Как устроена доменная печь: устройство, принцип работы, выплавка, производство металла

alexxlab | 22.01.1983 | 0 | Разное

Содержание

История возникновения доменной печи | Великие открытия человечества

Еще в древние времена человек научился добывать железо в сыродутных печах. Такой способ применялся в течение многих веков и полностью удовлетворял потребности производства. Для этих целей вполне хватало легкоплавких руд, в изобилии встречающихся на поверхности земли. Однако уже в средние века потребность в железе стремительно возросла и возникла необходимость в использовании тугоплавких руд. Чтобы извлечь железо из такой руды, необходима была очень высокая температура плавки. Повысить температуру можно было путем увеличения высоты печи либо за счет усиления дутья.

Таким образом, на смену сыродутной печи пришла новая плавильная печь, названная штукофена. Более высокая и значительно более усовершенствованная штукофена стала началом на пути к созданию доменной печи. Несмотря на то, что не изменился процесс добычи железа из руды, наблюдался явный прогресс. Закрытая шахта в штукофенах позволяла концентрировать тепло, а благодаря высоте, достигающей 3,5 м, плавка стала равномернее и полнее, увеличился коэффициент использования руды.

В штукофенах получали три вида железного сырья: сталь, ковкое железо и чугун. Все три вида представляют собой сплав химического железа и углерода. Различие между ними состоит в количестве содержащегося в них углерода. Так, содержание углерода в стали составляет до 1,7%, в ковком железе — менее 0,04%, в чугуне — более 1,7%. Количество углерода в металле оказывает огромное влияние на их свойства. Например, железо является мягким, хорошо поддающимся ковке металлом, а чугун, напротив, хрупкий и твердый, не поддается ковке. Сталь — очень твердая, имеет отличные режущие качества.

Тугоплавким рудам необходимо было более сильное дутье. К концу XIV века плавильные печи были усовершенствованы гидравлическими двигателями, которые приводили в действие кожаные меха. Благодаря этому усилилось дутье, что отразилось на всем процессе. Температура в печи стала настолько высокой, что при восстановлении железа из руды большая его часть стала превращаться в чугун. Вначале это неприятно поразило мастеров, так как новый металл не поддавался ковке, не сваривался, был хрупкий и не пригоден для изготовления из него прочных инструментов, острого оружия.

Доменная печь

Чтобы не выбрасывать негодный материал, чугун стали выбирать из шлака, добавлять к руде и пускать на повторную плавку. Так было положено начало величайшему открытию в металлургии — переделочному процессу. Неожиданно мастера обнаружили, что после усиленного дутья чугун превращается в кричное железо, причем, по своим свойствам и качеству он нисколько не уступал железу, полученному из руды, но был даже лучше. На плавку чугуна уходило меньше времени и требовалось меньше топлива. Расплавленный чугун проще выпустить из печи, чем твердую крицу. Благодаря отличным литейным качествам из чугуна стали отливать ядра, отдельные части пушек, печные котлы, молоты и другую продукцию. Так было положено начало величайшему открытию в металлургии — переделочному процессу. Правда, широчайшее применение он получил в XVI веке с появлением доменных печей.

Важным шагом к доменной печи стало появление блауофен — поддувных печей. Они были значительно выше штукофены (5-6 м) и позволяли совершать непрерывный процесс плавки при довольно высокой температуре. Они позволяли одновременно получать железо и чугун. Наконец появилась идея сделать процесс плавки двухступенчатым. Блауофены были усовершенствованы, они превратились в доменную печь, или как ее часто называют, домну, предназначенную для получения чугуна. Переделочный процесс получил окончательное признание.

Двухступенчатый процесс плавки начал быстро вытеснять сыродутный процесс. На первой стадии, называвшейся доменным процессом, из руды выплавляли чугун. Вторая стадия, получившая название кричного передела, заключалась в переплавке чугуна в железо. Первые домны появились в Вестфалии примерно во второй половине пятнадцатого века. Они отличались от блауофенов большей высотой шахты, большим объемом верхней части шахты и более мощным воздуходувным аппаратом. Вначале домны были с закрытой грудью, позже стали строить домны с открытой грудью. Производительность домны высотой 4,5 м достигала 1600 кг в день. Процесс переработки чугуна происходил в кричном горне. Вначале загружали древесный уголь и подавалось дутье. Когда древесный уголь разгорался, возле сопла ложили чугунные чушки. Чугун плавился и стекал вниз. Проходя против фурм, он терял часть углерода. В результате получали малоуглеродистое железо тестообразной консистенции. Это железо подавали к соплу. Под действием дутья выгорала большая часть углерода, а мягкий, легко сваривающийся металл оседал на дно горна. Образовавшуюся на дне горна крицу, весом от 50 до 100 и больше килограмм, извлекали и проковывали под молотом для уплотнения и удаления жидкого шлака. Коэффициент извлечения готового кричного железа достигал 90-92% от веса чугуна. Кричное железо было более высокого качества, чем сыродутное из-за меньшего содержания шлака.

Доменная печь

Благодаря двухступенчатому процессу в несколько раз возросла производительность труда, что позволило удовлетворить возросший спрос на металл. Однако вскоре в металлургии наметилась проблема нехватки топлива. В результате использования древесного угля вырубались десятки тысяч гектаров леса. Остро встал вопрос поиска и применения в плавке нового вида топлива. В 1619 году Додлей первым заменил древесный уголь на каменный. Большим недостатком каменного угля было наличие в нем серы, что мешало хорошей выделке железа. Лишь в 1735 году Дерби предложил поглощать серу, используя негашеную известь во время термической обработки каменного угля в закрытых тиглях. Таким образом был получен кокс. С этого момента каменный уголь нашел широкое применение.

Доменная печь

Печь предназначена для выплавки чугуна. Впервые появилась в XV в. в Европе. В России первая доменная печь была построена в 1620 г. близ Тулы. Тогда топливом для таких печей служил древесный уголь. Лишь спустя столетие (1709 г.) английскому изобретателю Абрахаму Дерби удалось провести доменную плавку, заменив уголь древесный на кокс каменно-угольный.

Многовековой опыт изменил устройство доменной печи, ее облик и саму схему производства чугуна. Но основы остались теми же. Сегодня доменная печь — сооружение около 30 метров (высота варьируется ± 5 м). Высота же всей конструкции может превысить 80 м.

Как устроена доменная печь?

Через верхнюю часть (колошник) загружаются шихты (агломерат, окатыши, железная руда, руда марганцевая, горючее и флюсы). Ниже располагается шахта, крупнейшая часть домны, представляющая собой расширяющийся книзу конус. Благодаря этому расширению легче опускаются твердые материалы, увеличивающие объем при нагревании. К низу шахты примыкает распара (широкая, цилиндрическая). В ней расплавляются шихты. За распарой, внизу, располагаются заплечики, сделанные в форме усеченного конуса с уменьшенным основанием внизу. Такое сечение наиболее подходит для убывающего вследствие плавления объема материалов.

В цилиндрическом горне, нижней части профиля, идет горение кокса и собирается жидкий продукт плавки.

Горн делится на части: верхняя зона (фурменная) и нижняя (металоприемщик, в котором собирают продукты плавки). Подом называют нижнюю часть печи.

В фурменной зоне расположены фурменные приборы, которые подают в доменную печь дутье (разогретый воздух). Именно этот участок ответственен за горение кокса, температуры здесь вырастают до своих максимальных значений — 2000 градусов. Вверху колошника температура ниже (до 350 градусов).

В нижнюю часть горна встроена чугунная летка, пропускающая продукты плавки — шлак и сам чугун.

Ранее применялись шлаковые летки, но практика последних десятилетий показала, что более практично пропускать шлак и чугун через летку чугунную, с дальнейшим их разделением в основном желобе, примыкающем к печи.

К печи примыкает так называемый литейный двор, где располагаются приборы, раскрывающие чугунную летку и закрывающие ее после выпуска шлака и чугуна. Здесь же находятся желоба с канавами, направляющие продукт плавки в ковши.

Выпущенный из печи продукт направляется в главный желоб, где чугун отделяется от шлака (разница плотности). От желоба отходят две канавы. По одной направляется шлак, по другой — чугун. Чугун разливается по непрерывно движущимся формам (тип конвейера), после охлаждения формы опрокидываются и далее чугун направляется уже в вагоны. Шлак заливается в бассейны, охлаждается водой и гранулируется.

Каждой высоте печи соответствует своя определенная температура, именно благодаря этому процесс перехода в металл из руды и протекает.

В нижнюю часть печи поступает достаточное для горения кокса количество кислорода. Кокс сгорает, преобразовываясь в диоксид углерода, который реагирует с коксом, преобразовываясь уже в монооксид углерода. Далее идет реакция между монооксидом углерода и оксидами железа. Происходит восстановление до металла. Железо насыщается углеродом и получается чугун. Кроме трех-четырех процентов углерода, в сплаве в незначительных долях присутствуют марганец и кремний, сера и фосфор.

Собственно, доменная печь, принцип работы которой был здесь описан, может вполне считаться безотходным производством. Побочные продукты, появляющиеся в процессе производства, вполне находят применение за стенами заводов по производству чугуна. Шлак добавляется в цемент, пригодный для построек (так широко сейчас распространенный шлакоблок), а доменный газ служит хорошим топливом, подогревающим воздух, подаваемый в доменную печь.

Как устроен металлургический комбинат. Часть 2

Продолжение рассказа о грандиозном металлургическом комбинате в Сааре, являющимся одним из самых ярких объектов европейской индустриальной культуры. В сегодняшнем посте я покажу парочку новых локаций комбината – хранилище рудного материала, которое используется как выставочный павильон, цех порошковой металлургии, вагончики подвесной дороги и несколько индустриальных паровозов. А также сердце комбината – доменные печи.

Под катом шесть десятков фотографий индустриальной красоты с вкраплением современного искусства.

01. Как я уже писал в прошлом посте, музейный комплекс металлургического комбината со всех сторон окружен действующими предприятиями в том числе и металлургическими.

02. Прямо под музейными корпусами старого завода проходят составы, груженные расплавленным чугуном.

03. Содержимое вагона излучает желтый свет и дымится.

04. Ну и 16-осные чугуновозы тоже впечатляют. Не каждый день увидишь такие на железной дороге.

05. Но вернемся в прекрасный мир труб, металлоконструкций и эстетики постапокалиптического стимпанка.

06. Металлургический комбинат, как слоеный пирог, состоит из множества уровней. Настоящий муравейник из стали. Жаль, что полазить не везде дают – лишь по оборудованным маршрутам.

07. Масштабы объекта таковы, что для того, чтобы вдумчиво обойти весь туристический маршрут, требуется весь световой день, а если бы тут была полная свобода передвижения, то надо было бы с палаткой и едой приходить.

08. Справа величественно возвышаются доменные печи с башнями-воздухонагревателями, железная дорога в левой части снимка, уходящая под навес, ведет к рудному складу. По этой железной дороге на завод доставлялось рудное сырье для выплавки чугуна.

09. Сейчас по бывшей железнодорожной ветке проходит прогулочная дорожка.

10. Металлургический комбинат богат шикарными индустриальными локациями, которые манят фотографов со всего мира. Некоторые приходят сюда во всеоружии.

11. Человеку с фотоаппаратом тут есть где разгуляться.

12. Любителей сурового индастриала количество образцовых индустриальных пейзажей способно привести в восторг.

13. Ну и те, кто любит эстетику заброшенного, тоже не будут разочарованы – большая часть территории комбината выглядит, как декорации по вселенной S.T.A.L.K.E.R.

14. Не удивительно, что такое атмосферное место стало выставочной площадкой для современных художников.

15. Бывший рудный склад теперь используется в качестве галереи современного искусства.

16. Там, где раньше складировались запасы железнорудного сырья, теперь висят картины.

17. Некоторые из представленных тут работ – откровенный треш. Даже не знаю, как это сюда попало.

18. Некоторые работы сделаны на более высоком техническом уровне.

19. Но сказать, что что-то из увиденного меня впечатлило – не скажу. Создалось впечатление, что тут предоставляют выставочную площадь новичкам, просто чтобы заполнить бывшие рудные бункера.

20. Хотя, наверное, я просто ничего не понимаю в современном искусстве.

21. Можно подняться по лестнице под самую крышу и осмотреть территории рудного склада с высоты.

22. Тут уже поинтересней будет.

23. Геометрически выверенный ряд металлоконструкций впечатляет своим масштабом и проделанной инженерами работой. Напомню, что этот склад был сооружен в 1901 году (!)

24. Данное помещение является одним из самых старых сооружений комбината дошедших до наших дней в оригинальном виде.

25. Площадь сырьевого склада составляет 1000 квадратных метров, на которых могли разместиться запасы руды массой 12 000 тонн.

