выпускают кадмий, свинец, соли или концентраты меди, кобальта, ряд редких металлов и концентратов, а также серную кислоту.

Или взять медерафинировочные заводы, на которых выпускают не только медь, но и соли цветных металлов, шламы, содержащие благородные металлы.

Стоимость получаемых попутно продуктов может стать весьма важным экономическим фактором для металлургического производства. Важно всегда понимать, что рентабельность гидроэлектрометаллургического производства по сравнению с пирометаллургическим меняется значительно, поскольку в будущем ожидается вовлечение в переработку бедных и забалансовых руд.

А для этого необходимо разработать наиболее целесообразные пути извлечения всех полезных компонентов руд, с последующим их разделением и получением металлов или концентратов. При этом пирометаллургические процессы будут заменены гидрометаллургическими.

Правда, несовершенство современного состояния технологии обладает существенным недостатком: сложность технологических процессов и их аппаратурного оформления, приводящая к технико-экономической дороговизне его использования, так, например, вместе с цинком в растворимую форму переходит много железа, а это сильно усложняет последующую гидрометаллургическую переработку обожженного концентрата.

Но при этом эксперты отмечают, что технология имеет хорошие перспективы. развитие гидрометаллургических методов переработки рудного сырья в ближайшие десятилетия сможет обеспечить комплексное использование всех компонентов руд вплоть до пустой породы.

Оставшаяся после извлечения полезных компонентов пустая порода может быть тоже использована, так как в ней остаются бедные соединение полезных ископаемых, которые трудно добыть традиционными способами. такая технология будет способствовать превращению производств в полностью безотходные.

Уже сейчас гидрометаллургическим методом получают до 25% всей добываемой меди. тем более, что этот способ позволяет получать металлы, не извлекая руду на поверхность.

Принципиально новым развитием гидрометаллургического метода стала технология использования водных растворов с бактериально-химическим выщелачивание металлов.

Основу этого процесса составляет окисление содержащихся в рудах сульфидных минералов тионовыми бактериями. к таким минералам относятся сульфиды железа, меди, никеля, цинка, кобальта, свинца, молибдена, серебра, мышьяка. При этом металлы переходят из нерастворимой сульфидной формы в растворимую сульфатную.

Широкое распространение бактериальное выщелачивание получило при разработке сульфидных золотосодержащих концентратов. Подобно автоклавному выщелачиванию, оно заключается в окислении золотосодержащих сульфидов с помощью кислорода.

Однако приемлемая скорость окисления достигается в этом случае не за счёт применения повышенных температур и давлений кислорода, а введением в пульпу микроорганизмов бактерий), содержащих ферменты, являющиеся биокатализаторами окислительных процессов. Выделяющуюся при окислении энергию бактерии используют для своей жизнедеятельности.

Перспективы

Технологии подготовки руды без использования доменных печей находят все большее количество приверженцев по всему миру. Этот процесс позволяет избежать «дорогого» доменного передела, тем самым снизив сырьевые и энергетические расходы на фоне роста мировых цен на кокс, металлолом и железную руду, а также сокращения поставок сырья необходимого качества.

Учёные и инженеры во всём мире продолжают технологические поиски различных вариаций методов, использующих менее качественную руду и различные типы топлива.

При этом всё больше уделяется внимания экологии процесса и качеству металла. рассматривая вопросы модернизации своего производства, можно задуматься о внедрении новых перспективных технологий без использования доменных печей.

Это позволит производству войти в новый технологический уклад и начать снижать свои издержки как материально-финансовые, так и экологические. В ряде стран, в том числе и в России, имеются особо благоприятные условия для развития новых производств.

---

Текст: Дмитрий Трапезников

Trojden | Черная металлургия: Таможняя Е. А.

Что такое комбинирование? Где расположены крупнейшие российские месторождения коксующихся углей?

Обеспеченность сырьем. Предприятия черной металлургии занимаются добычей и переработкой железной руды, производством черных металлов. На долю черных металлов приходится 90 % всех металлов, используемых в народном хозяйстве России. Наибольшее применение находят сплавы железа с углеродом (чугун, сталь, ферросплавы). Россия полностью обеспечена железной рудой для черной металлургии. Доля России в мировых разведанных запасах железных руд составляет 32 % (57 млрд т), а ежегодная добыча — 15 % от мировой. Железная руда добывается на месторождениях Курской магнитной аномалии (КМА), Урала, Карелии, Кольского полуострова, Сибири. При этом около 80 % железной руды добывают открытым способом в больших карьерах. ¹/₅ полученной железной руды Россия экспортирует в другие страны.

Марганцевых и хромовых руд в России не хватает, поэтому наша страна вынуждена закупать их в других странах: марганцевую руду — в Казахстане, Украине, Грузии, хромовую — в Казахстане. Коксующийся уголь на предприятия черной металлургии привозят в основном из Кузбасса и Печорского угольного бассейна.

Технология производства черных металлов. Существует два способа получения черных металлов: доменный и бездоменный.

Основа доменной металлургии — это последовательная технологическая цепочка: руда — чугун — сталь — прокат. Чугун выплавляется в доменных печах из железной руды и добавляемой к ней марганцевой руды. Топливом служит кокс, который производится на коксохимических заводах из коксующихся углей (рис. 28, а).

Рис. 28, а. Схема металлургического комбината (доменная металлургия)

В доменных печах при высокой температуре из кокса и кислорода горячего воздуха образуется газ СО, который освобождает железо от кислорода. Восстановленное железо связывается с углеродом — в результате получается чугун, который содержит 2—4 % углерода. Из-за примеси углерода чугун очень хрупок, поэтому при повторной плавке углерод выжигают до 0,2-2 % и получают более прочную сталь. Для повышения качества стали в нее добавляют металлы (ванадий — для устойчивости к вибрации, молибден и кобальт — для жаропрочности, вольфрам и никель — для твердости).

Сталь выплавляют из чугуна и металлического лома в мартеновских печах и в конверторах. В последнее время вместо мартеновских печей все чаще применяется более совершенный кислородно-конверторный способ, при котором в емкость с чугуном и металлоломом вдувают кислород. Плавка в конверторах идет около 30 минут (вместо 8—10 часов в мартене). Стальной прокат производится из стали на прокатных станах.

Бездоменная металлургия (электрометаллургия) — это производство стали методом прямого восстановления железа без использования угля. Источником тепла служит мощный заряд электрической дуги (электрический ток), разогревающий металл до t = 5000 °С (рис. 28, б). Первый в России электрометаллургический комбинат начал действовать в г. Старый Оскол.

Рис. 28, б. Выплавка стали в дуговых электропечах (бездоменная металлургия)

В дуговых электропечах выплавляют сталь высокого качества: металл в дуговой печи не соприкасается с газами и получается более чистым, чем в мартеновской печи. После загрузки металлического лома и других металлов в печь опускают угольные электроды и включают ток. Между электродами и металлом возникает электрическая дуга, благодаря которой через короткое время вокруг углеродов появляются «лужи» расплавленного металла. Наиболее чистые безуглеродные сплавы получают в индукционных печах. Под действием электромагнитного поля металл в печи энергично перемешивается, и химические реакции ускоряются. Сталь, выплавленная в таких печах, однороднее, чем получаемая в мартеновских и дуговых печах. Содержание углерода в ней не превышает сотых, а то и тысячных долей процента.

Типы предприятий черной металлургии и факторы их размещения (табл. 6). Большинство предприятий черной металлургии составляют металлургические заводы полного цикла (комбинаты), на которых осуществляется вся цепочка технологических процессов (чугун — сталь — прокат). Если комбинаты размещены вблизи месторождений железной руды, в их состав входят предприятия по добыче железной руды и обогатительные фабрики. Пустая порода, получаемая при обогащении руды, а также отходы производства металла (шлаки) используются для производства строительных материалов. В состав комбината входит также коксохимический завод, выпускающий кокс.

Для черной металлургии характерна высокая концентрация производства, сложившаяся в советский период. 30 предприятий-монополистов (10 % всех предприятий) производят ²/₃ общего объема продукции отрасли. Концентрация значительно снижает производственные затраты. Однако при этом увеличиваются транспортные расходы на перевозку готовой продукции, возрастает нагрузка на природу.

Существуют также металлургические заводы неполного цикла: доменные (выплавляют чугун), сталелитейные (выливают сталь), передельные (производят сталь и прокат, часто из металлолома), прокатные (выпускают прокат), трубопрокатные (трубы), заводы по производству ферросплавов (производство сплавов железа с легирующими металлами).

Заводы малой металлургии производят сталь и прокат в литейных цехах крупных машиностроительных заводов.

Рис. 29. Выплавка стали

Передельные заводы тяготеют к крупным машиностроительным центрам, которые одновременно являются основными потребителями металла и поставщиками металлолома. Переплавка лома дает очень большой экономический эффект: 1 т стали, получаемой из металлического лома, стоит в 5—7 раз дешевле стали, выплавляемой из чугуна.

Таблица 6

Степень влияния сырьевого, топливно-энергетического, потребительского факторов на размещение предприятий металлургии
Предприятия	Факторы размещения
	Сырьевой	Топливно-энергетический	Потребительский
Доменный завод, комбинат	++	++	—
Передельный завод	++	—	++
Электрометаллургический завод	++	+++	—
Завод малой металлургии	—	—	+++

География черной металлургии (рис. 30). Старейший и самый мощный район черной металлургии — Уральский — выпускает 40 % общероссийского производства стали и проката страны. На Урале сосредоточена ¹/₅ запасов железных руд России, но крупные месторождения уже выработаны. Основная часть руды (²/₃) завозится из Курской магнитной аномалии, с Кольского полуострова, из Казахстана. Крупнейшее месторождение Урала — Качканарское — имеет низкое содержание железа в руде (17 %). По прогнозам специалистов, через 10—20 лет железная руда на Урале добываться уже не будет. Коксующийся уголь привозят из Кузбасса. Крупнейшие предприятия расположены в Нижнем Тагиле, Магнитогорске, Челябинске и Новотроицке.

Рис. 30. География черной металлургии

Европейский Центр по масштабам производства уступает Уралу (20 % общероссийского производства стали и проката). Здесь находится ²/₃ запасов железных руд России. Крупнейшее месторождение — Курская магнитная аномалия с рудой высокого качества (45 % металла в руде). Значительное количество металла выплавляется из металлолома. Весь необходимый уголь завозят. Именно в Европейском Центре сосредоточены основные потребители металла (машиностроительные предприятия). Крупные центры металлургии — Липецк, Тула, Старый Оскол.

Европейский Север по масштабам черной металлургии почти догнал Европейский Центр (20 % общероссийского производства стали и проката). Железная руда добывается на Кольском полуострове и в Карелии (Костомукша), коксующиеся угли — в Печорском бассейне. Главный центр металлургии — Череповец.

Сибирь дает 16 % общероссийского производства стали и проката. Черная металлургия развивается на собственных запасах угля (Кузнецкий бассейн) и железной руды (месторождения Приангарья и Горной Шории). Крупнейший металлургический центр — Новокузнецк.

Металлургия в восточной части страны пока слабо развита. Проектируется Дальневосточный металлургический комбинат, который будет работать на запасах железной руды и каменного угля Южной Якутии.

Подведем итоги

• Для предприятий черной металлургии характерна высокая концентрация производства.

• Большая часть российской продукции производится на металлургических предприятиях полного цикла (комбинатах). Существуют также заводы неполного цикла и заводы малой металлургии.

• На размещение заводов полного цикла и доменных заводов сильное влияние оказывают сырьевой, топливно-энергетический и транспортный факторы. Поэтому эти предприятия размещаются вблизи ресурсных баз или на пересечении транспортных путей. На размещение заводов ферросплавов и электрометаллургии решающее влияние оказывает энергетический фактор. Предприятия передельной и малой металлургии размещаются в районах с развитым машиностроением и квалифицированной рабочей силой и ориентируются на потребителя.

• Крупнейшие районы черной металлургии — Урал, Европейский Центр, Европейский Север, Сибирь.

Вопросы и задания

1. С помощью рис. 7 и текста § 2 вспомните, в какой исторический период черная металлургия стала отраслью-лидером технологического цикла и когда она начала активно развиваться в России. 2. Какое влияние развитие металлургии оказало на формирование других отраслей промышленности нашей страны? 3. Докажите, что металлургические комбинаты оказывают мощное районообразующее воздействие на развитие территории. С какими технологическими особенностями черной металлургии это связано? 4. Почему металлургические комбинаты являются загрязнителями природной среды? 5. С помощью рис. 30 определите закономерности размещения предприятий черной металлургии в России. 6. Подумайте, в каких районах страны можно и нужно строить металлургические мини-заводы (широко распространенные за рубежом), работающие на металлоломе и быстро учитывающие запросы потребителей.