26. На верхнем уровне сохранился погрузчик, который загружал руду из бункеров на конвейерную ленту, по которой руда транспортировалась в следующий корпус – Möllerhalle – зал, в котором руда смешивалась с коксом, известняком и прочими добавками и превращалась в шихту – субстанцию, готовую к загрузке в доменную печь, куда она транспортировалась из Möllerhalle при помощи подвесной дороги.

27. Производство руды на этом комбинате впечатляет степенью автоматизации, а ведь это все было построено и сконструировано около сотни лет назад! Неудивительно, что предприятие было лидером по выплавке чугуна в Германии вплоть до мирового кризиса 1975 года.

28. И как же круто, что завод сохранили и превратили в такой шикарный музей.

29. Симбиоз старой индустрии и современного искусства.

30. Красота!

31. Подъездной путь, по которому поезд доставлял сырье на рудный склад.

32. Тупик.

33. Покидаю рудный склад и направляюсь к доменным печам.

34. А вот и они – доменные печи – сердце металлургического комбината. На снимке видна лишь нижняя часть печи – горн, в этой части из печи выпускался готовый продукт – чугун и отходы производства – шлак.

35. Горн доменной печи – наиболее ответственная часть её конструкции. Здесь скапливается до 1000 тонн расплавленных продуктов плавки – чугуна и шлака. На дно горна оказывает давление весь столб шихты массой 9-12 тысяч тонн. Давление горновых газов составляет 0,4 – 0,5 МПа, а их температура в очагах горения кокса достигает 1700 – 2100 °С. Внутри горна непрерывно движутся и обновляются кокс, жидкие чугун и шлак, горновые газы. По сути это мощный непрерывно движущийся реактор.

36. Особенностью доменной печи является непрерывность процесса плавки. Однажды запущенную печь нельзя остановить – она должна работать без перерывов весь период своего существования. Учитывая то, что эти печи были построены в 1880-х годах и проработали около сотни лет, можете представить какой запас прочности в них был заложен.

37. Хотя возможность остановить доменную печь для проведения капитального ремонта все же есть, но это очень сложный, дорогой и трудозатратный процесс.

38. Об устройстве многочисленных механизмов и конструкций, расположенных вокруг доменной печи рассказать могут лишь специалисты. Информационных табличек рядом не было, так что мне тут добавить нечего.

39. Что касается устройства доменной печи, на википедии есть отличная статья, которая очень доступно, наглядно и простым языком объясняет устройство домны.

40. На предыдущих снимках вы видели лишь самую нижнюю часть печи – горн, сама же печь в высоту достигает около трех десятков метров и практически не видна за металлоконструкциями и трубами.

41. Виды снизу вверх просто фантастические!

42. В таких местах ощущаешь себя букашкой в стальном лабиринте.

43. Всего на заводе расположено шесть доменных печей, самая старая из которых была запущена в 1883 году, а самая новая в 1903 году. Все они дошли до нашего времени в оригинальном состоянии, благодаря чему ЮНЕСКО занесла завод в список мирового наследия.

44.

45.

46. Еще одна особенность завода – это подвесная дорога, построенная в 1911 – 1918 годы.

47. Общая протяжность подвесной дороги составляет около шести километров и насчитывает 265 вагонеток. Тоже очень интересная локация.

48. Тут осуществлялась загрузка вагонеток шихтой, которая затем посредством подвесной дороги поднималась на высоту 27 метров и транспортировалась к доменным печам.

49. В музейном комплексе также широко представлен железнодорожный транспорт, использовавшийся на предприятии в прошлом.

50. Данный паровоз примечателен тем, что является последним паровозом, выпущенным локомотивостроительной фирмой Jung в 1964 году.

51. К паровозу прицеплен вагон-чугуновоз, предназначенный для перевозки жидкого чугуна по территории предприятия.

52. Каждый локомотив имеет свой номер, под которым он числился в реестре комбината.

53.

54. Еще один паровоз с парочкой вагонеток для перевозки сыпучих грузов.

55. Этот локомотив был выпущен фирмой Kraus в 1906-м году и всю свою жизнь проработал на этом металлургическом комбинате.

56. На корпусе сохранилась оригинальная табличка с порядковым номером 21.

57. Какое-то передвижное устройство, о функции которого могу лишь догадываться, так как никаких объяснительных надписей рядом не было.

58. И в завершении поста парочка снимков из цеха порошковой металлургии.

59. Этот цех был построен в 1928 году. Оборудование, установленное в нем, позволяло использовать отходы металлургического производства повторно, путем спекания.

60. Наиболее яркой локацией цеха порошковой металлургии является вентиляторный зал.

61. Несколько огромных вентиляторов служили для отвода воздуха от спекаемого материала, для того, чтобы смесь из рудной мелочи, коксовой мелочи и колошниковой пыли спекалась в процессе тления, а не горения.

На этом буду завершать очередную часть рассказа об этом ярком индустриальном объекте. У меня еще остался неопубликованным материал с самой крутой локации металлургического комбината Фёлклингена, но ее я покажу после небольшой паузы.

Как была устроена металлургия средневековья? | Катехизис и Катарсис

Сегодня мы узнаем, каково перемешивать железо ломом, что такое мартеновская печь, как превратить плохой чугун в хорошую сталь и многое, многое другое… Вперед по страницам металлургической технологии!

Первая часть

Итак, как мы уже выяснили, развитие в Европе доменного производства железа позволило ей перейти на качественно новый технологический уровень. С учетом роста населения и постоянно растущего спроса на железо его производство на душу населения в 11-13 вв. достигало порядка килограмма на человека в год. Для сравнения – современный небольшой ножик весит порядка 200 граммов, лезвие небольшого топора – около 700 граммов, а ведь еще нужно на чем-то готовить, чем-то строить, опять же всяческие метизы типа гвоздей, скоб, крюков и прочего. В итоге мы понимаем, что уровень сыродутной металлургии даже с учетом перекрытия некоторых потребностей другими металлами давал ужасающе мало.

Ситуация менялась, как ни парадоксально, с увеличением количества металлических изделий – можно было срубать больше деревьев, прокапывать более глубокие шахты, возводить более сложные конструкции. Производство росло в геометрической прогрессии – размер печей для выплавки железа все увеличивался, увеличивался от простой сыродутной печи к штукофену и блауофену и наконец-то вырос до настоящей домны с непрерывным циклом выплавки. И тут понеслась – положительная обратная связь сделала свое дело.

Всеевропейское внедрение в 15-16 веках доменной печи сразу, буквально за несколько десятилетий, увеличило количество производимого на душу населения железа втрое, а то и вчетверо. Нашей цивилизации впервые стали по-настоящему доступны каменные железные руды. Забегая вперед, скажу, что в Швеции, стране, которая на тот момент поставляла больше половины всего европейского железа, к 18 веку производство достигло невероятных 20 кг железа на человека. Впрочем, до обогащения и прочих технологических процессов мы пока еще не дошли – пока что это просто загрузка печи камнями руды, углем и флюсом – специальным веществом, чтобы снизить количество примесей в плаве и уменьшить температуру плавления.

Проблемой доменного производства была необходимость в огромном количестве качественного древесного угля – каменный уголь содержал много вредных для железа примесей, поэтому деревья приходилось вырубать в огромных масштабах. Об экологии тогда никто не заботился, но бескрайние леса были, очевидно, не во всех странах. Также откровенным минусом все еще был уход огромного количества железа в чугун, хрупкий и потому не годный для создания инструментов и метизов. Единственной масштабной отраслью применения чугуна было артиллерийское дело – на отливку пушек и ядер шли многие тонны чугуна. И вот тут человечество сделало пока чисто эмпирическое, но очень важное открытие – из чугуна при высокой температуре может выгорать углерод. Естественно, ни о каком углероде речь тогда не шла, но этот факт позволил железоделательному производству перейти еще на один технологический уровень выше.

Все помнят, как в морозилке замерзает соленая вода? Образуется большая ледышка, самого рассола становится меньше, концентрация соли в нем растет. Похожий процесс происходит и при плавлении чугуна на воздухе. Углерод из него частично выгорает, частично переходит в жидкую фазу, а на дне печи начинают образовываться кристаллы железа. Это явление заметил английский металлург Генри Корт, и вскоре практика пудлингования – перемешивания расплава чугуна вошла в Британии в крайне широкое распространение.

Как происходило пудлингование? Сначала в печи, обложенной огнеупорной футеровкой (отделка печи, позволяющая оградить тело печи от разрушительного влияния расплавов) без доступа открытого пламени расплавлялся чугун. По прошествии некоторого времени рабочие засовывали в расплав огромные железные штанги (около 40 килограммов весом) и начинали интенсивно перемешивать его. Вскоре на штангах выкристаллизовывалось чистое железо, температура плавления которого намного выше, чем у чугуна. Далее получившуюся крицу вынимали из расплава, проковывали и разделяли на слитки.

Естественно, процесс этот был далеко не из самых легких, однако он позволил высвободить для промышленности огромное количество чистого железа и разом решить проблему переизбытка чугуна. Процесс пудлингования доминировал в металлургии на протяжении практически ста лет, после чего был вытеснен сразу тремя способами – бессемеровским (открытым Генри Бессемером в 1856 году), томасовским (открытым в 1878 году Сидни Гилкристом Томасом) и мартеновским.

Бессемеровский и томасовский процессы довольно схожи. В качестве основного реактора используется веретенообразная печь с огнеупорной футеровкой (в случае бессемеровского процесса – кислой, содержащей SiO2, в случае томасовского – основной, содержащей доломит CaCO3xMgCO3). В процессе плавки печь нагревается, опять же, без доступа открытого пламени, после чего продувается сжатым воздухом через сопла, расположенные в дне печи. Расплав поддерживается в горячем состоянии из-за процесса окисления примесей руды, проходящего с выделением температуры. Далее полученное железо подвергается дополнительному науглероживанию с образованием стали. Основное отличие двух способов состоит в химическом составе плава.

В томасовском процессе могут быть использованы загрязненные серой и фосфором руды – продукты окисления фосфора и серы связываются материалом футеровки, давая окисляющий железо углекислый газ. У этого способа есть недостаток – фосфор и сера удаляются из плава не в полном объеме, поэтому железо получается более ломким. В бессемеровском же процесса футеровка печи не позволяет использовать основные флюсы, что делает его более требовательным к качеству руды. Однако этот способ дает более качественное железо, что и определило его производственное преимущество в долгосрочной перспективе.

Настало время сказать несколько слов и про мартеновский процесс. Он был открыт в 1864 году французским инженером Пьером Мартеном. Основное его отличие от бессемеровского и томасовского способов состоит в том, что газообразное топливо (обычно природный газ или коксовый газ) подаются прямо в зону плавки, где расплавляют чугун и одновременно окисляют его. Мартеновский процесс получил особенно широкое распространение в качестве способа передельной металлургии, которая использует для выплавки новой стали железный лом.

томасовский конвертерпечь для пудлингованиябессемеровский конвертер

томасовский конвертер

Сейчас практически все процессы старины глубокой (кроме доменной выплавки, конечно) уже ушли в прошлое. Их заместили новые гиганты – конвертерно-кислородный (переиначенный бессемеровский) и электродуговой способы выплавки стали. Однако история их, как мне кажется, довольно увлекательна, чтобы помнить ее и интересоваться ей.

Автор – Павел Ильчук

МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ: ПРОИЗВОДСТВО ЧУГУНА – Словарь Кольера – Русский язык

К статье МЕТАЛЛЫ ЧЕРНЫЕ

Основной сектор черной металлургии – выплавка передельного чугуна в доменной печи. Для работы доменной печи необходимы большие количества руды, топлива (каменного угля), известняка и воды (для охлаждения). Железная руда и топливо в наши дни могут быть доставлены в любую точку мира. Поэтому, например, в Японии чугун может выплавляться из руды, добытой в Австралии, и на угле из Западной Виргинии (США).

Доменная печь. При достаточно высокой температуре оксид железа реагирует с моноксидом углерода (CO), давая диоксид углерода (CO2) и металлическое железо. Доменная (шахтная) печь устроена так, чтобы реакция могла протекать непрерывно. На практике сверху вниз по шахте печи непрерывно продвигаются углерод и оксид железа, а навстречу им снизу движется воздух. Углерод в виде кокса играет двоякую роль: при сгорании он нагревает печь и образует газ CO, который восстанавливает оксид железа до металла. В верхней части печи из нее отводится диоксид углерода, а в нижней – выпускается жидкий металл. Обычно печь работает непрерывно до ее остановки для ремонта внутренней кирпичной кладки (футеровки).

Основные реакции, протекающие в доменной печи, можно представить простыми уравнениями. Когда вдуваемый воздух приходит в контакт с коксом, последний горит:

образуя газообразный моноксид углерода. Этот газ является основным восстановительным агентом для оксида железа. Восстановление протекает в три стадии

когда температура опускающейся смеси руды с коксом достигает 600-700? С. В результате образуется твердое, но пористое губчатое железо, которое затем плавится в нижней, более горячей части доменной печи (горне).