Доменный процесс – Металлургия

Введение

Развитие материальной культуры человеческого общества связано с со­вершенствованием техники производства и орудий труда, для изготовления которых требуется применение различных материалов. Среди многих матери­алов, созданных природой и человеком, особая роль принадлежит черным металлам, представляющим собой сплав железа с углеродом и другими эле­ментами. Основу сплава составляет железо, а углерод, кремний, марганец, сера, фосфор и другие элементы являются примесями. В зависимости от содержа­ния углерода в сплаве черные металлы разделяют на чугун и сталь. Сплавы, содержание углерода в которых превышает 2%, относятся к чугунам, а менее 2% углерода, – к сталям.

Более 90% продукции из черных металлов получают путем предвари­тельной выплавки чугуна из руд в доменных печах с последующим переделом (конвертер, электропечь, мартеновская печь) его в сталь или непосредствен­ным изготовлением с помощью литья изделий из чугуна. Прямое получение железа из руд требует больших затрат по сравнению с двухступенчатым спо­собом получения черных металлов, поэтому доменное производство еще дол­гие годы будет основным переделом черной металлургии. 

Сущность доменного процесса

Доменный процесс предназначен для непрерывного получения чугуна из железорудного сырья: руды, агломерата, окатышей. Топливом в доменной печи является кокс. Снизу в доменную печь через фурмы подается горячий воздух под давлением, обогащенный кислородом и природным газом (комбинированное дутье). В горне печи происходит сгорание кокса и инжектируемого топлива, горячие восстановительные газы поднимаются вверх. Железорудные материалы, кокс и флюсы загружаются сверху порциями (подачами). Шихта движется вниз, нагревается, железо и другие элементы восстанавливаются. Науглероженное железо с примесями: кремний, марганец, ванадий и др. образует чугун; пустая порода вместе с флюсами образует шлак. Жидкие продукты плавки скапливаются в горне и выпускаются через летку.

Большая часть чугуна в жидком виде транспортируется в кислородно-конвертерный цех для производства стали.

Физико-химические основы доменного процесса

Важнейшим условием осуществления доменного процесса в рабочем пространстве печи является непрерывное противоточное движение и взаимо­действие опускающихся шихтовых материалов, загружаемых в печь через ко­лошник, и восходящего потока газов, образующегося в горне при горении уг­лерода кокса и других углеводородсодержащих компонентов в нагретом до 1000-1200 °С воздухе (дутье), который нагнетается в верхнюю часть горна через расположенные по его периметру фурмы. К дутью могут добавляться технический кислород, водяной пар, а также топливные добавки – природный газ, мазут, пылеугольное топливо, горячие восстановительные газы.

Под действием тепла восходящего газового потока кокс поступает в горн печи нагретым до 1400-1500 °С. В зонах горения у фурм углерод кокса взаи­модействует с кислородом дутья по реакциям:

С_к + О₂ → СО₂ + 400,928 МДж,

С_к + 0,5О₂ → СО + 117,565 МДж.

Образующийся в зонах горения диоксид углерода при высокой темпера­туре и избытке углерода химически неустойчив и превращается в оксид угле­рода по реакции:

СО₂ + С → 2СО – 165,767 МДж.

Таким образом, за пределами зон горения горновой газ состоит только из оксида углерода, азота и водорода, образовавшегося при разложении водяных паров или природного газа. Смесь этих газов, содержащая 32-36% СО; 57-64 N2 и 1-10% Н2 и нагретая до 1800-2100 °С, поднимается вверх и передает тепло материалам, постепенно опускающимся в нижнюю часть печи вследствие выго­рания кокса, перехода шихтовых материалов из твердого состояния в жидкое (образование чугуна и шлака) и периодического выпуска из доменной печи про­дуктов плавки. При этом газы, пройдя через столб шихтовых материалов, ох­лаждаются до 150-350 °С, а оксид углерода, отнимая кислород у оксидов железа и других металлов, превращается частично в диоксид углерода, содержание ко­торого в доменном газе на выходе из печи достигает 14-20%. Кроме оксида уг­лерода восстановителями являются водород и твердый углерод.

В процессе нагревания опускающихся шихтовых материалов происхо­дит удаление из них влаги и летучих веществ кокса и разложение карбонатов. Оксиды железа под действием восстановительных газов СО и Н₂, а при темпе­ратуре свыше 1000 °С и твердого углерода кокса, постепенно переходят от высших степеней окисления к низшим, а затем в металлическое железо по схеме Fe₂0₃ → Fe₃0₄ → FeO → Fe.

Свежевосстановленное железо заметно науглероживается еще в твердом состоянии. По мере науглероживания температура плавления его понижается. Науглероженное железо с некоторым количеством кремния, марганца и фос­фора в виде капель стекает по кускам кокса (т. н. «коксовой насадке») в горн. При этом происходит дальнейшее его науглероживание, которое заканчивает­ся в нижней части горна печи (в жидкой ванне), где содержание углерода в металле (чугуне) может превышать 4%.

В нижней половине шахты начинается образование жидкого шлака из составных частей пустой породы железосодержащих компонентов шихты и флюса (SiO , Аl₂О₃, CaO, MgO). Понижению температуры плавления шлака способствуют не восстановленные оксиды железа и марганца (FeO и МnО). В стекающем вниз шлаке под действием возрастающей температуры постепенно расплавляются вся пустая порода и флюс, а после сгорания кокса и его зола. При этом сера, поглощенная металлом в ходе плавки, переходит в шлак, образуя сульфид кальция CaS по реакции FeS + СаО → CaS + FeO, в результате чего содержание серы в чугуне снижается до 0,03-0,05%. Железо в доменной печи восстанавливается практически полностью (99,5%) и переходит в чугун, а степень восстановления кремния и марганца и полнота удаления из чугуна серы в большой мере зависят от температурных условий, химического состава шлака и его количества. Фосфор в доменной печи восстанавливается на 100% и полностью переходит в чугун. Таким образом, материалы, загруженные в доменную печь, претерпевают ряд физико-химических превращений, в резуль­тате которых получаются конечные продукты плавки – жидкие чугун и шлак. 

Конструкция доменной печи

Рабочим пространством доменной печи называется объем, ограничен­ный огнеупорной футеровкой, а очертание его вертикального осевого сечения – профилем доменной печи. Он имеет симметричную конфигурацию . Горизонтальные сечения профиля современной печи представляют собой окружности переменного диаметра.

Для создания наиболее благоприятных условий протекания всех процес­сов, имеющих место в доменной печи, размеры и конфигурация профиля дол­жны обеспечивать:

– равномерное опускание (сход) загруженных в печь шихтовых материа­лов;

– заданное распределение материалов и газов по сечению и время их пребывания в печи;

– интенсивный тепло- и массообмен в противотоке шихтовых материа­лов и горнового газа;

– переход материалов из твердого состояния в жидкое без ухудшения условий опускания столба шихты и накопление продуктов плавки в нижней части печи;

– обеспечение проектной производительности доменной печи и мини­мального расхода топлива;

– получение чугуна и шлака заданного химического состава.

В соответствии с характером процессов, протекающих на различных горизонтах в доменной печи, ее профиль делится на пять частей, различаю­щихся конфигурацией и размерами. Нижняя, цилиндрическая, называется гор­ном. К горну примыкает расширяющаяся кверху коническая часть, называе­мая заплечиками. Наиболее широкая часть, имеющая форму цилиндра, назы­вается распаром. Сверху к распару примыкает наибольшая по объему часть -шахта, имеющая форму сужающегося кверху усеченного конуса. Наиболее узкая верхняя цилиндрическая часть, соединяющаяся с шахтой, называется колошником. Сумма объе­мов перечисленных частей профиля составляет объем рабочего пространства доменной печи.

Основным парамет­ром доменной печи явля­ется полезный объем – это объем рабочего простран­ства печи, ограниченный снизу горизонтальной плоскостью, проходящей через ось чугунной летки, а сверху горизонтальной плоскостью, проходящей через основание большого конуса засыпного аппара­та в опущенном положе­нии. Высоту этого объема называют полезной высо­той доменной печи*. Если печь оборудована бесконусным загрузочным уст­ройством, то тогда речь ведут о расстоянии до кон­чика распределительного лотка в вертикальной (90°) позиции.

Предельная полез­ная высота ограничивает­ся прочностью горючего (кокса). Поэтому рост по­лезного объема доменных печей за последние 50 лет прошлого столетия проис­ходил главным образом за счет увеличения поперечных размеров профиля. Так, если полезная высота доменной печи объемом 5000м³ по сравнению с печью первого типового про­екта увеличилась на 29%, то диаметр распара соответственно на 96%, а диаметр горна еще более – на 104%. Максимальная полезная высота современной работающей доменной печи достигает 34,8 м.

Полезная и полная высота печи являются важнейшими размерами про­филя доменной печи. Не менее важны высота горна, заплечиков, распара, шах­ты и колошника; диаметры горна, распара и колошника; углы наклона стен шахты и заплечиков. Высотные и поперечные размеры профиля и углы накло­на стен взаимосвязаны. Изменение одного из этих размеров вызывает измене­ние и других размеров.

История доменного процесса

Археологические раскопки позволяют считать, что железо из руд начали получать за 1000 лет до н.э. в странах Древнего Востока, Индии и Европе. Первым агрегатом для получения железа из руд был сыродутный горн. В сыродутном процессе в качестве топлива использовали древесину или дре­весный уголь, углерод которых в условиях избытка топлива сгорал лишь до оксида углерода — СО. Восстановительные газы, находясь в контакте с железо­рудными материалами, восстанавливали железо из его оксидов. Продуктом плавки была крица, представлявшая собой пористую массу из железа, пропи­танного железистым шлаком. Процесс был периодическим: раскаленную кри­цу извлекали из сыродутного горна и подвергали ковке для удаления шлака из пор и придания изделию необходимой формы.

С увеличением мощности воздуходувных средств поперечные размеры и высота сыро­дутных горнов возросли, что привело к появле­нию шахтных печей – дменниц, получивших на­звание от древнеславянского слова «дмение» -дутье, и впоследствии называвшихся домницами. В первых домницах процесс протекал так же, как и в сыродутном горне с получением крицы, что требовало разборки части горна для ее извлечения. В дальнейшем, по мере увеличения размеров домниц, мощности средств для подачи воздуха и повышения температуры в горне, часть железа успевала восстановиться до образования шлака, науглеродиться и расплавиться в виде чугуна. Чугун вначале считали браком производ­ства (из-за хрупкости его невозможно было обрабатывать методом ковки), но затем, обнаружив хорошие литейные свойства чугуна, из него начали изготав­ливать литые изделия, а еще позже пришли к выводу, что передел жидкого чугуна в железо в окислительных печах возможен с меньшим расходом топли­ва. Так постепенно на смену сыродутному способу прямого получения железа из руд пришел новый двухступенчатый способ, интенсивно применяющийся в настоящее время.

Развитие домниц привело к появлению в средине XIV в. непрерывно работающей шахтной печи, получившей название доменной. Реализация до­менного процесса, в котором железо восстанавливалось из шлака практически полностью, стала возможна благодаря использованию флюсовых добавок к шихте, которые делали маложелезистый шлак текучим.

В XV-XVI веках доменное производство наиболее интенсивно развива­лось в Англии, где в 1500 году было выплавлено около 1200 тыс. т чугуна. В XVII веке на первое место по производству чугуна вышла богатая запасами железных руд и лесами Швеция. В 1770 году мировым лидером в производ­стве и экспорте чугуна стала Россия. В 1880 году выплавка чугуна в России составила 163 тыс. т, но вскоре, благодаря освоению доменной плавки на коксе, на первое место по производству чугуна вновь вышла Англия.

Замена древесного угля коксом стала важнейшим этапом в развитии до­менного производства, так как не только расширила возможности выплавки чугуна в странах с ограниченными лесными массивами, но и позволила значи­тельно увеличить размеры и производительность доменных печей. Впервые это осуществил в 1735 году английский заводчик А. Дерби.

Переход на кокс создал лишь предпосылки для существенного роста производительности доменных печей. Реализовать эти возможности удалось только после освоения более мощных воздуходувок – паровых воздуходувных машин. Первая такая машина была сконструирована И.И. Ползуновым и построена в 1766 году в России на Барнаульском заводе. С 1782 года подобные машины стали использоваться в доменном производстве в Англии, а затем и в других странах Европы.