Если бы доменную печь можно было загружать чистыми оксидом железа и углеродом и продувать чистым кислородом, то термохимия доменной печи сводилась бы к написанным выше простым уравнениям. На самом же деле во вдуваемом воздухе больше азота, чем кислорода, а руда может содержать свыше 50% безрудных минералов (пустой породы), в основном силикатов. Азот проходит через печь, не вступая в реакцию, но с силикатами дело сложнее. Чтобы можно было отделить силикаты от железа и вывести из печи, они должны быть жидкими. Силикаты, содержащиеся в железной руде, образуют расплавленный шлак при взаимодействии с известью CaO. Для этого в печь вместе с рудой загружают в нужной пропорции известняк CaCO3. Известняк, или “флюс”, разлагается в верхней части печи соответственно реакции

образуя известь, необходимую для перевода силикатных примесей железной руды в жидкий шлак. Доменная печь дает почти столько же шлака, сколько и чугуна. Затвердевая, шлак превращается в темный стекловидный материал, который в прошлом накапливался в больших шлаковых отвалах возле передельных металлургических заводов. В наши дни шлак идет на изготовление заполнителя для бетона, железнодорожного балласта, шлаковаты и противоюзового покрытия автомобильных дорог.

Из сказанного выше вытекают основные требования к конструкции доменной печи. Она должна обеспечивать непрерывную загрузку топливом, рудой и флюсом сверху, непрерывную подачу воздуха и периодический отвод жидких продуктов снизу. Печь должна быть достаточно высокой, чтобы успевали протекать необходимые химические реакции. Воздух вдувается в печь через фурмы, расположенные в ее нижней части, и поднимается сквозь шихту вверх. Восстановленное губчатое железо и шлак плавятся на уровне “заплечиков”, в самой широкой части печи, а жидкость накапливается в горне, ниже фурм. В горне периодически пробивают заделанные глиной летку для выпуска металла и (несколько выше) шлаковую летку.

Восстановление оксида железа до губчатого железа и разложение известнякового флюса происходят в шахте – основной части доменной печи – в процессе медленного оседания шихты. Шихта начинает разогреваться в колошнике – верхнем конце шахты. Диоксид углерода и азот непрерывно отводятся по широкому газоходу из колошника. Поскольку при нормальной работе доменной печи давление газов в колошнике выше атмосферного, верхний конец печи нельзя просто открывать для загрузки, иначе упадет давление газов и из печи будут выдуваться наружу тонкоизмельченные компоненты шихты. Для предотвращения этого предусмотрен двухконусный шлюзовой засыпной аппарат. Нижний конус поднимают так, чтобы он газоплотно закрывал загрузочное отверстие, а затем опускают верхний для загрузки. После этого снова поднимают верхний конус, герметизируя вход в печь, и, опустив нижний, пропускают порцию шихты (колошу) в колошник.

Современная доменная печь представляет собой крупное сооружение. Высота печи, производящей 1000 т чугуна в сутки, составляет около 30 м, а диаметр на уровне заплечиков – ок. 8 м. Печь устанавливается на бетонном фундаменте, на котором в стальном кожухе выводится кладка из огнеупорного кирпича. Нижняя часть этой конструкции охлаждается водой.

Сколь ни внушительны размеры доменной печи, сама она – лишь малая часть чугуноплавильного завода. Для ее нормальной работы нужны еще отделение шихтовых материалов, грузоподъемные устройства для загрузки печи, насосы для подачи воздуха (дутья) и воздухонагреватели (кауперы), шлаковозы и литейный цех или приемная система для расплавленного металла. Для загрузки доменных печей иногда применяются ленточные конвейеры, но чаще руда, топливо и флюс подаются скиповыми подъемниками – небольшими сосудами (скипами), движущимися на колесах по наклонным рельсам от нижних засыпных бункеров до верхней загрузочной площадки, где они автоматически опрокидываются, разгружаясь в приемную воронку засыпного аппарата.

Эффективность доменной печи существенно повышается при использовании горячего дутья. Воздух, подводимый к фурмам, предварительно нагревается до температуры, которая может достигать 1000? C. Нагревание осуществляется в кауперах, каждый из которых ненамного уступает в размерах самой доменной печи. Каупер представляет собой вертикальный цилиндрический стальной кожух с внутренней “шахматной” насадкой из огнеупорного кирпича.

Газ, отводимый с верхнего конца доменной печи, содержит моноксид углерода и другие газы, способные гореть. Этот газ по широким наклонным газоходам подводится к нижней части каупера, где, пройдя через пылевой фильтр, сжигается в камере горения. Продукты горения поднимаются вверх, нагревая кирпичную насадку. Когда насадка достаточно нагрета, перекрывают подачу топлива и газа в камеру горения и включают воздуходувки, которые гонят воздух через каупер в фурмы доменной печи. Для каждой доменной печи обычно предусматривают четыре каупера: два нагреваются, а два других подают горячее дутье. Потоки газа и воздуха периодически переключаются так, что непрерывно поддерживается заданная температура дутья.

Существует ряд способов дополнительного повышения эффективности доменной печи. Один из них – работа при давлении внутренних газов, вдвое превышающем атмосферное. Это позволяет повысить производительность примерно на 15% и снизить потребление кокса примерно на 10%. Экономические преимущества повышения производительности в какой-то мере снижаются затратами на более мощное воздуходувное оборудование и возможным уменьшением срока службы огнеупорной кладки.

При выпуске плавки из доменной печи шлак вытекает из своей летки, а металл – из своей, расположенной ниже. Ранее шлак заливали в шлаковозы – большие ковши на железнодорожных колесных тележках, которые доставляли незатвердевший шлак к отвалам. Теперь же шлак обычно отводят на перерабатывающую установку, расположенную рядом с домной, где он охлаждается водой и при этом гранулируется, после чего используется как заполнитель для бетона и пр.

Жидкий металл, вытекающий из летки, направлялся по желобам, подготовленным в песочной “постели” перед печью. Из желобов он растекался по удлиненным боковым углублениям в песке, где и затвердевал в виде болванок, называемых чушками (из-за сходства с многочисленными поросятами, сосущими свиноматку). Хотя литье в песок более не применяется, металл, выплавляемый в доменных печах, по-прежнему называют чушковым (применяется и термин “штыковой” чугун). В наши дни в тех случаях, когда требуется чушковый чугун, расплавленный металл разливают по стальным литейным формам, непрерывно движущимся перед домной на ленточном конвейере. Когда металл затвердевает, формы переворачиваются и, освободившись от чушки, возвращаются за следующей отливкой. Чтобы чугун не приставал к формам, их покрывают каменноугольной смолой или известью.

Чугун. Выплавляемый в доменной печи сплав железа с углеродом и кремнием имеет температуру плавления ок. 1150? C. В расплавленном состоянии чугун легко заполняет литейные формы любой конфигурации. Поэтому он очень подходит для изготовления многих видов изделий.

Основные средства производства на чугунолитейном заводе – это плавильная печь, модели изделий и формовочные материалы. Из плавильных печей проще всего вагранка, т.е. небольшая печь шахтного типа, футерованная огнеупорным кирпичом. В ее нижней части имеются фурмы, а в верхней – дымоход для отходящих газов. Через боковое отверстие загружают топливо и чугун, печь разжигают и включают дутье. Расплавленный чугун собирается на подовой плите и по мере надобности выпускается через летку. На более крупных чугунолитейных заводах чугун плавят в отражательных печах.

Для получения отливок хорошего качества нет необходимости в очень сложном оборудовании. Первый шаг – изготовление модели изделия. Модель изготовляет из дерева опытный мастер-модельщик, давая припуск на усадку чугуна при затвердевании. Литейные формы для чугунных отливок делают из формовочной смеси (глины с песком), липкой, но пористой. Модель помещают внутрь разъемной рамы, состоящей из “опок”, и заполняют опоки формовочной смесью. Затем опоки разнимают и удаляют модель. Когда их снова складывают вместе, в формовочной смеси образуется полость литейной формы, точно соответствующая модели. Остается проделать литниковые отверстия и каналы, по которым жидкий чугун мог бы затечь в полость формы.

После высыхания форма готова к заливке. Если заливка проходит хорошо, то жидкий чугун заполняет все пустоты формы, не оставляя воздушных пузырей. Когда чугун затвердевает, отливку “раздевают”, разбивая форму. Во многих случаях для “доводки” изделия бывает достаточно сгладить шлифованием неровные края отливки.

Чушковый чугун, чаще всего применяемый для литья, называют серым чугуном, поскольку серой, даже сажистой, выглядит его поверхность на изломе. Такой ее вид объясняется большим содержанием углерода (около 4%), присутствующего в железе в форме чешуек графита. Серый чугун жидкотекуч, имеет низкую температуру плавления и к тому же хорошо поглощает энергию вибрации – чугунный колокол не звенит. Благодаря этому чугун подходит для изготовления рояльных рам, станин прокатных станов, токарных, фрезерных и других станков. Очень распространенное изделие из серого чугуна – блок цилиндров автомобильного двигателя; чугун для этого применения хорош тем, что дешев и легко заливается в формы сложной конфигурации.

Хотя серый чугун и прочен, он хрупок и легко разрушается при резком ударе. Поэтому вместо него чаще применяют ковкий чугун. Отливки из ковкого чугуна получают в два этапа. Сначала делается отливка из белого чугуна со сравнительно низким содержанием углерода и кремния. Такой чугун очень хрупок, но после высокотемпературного отжига в течение суток его пластичность намного увеличивается. Увеличение пластичности обусловлено перераспределением углерода в металле, происходящим при отжиге. В белом чугуне углерод содержится в форме карбида железа Fe3C. В процессе отжига карбид разлагается на железо и графит. Этот графит имеет вид малых сферических включений, которые, будучи отделены друг от друга, почти не снижают пластичность окружающей их железной матрицы. Из ковкого чугуна изготовляют трубопроводные фитинги и железнодорожное оборудование.

Какая температура в доменной печи

Современная доменная печь принадлежит к числу самых высокопроизводительных агрегатов для переработки веществ. Помимо чугуна она дает колошниковый газ и доменный шлак, которые также используются в промышленности. Суточная производительность крупнейших домен сейчас достигает 10000 т чугуна.

Доменная печь (Рис.39) представляет собой печь шахтного типа, состоящую из колошника I, шахты II, распара III, заплечиков IV и горна V.

В колошник – верхнюю цилиндрическую часть печи – при помощи засыпного аппарата загружают шихтовые материалы, называемые шихтой; там же находится загрузочно-распределительное устройство, обеспечивающее правильное распределение материалов шихты в печи и предотвращающее утечку газов. Наиболее распространенная конструкция засыпного аппарата состоит из малого конуса 1 и большого конуса 2. К колошнику прикреплены газоотводные трубы, через которые отводят колошниковый газ. Температура в колошнике от 150 до 300º С.

Шахта II имеет форму усеченного конуса, расширяющегося к низу. Это самая большая часть печи. В шахте происходят высушивание руды, выделение химически связанной воды, растрескивание руды и начинается восстановление ее окислов. Температура в шахте на разной высоте от 350 до 1200º С.

Распар III имеет цилиндрическую форму и является самой широкой частью доменной печи. В распаре начинаются шлакообразование и плавление металла. Температура в этой зоне около 1400º С и выше.

Заплечики IV имеют форму усеченного конуса, сужающего к низу. В них происходит дальнейшее расплавление металла и шлака. Температура достигает 1600-1900º С.

В верхней части горна V расположены фурмы 17 – устройство для вдувания в печь горячего воздуха, обеспечивающего горение топлива. Фурмы расположены по окружности горна. Их бывает шестнадцать и больше. Воздух в фурмы подают из кольцевого воздухопровода 18. В верхней части горна расположено отверстие для выпуска чугуна – чугунная летка 15. Выше чугунной летки устроена шлаковая летка 12 для выпуска шлака. Температура в горне достигает 1800º С. На дне горна, называемом лещадью (13), скапливаются жидкий чугун и шлак. Чугун выпускают из печи периодически (6-8 раз в сутки). Вместе с чугуном из печи вытекает шлак, который называют нижним. Верхним называют шлак, который выпускают через шлаковые летки. Основанием печи является тяжелый железобетонный фундамент. Шахта укреплена на колоннах связанных с фундаментом.

Доменный процесс.

Процесс получения чугуна состоит из трех стадий: восстановления железа из его окислов; науглероживание железа и шлакообразования.

В доменной печи непрерывно взаимодействуют шихтовые материалы, движущиеся сверху вниз, и продукты горения, движущиеся снизу вверх. Загрузка шихтовых материалов состоит в правильном чередовании поступления в печь руды, топлива и флюсов. Руда восстанавливается благодаря горению топлива (кокса или метана). Горение начинается в области горна. Через фурменные отверстия раскаленный воздух поступает в печь и на уровне фурм кислород воздуха вступает в реакцию с углеродом топлива:

Полученный углекислый газ поднимается к верху и вступает в соприкосновение с раскаленным коксом, при этом образуется окись углерода:

Окись углерода поднимается к верху; являясь сильным восстановителем, она вступает во взаимодействие с окислами железа и восстанавливает их. Восстановление идет в строгой последовательности от высших к низшим окислам, т.е. от менее прочных к более прочным:

Fe2O3 Fe3O4 FeO Fe

При температуре 900 – 1000º С окись углерода вступает в реакцию с чистым железом:

образуется карбид железа Fe3С, который способствует науглероживанию железа, растворяясь в нем. Науглероженное железо (1,8 – 2%) переходит в жидкое состояние, стекает каплями между кусками раскаленного кокса, дополнительно насыщается углеродом идо 3,5 -4 % и скапливается на лещади горна печи. Одновременно с восстановлением и науглероживанием железа происходит восстановление из шихты кремния, марганца, серы, фосфора. Эти элементы восстанавливаются главным образом твердым углеродом. Реакции идут с поглощением тепла при высоких температурах 1200 – 1300º С.

Марганец восстанавливается твердым углеродом по реакции

MnO + C = Mn +CO + Q

Восстановление кремния идет по реакции

SiO2 + 2C = Si + 2СO – Q

протекающей при более высоких температурах (1450º С).

Фосфор, находящийся в рудах в виде фосфорнокислого кальция Ca3P2O8 , восстанавливается также раскаленным углеродом топлива в присутствии SiO2.

Сера, частично образуя с железом соединение FeS, растворяется в остальном железе.

В результате восстановления всех указанных элементов в доменной печи получается чугун – сплав железа с углеродом, марганцем, кремнием, серой и фосфором.

Для выплавки одной тонны чугуна расходуют около 1,8 т руды, 0,7-0,8 т кокса, 0,25-0,40 т флюса и 3,5 т воздуха.

Продукты доменного производства.

Чугун по назначению делиться на три группы: передельный, литейный и ферросплавы. Из всей выплавки более 80% составляет передельный чугуны, которые переплавляются в сталь, и около 20% приходиться на долю литейных чугунов и ферросплавов.

Шлаки являются продуктом взаимодействия флюсов с пустой породой, золой топлива, огнеупорной футеровкой печи и вредными примесями при выплавке металла. Шлаки подразделяются на кислые (кварциты Si2O), основные (CaO, MgO, MnO, FeO) и нейтральные(Al2O3, щелочные и щелочноземельные хлориды и фториды).

Колошниковый газ – также важный побочный продукт. Это высококалорийное топливо, в состав которого входит около 35 % окиси углерода СО, 2 – 3 % водорода Н2, 0,5 % метана, остальное – азот.

Колошниковую пыль используют как сырье для агломерации.

Дата добавления: 2014-10-17 ; Просмотров: 446 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Современная цивилизация неразрывно связана с развитием техники производства, невозможной без совершенствования орудий труда и материалов, используемых для их изготовления.

Среди всех материалов природного происхождения или созданных человеком, самое значимое место занимают черные металлы – сплав железа и углерода с присутствием других элементов.

Сплавы, в составе которых часть углерода составляет 2 – 5%, относятся к чугунам, при наличии углерода менее 2% сплав относится к сталям. Для плавки металлов используется специальная технология доменного производства.

Азбука производства

Доменная плавка – это процесс производства чугуна из железной руды, перерабатываемой в доменных печах или, как их еще называют, домнах.

Основными материалами, необходимыми в процессе такого производства, являются:

  • топливо, в виде получаемого из каменного угля кокса;
  • железная руда, являющаяся непосредственным сырьем для производства;
  • флюс – специальные добавки из известняка, песка, а также других материалов.

В доменные печи железная руда попадает в виде сплавленных между собой кусков мелкой породы – агломератов или окатышей, в виде рудных комков. Исходное сырье загружают в колошник доменной печи послойно, чередуя со слоями кокса и с послойным добавлением флюса.

[advice]Примите к сведению: флюс необходим для того, чтобы заставить всплыть пустую породу и различные примеси, которые называются шлаком.[/advice]

Всплывший на поверхности раскаленного чугуна шлак, сливается до того, как металл застынет. Загружаемый для плавки чугуна материал из железной руды, кокса и флюса, называют шихтой.

Доменная печь, имеющая в профиль сходство с башней с широким основанием, внутри выкладывается огнеупорным материалом – шамотом.

Устройство доменной печи. (Для увеличения нажмите)

Основными элементами конструкции являются:

Распар — это самая широкая часть доменной печи. В нем плавится пустая порода руды и флюса, в результате чего из них получается шлак. Для предотвращения воздействия высоких температур на кладку и кожух печи, применяются холодильные установки с циркулирующей водой.

Доменная шахта строится в форме расширяющего внизу конуса – такое устройство домны позволяет шихте свободно опускаться во время процесса плавки. Образование чугуна, который в процессе плавки спускается в горн, происходит в распаре и заплечиках. Для удержания находящейся в распаре и шахте твердой шихты, заплечики имеют форму конуса, с расширением к верху.

Как работает

В домну шихта засыпается через колошник непрерывными порциями.

Для обеспечения непрерывности работы, возле домны устанавливается склад для окатышей (агломерата), флюса и кокса – бункер, предназначенный для составления шихты.

Поставки сырья в бункеры, как и подача шихты к засыпным устройствам на колошник, производится по непрерывной схеме с использованием транспортеров.

Опускаясь под своей массой, шихта попадает в среднюю часть печи, где под воздействием горячих газов, образующихся в результате сгорания кокса, железорудный материал нагревается, а оставшиеся газы выходят через колошник.

В горне, который находится внизу печи, располагаются аппараты для подачи под давлением горячих воздушных потоков – фурмы. В фурмах имеются окошки с термостойкими стеклами, позволяющие производить визуальный контроль процесса.

[warning]Обратите внимание: для защиты от воздействия высоких температур устройства охлаждаются водой по имеющимся внутри каналам.[/warning]

Сгорающий в горне кокс дает необходимую для плавления руды температуру, превышающую +2000 гр.

В процессе горения происходит соединение кокса и кислорода с образованием углекислого газа.

Воздействие высокой температуры на углекислый газ превращает последний в отнимающий у руды оксид углерода и восстанавливает железо. Процесс образования чугуна происходит после прохождения железа сквозь слои раскаленного кокса. В результате такого процесса, железо насыщается углеродом.

После того как чугун в горне накопился, жидкий металл выпускается через находящиеся внизу отверстия – летки. В первую очередь через верхнюю летку выпускается шлак, а затем, через нижнюю летку – чугун. По специальным каналам чугун сливается в размещенные на железнодорожных платформах ковши и транспортируется на дальнейшую обработку.

Литейный чугун, который в дальнейшем будет использован для производства отливок, попадает в разливочный аппарат и, застывая, превращается в бруски – чушки.

Для производства стали используется чугун, который называется переделочным – он составляет до 80% производства.

Переделочный чугун транспортируется в сталелитейный цех с конверторами, мартеновскими или электрическими печами. В современных, огромного размера домнах для поддержания процессов горения используется не только потоки горячего воздуха, но и чистый кислород, применяемый вместе с природным газом.

Такая технология позволяет расходовать меньшее количество кокса, но является технологически более сложной. Поэтому для контроля процесса производства, выбора оптимальных режимов плавки используются компьютеры, способные вести одновременный анализ работы всех систем.

Смотрите познавательное видео, в котором описываются принцип работы и нюансы функционирования доменной печи:

На протяжении многих веков железо добывалось в сыродутных печах способом, открытым еще в глубокой древности. Пока на поверхности земли в изобилии встречались легкоплавкие руды, этот способ вполне удовлетворял потребности производства. Но в средние века, когда спрос на железо стал возрастать, в металлургии все чаще пришлось использовать тугоплавкие руды. Для извлечения из них железа требовалась более высокая температура «плавки». В то время знали только два способа ее повышения: 1) увеличение высоты печи; 2) усиление дутья.

Так постепенно к XIII веку из сыродутной печи образовалась более высокая и более усовершенствованная плавильная печь, получившая название штукофена, то есть «печи, выделывающей крицу». Штукофены были первой ступенью на пути к доменной печи. Впервые они появились в богатой железом Штирии, затем в Чехии и других горнопромышленных районах. В этих печах можно было достичь более высокой температуры и обрабатывать более тугоплавкие руды. Шахта штукофена имела форму двойного усеченного конуса, суживавшегося по направлению к колошнику (так называли верхнюю, открытую часть печи, через которую порциями (колошами) загружались руда и уголь) и ко дну. В стенке имелось одно отверстие для фурмы (трубы, через которую в печь с помощью мехов нагнетался воздух) и для вытаскивания крицы. Процесс переделки руды в железо происходил в штукофенах совершенно так же, как в сыродутных печах, но налицо был прогресс: закрытая шахта хорошо концентрировала тепло, а благодаря ее высоте (до 3, 5 м) плавка шла равномернее, медленнее и полнее, так что руда оказывалась более использованной. Независимо от намерений плавильщиков, в штукофенах получались сразу все три вида железного сырья: чугун, который стекал как отброс вместе со шлаком, ковкое железо в крицах и сталь, тонким слоем покрывавшая крицу. (Напомним, что железом, сталью и чугуном в металлургии называют собственно сплав химического железа с углеродом. Разница между ними заключается в количестве углерода: так, в мягком кричном (сварном) железе его не более 0, 04%, в стали — до 1, 7%, в чугуне — более 1, 7%. Несмотря на то, что количество углерода варьируется в таких незначительных пределах, по своим свойствам железо, сталь и чугун очень отличаются друг от друга: железо представляет собой мягкий металл, хорошо поддающийся ковке, сталь, напротив, очень твердый материал, прекрасно сохраняющий режущие качества; чугун — твердый и хрупкий металл, совершенно не поддающийся ковке. Количество углерода заметно влияет и на другие свойства металла. В частности, чем больше его в железе, тем легче оно плавится. Чистое железо — достаточно тугоплавкий металл, а чугун плавится при гораздо более низких температурах.)

Преимущества штукофена были, однако, недостаточны для всех тугоплавких руд. Требовалось более сильное дутье. Человеческих сил для поддержания температуры оказалось уже недостаточно, и для приведения в действие мехов стали употреблять водяное колесо. Вал водяного колеса снабжали посаженными на него в разбивку кулачками, которые оттягивали крышки клинчатых кожаных мехов. Для каждой плавильной печи имелось два меха, работавших попеременно. Появление гидравлических двигателей и мехов надо относить к концу XIV века, так как уже в XV веке многие плавильни в связи с этим передвинулись с гор и холмов вниз — в долины и на берега рек. Это усовершенствование явилось исходным моментом для крупнейшего сдвига в технике металлургии, так как привело к открытию чугуна, его литейных и переделочных свойств.

Действительно, усиление дутья сказалось на всем ходе процесса. Теперь в печи развилась такая высокая температура, что восстановление металла из руды происходило раньше, чем образовывался шлак. Железо начинало сплавляться с углеродом и превращаться в чугун, который, как отмечалось выше, имеет более низкую температуру плавления, так что в печи вместо обычной вязкой крицы стала появляться совершенно расплавленная масса (чугун). Сначала эта метаморфоза очень неприятно поразила средневековых металлургов. Застывший чугун был лишен всех природных свойств железа, он не ковался, не сваривался, из него нельзя было сделать прочных инструментов, гибкого и острого оружия. Поэтому чугун долгое время считали отбросом производства и плавильщики весьма враждебно относились к нему. Однако что же было с ним делать? При восстановлении железа из тугоплавких руд изрядная его часть уходила в чугун Не выбрасывать же все это железо вместе со шлаком! Постепенно негодный чугун стали выбирать из остывшего шлака и пускать во вторую переплавку, сначала добавляя его к руде, а потом сам по себе. При этом неожиданно обнаружилось, что чугун быстро плавится в горне и после усиленного дутья легко превращается в кричное железо, которое по своему качеству не только не уступает, но даже по многим показателям лучше того железа, которое получали из руды. А так как чугун плавится при более низкой температуре, передел этот требовал меньше топлива и занимал меньше времени. Так в течение XV века, сначала бессознательно и ощупью, а затем вполне осознано, было сделано величайшее в металлургии открытие — переделочный процесс. Широкое применение он нашел уже в XVI веке в связи с распространением доменных печей.