Наибольшая эффективность доменной плавки за всю историю существо­вания доменных печей была достигнута при использовании нагретого дутья. О целесообразности его применения писали в 1799 году Седгер, в 1812 году Ленс, но впервые нагревать доменное дутье начали в 1829 году по патенту английского металлурга Д. Нейльсона. В этом опыте нагрев дутья примерно до 150 °С позволил снизить расход угля на выплавку 1 т чугуна с 8,1 до 5,2 т, при этом на нагрев дутья в несовершенных рекуперативных воздухонагрева­телях расходовали лишь 0,4 т угля на 1 т чугуна. Стало очевидным, что на­грев дутья снижает потребность доменного процесса в топливе в гораздо боль­шей мере, чем при этом вносится дополнительного тепла с дутьем. Это пара­доксальное явление дало огромный толчок развитию теории доменного про­цесса. Анализу этого процесса были посвящены фундаментальные исследова­ния Р. Окермана, М.А. Павлова, А.Д. Готлиба.

Экономические выгоды при использовании нагретого дутья стали еще более очевидными после изобретения в 1850 году английским металлургом Парри газоулавливающего аппарата (конуса с воронкой) и разработки Э. Кау­пером в 1857 году конструкции регенеративного воздухонагревателя с огне­упорной насадкой и облицовкой, в котором топливом для нагрева дутья слу­жил улавливаемый доменный газ.

Важность изобретения аппарата Парри заключалась в том, что он был не только газоулавливающим прибором, но и загрузочным приспособлением, обес­печивающим рациональное и регулируемое распределение материалов по коль­цевым зонам колошника. Это обстоятельство, а также дополнение конструк­ции засыпного аппарата в 1907 году вращающимся распределителем шихты Мак-Ки послужили причиной того, что он в начале XX века постепенно вы­теснил из употребления все другие загрузочные устройства и применяется с некоторыми усовершенствованиями на многих доменных печах до сих пор, хотя технологически и конструктивно наиболее эффективным является лотко­вое загрузочное устройство.

XIX век был периодом существенного усовершенствования конструк­ции доменной печи и ее вспомогательного оборудования. Опытным путем при­шли к наиболее рациональным очертаниям рабочего пространства печи (про­филя доменной печи). Еще в первой половине XIX века число фурм на некото­рых печах увеличили до 5-6 и стали сооружать так называемый «открытый горн», т. е. вместо массивной нижней части печи, в которой оставляли лишь нишу для одной – двух фурм и чугунной летки, горн стали делать без массив­ной облицовки только из огнеупорных кирпичей, а кладку шахты и ее кирпич­ный кожух опирать на колонны. Появились печи с металлическими клепанны­ми кожухами. В 60-е годы изобрели воздушные и шлаковые фурмы с водоохлаждаемой внутренней полостью. К концу XIX столетия начали широко использовать водяное охлаждение стен печи с помощью холодильников, пол­ностью автоматизировали скиповую загрузку шихты в печь, подняли фунда­мент печи и применили ковшевую уборку чугуна и шлака. В результате внедрения этих новшеств к концу столетия была создана конструкция домен­ной печи, принципиально не отличавшаяся от современной.

Производство чугуна в XIX веке сконцентрировалось, главным образом, в трех странах: Англии, США и Германии. До 1880 года безусловным лидером в черной металлургии была Англия, где выплавляли примерно половину чугу­на, производившегося в мире. Но уже в 1899 году в США производили чугуна 1,5 раза больше, чем в Англии. К концу столетия названные три страны давали в сумме более 75% мирового производства чугуна. Естественно, что все ос­новные усовершенствования конструкции доменной печи были осуществле­ны именно в этих странах.

Наиболее важные усовершенствования технологии доменной плавки, в дополнение к применению нагретого дутья, были связаны с использованием добавок к воздушному дутью. Предложения и попытки частичной реализации этих новшеств делались давно.

В 1830 году немецкий металлург Штромейер предложил добавлять пар к дутью. Но из-за слишком низких температур в горне печи постоянное увлаж­нение дутья было нерационально. В то время более выгодным считалось осу­шать дутье, как предлагал Д. Нейльсон, но технически осуществить это было трудно.

С середины XIX века для стабилизации теплового состояния горна нача­ли эффективно использовать периодическое увлажнение дутья, и эта техноло­гия актуальна до сих пор. Более того, начиная с середины 50-х годов XX века, уже постоянное увлажнение дутья стало одним из технологических приемов, позволяющих применять высоконагретое дутье (до 1200 °С) в условиях чрез­мерно высоких температур (более 2100 °С) в зонах горения кокса в горне до­менной печи.

В 1831 году англичанин Д. Дейвис осуществил вдувание угля в фурмы доменной печи, а его коллега В. Барнетт получил в 1838 году патент на вдува­ние в печь вместе с дутьем природного газа и нефти. В то время положитель­ного эффекта от этих мероприятий быть не могло из-за низкой температуры фурменных газов. Но и значительно позже – вплоть до 50-х годов XX столетия многочисленные попытки вдувания древесного угля, угольной пыли, нефти и генераторного газа через фурмы в горн доменной печи давали, в основном, отрицательные результаты, теперь уже, главным образом, из-за недостаточно полной газификации углерода вдуваемого топлива в пределах фурменных очагов.

Первые успешные промышленные опыты вдувания тонкоизмельченно­го угля были проведены в 1950 году на Днепровском металлургическом заводе им. Дзержинского в Днепродзержинске, а первое эффективное вдувание при­родного газа через воздушные фурмы в горн доменной печи осуществлено в 1957 году на Днепропетровском заводе им. Петровского. Простота использо­вания природного газа, высокая эффективность применения и низкая стоимость делали его вдувание в доменные печи очень выгодным вплоть до начала 90-х годов. Сейчас, в связи с резким подорожанием природного газа в Украине, стала актуальной и экономически целесообразной замена природного газа в качестве добавки к доменному дутью на пылеугольное топливо.

Обогащение дутья кислородом было запатентовано в 1876 году Г. Бессе­мером. Первая опытная плавка на обогащенном до 22,8% О₂ дутье была про­изведена в 1913 году в Бельгии. Эта технология позволяет интенсифицировать доменную плавку, а в случае выплавки в доменных печах ферросплавов суще­ственно снизить расход кокса.

Наиболее экономически выгодно обогащение дутья кислородом с одно­временным вдуванием в горн печи углеводородсодержащих добавок – при­родного газа, мазута, угольной пыли. Повышение концентрации кислорода в дутье позволяет обеспечить их сжигание в пределах фурменных очагов и под­держивать на оптимальном уровне (1900-2100 °С) теоретическую температу­ру горения топлива у фурм.

Впервые технология производства передельного чугуна на комби­нированном высокотемпературном дутье была осуществлена в 1958 году на Днепровском металлургическом заводе им. Дзержинского в Днепродзержинске.

Повышение давления газа в рабочем пространстве доменной печи впер­вые запатентовал Г. Бессемер в 1871 году, однако его представление о влиянии повышенного давления на работу доменной печи было ошибочным. Кроме того, техническая реализация этого мероприятия вызывала значительные затруднения. Первая попытка перевода работы доменной печи на работу с по­вышенным давлением, предпринятая в 1940 году на заводе им. Петровского в Днепропетровске, оказалась безуспешной, так как дроссели, установленные в газоотводах, быстро вышли из строя вследствие абразивного действия запы­ленного доменного газа. Начиная с 1944 года, с установкой дросселей за газо­очисткой, эта технология получила широкое распространение в США, а затем и во всем мире. В настоящее время работа на повышенном давлении газа 1,0-2,5 ати (100-250 кПа) – обязательный элемент технологии доменной плавки, так как значительно увеличивает производительность доменной печи и сни­жает удельный расход кокса.

Использование обогащенных и окускованных железных руд существен­но улучшило показатели доменной плавки. Среди многочисленных усовер­шенствований технологии подготовки железорудного сырья к доменной плав­ке наиболее значительными были изобретения конвейерной агломерационной машины в США в 1906 году и технологии производства окатышей из тонких концентратов в Швеции в 1912 году.

В итоге всех конструктивных и технологических усовершенствований современная доменная печь превратилась в очень мощный и совершенный агрегат. Самые крупные доменные печи имеют полезный объем 5000-5500 м3 и выплавляют за сутки 10-12 тыс. т чугуна. Расход топлива на 1 т чугуна на лучших печах мира с учетом вдувания в доменную печь 200-250 кг угольной пыли сократился до 320 кг кокса.

За последние 50 лет многократно делались предсказания и попытки мас­сового вытеснения доменного процесса другими, бескоксовыми. В настоящее время предлагается ряд способов прямо­го получения железа (Midrex,  Romelt (жидкофазное вос­становление), Согех и др.). Одним из самых тех­нологичных среди них является про­цесс Согех  производительнос­тью около 800 тыс. т металла в год, кото­рый стал первым крупномасштабным промышленным ме­тодом бескоксового получения железа, альтернативным до­менному. Он опробован в промыш­ленных условиях в 1981-1987 гг. в ЮАР, Южной Корее, имеются про­екты строительства в других стра­нах. Однако, как показал анализ, по топливно-энергетическим показате­лям все новые процессы уступают современной доменной плавке.

Источники

1. Ефименко Г. Г. Металлургия чугуна. Учебник для вузов. / Г.Г. Ефименко, А.А. Гиммельфарб, В.Е. Левченко. – К.: Выща шк. Головное изд-во, 1988. – 351 с.

2. Плискановский, С.Т. Оборудование и эксплуатация доменных печей / С.Т. Плискановский, В.В. Полтавец. – Днепропетровск: Пороги, 2004. – 495 с.

Выявление закономерностей совместного поступления агломерата и окатышей из бункера БЗУ лоткового типа в колошниковое пространство печи физическим моделированием | Харченко

1. Тонких Д.А., Кариков С.А., Тараканов А.К. и др. Совершенствование режимов загрузки и дутья на доменных печах ПАО МК “Азовсталь” // Металлург. 2013. № 9. С. 42–48.

2. Пыхтеева К.Б., Загайнов С.А., Тлеугабулов Б.С. и др. Анализ особенностей формирования порций и истечения материалов из бункера БЗУ при загрузке шихты // Сталь. 2008. № 6. С. 14–19.

3. Воронцов В.В., Степанов А.Т. К вопросу о распределении шихтовых материалов по окружности колошника доменной печи // Вестник Череповецкого государственного университета. 2010. № 1. С. 129–133.

4. Андронов В.Н., Белов Ю.А. Оценка эффективности распределения дутья и природного газа по фурмам // Сталь. 2002. № 9. С. 15–17.

5. Лялюк В.П., Тараканов А.К., Кассим Д.А., Ризницкий И.Г. Повышение равномерности распределения дутья по окружности горна доменной печи // Металлург. 2018. № 2. С. 30–34.

6. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С. Полинов А.А. и др. Стабилизация соотношения расходов природного газа и дутья по фурмам доменной печи // Теория и технология металлургического производства. 2014. № 1. C. 23–25.

7. Сибагатуллин С.К., Харченко А.С., Чернов В.П., Бегинюк В.А. Совершенствование доменного процесса за счет создания условий для увеличения потребления природного газа применением сырья повышенной прочности // Черные металлы. 2017. № 8. С. 27–33.

8. Дружков В.Г., Ширшов М.Ю. Совершенствование узла подвода горячего дутья в кольцевой воздухопровод доменной печи // Металлург. 2016. № 12. С. 39–42.

9. Товаровский И.Г. Прогнозная оценка влияния шихтовых материалов по радиусу колошника на процессы и показатели доменной плавки // Металлург. 2014. № 8. С. 46–52.

10. Харченко А.С., Сибагатуллин С.К., Колосов А.В. Использование нейросетевого моделирования для изучения газодинамического режима в нижней части доменной печи в условиях ее работы с коксовым орешком // Изв. вузов. Черная металлургия. 2011. № 11. С. 23–26.

11. Zhao H., Zhu M., Du P. etc. Uneven distribution of burden materials at blast furnace top with parallel bunkers // ISIJ International. 2012. Vol. 52. № 12. P. 2177–2185.

12. Nakano K., Sunahara K., Inada T. Advanced Supporting System for Burden Distribution Control at Blast Furnace Top // ISIJ International. 2010. Vol. 50. № 7. P. 994–999.

13. Zhao-jie Teng, Shu-sen Cheng, Peng-yu Du, Xi-bin Guo. Mathematical model of burden distribution for the bell-less top of a blast furnace // International Journal of Minerals, Metallurgy, and Materials. 2013. Vol. 20. Iss. 7. Р. 620–626.

14. Сибагатуллин С.К., Савинов А.С., Харченко А.С., Девятченко Л.Д. Выявление источников неравномерного распределения компонентов железорудной шихты, загружаемой в доменную печь // Черная металлургия. Бюллетень научно-технической и экономической информации. 2017. № 12. С. 30–36.

15. Сибагатуллин С.К., Теплых Е.О., Харченко А.С. и др. Зависимость равномерности поступления агломерата и окатышей в колошниковое пространство печи от последовательности размещения их в бункере БЗУ // Теория и технология металлургического производства. 2012. № 12. С. 16–21.