Вскоре в чугуне открыли и другие положительные свойства. Твердую крицу было нелегко достать из печи. На это обычно уходило несколько часов. Между тем печь остывала, на разогрев ее шло дополнительное топливо, тратилось лишнее время. Выпустить из печи расплавленный чугун было намного проще. Печь не успевала остыть и ее можно было сразу загружать новой порцией руды и угля. Процесс мог происходить беспрерывно. Кроме того, чугун обладал прекрасными литейными качествами. (Напомним, что на протяжении многих веков единственным способом обработки железа была ковка.) К середине XIV века относят первые грубые отливки из него. С развитием артиллерии применение чугуна расширилось. Сначала его стали употреблять на отливку ядер, а затем на литье отдельных частей самих пушек. Впрочем, вплоть до конца XV века чугун был еще низкого качества — неоднородный, недостаточно жидкий, со следами шлака. Из него выходили грубые и незатейливые изделия надгробия, молоты, печные котлы и прочая незамысловатая продукция.

Литье чугуна требовало некоторых изменений в устройстве печи; появились так называемые блауофены (поддувные печи), представлявшие собой следующий шаг к доменной печи. Они отличались большей высотой (5‑6 м), чем штукофены, и допускали непрерывность плавки при весьма высокой температуре. Правда, мысль о том, что процесс выделки железа можно разделить на две стадии (то есть в одной печи непрерывно выплавлять чугун, а в другой — переделывать этот чугун в железо), пришла не сразу. В блауофенах получали одновременно и железо, и чугун. Когда плавка заканчивалась, шлак выпускали через отверстие, расположенное ниже фурмы. После охлаждения его измельчали и отделяли корольки чугуна. Крицу вытаскивали большими клещами и ломом, а затем обрабатывали молотом. Наиболее крупные крицы весили до 40 пудов. Кроме того, из печи вытаскивали до 20 пудов чугуна. Одна плавка длилась 15 часов. На извлечение крицы требовалось 3 часа, на подготовку печи к плавке — 4‑5 часов.

Наконец пришли к идее двухступенчатого процесса плавки. Усовершенствованные блауофены превратились в печь нового типа — доменную, которая предназначалась исключительно для получения чугуна. Вместе с ними был окончательно признан переделочный процесс. Сыродутный процесс стал повсеместно вытесняться двухступенчатым способом обработки железа. Сначала из руды получали чугун, потом, при вторичной переплавке чугуна, — железо. Первая стадия получила название доменного процесса, вторая — кричного передела. Древнейшие домны появились в Зигерланде (Вестфалия) во второй половине XV века. Конструкции их отличались от блауофенов тремя чертами: большей высотой шахты, более сильным воздуходувным аппаратом и увеличенным объемом верхней части шахты. В этих печах достигалось значительное повышение температуры и еще более длительная ровная плавка руды. Сначала строили домны с закрытой грудью, но вскоре открыли переднюю стенку и расширили горн, получив домну с открытой грудью. Такая доменная печь при высоте 4, 5 м давала в день до 1600 кг чугуна.

Перерабатывали чугун в железо в кричном горне, сходном по устройству с сыродутной печью. Операция начиналась с загрузки древесного угля и подачи дутья. После того как древесный уголь разгорался вблизи сопла, клали чугунные чушки. Под действием высокой температуры чугун плавился, капля за каплей стекал вниз, проходил через область против фурм и терял здесь часть углерода. В результате металл загустевал и из расплавленного состояния переходил в тестообразную массу малоуглеродистого железа. Эту массу ломами подымали к соплу. Под воздействием дутья происходило дальнейшее выгорание углерода, и вновь осевший на дно горна металл быстро делался мягким, легко сваривающимся. Постепенно на дне образовывался ком — крица весом 50‑100 кг и больше, которая извлекалась из горна для проковки под молотом с целью уплотнения его и выдавливания жидкого шлака. Весь процесс занимал от 1 до 2 часов. В сутки в кричном горне можно было получить около 1 т металла, причем выход готового кричного железа составлял 90‑92% веса чугуна. Качество кричного железа было выше сыродутного, так как в нем содержалось меньше шлака.

Переход от одноступенчатого (сыродутного) процесса к двухступенчатому (доменному и кричному) позволил в несколько раз поднять производительность труда. Возросший спрос на металл был удовлетворен. Но вскоре металлургия встретилась с затруднениями другого рода. Выплавка железа требовала огромного количества топлива. За несколько веков в Европе было срублено множество деревьев и уничтожены тысячи гектаров леса. В некоторых государствах были приняты законы, запрещавшие бесконтрольную рубку леса. Особенно остро этот вопрос стоял в Англии. Из‑за нехватки древесного угля англичане принуждены были большую часть необходимого им железа ввозить из‑за границы. В 1619 году Додлей впервые применил в плавке каменный уголь. Однако широкому применению каменного угля препятствовало присутствие в нем серы, мешающей хорошей выделке железа. Очищать каменный уголь от серы научились только в 1735 году, когда Дерби нашел способ поглощать серу с помощью негашеной извести при термической обработке угля в закрытых тиглях. Так был получен новый восстановитель — кокс.

Дата добавления: 2015-09-23 ; просмотров: 330 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

«Надмение мешное» | Сжатый воздух

«Не огнь творит разжение железу, но надмение мешное»… Эти слова записаны в старинном русском сочинении «Моление» Даниила Заточника, относящемся к началу XIII столетия.

Вдумаемся в смысл этих слов. Не огонь раскаляет и плавит железо, а «надмение мешное», т. е. воздушное дутье с помощью мехов,— вот что кроется за старинной фразой.

Автор «Моления» удивительно верно определил роль воздушного дутья в процессе «разжения железа»! И действительно, эта роль исключительно велика.

Недавно семья доменных печей Советского Союза пополнилась уникальной крупнейшей печью Западно-Сибирского металлургического завода.

На правом берегу реки Томи, в двадцати километрах от Новокузнецка, выросли корпуса этого гиганта отечественной металлургии. В субботу 25 июля 1964 года домна-богатырь была задута, а в 1 час 45 минут в понедельник дала первый чугун.

Для перевозки чугуна, выплавленного этой домной за сутки, потребуется целый железнодорожный состав большегрузных вагонов.

В сообщениях печати о пуске доменной печи в Сибири наше внимание привлекает слово: «задута».

Разве доменная печь — свечка или коптилка, которую можно задуть? Конечно, нет. Доменная печь, да еще полезным объемом более 2000 кубометров (таков объем новейших домен) — это огромная огненная чугуноделательная фабрика. И глагол «задуть» применительно к ней имеет совсем иное, к тому же прямо противоположное значение.

Какое же?

Чтобы ответить на этот вопрос, нам придется хотя бы мысленно побывать на металлургическом комбинате, в доменном цехе. Еще издали мы увидим громадные башни домен, суживающиеся кверху. Они опоясаны толстыми трубами, словно кольцами гигантского железного удава. Ажурная наклонная ферма прислонена к доменной печи, как пожарная лестница к стене дома.

И вот мы во дворе цеха. Прямо из вагонов выгружается железная руда, целые горы ее высятся здесь. Поодаль из других вагонов извлекается известковый камень. Еще немного далее сложены черные пирамиды кокса — обожженного каменного угля.

Такова «пища» из четырех блюд, без которых невозможна работа доменной печи.

Но, позвольте! Блюд-то перечислено не четыре, а три: на первое — руда, на второе — известняк, на третье — кокс. А где же четвертое блюдо?

Четвертое блюдо — воздух. Без него руда, кокс, известняк останутся сырьем, и никакого чугуна домна не выплавит. Помните: не огнь, а надмение мешное творит железо?

Было время, когда воздух в чугуноплавильные печи подавался с помощью кожаных мехов, вроде кузнечных (отсюда-то и «мешное», т. е. мехами произведенное дутье). На старинных гравюрах, изображающих железоделательные мастерские, можно увидеть такие воздуходувные мехи, приводимые в действие либо лошадьми, либо силой падающей воды.

Само собой разумеется, что современную доменную печь никаким «мешным надмением» не разжечь. И это вполне понятно: вот, к примеру, суточный рацион современной домны объемом 2000 кубических метров (при коэффициенте использования полезного объема 0,5):
железной руды — 6,5 тысячи тонн;
кокса — 3,5 тысячи тонн;
известняка — 1,6 тысячи тонн;
воздуха — 24 миллиона кубических метров.

Добавим к этому «пайку» еще и воду: она нужна для охлаждения концов труб, по которым воздух подается в печь, а также других частей домны. А жажда у печи изрядная — ежечасно она выпивает 1800 кубометров воды — 9 миллионов стаканов! Если ссыпать в пирамиду суточную потребность в руде, коксе и известняке такой доменной печи, как печь Западно-Сибирского металлургического завода, то вершина пирамиды сравняется со шпилем Московского университета на Ленинских горах…

В перечне «блюд» доменной печи, поглощаемых ею за сутки, вы, вероятно, обратили внимание на последнюю строчку: «воздуха — 24 миллиона кубических метров». Это 31 тысяча тонн. Гигантское количество! Его хватило бы всему населению земного шара на два глубоких вдоха.

Вот почему на современных металлургических гигантах (а на иных из них имеется 5—8 доменных печей) устраивают мощные воздуходувные фабрики. «Мехами» здесь служат воздуходувные машины-гиганты, вращаемые турбинами по 18—20 тысяч лошадиных сил. Они нагнетают воздух под давлением до 4,5 атмосфер и в огромных количествах гонят его по трубам в печь.

Задуть домну — значит непрерывно вдувать в нее сжатый воздух, вдувать его прямо в бушующий огненный буран, заставив произвести в печи настоящую химическую революцию.

По наклонной ажурной ферме неутомимый электрический подъемник втаскивает огромный скип — ящик с «пищей», вываливая его содержимое в печь. Все три блюда, одно за другим, ссыпаются в доменную печь, слой за слоем: кокс, руда, известняк, кокс, руда, известняк. В нижней части печи — в горне — уже разложен костер. Громадные березовые плахи и уголь пылают в горне, развивая сильный жар. Загорается кокс. Температура в печи начинает возрастать. Но как пробиться теплу вверх, сквозь слоеный рудно-коксово-известняковый пирог? Вот тут-то и вступает в свои безраздельные права воздух, нагнетаемый мощными воздуходувками.

Воздух в печь вдувается через особый канал — фурму. Она расположена в верхней части горна. Горячо дышит фурма: воздух сильно разогрет! Конечно, не в самой воздуходувной машине нагревают так сильно мастера-невидимку. Прежде чем он попадет в печь, ему придется пройти сквозь воздухонагреватель — каупер. Свое название он получил по имени английского инженера Эдуарда Каупера, запатентовавшего свою конструкцию воздухонагревателя еще в 1857 году. Каупер представляет собой огромный, почти в рост доменной печи стальной цилиндр с закругленной крышкой. Каупер (возле каждой доменной печи их стоит несколько) выложен внутри огнеупорным кирпичом так, что получается запутанный лабиринт. Сквозь кирпичную кладку (металлурги называют ее насадкой) попеременно пропускаются раскаленные колошниковые газы, выходящие из доменной печи (мудро устроена печь: тепло зря не пропадает!), и подогреваемый воздух. Горячий воздух — его температура достигает по выходе из каупера 800 градусов! — через фурмы устремляется в печь. Так как мастер-невидимка довольно сильно разогрет, то он не остужает печь, или, как говорят доменщики, не нарушает ее хода.

Что же происходит в печи, когда в нее врывается горячий сжатый воздух?

Разгорается сильнее кокс, температура поднимается выше полутора тысяч градусов. Не выдерживает огненного приступа и начинает плавиться железная руда. Расплавляется и известняк. В результате сложных химических превращений из руды выделяется (или, как говорят химики, восстанавливается) железо. Оно в определенной пропорции соединяется с углеродом — получается чугун. А вредные примеси, содержащиеся в руде и коксе, жадно соединяются с известняком — получается кашеобразный шлак. Металл, как более тяжелый, опускается в нижнюю часть горна — в металлоприемник, а шлак всплывает, как более легкий.

Расплавится нижний слой шихты (смеси руды, кокса и известняка) — наступает черед следующего. Под действием собственной тяжести он оседает в горн и расплавляется. Так происходит все время, без перерыва. Каждые четверть часа новая порция «пищи» доставляется скиповым подъемником, а турбинные воздуходувки, не переводя дыхания, вдувают в печь миллионы кубометров воздуха, прогоняя его сквозь раскаленный лабиринт кауперов и огненный строй шихты.

Примерно каждые пять-шесть часов чугун из печи выпускают. Для этого в нижней части металлоприемника имеется отверстие — лётка, закупоренная пробкой из огнеупорной глины. Чтобы выпустить чугун, глиняную пробку пробивают, а когда чугун выльется в ковши, отверстие опять заделывают (как мы узнаем дальше, эту опасную работу выполняет сжатый воздух). Летку разрушают с помощью пневматического молота системы советского металлурга Костина.

Одним доменным цехом не ограничивается поле деятельности сжатого воздуха на металлургическом комбинате. Мастер-невидимка неплохо трудится при выплавке чугуна,— это верно. Но нисколько не хуже работает он и во многих других металлургических цехах — бессемеровском, мартеновском, прокатном, кузнечно-прессовом, литейном.

На чугунолитейных заводах сжатый воздух расплавляет в вагранках чугун,— тот самый, который он уже однажды выплавил в домне. Здесь же, с помощью сжатого воздуха действуют пневматические трамбовки, формовочные и стержневые машины, обрубные молотки, горны.

Но вернемся на металлургический комбинат и последуем за огромными ковшами с расплавленным чугуном, которые едут из доменного цеха в соседний — бессемеровский. Здесь совершается таинство превращения чугуна в сталь.

Это происходит в огромных печах-конверторах, по форме напоминающих грушу. Жидкий чугун из ковшей выливают в грушевидную печь. В поду печи проделаны отверстия, через которые вдувается сжатый воздух (а в последнее время — чистый кислород или воздух, сильно обогащенный кислородом: эффективность работы печи от этого резко повышается). Углерод, содержащийся в чугуне, выгорает. И когда его останется в металле не более 1,7 процента, чугун перестанет быть чугуном и превратится в сталь, потому что и чугун, и сталь — это сплавы железа с углеродом. Все дело лишь в количестве углерода.

Значит, мастер-невидимка, попадая в сталеплавильную грушу, становится таким же заправским химиком-металлургом, как и в доменной печи. Он пишет огненным перстом химические реакции на стенах печи, решительно вторгается в огненные реакции и творит из хрупкого, ломкого чугуна крепкую, прочную- сталь.

Без воздуха не получишь стали и в другой печи — мартеновской.

Без воздуха не нагреешь подкову в кузнечном горне.

Воздух действует в паяльной лампе водопроводчика и в форсунке парового котла.

Воздух — подлинный хозяин плавильной печи, хозяин огня!

Доменная печь Факты для детей

Доменная печь – это особый тип печи для выплавки чугуна из руды. Домны очень большие. Они могут достигать 60 метров (200 футов) в высоту и 15 метров (49 футов) в диаметре. Доменная печь – самый большой химический реактор. Доменные печи также называются высокими печами .

Доменная печь обычно состоит из стального корпуса и кирпичей из оксида магния или другого огнеупорного материала внутри корпуса. Горячая печь не может расплавить эти кирпичи.Печь охлаждается водой, протекающей внутри корпуса и кирпичей.

Процесс изготовления железа прост. Железная руда – это в основном оксид железа. Железо производится путем удаления кислорода. Остается сырое железо, называемое чугун , чугун . Этот процесс удаления кислорода называется плавкой. Углерод используется в процессе восстановления, при этом руда нагревается до высокой температуры. Углерод легко забирает кислород из руды при высоких температурах.

Схема доменной печи
1.Горячий дуть («ветер») от печи Cowper
2. Зона плавки ( бош )
3. Зона восстановления закиси железа ( бочка, )
4. Зона восстановления оксида железа ( стопка )
5. Зона предварительного нагрева ( горловина )
6. Подача руды, известняка и кокса
7. Выхлопные газы
8. Колонна руды, кокса и известняка
9. Удаление шлака
10. Выпуск жидкого чугуна
11. Сбор отработанных газов.

Процесс

Руда, известняк и углерод в виде кокса загружаются в верхнюю часть доменной печи слоями.В то же время внутри печи дует горячий воздух, называемый «ветром». Для подачи воздуха в топку используются специальные сопла, называемые «фурмами». Форсунки находятся на дне печи. Этот процесс называется «взрывной». Именно поэтому ее называют «доменной печью». Кокс воспламеняется (горит) и горит. Это создает монооксид углерода, потому что кислорода недостаточно для образования диоксида углерода. Затем монооксид углерода восстанавливает оксид металла до металла и образует диоксид углерода. Этот процесс используется для изготовления железа.Известняк вместе с железной рудой образует вещество, называемое шлаком.

Нижняя часть печи называется подом . Когда он заполнится жидким чугуном и шлаком, шлак удаляют. Это называется скимминг . Шлак легче железа и не смешивается с железом. Он плавает поверх утюга. Специальным сверлом в топке делается отверстие на уровне шлака. Жидкий шлак выходит через отверстие в контейнер, называемый шлаковый котел .Затем железо сливают из очага. Это называется , . Внизу делается отверстие и выходит жидкий чугун. Он либо используется непосредственно для выплавки стали, помещается в специальный железнодорожный вагон под названием торпедный вагон , либо превращается в формы. Когда весь чугун удален, огнеупорная глина закрывает два отверстия. Глина очень быстро затвердевает из-за сильного нагрева.

Чугун содержит около 4% углерода, и он будет слишком твердым и слишком хрупким для использования.Избыточный углерод сначала нужно сжечь. Чугун превращается в сталь путем обезуглероживания (сжигания излишков углерода). Современный метод обезуглероживания чугуна и его переработки в сталь – кислородная печь. Исторически существовали и другие методы, такие как конвертер Бессемера, мартеновская печь и пудлинговая печь.

Газы поднимаются вверх и собираются в верхней части печи. Поскольку газ содержит много окиси углерода, он является ценным топливом. Газ, собранный в верхней части доменной печи, называется доменным газом .Затем его промывают и сушат, и собирают все твердые частицы, такие как сажа или рудная пыль. Затем газ сжигается в специальных печах, называемых кауперовскими печами или дутьевыми печами , в углекислый газ. Тепло от сжигания доменного газа затем используется для предварительного нагрева дутьевого воздуха, «ветра», который, в свою очередь, вдувается в саму доменную печь.

Шлак не отходы. Его можно использовать по-разному. Его можно превратить в кирпичи и использовать для строительства или смешать с бетоном.Бетон, содержащий доменный шлак, прочнее обычного бетона и имеет почти чисто белый цвет, тогда как обычный бетон имеет грязно-серый цвет.

Доменная печь обычно может работать без остановки от 10 до 20 лет. Это называется «кампанией».

Химический пример

При температуре 900-1600 ° С происходит восстановление углеродом:

Теперь железо изготовлено.

Картинки для детей

  • Бывшая доменная печь в Порт-оф-Сагунт, Валенсия, Испания.

  • Доменные печи Тршинецкого металлургического комбината, Чехия

  • Периодический чертеж доменной печи XVIII века

  • Фурмы доменной печи в Гердау, Бразилия

  • Заброшенная доменная печь в Сестао, Испания. Сама печь находится внутри центральной балки.

  • Часть системы газоочистки доменной печи в Монклове, Мексика.Этот скоро будет выведен из эксплуатации и заменен.

Как производится сталь – краткое описание доменной печи

Есть два типа металлов, черных и цветных. Железо происходит из железа или содержит железо, в то время как Цветные металлы не содержат железа.

Некоторые образцы черных металлов могут быть мягкой сталью, чугуном, высокопрочной сталью и инструментальной сталью.

Примеры из цветных металлов – медь, алюминий, магний, титан и т. д.

Кому делают сталь, железную руду сначала добывают из земли. Затем он плавится во взрыве. печи, в которых удаляются примеси и добавляется углерод. На самом деле очень простое определение стали – это «железо, легированное углеродом, обычно менее чем 1% ».

Следующий текст взят из Руководства по конструкции для металлургов. Руководство V-Volume I.

Доменные печи требуют множества вспомогательных средств для поддерживать их операции. Однако, попросту говоря, сама печь представляет собой огромная стальная оболочка почти цилиндрической формы, облицованная жаропрочным кирпичом.После запуска или «продувки» печь работает непрерывно до тех пор, пока огнеупорная футеровка нуждается в обновлении или до тех пор, пока потребность в чугуне не упадет до предела где печь закрыта. Продолжительность работы печи с момента запуска до завершения называется «кампанией» и может длиться несколько лет.

Железная руда и другие железосодержащие материалы, кокс и известняк загружаются в печь сверху и спускаются вниз, становясь все горячее по мере того, как они раковина в теле печи, которая называется штабелем.В верхней половине в печи газ от сжигания кокса удаляет большое количество кислорода из чугуна руда. Примерно на полпути известняк начинает реагировать с примесями в руде. и кокс для образования шлака.

Зола кокса поглощается шлаком. Некоторое количество кремнезема в руде восстанавливается до кремния и растворяется в железе. немного углерода в коксе. На дне печи, где повышается температура значительно выше 3000 по Фаренгейту, расплавленный шлак плавает в ванне с расплавленным чугуном, который четыре или пять футов глубиной.Поскольку шлак плавает поверх чугуна, возможно слить через шлаковую выемку в печи. Расплавленный чугун выделяется из пода печи через летку. Выпуск железа и шлака является основным фактором, позволяющим загружать в печь дополнительные материалы. Топ.

Это краткое описание сложных операций доменной печи представлены здесь, чтобы служить точкой отсчета для фактического потока операций. Очень часто в одном цехе могут быть устроены несколько доменных печей, так что наиболее эффективно можно использовать топливо, внутренние железнодорожные пути и т. д.


Отличный сайт о том, как производится сталь…
http://www.dofasco.ca/HOW_STEEL_IS_MADE/html/index.html

Доменная печь

– ScienceAid

Под редакцией Джейми (редактор ScienceAid), Тейлор (редактор ScienceAid), vcdanht, Дуг Коллинз и 6 других

Доменные печи используются для плавки при производстве металлов, таких как железо, свинец, цинк и медь. Доменная печь работает, продувая горячий воздух через печь, в то время как топливо, известняк и руда непрерывно перемещаются через верхнюю часть печи.Метод, используемый в доменных печах, используется с 1500-х годов. Сегодня существует три вида доменных печей, используемых для производства металлов:

  1. 1

    Эти печи имеют прямоугольную форму и меньше доменных печей для чугуна.
  2. 2

    Это одни из самых важных печей, используемых для производства чугуна. Железо извлекается из руды гематита (Fe 2 O 3 ) восстановлением. Окись углерода является восстановителем , потому что она более активна, чем железо.
  3. 3

    Эти печи полностью герметичны и имеют более высокую производительность дутья, чем свинцовые печи.

Доменная печь для чугуна

Что происходит

В доменной печи происходит несколько химических реакций; что в конечном итоге приводит к извлечению желаемого продукта (железа). Кокс (углерод) горит вместе с кислородом с образованием диоксида углерода. Эта реакция экзотермическая. CO 2 затем вступает в реакцию с дополнительным количеством кокса с образованием монооксида углерода .

C + O 2 == >> CO 2

CO 2 + C == >> 2CO

Окись углерода действует как восстановитель и реагирует с железной рудой с образованием расплавленного железа, которое стекает на дно печи, где оно собирается.

Fe 2 O 3 + 3CO == >> 2Fe + 3CO 2

Известняк в печи разлагается с образованием оксида кальция . Это флюс, который соединяется с примесями, образуя шлак , который плавает поверх жидкого чугуна и может быть удален.

CaO + SiO 2 == >> CaSiO 3

Вопросы и ответы

Не могли бы вы рассказать мне простые факты о доменной печи или несколько интересных фактов?

Мы делаем презентацию по доменной печи, и нам нужна ваша помощь. Не могли бы вы помочь нам с презентацией? Мы ничего не знаем о домнах.

Чтобы подготовиться к презентации, сначала сделайте набросок. В свой план вы можете поместить:

  • Почему используется доменная печь?
  • Как образуется железо в доменной печи?
  • Преимущества использования доменной печи.

Тогда,

  • Во вводной части поговорите о роли доменной печи в образовании и сборе чугуна и поместите несколько иллюстраций о чугуне и доменной печи.
  • В части тела поговорим о процессе образования железа. Пошагово объясните, что происходит внутри доменной печи, и поместите изображения, иллюстрирующие процесс.
  • В заключение расскажите о важности этого метода и о том, насколько он очень эффективен.

Ссылка на эту статью

Если вам нужно ссылаться на эту статью в своей работе, вы можете скопировать и вставить следующее в зависимости от необходимого вам формата:

APA (Американская психологическая ассоциация)
Доменная печь.(2017). В ScienceAid . Получено 19 ноября 2021 г. с сайта https://scienceaid.net/chemistry/applied/blastfurnace.html

.

MLA (Ассоциация современного языка) «Доменная печь». ScienceAid , scienceaid.net/chemistry/applied/blastfurnace.html По состоянию на 19 ноября 2021 г.

Чикаго / Турабиан ScienceAid.net. «Доменная печь». По состоянию на 19 ноября 2021 г. https://scienceaid.net/chemistry/applied/blastfurnace.html.

Комментарии

Категории: Применено

Последние редакции: SarMal, Jen Moreau, big boy joshie

чугун и сталь

Доменная печь

 

 

Источник тепла

Воздух, нагнетаемый в нижнюю часть печи, нагревается горячими отходящими газами сверху.Тепловая энергия ценна, и важно не тратить ее зря.

Кокс (по существу, загрязненный углерод) горит в потоке горячего воздуха с образованием диоксида углерода – сильно экзотермическая реакция. Эта реакция является основным источником тепла в печи.

 

Редукция руды

При высокой температуре на дне печи диоксид углерода реагирует с углеродом с образованием монооксида углерода.