Эффективная и безопасная очистка доменных печей с PRG

В металлургии PRG производит работы по торкретированию сухим/мокрым способом внутри следующих конструкций:

• шахты доменных печей
• выходные отверстия воздухонагревателей
• воздухопроводы горячего дутья с компенсаторами
• газоотводы
• циклоны
• газоочистители
• пылеуловители
• желоба для отвода шлака и чугуна…

PRG разрабатывает специальное оборудование для реализации качественных ремонтных работ в сжатые сроки и обеспечивает высшую степень безопасности персоналу.

Примеры некоторых работ :

Квалифицированные специалисты производят горячий ремонт внутри шахты доменной печи. Один из главных атрибутов подобной работы – использование специальных платформ.

1. Остановка печи с опусканием шихты
2. Открывание колошниковых отверстий
3. Выравнивание шихты
4. Установка «одеяла»
5. Ввод и монтаж раскладной мобильной платформы PRG
6. Глубокая очистка поверхностей
7. Работы по торкретированию
8. Удаление отскока
9. Демонтаж «одеяла»
10. Извлечение мобильной платформы
11. Закрытие колошниковых отверстий

• при помощи автоматического робота

  
   

Разработанные в целях осуществления срочного ремонта или нанесения небольшого количества торкрет-масс, чтобы продолжить срок службы вашего оборудования на несколько месяцев, наши роботы готовы к выполнению строительных работ любого рода :

1. Остановка печи с опусканием шихты
2. Открытие колошниковых отверстий для ввода фиксации робота
3. Установка «одеяла»
4. Монтаж робота Giro Gun
5. Очистка поверхностей
6. Работы по торкретированию
7. Демонтаж робота Giro Gun
8. Демонтаж «одеяла»
9. Закрытие колошниковых отверстий

Всё же, наш опыт позволяет заключить, что ручной способ предпочтительнее, чем использование робота, в достижении качества конечного результата, в виду следующих преимуществ :

• Лучшее качество нанесения (торкретирования), т.е. прочность и т.д.: точное расстояние между соплом и торкретируемой поверхностью (максимум 50 см при шоткретировании), наращивание слоя толщиной до 1 м (то что не удается роботу; также робот не способен удерживать неизменным расстояние между поверхностью и соплом). Отсутствие пустот между старой футеровкой и новой. Невозможность работать роботом в стесненных условиях. Зачастую важную роль играют именно квалификация и опытность торкрет-оператора.
   
• Лучше сцепка: очищенная прочная поверхность, главным образом, когда необходимо спускаться ниже уровня распара домны. Робот осуществляет неглубокую очистку поверхностей методом легкой пескоструйной обработки, что не дает гарантии чистоты.
   
• Выше производительность: когда «одеяло» установлено, и начинаются работы по торкретированию, можно работать несколькими торкрет-установками одновременно. Это невозможно было бы сделать в работе с роботом.
   
• Меньший отскок: неизменное расстояние между соплом и поверхностью (невозможно при работе робота).
   
• Эффективный демонтаж «одеяла»: достаточно несколько дополнительных часов, чтобы удалить отскок и запустить печь, не допустив закупорки.
   
• Менее трудоемкая процедура замены холодильников: выполнение работы несколькими специалистами, одновременно изнутри и снаружи.

Мы также осуществляем работы в хопперах.

3 этапа ремонта футеровки хоппера

1. В целях обеспечения безопасности, прежде чем специалисты приступают к работам в хоппере, очистка поверхностей осуществляется при помощи робота, предназначенного для очистки резервуаров.
    
2. Глубокая очистка обрабатываемой поверхности и сварка износившейся металлической арматуры или ее замена
    
3. Нанесение антиабразивного бетона методом торкретирования при помощи специализированной платформы
    

Нужны эффективные решения огнеупорной отделки для
элементов ваших доменных печей?

Свяжитесь с PRG!

Производство чугуна (доменный процесс) – Справочник химика 21

    ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА (ДОМЕННЫЙ ПРОЦЕСС) [c.153]

    ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА (ДОМЕННЫЙ ПРОЦЕСС) 3. Сырье для производства чугуна [c.172]

    Черная металлургия. Промышленное производство железа. Выплавка чугуна, доменный процесс. Передел чугуна в сталь. Применение чугуна и стали. [c.182]

    Производство чугуна. В процессе производства чугуна железная руда (обычно в виде агломерата или окатышей) загружается в смеси с восстановителем (коксом) и флюсующим материалом (известняком) в большую вертикальную печь, называемую доменной. Горячий воздух вдувается в нее через несколько фурм, расположенных по окружности вблизи донной части печи. (Отсюда и английское название доменной печи — дутьевая печь .) На разных горизонтах печи осуществляется ряд реакций. [c.305]

    В дальнейшем развитие техники выплавки чугуна (доменный процесс) и получения стали сталеплавильное производство) шло параллельно в направлении совершенствования технологии, увеличения мощности агрегатов, внедрения новых материалов и снижения стоимости выплавляемого металла. [c.48]

    Томасовский процесс — производство томасовской стали, процесс передела фосфористого жидкого (получаемого из доменной печи) чугуна (томасовского чугуна) в литую сталь продувкой сквозь него окислительной газовой смеси (сжатого воздуха или смеси кислорода с углекислым газом и водяным паром), Т, п. протекает в томасовском конверторе. Превращение чугуна в сталь происходит в результате окисления кислородом примесей чугуна кремния, марганца, углерода, фосфора, частично серы (в некотором количестве железа). Процесс был разработан металлургом Томасом в 1878 г. При использовании чистого кислорода получают сталь, превосходящую по качеству даже мартеновскую. [c.137]

    Доменный процесс организуется для производства целевого продукта чугуна. Однако, помимо чугуна, конечными продуктами доменной плавки являются также шлак и доменный газ. [c.71]

    Технологический процесс переработки железной руды, угля, известняка и углеводородных топлив в конечный продукт может быть разбит на 3—4 основные стадии, которые осуществляются раздельно с получением определенного продукта, на следующей стадии перерабатываемого в продукт нового вида. Различные стадии процесса могут проходить в одной технологической установке. Это будет способствовать не только экономии энергии и расходов на транспортировку, но и упрощению технологического процесса. Основные технологические стадии при производстве чугуна и стали следующие подготовка сырья (коксование угля, обжиг известняка, производство железорудного агломерата и окатышей) производство чугуна (доменная выплавка, производство губчатого чугуна за счет прямого восстановления железа) стали (в мартеновских и электродуговых печах, бессемеровских и основных кислородных конвертерах) проката (непрерывное литье заготовок, прокатка сортовой стали, производство труб, поковки). [c.303]

    Одним из перспективных способов повышения эффективности коксования является производство формованного кокса. Этот вариант имеет ряд технологических преимуществ по сравнению с традиционной технологией. При его применении меньше загрязняется окружающая среда и, самое главное, расширяется ассортимент перерабатываемых углей (в сторону низкокачественных) без ухудшения качества получаемого металлургического кокса. Метод основан на том, что в диапазоне 400—450 °С угли определенных типов способны размягчаться и переходить в пластическое состояние. Поэтому, используя подобный уголь как связующее, шихту, содержащую до 80% низкокачественных углей, нагревают до указанной температуры и в горячем состоянии подвергают прессованию в прочные брикеты. Их затем нагревают со скоростью 1,5—2°С/мин до 850°С. При этой температуре завершается образование прочной коксовой структуры. Применение полученного таким образом формованного кокса при выплавке чугуна позволяет на 2—5% повысить производительность доменной печи и сократить удельный расход кокса. Следовательно, формованный кокс не только является полноценной заменой обычного слоевого кокса, но и создает благоприятные условия для форсированного ведения доменного процесса. [c.95]

    В различных отраслях народного хозяйства широко распространены процессы, в которых сыпучий материал движется компактной массой под действием силы тяжести в направлении относительно узкого выпускного отверстия. К таким процессам относятся производство чугуна в доменных печах, обжиг и термическая переработка твердых топлив и минерального сырья в шахтных и камерных печах, каталитический крекинг и пиролиз нефтяного сырья, разделение и очистка газов и жидкостей, их нагревание и охлаждение, выпуск сыпучих материалов из бункерных устройств, руды из обрушенных блоков при подземной разработке рудных месторождений и др. [c.4]

    Если исключить чисто механическую обработку, путем которой железу, полученному в результате металлургических процессов, придается требуемая форма, то добывание железа разделяется на два основных процесса производство чугуна (доменная плавка) и переработка чугуна в ковкое железо (переделочный процесс). [c.1]

    Основной продукт коксохимической промышленности— кокс. Около 80% производимого кокса потребляется доменным производством для выплавки чугуна. Доменный процесс осуществляется в шахтных печах, называемых домнами. Мощные доменные печи имеют полезный объем более 2000 и позволяют получать в настоящее время до 5000 т чугуна в сутки. [c.4]

    Кокс является основным сырьем и топливом в металлургической промышленности. Он применяется главным образом для выплавки чугуна в доменных печах. В доменном процессе кокс является не только топливом (источником тепла), но в виде окиси углерода, полученной восстановлением углекислоты раскаленным коксом, участвует в восстановлении руды. Кроме того, он применяется в литейном производстве для плавления чугуна в вагранках. Требования к литейному коксу несколько отличаются от требований к металлургическому коксу, что видно из приведенных выше стандартов. [c.32]

    Получающийся карбид растворяется в жидком железе. В результате доменного процесса получается или передельный чугун с повышенным содержанием углерода, марганца, кремния, используемый для производства стали, или литейный чугун для машиностроительных деталей, станин станков и т. п. [c.309]

    Современный период характеризуется созданием на основе ароматических углеводородов производства таких многотоннажных продуктов, как пластические массы, каучуки и синтетические волокна, что потребовало резкого расширения сырьевой базы. Коксохимическая промышленность, масштабы которой определяются потребностью в металлургическом коксе, не смогла удовлетворить растущий спрос на бензольные углеводороды, Расход кокса благодаря совершенствованию доменного процесса снизился за последние десятилетия с 800—900 до 500—560 кг на 1т чугуна в среднем по металлургической промышленности. Возможно и дальнейшее сокращение расхода кокса, хотя в 1980—1985 гг. он вряд ли будет меньше 350—400 кг/т чугуна [1, 2]. В результате снижения расхода кокса при сравнительно небольших темпах роста производства черных металлов (5,2—5,3% в год) объемы производства кокса и побочных продуктов коксования за последние годы в большинстве стран стабилизировались (темпы роста не более 2,4% в год) [3]. [c.145]

    Скрап-рудный процесс, в котором основным компонентом шихты является жидкий чугун с добавкой 45—25% скрапа и железной руды для окисления примесей в чугуне. Этот процесс применяется на заводах, имеющих собственное доменное производство. [c.92]

    Один из эффектов частичной замены кокса в шихте доменной плавки — снижение теплоты сгорания колошникового газа. Если значительно снизить долю кокса в завалке, доменный газ в дальнейшем может стать непригодным для обогрева кауперов и других целей в процессах производства чугуна и стали, где он широко использовался в прошлом. Однако, чтобы не терять достаточно больших количеств тепла вместе с низкокалорийным газом и в какой-то мере снизить закупку топлива на стороне, многие металлургические заводы все же используют бедный доменный газ, обогащая его вдуванием высококалорийных газов (например СНГ) или легкоиспаряющихся жидких топлив (например дистиллятов). [c.306]

    Новейшим направлением в производстве стали является прямое восстановление железной руды водородом, природным или генераторным газом, минуя доменные процессы. При этом получают губчатое железо, состав которого в отличие от доменного чугуна очень близок к стали. Мартеновский способ в настоящее время также устарел. Гораздо более прогрессивными являются конверторный и электроплавильный. Происходит бурное развитие технологии непрерывной разливки стали благодаря ее исключительно высокой эффективности. Основными направлениями экономического и социального развития до 2000 г. предусмотрено увеличить выплавку конверторной стали и электростали в 1,3—1,4 раза, разливку стали непрерывным способом не менее чем в 2 раза и выпуск металлических порошков более чем в 3 раза. [c.182]

    Основной недостаток процесса прямого восстановления железа — зависимость от определенных, главным образом относительно богатых сортов железных руд. Это обстоятельство снижает его конкурентоспособность по отношению к доменному процессу. Возможность увеличения производства чугуна за счет вдувания углеводородов в доменную печь также снижает уровень эффективности методов прямого восстановления. [c.306]

    Свыше 60% всего промышленного кислорода используется в металлургии. При выплавке чугуна и стали (в доменном, кислородно-конверторном и мартеновском производствах) для интенсификации процессов окисления применяется кислородное дутье или дутье обогащенным кислородом воздухом. Кислород в смеси с ацетиленом используют также для сварки и резки металлов. Широкое применение кислород находит практически во всех отраслях химической промышленности. Кислород используют в лечебных целях в медицине (кислородные подушки, кислородные коктейли и др.). [c.359]