Окись углерода является основным восстановителем в печи.

В более горячих частях печи сам углерод также действует как восстановитель. Обратите внимание, что при этих температурах другим продуктом реакции является оксид углерода, а не диоксид углерода.

Температура в печи достаточно высокая, чтобы расплавить железо, которое стекает на дно, откуда его можно выпустить.

 

Функция известняка

Железная руда не является чистым оксидом железа – она ​​также содержит различные породы.Он не плавится при температуре печи и в конечном итоге забивает ее. Известняк добавляют, чтобы превратить его в шлак , который плавится и стекает на дно.

Тепло печи разлагает известняк с образованием оксида кальция.

Это эндотермическая реакция, поглощающая тепло от печи. Поэтому важно не добавлять слишком много известняка, иначе он охладит печь.

Оксид кальция является основным оксидом и вступает в реакцию с кислотными оксидами, такими как диоксид кремния, присутствующими в породе.Оксид кальция реагирует с диоксидом кремния с образованием силиката кальция.

Силикат кальция плавится и стекает через печь, образуя слой поверх расплавленного чугуна. Время от времени его можно сбрасывать как шлак.

Шлак используется при строительстве дорог и в качестве «шлакового цемента» – окончательного измельченного шлака, который может использоваться в цементе, часто смешанном с портландцементом.

 

Чугун

Расплавленный чугун из нижней части печи можно использовать как чугун .

Чугун очень жидкий в расплавленном состоянии и не сильно сжимается при затвердевании. Поэтому он идеально подходит для изготовления отливок – отсюда и его название. Однако он очень загрязнен и содержит около 4% углерода. Этот углерод делает его очень твердым, но при этом очень хрупким. Если по нему сильно ударить, он скорее сломается, чем согнется или вмятиется.

Чугун используется для изготовления крышек люков, чугунных труб, клапанов и корпусов насосов в водном хозяйстве, водосточных и дренажных труб, блоков цилиндров в автомобильных двигателях, кухонных плит типа Aga и очень дорогой и очень тяжелой посуды.

На момент написания (2015 г.) мировое производство чугунных отливок составляло около 75 миллионов тонн в год.

Большая часть расплавленного чугуна доменной печи используется для производства одного из нескольких типов стали. Существует не одно вещество, называемое сталью, это семейство сплавов железа с углеродом или различными металлами. Подробнее об этом позже. . .

 

Производство стали: кислородный процесс

Примеси в чугуне из доменной печи включают углерод, серу, фосфор и кремний.Их нужно удалить.

Удаление серы

Сера должна быть удалена сначала в отдельном процессе. Порошок магния продувается через расплавленное железо, и сера вступает с ним в реакцию с образованием сульфида магния. При этом на поверхности железа образуется шлак, который можно удалить.

Удаление нагара и т. Д.

Еще неочищенный расплавленный чугун смешивают с железным ломом (после переработки), и смесь продувают кислородом .Кислород реагирует с остальными примесями с образованием различных оксидов.

Углерод образует окись углерода. Поскольку это газ, он удаляется из утюга! Этот окись углерода можно очистить и использовать в качестве топливного газа.

Элементы, такие как фосфор и кремний, реагируют с кислородом с образованием кислых оксидов. Их удаляют с помощью негашеной извести (оксид кальция) , которую добавляют в печь во время продувки кислородом. Они реагируют с образованием соединений, таких как силикат кальция или фосфат кальция, которые образуют шлак на поверхности железа.

 

Виды чугуна и стали

Чугун уже упоминалось выше. В этом разделе рассматриваются типы чугуна и стали, которые производятся в процессе производства стали.

Кованое железо

Если весь углерод удалить из железа, чтобы получить железо высокой чистоты, оно называется кованым железом. Кованое железо довольно мягкое, легко обрабатывается и имеет небольшую структурную прочность.Когда-то он использовался для изготовления декоративных ворот и перил, но в наши дни вместо него обычно используют низкоуглеродистую сталь.

Низкоуглеродистая сталь

Низкоуглеродистая сталь – это чугун, содержащий примерно до 0,25% углерода. Наличие углерода делает сталь более прочной и твердой, чем чистое железо. Чем выше процент углерода, тем тверже становится сталь.

Низкоуглеродистая сталь используется для многих вещей – гвоздей, проволоки, кузовов автомобилей, кораблестроения, балок и мостов среди прочего.

Высокоуглеродистая сталь

Высокоуглеродистая сталь содержит до 1,5% углерода. Наличие дополнительного углерода делает его очень твердым, но также делает его более хрупким. Высокоуглеродистая сталь используется для изготовления режущих инструментов и гвоздей (гвоздей, предназначенных для вбивания в бетонные блоки или кирпичную кладку без изгиба). Вы должны быть осторожны с высокоуглеродистой сталью, потому что при неправильном обращении она имеет тенденцию ломаться, а не сгибаться.

Специальные стали

Это железо, легированное другими металлами.Например:

Руководство по доменной печи Minecraft: как сделать одну

Пытаетесь понять, как пользоваться доменной печью Minecraft ? Эта удобная кузница на основе блоков позволяет плавить всевозможный мусор, но, в отличие от обычного варианта печи, она в два раза быстрее, позволяя разбивать предметы и руду на новые материалы для крафта. Однако он может плавить только руду и изделия из железа, золота или кольчуги – вам нужно будет жарить цыплят в другом месте!

Доменные печи очень полезны, если вы добываете много руды или вам нужно регулярно разбивать предметы на соответствующие материалы.Если у вас есть запасные ресурсы, почему бы не сделать блок, который будет работать быстрее, чем ваша утомленная старая обычная печь?

В этом руководстве по доменной печи Minecraft я расскажу обо всем, что вам нужно знать, чтобы построить эту важную рабочую станцию, а также о том, как ее использовать, чтобы вы могли плавить эти дополнительные материалы.

Как создать доменную печь Minecraft

(Изображение предоставлено Mojang)

Создать доменную печь относительно легко, если у вас есть необходимые ингредиенты – и даже тогда их не так уж сложно достать.Вам понадобится одна печь, пять железных слитков и три куска гладкого камня.

Стандартная печь может быть сделана из восьми кусков булыжника, что довольно распространено. Если вы в затруднении, просто покопайтесь немного, и довольно скоро вы наткнетесь на некоторые из них.

Чтобы получить гладкий камень, вам нужно дважды приготовить булыжник. В первый раз он превращается в камень, а во второй – в гладкий камень.

Самый сложный ингредиент, который вам нужен – это железные слитки. Сложность добычи железной руды будет зависеть от того, насколько вам повезло с вашим миром и местностью.Вы часто можете увидеть железную руду в неглубоких пещерах, хотя в некоторых случаях вам, возможно, придется добыть немного дальше, чтобы найти некоторые из них. Найдя руду, вы можете переплавить ее в железные слитки. Если вам повезет с сундуками с сокровищами, вы также можете сделать один, объединив девять железных самородков, но, честно говоря, это больше хлопот, чем того стоит.

Как использовать доменную печь Minecraft

(Изображение предоставлено Mojang)

Использование доменной печи более или менее аналогично использованию обычной печи.Просто добавьте немного топлива в нижнюю левую часть и следуйте за ним с плавящимся предметом в верхнем левом разделе. Помните, что доменные печи могут только плавить вещи. Но, хотя они делают это с удвоенной скоростью, он также расходует топливо с удвоенной скоростью. Но можно ли реально оценить сэкономленное время?

Самый распространенный способ использования доменной печи – это плавить блоки руды в слитки, но вы также можете использовать их для плавления оружия, инструментов и доспехов. Все остальное должно пройти через обычную печь.

Доменная печь Minecraft также является «рабочим» блоком для профессии оружейника в деревне.

Усовершенствования в обработке чугуна и разработка доменной печи

Обзор

Разработка более эффективных средств производства и обработки железа, а также производства высококачественного железа является одним из ключевых достижений в истории человечества. Поскольку железо тверже бронзы – металла, который чаще всего используется перед железом, – оно лучше удерживает острые края, что делает его превосходным металлом для оружия и инструментов.Армии, вооруженные железным оружием, имели значительное преимущество перед войсками, вооруженными бронзовым оружием. Это превосходство дало название эпохе – железному веку, которая началась примерно в 1000 году до нашей эры.

Не менее важными, но не столь остро оцененными как более сильное оружие и инструменты, были технологические достижения, необходимые, в свою очередь, для производства лучшего железа. Поскольку чистое железо не встречается на Земле в природе, навыки, необходимые для его извлечения из сырой руды, включали достижения в области химии, нагрева и контроля температуры, изготовления инструментов и добычи полезных ископаемых.Хотя формы железа использовались веками, именно развитие доменной печи позволило как производить более качественное железо, так и использовать это железо для различных орудий и целей. Особенно важным было то, что доменные печи не только более полно очищали железо, они также производили расплавленное железо, которое можно было разливать в формы, в результате чего были отлиты инструменты, орудия и оружие – резкий скачок по сравнению с предыдущими методами придания формы чугуну.

Общие сведения

Железо после алюминия является вторым по распространенности металлом в земной коре и четвертым по распространенности из элементов (после кислорода, кремния и алюминия.К несчастью для ранних экстракторов железа, металл не существует независимо – природное железо всегда находится в сочетании с другими материалами, такими как углерод. Более чистое железо, чистота которого достигает 90%, содержится в метеоритах, и именно метеоритное железо оказалось наиболее полезным для ранних цивилизаций. Очевидно, однако, что метеоритное железо всегда будет в дефиците. Использование метеоритного железа восходит к 3000 г. до н.э., а извлечение железа из добываемой руды происходило в Персии около 2000 г. до н.э.c.

В то время как ранние процессы плавки (использование тепла для извлечения металлов из руд) оказались полезными для некоторых металлов, эти процессы были не столь эффективны для извлечения железа. Железо было слишком тесно связано с другими материалами в руде. Железо имело тенденцию разделяться на массу, называемую налетом. Затем блюм удаляли, отдельно нагревали и, пока он еще горячий, придавали желаемые формы; сила ударов молотка служила не только для придания формы утюгу, но и для его укрепления. Поскольку железо приходилось обрабатывать ручными орудиями, результат получил название «кованое» железо.Кованое железо оказалось лучше бронзы, хотя было слишком хрупким и нечистым, чтобы хорошо служить в большинстве случаев. Процесс также был неэффективным, давая цветы весом всего несколько килограммов. Требовался прогресс в технологии плавки.

Наступление наступало по нескольким направлениям. Отчасти сложность получения более чистой формы железа связана с высокими температурами, необходимыми для отделения железа от других веществ. Температура плавления железа составляет 2800 ° F (1538 ° C), что трудно достичь в древних печах, которые часто были немногим больше, чем чаши, вырезанные на склонах холмов.Сильфоны использовались для нагнетания воздуха в некоторые печи с чашей, увеличивая жар угля, но огонь все равно горел слишком холодно. Даже первые каменные шахтные печи – по сути, дымовые трубы, которые направляли воздух более мощно над огнем – не могли достичь достаточно высоких температур, чтобы удалить все примеси или шлак из железной руды. Сильфоны были обычным явлением в римских шахтных печах.

В то время как настоящие доменные печи, в которых воздух под высоким давлением нагнетается в шахту, значительно повышая температуру огня, не появлялись в Европе до пятнадцатого века, доменные печи зарегистрированы в Китае уже в 300 г. до н.э.c. Хотя железо, выходящее из этих доменных печей, оставалось хрупким из-за примесей, железо, тем не менее, было расплавленным: его можно было разливать в формы для получения желаемого объекта при охлаждении железа. Доменные печи также производили большее количество чугуна быстрее, чем традиционные блочные печи.

Автор a.d. В китайской префектуре (штате) Чизоу было создано 1100 крупных доменных печей, а доменные печи меньшего размера работают по всему Китаю.Многие, если не большинство, китайских печей были встроены в склоны холмов, что упростило задачу создания высокой дымовой трубы для печи. Самая большая из китайских печей того периода обеспечивала жильем более 1000 рабочих, чьи обязанности были разделены между добычей полезных ископаемых и работой с печами. Плавильные участки строились все дальше и дальше от самих шахт, чтобы быть ближе к лесам, чьи истощающиеся запасы древесины использовались для производства древесного угля.

Вырубка лесов была одним из последствий большого количества древесного угля, необходимого для работы доменной печи.Истощение доступной древесины, возможно, побудило китайцев использовать уголь (кокс) еще в н.э. 400, хотя широкого использования угля не произошло примерно до 1100 года. Поэзия того времени прославляет использование угля для производства расплавленного железа, качество оружия, отлитого из чугуна, и, что характерно, рельеф, который леса ощущают как древесный уголь. уступил место углю для топлива печей.