    На основании анализа доменного процесса можно определить роль кокса и требования к его качеству. Кокс, сгорая в доменной печи, является источником получения восстановителя оксидов железа. Чем больше в коксе углерода, тем выше качество кокса, а чем больше в коксе минеральных составляющих и влаги, тем качество кокса хуже. Влага просто балласт, но она испаряется еще на колошнике, а вот каждый лишний процент зольности в коксе на 1,5—2,0% снижает производительность доменной печи. Для одной современной домны это означает снижение производства до 100 тыс.т чугуна в год. [c.11]

    В доменном процессе на каждую тонну чугуна образуется около 2000 газа, содержащего горючие компоненты оксид углерода и водород, которые можно и целесообразно использовать в первую очередь для отопления агрегатов, работающих в металлургическом производстве, в том числе для коксовых печей. В связи с низкой теплотой сгорания доменного газа и ее колебаниями коксовые печи отапливают смесью доменного газа с 1,5—15% коксового или природного. В результате теплота сгорания доменного газа повышается до 4160-5408 кДж/м , близкой к показателю генераторного. [c.132]

    Промышленным производством чугунов и сталей занимается черная металлургия, которая перерабатывает руды железа и железные сплавы. При переработке руд сначала получают чугун, а затем чугун переводят в сталь. Чугуны—сплавы железа, содержащие больше 1,7% углерода. Стали — сплавы железа, содержащие менее 1,7% углерода. Для получения чугуна используют только те руды, в состав которых входит сера (гематит, магнетит, сидерит). Руды с содержанием серы больше 0,3% непригодны для доменных процессов, так как сера, которая переходит в железо, придает ему, свойство ломкости и хрупкости. [c.346]

    И тем не менее, учитывая, что доменный процесс на ближайшие 30-40 лет остается основным в производстве чугуна, кокс не утратит своего значения, поэтому коксохимическая промышленность мира продолжает определять стратегические направления своего развития. [c.330]

    К бетону в металлургии. Каменноугольный кокс применяется в доменном процессе для выплавки чугуна, в литейном производстве, цветной металлургии, в химической промышленности электродный пековый и нефтяной кокс — для производства электродов. Активный уголь незаменим в адсорбционной технике, для разделения газовых смесей, как основа для каталитических и хемосорбционных добавок. [c.294]

    Производство чугуна — это первая стадия двухступенчатого процесса перерабо1 и железных руд в сталь, который в настоящее время преобладает. Чугун выплавляют из железорудного сырья в доменных печах, в которых за счет сгорания топлива создаются высокие температуры, обеспечивающие процессы восст шовления оксидов железа руды, образования жидкого чугуна и отделения пустой породы в виде шлака. Подобный процесс получил название доменного процесса или доменной плавки. [c.54]

    Процессы, аналогичные генераторным, протекают также в доменных печах при выплавке чугуна. В результате этого доменный процесс сопровождается выделением больших количеств горючих газов, являющихся побочными продуктами производства чугуна. [c.97]

    Древесный уголь ранее в подавляющем количестве применялся как металлургическое топливо для выплавки чугуна в доменном процессе. В настоящее время древесный уголь в этой отрасли промышленности применяется значительно меньше, так как его вытесняет кокс, получаемый из ископаемых углей. Наибольшее количество древесного угля сейчас потребляет химическая промышленность для производства сероуглерода на вискозных заводах и для получения активных углей. Меньше угля используют заводы, на которых получают карбюризатор — препарат, применяемый для цементации стали. Перспективными потребителями древесного угля являются заводы ферросплавов и сельское хозяйство. [c.10]

    Целевым продуктом этого процесса является кокс, используемый главным образом в металлургической промышленности. По зтой причине установки по производству кокса (коксовые батареи) часто включают в состав металлургических заводов, а для обогрева коксовых печей применяют низкокалорийный доменный газ, получаемый в качестве побочного продукта в доменном процессе. Расход кокса достигает 0,8 т на 1 т чугуна. В этом процессе кокс выполняет функцию топлива и одновременно является источником оксида углерода, который восстанавливает железо из руды. Наряду с этим кокс можно использовать в качестве генераторного топлива для получения горючих газов методом газификации. [c.79]

    Каменный уголь также частично подвергают переработке для получения кокса, широко применяемого при выплавке чугуна в доменных печах и при производстве чугунного литья в вагранках. Попутно с коксом получается коксовый газ, используемый для оболрева сталеплавильных и других промышленных печей и применяемый также в качестве бытового топлива и сырья для получения водорода. В процессе коксования, кроме того, получают каменноугольную смолу, используемую для производства ряда химических продуктов от взрывчатых веществ до духов и фармацевтических П1репа ратов. Часть получаемой смолы применяют также в виде жидкого топлива в печах. [c.4]

    Более 95% мирового производства чугуна выплавляется в домнах (рис. 14.13), и поэтому в 50-х годах были начаты исследования по повышению экономичности доменного процесса. [c.580]

    Как видно из данных, приведенных в таблицах, из-за заниженных расходов энергии на доменное дутье и сырьевые материалы доменного процесса, а также в связи с не учитывающимся рядом факторов ТТЧ чугуна по методике [4.16] оказалось почти на 280 кг у.т. меньше, чем по нашей методике. Эти и другие факторы привели к неточностям в оценке полной энергоемкости различных сталеплавильных переделов. Таким образом у нас появляется возможность более достоверного анализа полных энергозатрат (ТТЧ) для самых различных технологических процессов и, как следствие — возможность оценивания рациональных путей использования ТЭР при производстве конечной продукции. Эта методика может быть использована при составлении энергетического прейскуранта всех основных материалов и оборудования. [c.252]

    Но в противоположность доменному процессу в литейном производстве расход кокса не имеет большого значения, так как топливо представляет лишь относительно малую часть стоимости ии1хты. Себестоимость ваграночного передела зависит преимущественно от брака литья, получающегося в результате недостаточной температуры чугуна. [c.216]

    При изучении доменного процесса и его химизма на основе знаний об окислительно-восстановительных реакциях можно применить кинофрагмент Получение чугуна в сочетании с красочной схемой Доменная печь . Это позволяет ознакомить учащихся со схемой доменного процесса, химизмом плавки, устройством и принципом действия колошников, воздухонагревателя и т. д. Кинофильмы Доменный процесс , Металлургия чугуна и стали , кинофрагменты Воздухонагреватель , Загрузка доменной печи , Устройство и работа доменной печи , киноколь-цовка Теплообмен в доменной печи могут найти применение на этапе закрепления знаний о производстве чугуна. Для ознакомления с производством стали целесообразно применить диафильмы Получение металлов из руд , диасерию Производство стали и чугуна , кинофрагменты и кинофильмы Применение кислорода в производстве стали , Устройство и работа мартеновской печи и др. [c.60]

    Смешанное использование приемов наложения и снятия изображений позволяет вскрывать и детально анализировать производственные процессы. Например, серия Металлургический комбинат полного цикла наглядно показывает систему основных и вспомогательных производств металлургического комбината. Уже транспарант 1 позволяет обратить внимание учашихся на основные виды сырья, используемого в черной металлургии (коксующийся каменный уголь и железная руда). Учитель рассказывает, как в процессе соответствующей переработки сырье превращается в кокс и агломерат. Рассказ можно сопровождать отдельными кадрами из диафильмов Получение металлов из руд или Производство чугуна , учебными картинами ( Коксохимический комбинат , Металлургический комбинат ). Транспарант 2, наложенный на 1-й, показывает дальнейший этап процесса кокс и агломерат поступают в доменный цех, загружаются в домны. И снова учитель использует фрагмент из диафильма о производстве чугуна . Следующий этап металлургического процесса — плавка стали. На экране — транспарант 3 и кадры из диафильма Производство и применение стали (загрузка сталеплавильной печи). Затем сталь перерабатывается в различные виды проката (транспарант 4), а отходы металлургического производства поступают на цементные заводы, азотнотуковые комбинаты, строительные предприятия (транспарант 5). Таким образом, при последовательном наложении всех пяти транспарантов на экране формируется наглядная схема металлургического комбината полного цикла. [c.131]

    Промышленное значение железа в эпоху бурного развития науки и техники особенно велико. Металлическое железо получают из кислородных руд восстановлением углем (коксом), оксидом углерода (И), водородом при высокой температуре. Такой процесс называют выплавкой. Сложность процесса выилавки железа состоит в том, что при температурах, которые дает горящий уголь, оно не плавится, а потому пе отделяется от сопутствующих примесей. Но при высокой температуре железо обладает способностью соединяться с углеродом (от 2 до 5% С), образуя чугун, который легко плавится при указанных температурах. Поэтому один из старейших способов производства железа из руды включает Две стадии первая — доменное производство чугуна из руды вторая — сталеплавильный передел чугуна, ведущий к уменьшению в металле содержания углерода и других примесей. [c.145]

    Применение. Кислород щироко применяют в промышленности для интенсификации многих процессов, в основе которых лежит кислородное окисление. В нашей стране более 60% производимого кислорода расходуется в черной и цветной металлургии для ускоре- ния доменного процесса, для переработки чугуна в сталь, для обогащения воздушного дутья при выплавке свинца. При добавлении кислорода к воздуху до 35% расход кокса при выплавке сплавов на основе железа (ферромарганца, ферросилиция и др.) снижается почти в два раза, а производительность печи становится вдвое больше. КиЬлород необходим для производства многих важных соединений (Н2504, НЫОз и т. д.),. в медицине, для газификации углей и мазута. [c.233]

    Необходимость развития научных основ коксования с целью совершенствования и технического перевооружения коксового производства диктуется повышенными требованиями потребителей к коксу. По прогнозам Международного института черной металлургии (1151, г. Брюссель) доменный процесс в ближайшие десятилетия остается основной технологией получения чугуна, причем систематически ведутся работы по его интенсификации и повьгшению экономичности путем применения повышенной температуры дутья, восстановительных газов, пылеугольного топлива и др. В связи с этим значительно возрастает роль кокса, особенно по прочности и крупности, для обеспечения необходимых условий ведения процесса. Поэтому перед коксохимической промышленностью поставлена весьма трудная и сложная задача, от решения которой в большой мере зависит дальнейший прогресс в черной металлургии, – разработать и осуществить рациональную систему развития техники и технологии производства, обеспечивающую получение высококачественного кокса в достаточном количестве. [c.9]

    Три скрап-процессе плавка ведется на твердой шяхте, состоящей главным образом из 60—80% стального лома я 15—40% чугуна. Скрап-процесс применяется на заводах, не имеющих доменного производства. [c.172]

    Анализ результатов расчетов ТТЧ продукции доменных цехов позволяет определить, что главное направление в экономии ТЭР при производстве чугуна—это повы-гпение содержания железа в гпихте, повышение ее качества и в конечном итоге — снижение удельного расхода гпихтовых материалов в доменном процессе. [c.276]

    За своеобразный эталон в черной металлургии России может быть принята энергоемкость производства стальных металлоизделий в интефированном (полном) металлургическом цикле, включающем доменную печь, конвертер, непрерывную разливку, прокат и механообработку [4.25]. Они составили около 1500 кг у.т./т продукции, при этом глобальный энергетический КПД составил = 0,6, т.е. 40 % энергии в этих процессах теряется. Львиную долю энергозатрат при этом составляет процесс производства чугуна — 900-1000 кг у.т./т продукции (см. табл. 4.5). [c.357]

    Подготовка рудного сырья, процессы окускования являются важнейшей стадией металлургического производства. До 90 % рудного сырья в черной и цветной металлургии подвергается предварительному измельчению и обогащению с последующим окомкованием. На современном этапе отмечаются явно выраженные тенденции к большему развитию этого передела, к увеличению затрат топлива на тепловую обработку и подготовку сырья. Производство стабильного высококачественного сырья для доменного процесса — агломератов и окатышей — позволяют улучшить технико-эшно-мические показатели работы доменных печей, добиться снижения удельных расходов дефицитного кокса и, как следствие, снизить как общие энергозатраты на получение продукции, так и себестоимость чугуна и проката. И в нашей стране, и во всем мире вопросам подготовки сырья и его тепловой обработки уделяется все большее внимание растут мощности агломерационных машин и машин для производства окатышей, совершенствуются тепловые схемы и режимы этих процессов, разрабатываются мероприятия, направленные на более эффективное использование топлива в процессах окускования. В черной металлургии расход топлива на подготовку рудного сырья составлял около 7 % от общего потребления топлива [9.12,9.13]. [c.147]

---

Извлечение железа с помощью доменной металлургии

Определить извлечение железа с помощью доменной металлургии?

Железо, извлеченное из железной руды, такой как гематит, содержащий оксид железа (III), Fe2O3, в доменной печи называется доменной металлургией с извлечением железа. В этой реакции восстановления кислород удаляется из оксида железа (III), оставляя железо.

Обычно извлечение металлов и их выделение основаны на трех основных процедурах. Шаги:

1.Концентрация руды

2. Извлечение металла из концентрированной руды и

3. Очистка металла

В следующей статье извлечение железа из руды в доменной печи описывается в свете этих трех основных этапов. Извлеченное железо используется по-разному, например, для строительства моста, дома и т. Д. Этот процесс очень важен в области металлургии.

Как происходит извлечение железа из руды?

Извлечение железа – это длительный процесс, который начинается с концентрирования через кальцинированный обжиг.Вода и другие летучие примеси, такие как сера и карбонаты, удаляются в процессе концентрирования. Концентрированная руда смешивается с известняком (CaCO3) и коксом и подается в доменную печь сверху. Добыча железа происходит в доменной печи. Это очень долгая и покорная процедура. Вышеупомянутый процесс помогает отделить полезные ингредиенты от отходов, таких как шлак.

Что такое кальцинирование?

Прокаливание – это процедура превращения руды в оксид путем ее сильного нагревания.Нагрев руды происходит ниже ее точки плавления либо в отсутствие воздуха, либо при контролируемой подаче. С помощью этого процесса карбонаты и гидроксиды превращаются в их соответствующие оксиды. Прокаливание также отделяет влагу и летучие примеси. Прокаливание также можно назвать термическим процессом, который используется для преобразования руд и других твердых материалов путем термического разложения. Слово «кальцинирование» произошло от латинского слова «calcinare», что означает «обжигать известь». Следовательно, разложение известняка (карбоната кальция) до извести (оксида кальция) и диоксида углерода происходит методом прокаливания.Продукты кальцинирования называются кальцинами.

CaCO3 = CaO + CO2

Что такое обжарка?

Обжиг – это метод металлургии. Он превращает руду в оксид, нагревая ее выше точки плавления в присутствии избытка воздуха. В то время как обжиг – это процесс, который используется для преобразования сульфидной руды, обжиг обычно используется для окисления карбонатов. Влага и неметаллические примеси из летучих газов извлекаются в процессе обжига.Окисление, восстановление, сульфатирование, хлорирование и пирогидролиз входят в термическую реакцию твердого тела и газа, которая является важной частью обжига.

Основным недостатком процесса является то, что при обжиге используются сульфиды, которые являются основным источником загрязнения воздуха. Кроме того, процесс выделения большого количества металлических, а также токсичных и кислотных соединений наносит вред окружающей среде. Когда сульфид цинка превращается в оксид цинка, это будет примером обжига.

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + CO2

В чем разница между прокаливанием и обжаркой?

Основные различия между прокаливанием и обжигом приведены в следующей таблице:

Прокаливание	Обжиг
Руда нагревается в отсутствие воздуха или воздуха. может поставляться контролируемым образом во время процесса обжига	Руда нагревается до температуры выше ее точки плавления в присутствии воздуха или кислорода во время процесса обжига
Термическое разложение карбонатных руд происходит в Прокаливание	Сульфидные минералы образуются во время обжига
Влага вытесняется из руды во время прокаливания	Обжиг не приводит к обезвоживанию руды
Углекислый газ извлекается во время прокаливания	Большое количество токсичных, металлических и кислотных соединений выделяется во время обжига

Что происходит в доменной печи?

Концентрированная руда восстанавливается до жидкометаллического состояния химическим способом в доменной печи.Доменная печь представляет собой гигантскую стальную шахту, параллельную огнеупорному кирпичу, где концентрированная руда, кокс и известняк сбрасываются сверху, а струя пара продувается снизу. Все три компонента измельчаются на маленькие круглые кусочки, смешиваются и помещаются в бункер, регулирующий подачу.

Горячий паровой воздух выдувается снизу, и кокс сжигается до температуры до 2200K. Максимальная часть тепла для этого процесса получается при сжигании кокса.Кокс реагирует с кислородом горячего воздуха с образованием окиси углерода (CO) при такой высокой температуре. После этого CO и тепло движутся вверх, встречаясь с сырьем, спускающимся сверху. Температура в верхней части доменной печи в конечном итоге ниже, чем 2200K в нижней части. Оксид железа (FeO) образуется при восстановлении гематита (Fe2O3) и магнетита (Fe3O4).

Следующие реакции происходят в доменной печи при 500-800K в верхней части с более низкими температурами:

3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2

Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2

В нижней части доменной печи (при 900-1500 К)

C + CO2 = 2 CO

3FeO + CO2 = Fe + CO2

Известняк также разлагается до CaO, который отделяет силикатную примесь руды в форма шлака.Его легко удалить из расплавленного чугуна. Приблизительно 3-4% углерода и небольшое количество многих других примесей, таких как сера, кремний и т. Д., Содержатся в чугуне, произведенном в доменной печи. То же называется чугун. Прочность резко снижается из-за примесей. Углерод играет ключевую роль в влиянии на баланс хрупкости и твердости железа. Вышеупомянутый компонент снова плавится с отходами железа и кокса для дальнейшего снижения содержания углерода в передельном чугуне. Он также подвержен воздействию горячего воздуха.Вышеупомянутый вид чугуна называется чугунным и содержит немного более низкое содержание углерода (2-3%). Чугун тверже чугуна.

Что такое кованое / ковкое железо?

Кованое железо – это самая чистая форма железа, доступная на рынке. Его получают путем нагрева чугуна в печи, футерованной гематитом (Fe2O3). Углерод реагирует с гематитом с образованием чистого железа и газообразного монооксида углерода, который улетучивается.

Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3 CO

После этого добавляется известняк в качестве флюса и образуется шлак.Различные примеси, такие как S, Si, переходят в шлак, а затем шлак можно легко удалить, чтобы получить чистое железо.

Вышеупомянутая процедура описывает извлечение железа в доменной печи. Это одно из самых важных явлений в контексте металлургии. Добытое железо можно использовать в нескольких секторах.

доменная печь | Infoplease

доменная печь, строение, используемое в основном для плавки. Принцип, включенный в этот способ извлечения металлов, заключается в восстановлении руды под действием монооксида углерода, т.е.е. удаление кислорода из оксида металла с целью получения металла. Домны различаются по конструкции. Тот, который используется для производства железа, представляет собой конструкцию, похожую на дымоход (обычно высотой 80–100 футов / 24–30 м), сделанную из железа или стали и облицованную огнеупорным кирпичом. Он сужается вверху, увеличивается в диаметре вниз, но снова внезапно сужается почти внизу, образуя очаг или тигель. Там улавливают мелкие расплавленные продукты. В печь сверху загружают определенное количество руды, кокса и флюса, в основном известняка.Предварительно нагретый сжатый воздух вводится снизу через трубы (фурмы), входящие непосредственно над топкой. Воздух проходит через заряд вверх. Кокс окисляется до двуокиси углерода, которая при высокой температуре превращается в окись углерода. Затем окись углерода восстанавливает руды и, принимая кислород, превращается в двуокись углерода. Этот газ вместе с неиспользованным оксидом углерода, азотом и другими составляющими первоначально введенного воздуха отводится по трубе из верхней части печи и, будучи все еще имеющим высокую температуру, используется для обогрева плит, в которые попадает свежий воздух. подается воздух для процесса.В ходе операции масса в печи расплавляется и опускается в тигель. Утюг опускается на дно; примеси, называемые шлаком, будучи более легкими, плавают сверху. Шлак отводится через трубу в верхней части тигля. В железе постукивают снизу и спускают в песчаные формы для затвердевания. Продукт известен как чугун или чугун (см. Чугун). Усилия по увеличению производительности привели к добавлению чистого кислорода и пара и калибровке руды для достижения лучшего контакта газа и твердого вещества.Флюс и руда иногда объединяются в окатыши. Чугун, полученный в доменной печи, превращается в сталь по бессемеровскому процессу. Обработка медной руды в доменной печи дает медный штейн, из которого удаляется только часть примесей. Обычно его дополнительно очищают электролитическими методами (см. Медь).

Колумбийская электронная энциклопедия, 6-е изд. Авторские права © 2012, Columbia University Press. Все права защищены.

См. Другие статьи в энциклопедии: Металлургия и горнодобывающая промышленность: термины и концепции

Работа доменной печи – обзор

14.1.1 Процесс спекания мелочи железной руды

Как и другие процессы агломерации, спекание железной руды преобразует мелочь железной руды с размером частиц – 8 мм в более крупные агломераты, а именно агломерат с размером частиц от 5 до 50 мм, которые обладают физическими и металлургическими характеристиками. газопроницаемость, необходимая для эффективной работы доменной печи. Как показано на рисунке 14.1, спекание железной руды осуществляется в три этапа: подготовка сырья, зажигание и обжиг, а также охлаждение.

Рисунок 14.1. Принципиальная схема, показывающая поток материала в аглофабрике (Anon 1, 2014).

Процесс спекания начинается с приготовления агломерационной смеси, состоящей из мелочи железной руды, флюсов, твердого топлива (называемого в Японии связующим веществом), такого как коксовая мелочь, и мелочи, возвращаемой с аглофабрики и доменной печи, а также переработанного железистого материала. материалы из последующих процессов производства чугуна и стали. После перемешивания во вращающемся барабане к смеси добавляют воду.Гранулирование осуществляется в том же или другом вращающемся барабане путем управления влажностью и движением частиц агломерационной смеси, иногда с помощью связующих, с образованием агломератов агломерационной смеси или гранул (также называемых микропеллетами, квазичастицами или псевдочастицами). ). Эти гранулы намного крупнее по сравнению с исходной агломерационной смесью и способствуют достижению оптимальной проницаемости агломерационной смеси в процессе спекания.

Увлажненные гранулы агломерационной смеси затем загружаются на глубину обычно 0 °.5–1 м на агломерационной нити, которая представляет собой непрерывную решетку, движущуюся непрерывно со скоростью обычно 2–3 м / мин. Агломерационная нить обычно имеет ширину около 4–6 м с эффективной площадью спекания до 600 м ² и обычно покрыта слоем спекшегося агломерата, отсеиваемого от агломерата в качестве материала подстилки для защиты решеток. . После загрузки и выравнивания гранул на агломашине агломерационный слой проходит через ряд газовых или масляных горелок, которые нагревают гранулы и воспламеняют частицы кокса на поверхности агломерационного слоя.Тепло, генерируемое при сгорании частиц кокса, продолжает повышать температуру последовательных слоев агломерационного слоя, чтобы образовать фазу расплава сначала из прилипшей мелочи, а затем за счет ассимиляции крупных зародышевых частиц, которые при охлаждении затвердевают в матрицу агломерата, которая связывает первоначально рыхлые частицы железной руды превращаются в куски клинкероподобного материала. Максимальная температура горящего слоя кокса (также называемого фронтом пламени) достигает примерно 1300–1375 ° C. Нисходящее всасывание, применяемое к слою агломерата, помогает предварительно нагреть воздух, всасываемый сверху, охладить спеченный слой, а также нагреть и воспламенить частицы кокса в слое ниже фронта пламени.Это позволяет спеканию гранул железной руды на решетке двигаться вниз вместе с фронтом пламени, в то время как решетка движется горизонтально к точке разгрузки жгута. Скорость агломерата и поток газа регулируются таким образом, что «прожиг» (то есть точка, в которой фронт пламени достигает основания агломерата) происходит непосредственно перед выпуском горячего агломерата.

В конце стренги спеченный продукт в виде корки падает с решетки в дробилку горячего агломерата (первичную дробилку), где горячий спек измельчается до заданного верхнего размера частиц, как правило, 150–200 мм.Горячий измельченный агломерат иногда просеивают для удаления мелких частиц горячего возврата, а затем выгружают в прямой или кольцевой охладитель, который охлаждает агломерат примерно до 150 ° C. После охладителя крупные частицы агломерата размером более 50–75 мм обычно измельчаются вторичной дробилкой и транспортируются на станцию ​​просеивания, где разделяются агломерат продукта, материал пода и возвратная мелочь. Возвратная мелочь, которая слишком мелкая и не подходит для использования в доменных печах (обычно имеет размер частиц 5 мм или меньше), направляется обратно в бункер для повторного использования в процессе спекания.