Помимо оружия, китайцы отливали монеты, инструменты и орудия труда, некоторые из которых (или сообщения о них) попали на Запад.Независимо от того, являются ли китайские доменные технологии сами были скопированы западными мастерами по металлу, неизвестно, но первые доменные печи в Европе появились в середине 1300-х годов и попали в Англию примерно через полвека. Однако Европа не переходила от сжигания древесного угля к сжиганию угля / кокса до семнадцатого века, и не полностью в течение столетия после этого.

Прогресс на пути к современной европейской доменной печи явился результатом нескольких инноваций в шахтной печи.Все больше и больше можно было получить соцветиями, некоторые из которых весили более 220,5 фунтов (100 кг). В высококлассных печах шахта поднималась на высоту более 9,8 футов (3 м), что давало еще более крупные блюмэны.

К 1205 году в Германии работала как минимум одна доменная печь. Построенные в основном из суглинка, печи и другие подобные печи, построенные в течение следующих двух столетий, имели больше общего с блочными печами, чем с последующими доменными печами. Однако среди важных нововведений первых немецких печей было использование водяных сильфонов для перемещения больших объемов воздуха при более высоком давлении.

К середине четырнадцатого века европейские доменные печи начали формироваться. Более высокие валы и сильфоны с механическим приводом нагнетают в печь большее количество воздуха, что приводит к повышению температуры печи. Большие объемы древесного угля были также разрешены за счет большего размера печи, что еще больше повысило температуру. Более высокая температура дает более углеродистый расплавленный чугун.

Сжиженное железо направлялось в сливные каналы, расположенные под прямым углом к ​​печи.Поскольку расположение каналов вокруг печи напоминало поросят, сосущих свиноматку, продукт стал известен как чугун. Тот факт, что чугун отливали в формах, дал ему другое название – чугун.

Чугун оказался ценным военным нововведением, поскольку чугунные стволы для пушек могли быть больше и долговечнее. Для других применений чугун повторно нагревали, уменьшая количество содержащегося в нем углерода; Затем нагретое железо обрабатывали ручными инструментами, сочетая продукт доменной печи с традиционными методами обработки кованого железа.Однако, поскольку железо было более чистым, изделия были менее хрупкими.

Хотя технология доменных печей была еще относительно новой для Европы в 1450 году, нельзя было отрицать ее важность и спрос на ее продукцию не прекратился. Настоящий век железа был начат, и с его началом был заложен железный фундамент промышленной революции, которая пройдет еще через три столетия.

Удар

Железо изменило мир. Лучшее железо, продукт доменных печей, изменило мир более драматично.Железо и сталь станут важнейшими производственными материалами в современном мире. Улучшения в железе означали улучшения в оружии, часто с разрушительным эффектом. Железные плуги предлагали сельскохозяйственный прогресс, равный только раннему возделыванию сельскохозяйственных культур. Герметичные железные сосуды позволяли проводить эксперименты с давлением и паром, которые привели к созданию паровой машины. Спрос на изделия из железа привел к ненасытному спросу на древесный уголь, что привело бы к вырубке лесов на большей части территории Европы и Англии, что стимулировало развитие добычи угля, что, в свою очередь, привело к появлению все более и более глубоких шахт.Эти глубокие шахты в грядущие века потребуют мощных двигателей для удаления грунтовых вод. И эти двигатели – паровые машины – стали возможны только благодаря достижениям в области обработки металлов, достижениям, которые, возможно, берут начало в бронзе, но величайшие достижения которых явились результатом расплавленного железа.

КИТ ФЕРРЕЛЛ

Дополнительная литература

Брок, Уильям Х. История химии Нортона. Нью-Йорк: W.W. Нортон, 1993.

Мамфорд, Льюис. Техника и цивилизация. Нью-Йорк: Харкорт, Брейс, 1934.

Сасс, Стивен Л. Сущность цивилизации: материалы и история человечества от каменного века до эпохи кремния. New York: Arcade, 1998.

Наука и ее времена: понимание социального значения научных открытий

Ironworks – tec-science

Сталь производится из железной руды на металлургическом заводе. Металлургический завод включает в себя загрузочную, коксовую, кауперскую печь и доменную печь.

Зарядка

После того, как измельченные руды были переработаны в агломерат и окатыши (см. Статью «Добыча и обогащение железной руды»), они хранятся в бункерах на металлургическом заводе и смешиваются с кусковой рудой по мере необходимости. Перед подачей этой смеси в доменную печь вместе с коксом в качестве топлива добавляются добавки (также называемые флюсами ). Эта смесь обозначается как заряд . Подача шихты и кокса в верхнюю часть доменной печи по слоям обозначается как загрузка .

Рисунок: Загрузка

Смесь железной руды и флюса называется загрузкой, которая подается в доменную печь слоями вместе с коксом (так называемая загрузка)!

Даже если содержание железа в руде может быть значительно увеличено в результате обработки, нежелательные вещества все равно будут присутствовать. По этой причине в загрузку добавляются добавки (флюсы), такие как известняк (\ (CaCO_3 \)) или негашеная известь (\ (CaO \)). Эти флюсы вступают в реакцию в доменной печи с пустой породой и коксовой золой.Образуется жидкая смесь, связывающая нежелательные элементы. Эту смесь еще называют шлаком .

Поскольку жидкий шлак имеет более низкую плотность, чем чугун, он плавает в расплаве и может быть сравнительно легко отделен. Кроме того, шлак образует пассивирующий слой для предотвращения чрезмерного окисления расплавленного железа окружающим воздухом.

Шлак связывает нежелательные вещества (отходы) и защищает жидкое железо от чрезмерного окисления!

Около 20% всей выпускаемой из доменной печи массы приходится только на шлак! Однако шлак ни в коем случае не является чистым отходом, а служит сырьем для производства цемента.В этом случае шлак затвердевает и гранулируется и обозначается как измельченный гранулированный доменный шлак (GGBFS) . Доменный шлак содержит большое количество оксида кальция (\ (CaO \)), диоксида кремния (\ (SiO_2 \)), оксида алюминия (\ (Al_2O_3 \), глинозема) и оксида магния (\ (MgO \)).

Рисунок: Доменный гранулированный шлак

Измельченный гранулированный доменный шлак используется в качестве сырья для производства цемента!

Коксохимический завод

Кокс, состоящий в основном из углерода, не только обеспечивает необходимое тепло при горении, но также служит особым образом в качестве восстановителя , так что железо может быть удалено из руды! Более подробно химические процессы обсуждаются в главе, посвященной доменным процессам.Современные доменные печи требуют около 350 кг кокса для плавления одной тонны чугуна. При ежедневной выработке 10 000 тонн это дает 3500 тонн кокса в день!

Рисунок: Кокс

По этой причине необходимый кокс (также называемый металлургическим коксом ) обычно производится непосредственно на металлургическом заводе, на так называемых коксохимических заводах . Производство кокса в основном основано на нагревании угля в отсутствие воздуха до температур выше 1000 ° C (пиролиз , ).Воздушный затвор предотвращает горение угля; это должно происходить только в доменной печи. Из-за высоких температур нежелательные соединения в угле, такие как сера, газифицируются, а затем удаляются.

Рисунок: Базовая структура коксохимического завода

Кокс – это богатый углеродом уголь, получаемый пиролизом на коксохимических заводах!

Коксование угля длится до 20 часов, при этом уголь теряет около четверти своей первоначальной массы. Содержание углерода увеличивается до прибл.90%. Однако по экономическим причинам невозможно удалить всю серу из угля, в результате чего в коксе остается около 1% серы. Таким образом, сера в форме сульфида железа (\ (FeS \)) попадает в чугун в нежелательной степени. Позднее он должен быть удален при производстве стали с помощью специальных процессов последующей обработки.

Каупер (камин)

Как и при любом горении, для сжигания кокса в доменной печи требуется кислород. Кислород в доменную печь вдувается в виде воздуха через так называемые фурмы ( сопла горячего дутья ).Фурмы прикреплены к корпусу доменной печи . Чтобы уменьшить охлаждение доменной печи нагнетаемым воздухом, воздух сначала нагревается до температуры выше 1000 ° C. Горячий воздух вырабатывается в каменках горячего дутья , также известных как кауперные печи (названные в честь их изобретателя Эдварда Альфреда Каупера ). Нагретый воздух подается к соплам горячего дутья по воздухозаборнику .

Рисунок: Каупер (печь-камин)

Горячий дутье – это воздух, нагретый в доменной печи, который через фурмы вдувается в доменную печь!

В принципе, домовые печи состоят из нескольких кирпичных башен.Внутренняя кладка этих башен обогревается поочередно. Среди прочего, используется горячий, но малоэнергетический отходящий газ доменной печи (который по этой причине первоначально смешивается с другими высокоэнергетическими топливными газами, такими как природный газ). Затем эта газовая смесь сжигается внутри дутьевых печей. Соответственно нагревается кладка большой площади.

При достижении желаемой температуры выше 1000 ° C процесс горения прерывается и обогащенный кислородом окружающий воздух пропускается через нагретую кладку.Воздух нагревается и может быть подан в доменную печь в виде горячего дутья. Для обеспечения непрерывной работы доменной печи, по крайней мере, две башни Каупера должны всегда переключаться поочередно на «нагрев» или «дуть».

Доменная печь

Фактическая плавка и удаление железа из руды происходит в доменных печах, которые имеют высоту около 30 м и диаметр около 10 м. Некоторые доменные печи достигают даже высоты более 70 м и диаметра 15 м.При температурах до 2000 ° C в доменной печи требуется чрезвычайно жаропрочная футеровка. Для этого используются искусственно произведенные шамотные кирпичи из корунда (\ (Al_2O_3 \)), которые также должны иметь очень высокую стойкость к углекислому газу.

Рисунок: Конструкция доменной печи

В нижней части доменной печи с самыми высокими температурами используются даже специальные угольные камни. Кирпичная кладка в этой нижней части иногда бывает более одного метра.Кроме того, кладка имеет специальное водяное охлаждение с помощью системы труб. Таким образом, доменная печь может работать непрерывно до 15 лет, прежде чем ее нужно будет обслуживать. В принципе, доменные печи только в это время отключаются, иначе они работают круглосуточно. Доменная печь по существу состоит из компонентов, более подробно описанных ниже.

Горло

В доменную печь поочередно подают шихту и кокс сверху через специальную затворную систему. Эта часть доменной печи также называется горлом .Верхняя крышка состоит из двух отдельных колоколов для зарядки , которые открываются поочередно. Сначала заполняемый материал ложится на верхний раструб. Когда он открывается, груз падает на нижний, все еще закрытый раструб. Только когда верхний колпак снова закроется, открывается нижний и шихта попадает внутрь доменной печи. Это предотвращает попадание вредных для окружающей среды частиц выхлопных газов (доменных газов и доменной пыли) в окружающую среду.

Рисунок: Доменная пыль

Помимо азота, диоксида углерода и небольшого количества водорода, доменный газ также содержит очень токсичный оксид углерода.Следовательно, доменные газы или доменная пыль должны подвергаться специальной очистке и переработке. Горячие газы также используются для нагрева горячего воздуха в кауперовских печах и подаются на коксовую установку для обработки кокса. Но паровые электростанции или другие промышленные предприятия также могут быть потребителями этого горячего газа.

Стек

За горловиной следует так называемая стопка , которая имеет форму усеченного конуса, расширяющегося вниз. Эта форма предотвращает засорение пакета, поскольку повышающиеся вниз температуры также вызывают расширение заряда.

В верхней части дымовой трубы газообразный монооксид углерода (вызванный сгоранием кокса), который поднимается вверх, проходит через слои железной руды. Происходят химические реакции, которые разрушают железосодержащие оксиды и растворяют чистое железо в еще не жидкой форме.

Слои кокса, лежащие между железными рудами, не должны разрушаться и образовывать газонепроницаемый слой, препятствующий прохождению газа. Поэтому куски кокса диаметром 100 мм должны быть очень устойчивыми к давлению.

Живот

Коническая форма стопки заканчивается цилиндрическим кольцом.Оттуда все еще твердые компоненты начинают плавиться, и образуется некоторое количество жидкого железа и шлака. Просачивание кокса и железной руды из горловины в зону плавки занимает несколько часов. Эта цилиндрическая часть доменной печи также называется днищем .

Bosh & hearth

По мере уменьшения объема чугуна во время плавки внутренняя часть доменной печи снова сужается к нижней части. Эта часть доменной печи также известна как bosh .В результате чушь имеет форму перевернутого усеченного конуса, прежде чем доменная печь снова станет цилиндрической. Расплавленный чугун, также известный как чугун , собирается в этой секции.

Над жидким чугуном лежит шлак, который частично отводится через водоохлаждаемые формы из бронзы или меди. Эта самая нижняя часть доменной печи, где скапливаются чугун и шлак, также называется подом .

Сам чугун через определенные промежутки времени сливается из закрытого отверстия пода .Пробивка летки для удаления чугуна называется нарезкой . Затем вместе с оставшимся шлаком чугун поступает в литейный цех через систему направляющих в полу.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.