Отходящий газ из выбранных зон агломашины иногда смешивается с более холодными отходящими газами и / или окружающим воздухом и рециркулируется в агломашину с помощью системы рециркуляции дымовых газов спекания или системы спекания с оптимизацией выбросов (EOS®). Этот процесс не только позволяет сэкономить на связующих веществах за счет дожигания CO и рециркулируемого тепла, но также снижает объем отходящего газа и выбросы аглофабрики. Для получения подробной информации о EOS® и системах рециркуляции дымовых газов спекания, пожалуйста, обратитесь к Главе 18, посвященной выбросам при спекании и технологиям их снижения.Отходящий газ из других зон агломерационной машины обрабатывается серией этапов обработки после этапа первичного обеспыливания (например, с помощью электрофильтра или мультициклонов) для уменьшения содержания пыли, кислых газов, а также вредных металлических и органических компонентов. . Селективное каталитическое восстановление, где V ₂ O ₅ используется в качестве катализатора для восстановления NO _x в N ₂ , часто применяется для удаления NO _x в отходящем газе. Удаление SO _x достигается за счет установки оборудования для десульфуризации дымовых газов агломерации.В дополнение к традиционным системам мокрого типа, использующим известняк / известь, Mg (OH) ₂ или аммиак в качестве абсорбента, в настоящее время используются системы обессеривания сухого типа, использующие адсорбцию активированного кокса. Эти системы не только эффективны для обессеривания, но также эффективны для удаления NO _x и диоксинов.

Металлургических шлаки – рентгеновский флуоресцентный – РФ

Выберите страну / регион *

Выберите страну / regionUnited StatesCanadaAfghanistanAlbaniaAlgeriaAmerican SamoaAndorraAngolaAnguillaAntarcticaAntigua и BarbudaArgentinaArmeniaArubaAustraliaAustriaAzerbaijanBahamasBahrainBangladeshBarbadosBelarusBelgiumBelizeBeninBermudaBhutanBoliviaBosnia и HerzegovinaBotswanaBouvet IslandBrazilBritish Индийского океана TerritoryBrunei DarussalamBulgariaBurkina FasoBurundiCambodiaCameroonCape VerdeCayman IslandsCentral африканского RepublicChadChileChinaChristmas IslandCocos (Килинг) IslandsColombiaComorosCongoCongo, Демократическую Республику ofCook ОстроваКоста-РикаКот-д’ИвуарХорватияКубаКипрЧешская РеспубликаДанияДжибутиДоминикаДоминиканская РеспубликаВосточный ТиморЭквадорЭгипетЭль-СальвадорЭкваториальная ГвинеяЭритреяЭстонияЭфиопияФолклендские (Мальвинские) острова (Мальвинские) Фарерские острова (Мальвинские острова) Фарерская республика ФиджиФранция МаврикияГерманияФранция Мексика naGibraltarGreeceGreenlandGrenadaGuadeloupeGuamGuatemalaGuineaGuinea-BissauGuyanaHaitiHeard и McDonald IslandsHoly Престол (Ватикан) HondurasHong KongHungaryIcelandIndiaIndonesiaIran (Исламская Республика) IraqIrelandIsraelItalyJamaicaJapanJordanKazakstanKenyaKiribatiKorea, Корейские Народно-Демократической RepKorea, Республика ofKuwaitKyrgyzstanLao Народный Демократической RepLatviaLebanonLesothoLiberiaLibyan Arab JamahiriyaLiechtensteinLithuaniaLuxembourgMacauMadagascarMalawiMalaysiaMaldivesMaliMaltaMarshall IslandsMartiniqueMauritaniaMauritiusMayotteMexicoMicronesia, Федеративные StatesMoldova, Республика ofMonacoMongoliaMontserratMoroccoMozambiqueMyanmarNamibiaNauruNepalNetherlandsNetherlands AntillesNew CaledoniaNew ZealandNicaraguaNigerNigeriaNiueNorfolk IslandNorthern Mariana IslandsNorwayOmanPakistanPalauPanamaPapua Нового GuineaParaguayPeruPhilippinesPitcairnPolandPortugalPuerto RicoQatarReunionRomaniaRussian FederationRwandaSaint HelenaSaint Китс и НевисСент-ЛюсияСент-Пьер и МикелонСамоа MarinoSao Tome и PrincipeSaudi ArabiaSenegalSeychellesSierra LeoneSingaporeSlovakiaSloveniaSolomon IslandsSomaliaSouth AfricaSpainSri LankaSth Georgia & Sth Sandwich Институт социальных Винсент и GrenadinesSudanSurinameSvalbard и Ян MayenSwazilandSwedenSwitzerlandSyrian Arab RepublicTaiwan, провинция ChinaTajikistanTanzania, Объединенная Республика ofThailandTogoTokelauTongaTrinidad и TobagoTunisiaTurkeyTurkmenistanTurks и Кайкос IslandsTuvaluUgandaUkraineUnited Арабские EmiratesUnited KingdomUruguayUS Малые отдаленные IslandsUzbekistanVanuatuVenezuelaVietnamVirgin острова (Британские) Виргинские острова ( U.S.) Острова Уоллис и Футуна Западная Сахара ЙеменЮгославия Замбия Зимбабве

Перспективы использования кислорода в доменной плавке

Использование технологического кислорода в отечественной черной металлургии было одной из самых горячих дискуссий за последнюю четверть века. В отличие от черной металлургии в промышленно развитых странах Запада, где экстенсивное использование технологического кислорода, естественно, последовало за внедрением основной кислородной печи (кислородного конвертера) для выплавки стали – первого шага, предпринятого в нашей стране для увеличения производства Технологический кислород был связан с работой взрывных печей на комбинированном дутье.В целом, широкое использование кислорода в отечественной металлургии было следствием более широкой тенденции в национальной экономике, которая уделяла максимальное внимание интенсификации производственных операций в тяжелой промышленности. В связи с этим в период 1960-1970 гг. Металлурги разработали высокопроизводительные процессы, основанные на использовании дутья, обогащенного кислородом, и оборудования, необходимого для выполнения этих операций (кислородное спекание является примером этих процессов, в то время как горелки для сжигания различных виды топлива служат одним из примеров вышеупомянутого оборудования).До этого периода несколько металлургических комбинатов обладали «избыточными» мощностями по производству кислорода, и было предложено использовать кислород для ускорения сгорания топлива на электростанциях. В течение 1980-х годов проблема использования комбинированного дутья в доменных печах широко обсуждалась в технической литературе (например, в период 1980-1982 годов журнал «Сталь» проводил форум на эту тему). Большинство специалистов считали, что лучше всего, если плавка в доменных печах в этой стране будет проводиться с использованием высокопараметрического комбинированного дутья с более чем 40% кислорода и природного газа, подаваемого с расходом 200 м 3 / тонну скребка.В то же время некоторые предприятия отрасли, в первую очередь Новолипецкий и Чреповецкий металлургические комбинаты, получили стабильные рабочие параметры доменных печей за счет использования дутья, содержащего 33-36% кислорода, и закачки природного газа с расходами до 180 м 3 / т. свинья. Однако такая практика увеличивала общие затраты на топливо (выраженные в условных единицах) в связи с неизбежным искажением температурного профиля печи и тем фактом, что H 2 и CO, вводимые в печь природным газом, были преобразованы из восстановителей. в теплоносители.Исследования данной проблемы многочисленными учеными в начале 1990-х годов позволили определить и теоретически обосновать предельные параметры для комбинированных взрывов, исходя из их экономической целесообразности. Большинство исследователей пришли к выводу, что предельные рентабельные параметры комбинированного взрыва следующие для условий зарядки, типичных для европейской части России: содержание кислорода 30-33%; расход природного газа 120-150 м 3 / т свин. Однако ни один ученый у нас и за рубежом еще не определил целесообразность использования технологического кислорода в черной металлургии с точки зрения общей стоимости всех необходимых ресурсов – сырья и энергоносителей.Московский государственный институт стали и сплавов разработал и успешно применяет [1-4] метод, который использует экологические и ресурсные критерии для систематической оценки эффективности технологий, используемых в черной металлургии для производства проката и чугуна [2, 3]. Метод основан на принципе сбалансированной оценки производственных операций, начиная с добычи всех видов природных ресурсов и заканчивая получением готового продукта. Здесь учитываются все виды промышленной переработки.Затраты на материалы, энергию и выбросы в окружающую среду

Влияние содержания Al2O3 на плавление и текучесть шлака доменного типа с низким содержанием TiO2

Растущее использование железной руды с высоким содержанием Al ₂ O ₃ значительно увеличивает количество Al ₂ O ₃ в доменном шлаке и, следовательно, влияет на его производительность. В данной работе используются пробы шлака, отобранные на месте, для изучения влияния изменений содержания Al ₂ O ₃ на текучесть CaO – SiO ₂ –Al ₂ O ₃ –MgO – TiO ₂ шлаковая система, характеризующаяся высоким содержанием Al ₂ O ₃ и низким содержанием TiO ₂ , а также законом фазового перехода в процессе охлаждения.Вязкость шлака имеет тенденцию к увеличению с увеличением содержания Al ₂ O ₃ , а Al ₂ O ₃ в испытанном шлаке является щелочным. Энергия активации вязкого течения расплавленного шлака возрастает с 157 кДж / моль до 172 кДж / моль с увеличением содержания Al ₂ O ₃ , а единицы вязкого течения в шлаке становятся большими и сложными. При охлаждении шлака основной выпавшей фазой является мелилитит. Встречаются также шпинель, перовскит и оливин.Степень кристаллизации фазы мелилитита постоянно уменьшается с увеличением содержания Al ₂ O ₃ .

1. Введение

По мере того, как минеральные ресурсы становятся дефицитными, типы железной руды, закупаемой сталелитейными компаниями, стали разнообразными, а их состав – сложным. Рациональное смешивание руды и рентабельное производство чугуна при соблюдении ориентированных на выгоду руководящих принципов имеют решающее значение для предприятий. Al ₂ O ₃ Содержание в шлаке увеличилось, в то время как содержание руд, подаваемых в большинство домашних доменных печей, было повышено из-за увеличения потребления импортных полезных ископаемых, таких как австралийские и индийские руды [1–6].Следовательно, термостойкость доменного шлака колеблется и существенно влияет на работу доменной печи. Между тем, количество вдувания доменного угля непрерывно увеличивается, а количество доменного шлака постепенно уменьшается, учитывая, что металлургический метод для доменной печи постоянно усиливается. Следовательно, для вдувания доменного угля используются недорогие неметаллургические угли. По сравнению с традиционными углями, этот тип угля содержит значительное количество пустых минералов, таких как SiO ₂ и Al ₂ O ₃ , что в конечном итоге приводит к содержанию Al ₂ O ₃ в доменном шлаке. постоянно увеличиваться.

По мере увеличения содержания в шлаке Al ₂ O ₃ фаза шпинели с высокой температурой плавления, которая является особенностью высокой способности кристаллизации, может легко образовываться в шлаке, что приводит к тому, что доменный шлак демонстрирует высокую вязкость и плохая текучесть и, в конечном итоге, приводит к снижению металлургических показателей шлака [7–10]. Большинство отечественных предприятий регулируют количество MgO / Al ₂ O ₃ в сырье для доменных печей, регулируя долю MgO при спекании и, соответственно, подавляя отрицательное влияние повышенного содержания Al ₂ O ₃ на плавку.Park et al. [11, 12] показали, что Al ₂ O ₃ проявляет амфотерный характер в шлаковой системе CaO – SiO ₂ –Al ₂ O ₃ –MgO. Когда содержание Al ₂ O ₃ и MgO в шлаке низкое, вязкость шлака сначала имеет тенденцию к повышению, а затем тенденцию к снижению с увеличением содержания Al ₂ O ₃ . Kim et al. [13] сообщили, что Al ₂ O ₃ представляет собой амфотерный оксид, который является либо основным оксидом, модифицирующим сетку, либо кислотным оксидом, образующим сетку, в зависимости, главным образом, от общего состава шлака.Однако, когда доменный шлак содержит небольшое количество TiO ₂ , влияние Al ₂ O ₃ на CaO – SiO ₂ –Al ₂ O ₃ –MgO – TiO _{2 Система шлака} остается неясной. Для решения этой проблемы в настоящем исследовании в основном исследуется влияние повышенного содержания Al ₂ O ₃ на плавление и текучесть доменного шлака с низким содержанием TiO ₂ .

2. Экспериментальная

2.1.Экспериментальная установка и процесс

В эксперименте с вязкостью шлака использовали систему проверки вращательной вязкости. Экспериментальная установка показана на рисунке 1. Используемый в эксперименте графитовый тигель имеет диаметр 50 мм и глубину 100 мм. Глубина шлака, помещенного в графитовый тигель, составляет 50 мм. Диаметр вращающейся испытательной головки 12 мм, высота 20 мм. Вращающаяся испытательная головка показана на рисунке 2. Во время эксперимента зависимость вязкости от температуры была получена путем измерения вязкости при понижающейся температуре, а снижение температуры контролировали со скоростью 2 ° C / мин.Вязкостно-температурное испытание было завершено, когда вязкость увеличилась до 20 Пуаз или резко изменилась.

2.2. Подготовка образца

Шлак, использованный в эксперименте, был полусинтетическим. Изменение состава было достигнуто после смешивания шлака на месте с химическими реагентами. Все использованные химические реагенты были аналитической чистотой более 99%. Детали экспериментальной схемы представлены в таблице 1. В ходе эксперимента 250 г шлака нагревали до 1500 ° C в доменной печи в течение 3 часов.В течение этого периода шлак перемешивали каждые 15 минут, чтобы обеспечить его равномерный состав. После проведения испытания на вязкость температуру повысили до 1450 ° C и поддерживали в течение 30 мин. Затем молибденовый тигель был немедленно извлечен из печи и закален водой для получения шлака в стеклообразном состоянии и фиксации структуры шлака, образовавшегося при высокой температуре.

Номер CaO SiO 2 Al 2 O 3 M MnO TiO 2 CaO / SiO 2 MgO / Al 2 O 3 (1) 37.75 32,01 15,00 9,33 0,71 0,34 3,92 1,18 0,62 (2) 36,83 31,23 18,00 9,10 0,63 3,82 1,18 0,51 (3) 35,48 30,08 21,00 8,78 0,67 0,32 3.67 1,18 0,42 (4) 34,13 28,94 24,00 8,43 0,66 0,31 3,54 1,18 0,35 3. Результат и обсуждение 3.1. Влияние содержания Al 2 O 3 на вязкость На рис. 3 показана вязкостно-температурная кривая доменного шлака при различных содержаниях Al 2 O 3 .Как показано на рисунке, вязкость доменного шлака демонстрирует постоянную тенденцию к снижению с повышением температуры, и на кривых зависимости вязкости от температуры возникает точка поворота при различных содержаниях Al 2 O 3 . Эти результаты показывают, что шлак с низким содержанием TiO 2 –CaO – SiO 2 –Al 2 O 3 –MgO – TiO 2 является кислым. Вязкость доменной печи демонстрирует тенденцию к увеличению с увеличением содержания Al 2 O 3 .Эта тенденция к повышению очевидна, когда температура ниже 1400 ° C, главным образом потому, что Al 2 O 3 становится кислым с постепенным уменьшением содержания MgO / Al 2 O 3 в доменном шлаке. Это условие приводит к тому, что микроструктура доменного шлака трансформируется в сложную сетчатую структуру и, как следствие, увеличивает вязкость шлака. Температура точки излома при различном содержании Al 2 O 3 (рис. 4) была получена путем установки температуры в точке поворота кривой зависимости вязкости от температуры в качестве температуры точки излома доменного шлака.Температура точки касания касательной линии 135 ° была получена как «точка излома», когда кривая перехода от низкой вязкости к быстро возрастающей вязкости не очень резкая. Как показано на рисунке 4, температура точки разрыва доменного шлака демонстрирует линейную тенденцию к увеличению с увеличением содержания Al 2 O 3 , тем самым показывая, что минимальная температура, при которой шлак может свободно течь, постепенно увеличивается. Следовательно, температура пода должна быть повышена во время плавки, чтобы превысить температуру плавления шлака в данный момент, чтобы обеспечить бесперебойную работу доменной печи и нормальную выгрузку шлака. 3.2. Влияние Al 2 O 3 на кажущуюся энергию активации Вязкому потоку доменного шлака препятствует его внутренняя структура. Расстояние и взаимодействие между частицами в расплавленном шлаке такие же, как и в кристалле. На каждую частицу действует сила связи соседних частиц. То есть каждая частица встречает определенный потенциальный барьер. В случае сбалансированного состояния потенциальная энергия частицы мала. Таким образом, достаточно энергии необходимо, чтобы преодолеть потенциальный барьер, активировать частицы и заставить их течь.Вязкий поток шлака не приведет к расщеплению связей, но может заставить атомы перемещаться из одного уравновешенного положения в другое. Следовательно, энергия активации должна действовать как сила, заставляющая расплавленные частицы двигаться линейно [11]. В системе силикатного шлака комплексные ионы кремнезема значительно больше, чем положительные ионы. То есть должна быть увеличена энергия активации вязкого течения. Следовательно, становится основной единицей вязкого течения в расплавленном шлаке. Изменение состава шлака приводит к его распаду или агрегации.Следовательно, при изменении структуры вязкость расплавленного шлака может соответственно уменьшаться или увеличиваться. Хотя температура не изменяет энергию активации вязкого потока, повышенная температура и увеличенная кинетическая энергия частиц позволяют увеличивать количество частиц с энергией активации вязкого потока. Одновременно комплексные ионы, вероятно, могут распадаться на небольшие единицы потока из-за усиленной тепловой вибрации и деления связей между частицами. Соответственно снижается вязкость. Вязкость расплавленного шлака может быть выражена в форме соотношения Аррениуса [14] следующим образом: где – вязкость расплавленного шлака, обозначает предэкспоненциальный коэффициент, – температура расплавленного шлака, относится к энергии активации вязкого расход, а – постоянная идеального газа. На этом этапе расплавленный шлак состоит из дискретных структурных единиц ионов, и его энергия активации вязкого потока тесно связана с ионами, ионными соединениями и силой, действующей между ионами.Повышенная кинетическая энергия частиц позволяет количеству частиц также изменяться с температурой, поскольку тип и размер иона могут изменяться с температурой. Соотношение Уэймана – Франкеля часто используется для отражения изменений, и значительные экспериментальные данные показывают, что это соотношение более применимо, чем соотношение Аррениуса. Соотношение Уэймана – Франкеля [14] представлено следующим образом: Логарифм вычисляется для обеих частей предыдущего уравнения следующим образом: Когда изменяется незначительно, почти не изменяется и линейно коррелирует с.После проведения подгонки по фиксированной вязкости и обратной зависимости температуры была получена энергия активации вязкого течения шлакового компонента в соответствии с наклоном. На рисунке 5 показаны результаты аппроксимации и изменения рассчитанной энергии активации вязкого течения вместе с содержанием Al 2 O 3 , когда бинарная основность находится в CaO – SiO 2 –Al 2 O 3 –MgO – TiO 2 шлаковая система. Кроме того, релевантность линейной подгонки составляет.Судя по наклону аппроксимированной кривой, энергии активации вязкого течения шлака составляют 157, 166, 168 и 172 кДж / моль, когда содержание Al 2 O 3 изменяется с 15% до 24%. Это открытие указывает на то, что энергия активации имеет тенденцию к увеличению с уменьшением содержания MgO / Al 2 O 3 в основном потому, что количество MgO недостаточно для баланса Al 2 O 3 , когда Al 2 O 3 содержание увеличивается. Следовательно, Al 2 O 3 становится щелочным и образует и другие сложные агломераты с отрицательными ионами.Единицы вязкого течения в шлаке становятся большими и сложными, и для движения требуется увеличение энергии активации вязкого течения. 3.3. Влияние Al 2 O 3 на поведение кристаллизации Модуль Equip программы термодинамических расчетов Factsage 6.5 принят для термодинамического расчета кристаллизации доменного шлака. Кроме того, при вычислении используются две базы данных, а именно Fact53 и FToxide.Распространение во время вычислений происходит очень быстро, и вся система сбалансирована. На рисунке 6 показано фазовое выделение во время процесса кристаллизации при охлаждении CaO – SiO 2 –Al 2 O 3 –MgO – TiO 2 шлаковая система при различном содержании Al 2 O 3 . Этот рисунок показывает, что основная выделившаяся фаза – это мелилитит. Кроме того, наблюдаются шпинель, перовскит и оливин. Изменение твердой фракции показано в таблице 2 с температурой [(твердой фракции) /] при температуре точки разрыва.Кристаллические фазы экспериментальной шлаковой системы были проанализированы с помощью XRD, как показано на рисунке 7. Можно видеть, что фазовая информация экспериментальной шлаковой системы составляет 2CaO · Al 2 O 3 · SiO 2 . 4 Al 2 O 3 содержание /% 15 18 21 24 Температура точки излома / ° C 1358 1370 1378 1386 Твердая фракция /% 53 45 42 39 Рисунок 8 иллюстрирует изменения температуры кристаллизации основной фазы с Al 2 O 3 содержания в CaO – SiO 2 –Al 2 O 3 –MgO – TiO 2 шлак система.Температуры кристаллизации мелилитита, перовскита и оливина имеют тенденцию к повышению, особенно перовскита. Напротив, температура кристаллизации шпинели имеет тенденцию к снижению. Эти результаты в основном объясняются тем, что несколько фаз с низкой температурой плавления превращаются в фазы с высокой температурой плавления, а фаза мелилитита превращается в фазу шпинели, обогащенную Al 2 O 3 , с увеличением содержания Al 2 O 3 содержание. Согласно термодинамическому расчету, можно обнаружить, что основной выделившейся фазой является мелилитит в процессе кристаллизации при охлаждении CaO – SiO 2 –Al 2 O 3 –MgO – TiO 2 шлаковая система.На рис. 9 показаны изменения степени кристаллизации фазы мелилитита в зависимости от температуры при различном содержании шлака Al 2 O 3 . Как показано на рисунке, количество кристаллизованного мелилитита непрерывно увеличивается и может достигать 80% при понижении температуры. Скорость кристаллизации мелилитита чрезвычайно высока в диапазоне температур от 1325 ° C до 1450 ° C, но после этого скорость кристаллизации становится стабильной. Кроме того, температура демонстрирует тенденцию к повышению с увеличением содержания Al 2 O 3 , когда скорость кристаллизации фазы мелилитита замедляется.Когда температура ниже 1380 ° C, степень кристаллизации фазы мелилитита имеет тенденцию к увеличению с увеличением содержания Al 2 O 3 , если температура остается неизменной. Когда температура выше 1380 ° C, степень кристаллизации фазы мелилитита имеет тенденцию к снижению с увеличением содержания Al 2 O 3 , если температура остается неизменной. 4. Выводы В данном исследовании используется метод ротационного вискозиметра для измерения вязкости CaO – SiO 2 –Al 2 O 3 –MgO – TiO 2 система доменного шлака и исследуется влияние изменений содержания Al 2 O 3 на текучесть доменного шлака и на закон фазового перехода в процессе остывающей кристаллизации.Основные выводы представлены следующим образом: (1) В случае CaO / SiO 2 = 1,18, вес (TiO 2 ) <4% и вес (Al 2 O 3 )> 15 % вязкость шлака имеет тенденцию к увеличению с увеличением содержания Al 2 O 3 , а температура плавления повышается с 1357 ° C до 1385 ° C, показывая тем самым тенденцию линейного роста. (2) Соотношение Веймана – Франкеля используется для анализа энергии активации вязкого течения жидкого шлака.Энергия активации вязкого течения расплавленного шлака возрастает со 157 кДж / моль до 172 кДж / моль с увеличением содержания Al 2 O 3 . Единицы вязкого потока также становятся большими и сложными. (3) Программа термодинамических расчетов Factsage используется для термодинамических расчетов законов кристаллизации при охлаждении. Основной фазой, выделяющейся в процессе охлаждения шлака, является мелилитит. Встречаются также шпинель, перовскит и оливин. Изменения содержания Al 2 O 3 существенно влияют на кристаллизационные свойства мелилитита. Конфликт интересов Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи. Благодарности Авторы выражают признательность Национальному фонду естественных наук Китая (№ 51604054), Программе научных и технологических исследований муниципальной комиссии по образованию Чунцина (№ KJ1601331) и Исследовательскому фонду Чунцинского университета науки и технологий. (№№ CK2015B08, CK2016Z04). Описание процесса доменной печи | HeatTreatConsortium.com Доменная печь: описание процесса Предоставлено Davy International. Оборудование Технология сжигания Потребление энергии Описание процесса Тенденции НИОКР Доменные печи обычно представляют собой высокие стальные сосуды шахтного типа высотой до десяти этажей, облицованные изнутри огнеупорным кирпичом и расположенные над горным тиглем.Необходимая шихта для производства жидкого чугуна состоит из железосодержащих материалов, кокса и флюса. Шихта вводится в топку вверху. Струи нагретого воздуха от больших доменных печей и в большинстве случаев газообразного, жидкого или порошкообразного топлива вводятся в печь через отверстия (фурмы) в нижней части шахты прямо над подовым тиглем. Когда горячий воздух встречает кокс, кокс сгорает вместе с впрыснутым топливом, выделяя необходимое тепло и восстанавливающий газ для удаления кислорода из руды в процессе восстановления.По мере плавления железо опускается и накапливается в тигле. Расплав передельного чугуна и шлака сливают из тигля через разные выпускные отверстия. Газ, выходящий из верхней части печи, проходит процесс очистки. Очищенный горячий газ затем используется в других операциях установки, например. для предварительного нагрева дутьевого воздуха, в то время как собранная пыль отправляется в агломерационную установку для повторного использования в доменную печь. После розжига доменная печь горит непрерывно, пока не потребуется замена футеровки (примерно 5-6 лет). Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Рубрики Винторезные станки Вопросы и ответы Карусельные станки Советы мастера Станок 1М63 Токарные станки Фрезерные станки Разное